Wie erfolgt die Dimensionierung der Batterie für eine bestimmte Anwendung?
Die netzunabhängige Energieversorgung mit Solarenergie wird für private, industrielle und kommunale Anwendungen immer beliebter. Da erneuerbare Energiequellen schwanken können, sind viele der Anlagen mit einem Energiespeichersystem ausgestattet, das die Versorgung bei Bedarfsspitzen und bei begrenzter Energieerzeugung ermöglicht. Es gibt alternative Speichertechnologien, aber die Methode zur Berechnung der Die Dimensionierung der erforderlichen Bleibatterie ist für alle chemischen Systeme gleich. Um ein System zu gewährleisten, das die Nutzungsanforderungen erfüllt, ist es notwendig, ein einigermaßen detailliertes Bild von der Lade- und Laufzeitautonomie der Batterie zu erhalten.
Berechnung der Batteriedimensionierung - Berechnung der Batteriedimensionierung
Die Effizienz der Komponenten des Systems bei der Umwandlung von Energie aus der Eingangsquelle in den Bedarf der Batterie muss berücksichtigt werden. Dabei sind die Größe der einzelnen Last, die Gesamtlast und die einzelnen Laufzeiten entscheidende Faktoren für die Berechnung einer genauen Batteriekapazität für den Systembedarf. Ob als alleinige Stromquelle oder als hybride Brennstoffversorgung, die Eigenschaften des Geräts und der Anwendung müssen gründlich verstanden werden, um eine effektive und störungsfreie Anlage zu planen und zu spezifizieren. Die vollständige oder teilweise Stromversorgung während der Nacht durch eine Photovoltaikanlage erfordert Batterien zur Speicherung der elektrischen Energie.
Was ist die Dimensionierung von Batterien?
Ein sorgfältiger Ansatz zur Berechnung der Autonomielast stellt auch sicher, dass die Auswahl der Solarbatterie korrekt ist. Eine korrekte Batteriespezifikation gewährleistet nicht nur eine zufriedenstellende Autonomie, sondern auch eine lange und kostengünstige Batterielebensdauer. Nachfolgend finden Sie einen Leitfaden für die Beschaffung der detaillierten und korrekten Informationen, die für die Berechnung der erforderlichen Batteriedimensionierung zur Maximierung der Leistung, Energieeffizienz und Kosteneffizienz erforderlich sind.
Zusammenfassung der Methode: Dieser Abschnitt gibt einen Überblick über die Gesamtmethode, um die zur Datenerhebung verwendete Methodik zu erläutern. Die detaillierten Berechnungen und Methoden zur Ermittlung von Lasten und Wirkungsgraden werden im Abschnitt „Betrieb“ beschrieben.
Eine falsche Dimensionierung der Batterie kann zu...
Eine falsche Batteriedimensionierung kann schnell unerwünschte Folgen haben. Bei großen Batterieanlagen kann es aufgrund einer unsachgemäßen Batteriedimensionierung schnell zu Ausfällen kommen. Die sich daraus ergebende Kapazität reicht möglicherweise nicht aus, um die erforderliche Anzahl von Stunden für eine bestimmte Last zu liefern. Es ist sehr wichtig, dass die Dimensionierung der Batterie sorgfältig vorgenommen wird. Microtex hilft all seinen Kunden, wenn es um die Dimensionierung von Batterien geht.
Microtex Angebot:
- Batteriedimensionierung für UPS
- Batterieauslegung für Solarsystem
- Batterieauslegung für Solaranlagen
- Batteriedimensionierung für Elektrofahrzeuge
- Batteriedimensionierung für netzunabhängige Systeme
- Batterieauslegung für Wechselrichter
- Batterieauslegung für Umspannwerke
- Anpassung der Batteriegröße an die Last
wie man die Größe der benötigten Batterie berechnet
- Schätzung der Autonomie in Stunden (H)
Dies ist die Zeit, die der Akku ohne Aufladung arbeiten muss. Dies wird als H bezeichnet. Im Allgemeinen gibt es mehr als eine Last von verschiedenen Geräten, und diese Lasten sind möglicherweise nicht ständig in Betrieb. Für diese individuellen Lasten wird es individuelle Autonomien geben. Diese werden separat als Last 1, 2, 3 usw. mit den entsprechenden Betriebszeiten, d. h. den entsprechenden Autonomien, aufgeführt. Diese einzelnen Autonomien werden als h1, h2 bezeichnet. h3 usw.
- Berechnung der Gesamt- und Durchschnittsbelastung (Lt und La)
Es ist wichtig, die Gesamtzahl der Amperestunden zu ermitteln, die die Batterie während ihres Betriebs liefern muss. Es ist jedoch auch wichtig, die Schwankungen der Lasten und die Art der verwendeten Last zu kennen. Die Lastberechnung kann auf 2 Arten durchgeführt werden:
- Schätzung anhand der Geräteleistung
- Direkte Messung der Last
Für die Abschätzung aus der Komponentenleistung ist es wichtig, nicht nur den angegebenen Wert, sondern auch den Leistungsfaktor zu kennen. Viele Verbraucher haben ein induktives Element, z. B. ein Fernsehgerät, ein Kühlschrank oder LED-Leuchten. Die einzelnen Lasten (in Wattstunden) werden mit l1, l2, l3 usw. bezeichnet.
