กรณีศึกษาระบบไฮบริดลม-แสงอาทิตย์ขนาด 140 กิโลวัตต์ในสหราชอาณาจักร

ข้อมูลพื้นฐานของลูกค้าและข้อกำหนด:

ลูกค้าเป็นชาวสหราชอาณาจักร และเป็นเจ้าของบริษัทเฟอร์นิเจอร์ โรงงานของเขามีการใช้พลังงานไฟฟ้าสูงมาก โดยใช้ไฟฟ้า 300 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อวัน ปัจจุบันลูกค้ามีระบบแผงโซลาร์เซลล์แบบเชื่อมต่อกับโครงข่ายขนาด 40 กิโลวัตต์อยู่แล้ว แต่ชัดเจนว่าระบบนี้ไม่สามารถตอบสนองความต้องการใช้ไฟฟ้าของลูกค้าได้ แนวคิดปัจจุบันของลูกค้าคือการติดตั้งกังหันลม แผงโซลาร์เซลล์ และแบตเตอรี่เก็บพลังงาน เพื่อสร้างระบบไฮบริดลม-แสงอาทิตย์ ซึ่งจะสามารถผลิตและใช้ไฟฟ้าเองได้ส่วนใหญ่ในเวลาปกติ และแม้ในช่วงฤดูฝนที่ยาวนาน ก็ยังสามารถใช้ไฟฟ้าจากโครงข่ายในเวลากลางคืนเพื่อให้ได้ค่าไฟฟ้าที่ถูกกว่า และปล่อยพลังงานจากแบตเตอรี่ในเวลากลางวันได้

การวิเคราะห์

ก่อนอื่น เราได้ตรวจสอบความเร็วลมของลูกค้าที่ความสูง 15 เมตร ความเร็วลมเฉลี่ยของลูกค้าอยู่ที่ 6.5 เมตรต่อวินาที ซึ่งเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับกังหันลม หมายความว่าเราสามารถทำงานที่กำลังไฟเต็มได้บ่อยครั้ง ดังนั้น เราจึงแนะนำให้ใช้ระบบไฮบริดพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ ขนาด 20 กิโลวัตต์ กังหันลม DK คาดว่าจะผลิตไฟฟ้าได้มากกว่า 150 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อวัน อย่างระมัดระวัง ระบบผลิตไฟฟ้าขนาด 40 กิโลวัตต์ที่ลูกค้ามีอยู่ในปัจจุบัน สามารถผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 35,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อปี ดังนั้นปริมาณการผลิตไฟฟ้าเฉลี่ยต่อวันจึงอยู่ที่ประมาณ 95 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ทำไมจึงต่ำเช่นนี้? เนื่องจากในสหราชอาณาจักร มีฝนตกประมาณ 150 วันต่อปี ซึ่งส่งผลให้การผลิตไฟฟ้าต่อวันไม่เพียงพอ ดังนั้น เราจึงจำเป็นต้องพิจารณาสถานการณ์นี้แยกตามประเภทของสภาพอากาศ เมื่อมีกังหันลมขนาด 20 กิโลวัตต์อยู่แล้ว และมีแสงแดดเพียงพอ ในช่วงเวลาทำงาน 8 ชั่วโมงระหว่างวัน กังหันลมและแผงโซลาร์เซลล์ขนาด 40 กิโลวัตต์ จะสามารถผลิตพลังงานได้รวมกันประมาณ 170 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ส่วนพลังงานที่ขาดอีก 130 กิโลวัตต์-ชั่วโมง สามารถจัดหาได้จากแบตเตอรี่หรือระบบสายส่งไฟฟ้า หากมีฝนตก แผงโซลาร์เซลล์ขนาด 40 กิโลวัตต์จะไม่สามารถผลิตพลังงานได้เกือบทั้งหมด ในขณะที่กังหันลมยังสามารถผลิตพลังงานได้ 40 กิโลวัตต์-ชั่วโมงภายใน 8 ชั่วโมง ดังนั้นยังคงต้องจัดหาพลังงานอีก 260 กิโลวัตต์-ชั่วโมงจากแบตเตอรี่หรือระบบสายส่งไฟฟ้า หากเกิดสถานการณ์พิเศษที่มีทั้งฝนตกและไม่มีลมเลย พลังงานทั้งหมด 300 กิโลวัตต์-ชั่วโมง จะต้องจัดหาทั้งหมดจากแบตเตอรี่หรือระบบสายส่งไฟฟ้า