Die auf dem Typenschild angegebene Nennleistung der Last muss um ihren Leistungsfaktor bereinigt werden, indem die Last mit dem Leistungsfaktor multipliziert wird. Wenn die Last durch Messung ermittelt wird, ist dieser Schritt überflüssig und der gemessene Wert kann direkt verwendet werden. Die Last und die Durchschnittslast können berechnet werden, indem die Summe der einzelnen Lasten oder die gemessene Höchstlast (Lt) genommen und dann durch die Anzahl der Betriebsstunden der Batterie (H) geteilt wird, um die Durchschnittslast (La) zu erhalten. Eine genauere Methode ist die Betrachtung der einzelnen Lasten und ihrer Betriebszeit. Zur Berechnung der insgesamt benötigten Wattstunden werden die Verbraucher mit ihrer Betriebszeit multipliziert.
Die Effizienz des Systems
Das grundlegende Funktionsprinzip einer photovoltaischen Solaranlage oder einer erneuerbaren Energiequelle besteht darin, die Leistung (Watt) in eine Form umzuwandeln, die eine kontrollierte Spannung für die Speicherung oder die direkte Nutzung durch einen Wechselrichter oder Gleichstromwandler aufweist: DC-Wandler, der eine konstante Spannung liefert. Jeder Vorgang von der Stromversorgung bis zur Last ist mit einem Effizienzverlust verbunden, der bei der Berechnung der für den autonomen Zeitraum verfügbaren Energiemenge berücksichtigt werden muss. Der Gesamtwirkungsgrad des Systems hängt von der Anzahl der Stufen zwischen der Stromversorgung, der Last und dem prozentualen Wirkungsgrad in jeder Stufe ab.
Das grundlegende Funktionsprinzip einer photovoltaischen Solaranlage oder einer erneuerbaren Energiequelle besteht darin, die Leistung (Watt) in eine Form umzuwandeln, die eine kontrollierte Spannung für die Speicherung oder die direkte Nutzung durch einen Wechselrichter oder Gleichstromwandler aufweist: DC-Wandler, der eine konstante Spannung liefert. Jeder Vorgang von der Stromversorgung bis zur Last ist mit einem Effizienzverlust verbunden, der bei der Berechnung der für den autonomen Zeitraum verfügbaren Energiemenge berücksichtigt werden muss. Der Gesamtwirkungsgrad des Systems hängt von der Anzahl der Stufen zwischen der Stromversorgung, der Last und dem prozentualen Wirkungsgrad in jeder Stufe ab. Der Gesamtwirkungsgrad eines einfachen Systems ohne Energiespeicherung wäre zum Beispiel folgender:
- PV-Anlage —-> DC: DC —–> Wechselrichter —–>Last
Leistung der Solarmodule x Wirkungsgrad des DC-Wandlers (EDC) x Wirkungsgrad des Wechselrichters (EI) = verfügbare Gesamtleistung.
Bei der Energiespeicherung müssen auch die Effizienz des Batterieladegeräts und die Effizienz der Batteriechemie beim Entladen und Laden berücksichtigt werden. Der Spannungsverlust durch die Kabel ist ein weiterer Faktor, der bei der Berechnung der erforderlichen Batteriedimensionierung berücksichtigt werden muss.
- Erforderliche Leistung der Solarbatterie.
Es ist möglich, den Leistungsbedarf einfach aus der Gesamtzahl der während der Autonomiezeit benötigten Wattstunden zu berechnen, indem entweder die gemessenen oder die berechneten Werte verwendet werden, wie in Abschnitt 2 erläutert. Die Dimensionierung der Batterie des Solarsystems, die zur Erbringung dieser Leistung erforderlich ist, erfordert jedoch einen detaillierteren Ansatz. Die folgenden Parameter sollten bekannt sein:
- Der Mindestladezustand der Batterie am Ende der Autonomiezeit
- Der maximale Ladezustand der Batterie am Ende der Ladezeit
- Die Spitzenbelastung der Batterie während der Autonomiezeit
- Zeitpunkt des Auftretens der Spitzenlast
- Der Spannungsverlust zwischen der Batterie und der DC-Last und der Spannungsverlust zwischen dem Wechselrichter und der AC-Last
- Betriebstemperatur des Akkus
Diese maximalen und minimalen Ladezustände sind wichtig, um sicherzustellen, dass die Batterie nicht nur genügend Energie für die Autonomiezeit liefert, sondern auch, dass die Batterie den erwarteten Arbeitszyklus erreicht und während der Aufladezeit genügend Energie zur Verfügung steht, um den Arbeitszyklus zu beenden. Die Lastspitzen und ihr Auftreten während der Entladezeit sind wichtig, da dies zu einem Spannungsabfall führt.
Die Dimensionierung der Solarbatterie sollte so erfolgen, dass dieser Abfall, einschließlich der Spannungsverluste im System, nicht unter die für die Verbraucher oder den Wechselrichter erforderliche Betriebsspannung fällt. Die Kapazität der Solarbatterie hängt von der Temperatur ab. Je niedriger die Temperatur, desto geringer ist die Kapazität. Die Lebensdauer der Batterie hängt auch von der Betriebstemperatur ab: je höher die Temperatur, desto kürzer die Lebensdauer der Batterie. Diese Informationen über Kapazität und Lebensdauer der Batterien werden von der Technisches Team von Microtex. Sie können Microtex hier kontaktieren.
Schätzung der verfügbaren Batteriekapazität anhand der durchschnittlichen Belastung
Die durchschnittliche Belastung kann mit jeder der beschriebenen Methoden berechnet werden, die die Ineffizienzen, die Laufzeit, die Spitzenbelastungen und den Zeitpunkt ihres Auftretens während der Entladung berücksichtigen. Dies sollte dazu dienen, die verfügbare Kapazität der Batterie abzuschätzen. Es ist jedoch nicht nur die insgesamt benötigte Energie wichtig, da es unwahrscheinlich ist, dass während der gesamten Autonomie ein gleichmäßiger Stromverbrauch besteht. Die Spitzenlast ist vor allem dann wichtig, wenn sie gegen Ende des Entladezeitraums auftritt, da sie dazu führen kann, dass die Batteriespannung unter das für den Betrieb des Geräts erforderliche Minimum sinkt, obwohl die Batterie genügend Kapazität hat, um den gesamten Energiebedarf zu decken.
Batteriedimensionierung – Erforderlicher Input für die Batterieladung
Das Ladegerät sollte über einen ausreichenden Ausgangsstrom verfügen, um die Batterie bis zu dem Ladezustand aufzuladen, der für die Beendigung der Autonomiezeit erforderlich ist. Es ist wichtig, dass Sie von Microtex das richtige Aufladesystem für den verwendeten Solarbatterietyp erhalten und dass ausreichend Zeit für das Aufladen zur Verfügung steht. Es ist notwendig, die Effizienz des Ladegeräts und die Effizienz der zu ladenden Batterie zu berücksichtigen. Die Effizienz des Ladegeräts hängt von den Verlusten ab, die bei der Umwandlung von der Stromquelle zur Batterie entstehen. Ob es sich um einen Transformator, ein Schaltnetzteil oder ein Hochfrequenz-Ladegerät handelt, bestimmt den Wirkungsgrad der Umwandlung.
Weitere Verluste entstehen durch die Unterschiede zwischen der Batterieladespannung und der Entladespannung, die von dem verwendeten Ladeprofil und dem prozentualen Ladezustand, den die Batterie erreichen muss, abhängen. Der Energiewirkungsgrad, d. h. Ampere x Volt x Zeit (Wattstunden), darf nicht mit dem coulombschen Wirkungsgrad, d. h. Ampere x Zeit (Amperestunden), verwechselt werden. Die meisten Batteriehersteller geben in ihrer Literatur nur die coulombische Aufladeeffizienz an. Dies ist kein echtes Maß für die Effizienz des Systems, die in Wattstunden gemessen werden sollte. Das technische Team von Microtex berät Sie hinsichtlich der Gebührenordnung und des Wirkungsgrads für Berechnungszwecke.
Batterieauslegung für Solaranlagen
Sobald der Leistungsbedarf anhand der beschriebenen Methoden vollständig bekannt ist und die Aufladeeigenschaften ermittelt wurden, kann die Größe der Solarbatterie berechnet werden. Das ist die Gleichung:
Gesamtwattzahl einschließlich der aus der Batterie entnommenen Ineffizienzen = Gesamtwattzahl einschließlich der in die Batterie eingebrachten Ineffizienzen.
Zwei weitere Faktoren sind die Umgebungstemperatur und die Entlade- und Wiederaufladetiefe, um die für den Betrieb der Batterie erforderliche Zyklusdauer und Wiederaufladezeit zu gewährleisten. Die genutzte Batteriekapazität kann als Bruchteil ausgedrückt werden, z. B. bei einem minimalen SOC-Wert von 20 % und einem maximalen SOC-Wert von 95 % beträgt der Kapazitätsanteil 75 % oder 0,75. Die Betriebstemperatur liefert den Ausgleich für die Kapazität und der DOD und %SOC bestimmen die Batteriegröße, so dass:
- Batteriegröße = (Gesamtwattleistung/Kapazitätsanteil) x Temperaturkompensation
Dadurch wird die korrekte Batteriegröße ohne Spielraum für Fehler ermittelt. Es wird empfohlen, zu diesem Endwert einen Sicherheitszuschlag von +5% zu addieren, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.