เนื่องจากความลึกของการคายประจุของแบตเตอรี่แรงดันสูงอยู่ที่ร้อยละ 95 ความจุของแบตเตอรี่จึงต้องมีค่าไม่น้อยกว่า 315 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ลูกค้าได้วางแผนซื้อแบตเตอรี่ลิเธียมขนาด 240 กิโลวัตต์-ชั่วโมง จำนวน 2 ชุดไว้แล้ว ดังนั้นความจุของแบตเตอรี่นี้จึงเพียงพอ จากนั้นเราจำเป็นต้องคำนวณวิธีการชาร์จแบตเตอรี่ขนาด 480 กิโลวัตต์-ชั่วโมงให้เต็มภายใต้เงื่อนไขที่มีแสงแดด และลดโอกาสในการซื้อพลังงานไฟฟ้าจากระบบสายส่งให้น้อยที่สุด พลังงานที่กังหันลมผลิตได้ใน 24 ชั่วโมงมีค่าประมาณ 150 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ดังนั้นยังคงเหลือพื้นที่สำหรับเก็บพลังงานอีก 330 กิโลวัตต์-ชั่วโมง เมื่อรวมกับพลังงาน 300 กิโลวัตต์-ชั่วโมงที่ใช้ภายในระยะเวลา 8 ชั่วโมง จะต้องติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์กำลังการผลิตไม่น้อยกว่า 120 กิโลวัตต์ จึงจำเป็นต้องเพิ่มแผงโซลาร์เซลล์อีก 80 กิโลวัตต์

การใช้พลังงานไฟฟ้าเฉลี่ยต่อวันของลูกค้าคือ 300 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ในช่วงเวลา 8 ชั่วโมง โดยพิจารณาปัจจัยต่าง ๆ เช่น โหลดแบบเหนี่ยวนำ กำลังของอินเวอร์เตอร์จึงควรสูงกว่า 60 กิโลวัตต์

โซลูชัน

หลังจากการวิเคราะห์ข้างต้น แผนเริ่มต้นของเราคือใช้อินเวอร์เตอร์ขนาด 140 กิโลวัตต์ ระบบไฮบริดลมและแสงอาทิตย์ : กังหันลม DK ขนาด 20 กิโลวัตต์ ร่วมกับแผงโซลาร์เซลล์ 120 กิโลวัตต์ แบตเตอรี่สองชุด ความจุรวม 240 กิโลวัตต์-ชั่วโมง และอินเวอร์เตอร์รุ่น S6-EH3P(75-125)K10-NV-YD-H ของ Solis อินเวอร์เตอร์รุ่นนี้มีพอร์ตอินพุต MPPT จำนวน 10 พอร์ต โดยแต่ละพอร์ตสามารถรองรับอินพุตกระแสตรง (DC) ได้สูงสุด 20 กิโลวัตต์ ดังนั้น คอนโทรเลอร์กังหันลมของเราจึงสามารถเชื่อมต่อโดยตรงเข้ากับอินเวอร์เตอร์ตัวนี้ได้

ลูกค้าให้การรับรองอย่างยิ่งต่อวิธีการแก้ปัญหานี้สำหรับระบบไฮบริดพลังงานลม-แสงอาทิตย์ขนาด 140 กิโลวัตต์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อบังคับท้องถิ่นและข้อจำกัดของสถานที่ติดตั้ง ลูกค้าแจ้งให้เราทราบว่าจำเป็นต้องมีทางเลือกเป็นระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบบริสุทธิ์ด้วย

ในขั้นตอนต่อไป เราสามารถดำเนินการคำนวณเพื่อออกแบบระบบแผงโซลาร์เซลล์แบบบริสุทธิ์