نشر نظام شمسي-تخزين قوي لمنزل خارج الشبكة في منطقة جبلية في كولورادو، الولايات المتحدة الأمريكية

في ربيع عام 2023، تم تشغيل نظام شمسي-تخزين عالي الأداء بنجاح لمنزل خاص في جبال روكي بالقرب من أسبن، كولورادو. في مواجهة تحديات نمط الحياة الكامل خارج الشبكة، وظروف الشتاء القاسية، واحتياجات الطاقة الاحتياطية الحرجة، استفاد المشروع من القدرات المتقدمة للعواكس الهجينة من سلسلة SP. توضح دراسة الحالة هذه كيف ضمنت الكفاءة العالية للنظام، وأجهزة تتبع MPPT المتعددة، وميزات الحماية الشاملة، إمدادًا موثوقًا ومستقلاً بالطاقة لمالك المنزل.

• الموقع:عقار سكني نائي في جبال روكي، خارج أسبن، كولورادو، الولايات المتحدة الأمريكية.
• الجدول الزمني:
  • مسح الموقع وتصميم النظام: أبريل 2023
  • تركيب المعدات والتشغيل: مايو 2023
• الموظفون الرئيسيون:
  • رئيس المشروع:السيد جيمس كوهلر
  • فني التركيب الأول:السيدة إيلينا بتروفا
  • صاحب المنزل:عائلة كارتر

كان منزل عائلة كارتر خارج الشبكة تمامًا، ويعتمد على مولد قديم كنسخة احتياطية أساسية. سعياً وراء حل مستدام وهادئ وأكثر موثوقية للتعامل مع أحمالهم الأساسية - بما في ذلك التدفئة ومضخات المياه والتبريد - اختاروا نظامًا شمسيًا-بطارية حديثًا. شكل الارتفاع الشاهق وتساقط الثلوج الكبير والتقلبات الكبيرة في درجات الحرارة بيئة صعبة للمعدات.

• الاستقلالية في مجال الطاقة:تحقيق الاكتفاء الذاتي الكامل من الطاقة دون الاتصال بشبكة المرافق العامة.
• المناخ القاسي:تطلب النظام مكونات قادرة على العمل بشكل موثوق على ارتفاعات عالية (أكثر من 1800 متر) وفي نطاق درجة حرارة تشغيل واسع.
• الشبكة غير الموثوقة (استبدال المولد):القضاء على الاعتماد على مولد الوقود الأحفوري الصاخب والمكلف.
• تخطيط السقف المعقد:كان لسقف العقار أسطح متعددة ذات اتجاهات مختلفة وإمكانية التظليل الجزئي من أشجار الصنوبر المحيطة.
• موثوقية الحمل الحرجة:ضمان طاقة احتياطية سلسة للحفاظ على الوظائف الأساسية للمنزل خلال فترات طويلة من انخفاض الإشعاع الشمسي.

بعد تقييم شامل، اختار فريق الهندسة العواكس الهجينة من سلسلة SP، وتحديدًا واحدًا SP7K6L-UL وواحدًا SP10KL-UL تم تكوينهما للتشغيل المتوازي. وفر هذا المزيج سعة الطاقة والزيادة الضرورية.

ميزات المنتج الرئيسية المستخدمة:

• كفاءة التحويل العالية:كانت الكفاءة القصوى من PV إلى AC للعواكس البالغة 98.0٪ حاسمة لتعظيم حصاد الطاقة من مساحة السقف المحدودة المتاحة.
• أجهزة تتبع MPPT المتعددة:يتميز كل عاكس بثلاثة أجهزة تتبع لنقطة الطاقة القصوى (MPPTs) مستقلة بنطاق جهد تشغيل يبلغ 70 فولت - 540 فولت. سمح هذا بالتكوين الأمثل لمصفوفات PV عبر أقسام السقف المختلفة، مما يقلل من فقدان الطاقة من التظليل.
• توافق البطارية:تم دمج النظام مع بنك بطارية ليثيوم أيون جديد بجهد اسمي 48 فولت، مدعومًا بالكامل بنطاق جهد البطارية الواسع للعواكس (40 فولت - 64 فولت).
• المواصفات البيئية القوية:وفر تصنيف حاوية NEMA 3R للعواكس الحماية من الرطوبة وتساقط الثلوج. كان نطاق درجة حرارة التشغيل لديهم (-25 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية) مناسبًا تمامًا لفصول الشتاء الباردة والظروف المتغيرة.
• طاقة احتياطية سلسة:ضمن وقت النقل الذي يقل عن 10 مللي ثانية أن الأحمال الحرجة لن تواجه أي انقطاع أثناء التبديل إلى طاقة البطارية.
• الحماية الشاملة:كانت ميزات السلامة المتكاملة مثل حماية مكافحة الجزر، وحماية قطبية التيار المستمر العكسية، وقطع دائرة الأعطال القوسية (AFCI)، وأجهزة الحماية من الاندفاع ضرورية لمتانة النظام وسلامته على المدى الطويل.

تكوين النظام:

• مصفوفة PV:مصفوفة بقدرة 14 كيلو واط تتكون من ألواح أحادية البلورية عالية الكفاءة، مقسمة بشكل استراتيجي إلى ست سلاسل.
• تخزين الطاقة:بنك بطارية ليثيوم أيون بسعة 25 كيلو واط في الساعة.
• العواكس:وحدتان (SP7K6L-UL و SP10KL-UL) بالتوازي، مما يوفر خرج طاقة احتياطية مجمعة تبلغ 17.6 كيلو واط.
• المراقبة:يتم تتبع أداء النظام عبر وحدة الاتصال اللاسلكي المتكاملة وتطبيق جوال مصاحب.

تم تنفيذ التثبيت على مراحل:

1. تحضير الموقع:تم تركيب العواكس على الحائط في غرفة مرافق جيدة التهوية. وفر تصنيف NEMA 3R راحة البال فيما يتعلق بالتعرض البيئي داخل المساحة.
2. التركيب:تم توصيل سلاسل PV باستخدام كتل الأطراف، مع إيلاء اهتمام دقيق لتوزيعها عبر أجهزة MPPT المتاحة لتحسين الأداء.
3. التشغيل:تم تنشيط النظام وخضع لاختبارات صارمة. تم التحقق من الأداء في ظل ظروف تحميل مختلفة، وتمت بنجاح إثبات التبديل إلى الطاقة الاحتياطية في أقل من 10 مللي ثانية.

يعمل النظام منذ مايو 2023 وتجاوز توقعات الأداء.

• الاكتفاء الذاتي من الطاقة:يقوم النظام بتشغيل المسكن بالكامل، مما يلغي تمامًا الحاجة إلى المولد الاحتياطي باستثناء سيناريوهات الطوارئ القصوى.
• الموثوقية التشغيلية:خلال عاصفة ثلجية شديدة في ديسمبر 2023 استمرت ثلاثة أيام، حافظ بنك البطارية، المشحون بواسطة نظام PV، على جميع الأحمال الحرجة دون انقطاع. أدار نظام تبريد المروحة الخاص بالعواكس تبديد الحرارة بشكل فعال حتى أثناء ذروة الإخراج.
• حصاد الطاقة الأمثل:تؤكد البيانات من منصة المراقبة أن تصميم MPPT المتعدد يقلل بنجاح من فقدان الطاقة من التظليل الجزئي، مما يؤدي إلى التقاط ما يقرب من 15٪ من الطاقة الإضافية مقارنة بإعداد العاكس الواحد.
• رضا المستخدم:أفاد أصحاب المنازل عن انخفاض كبير في الضوضاء (من المولد المتقاعد) ويقدرون قدرات المراقبة عن بعد البديهية.

يوضح هذا المشروع بنجاح فعالية العواكس الهجينة من سلسلة SP في تطبيقات سكنية خارج الشبكة. كانت سمات المنتج الرئيسية - الكفاءة العالية، وتكوين MPPT المرن، والحماية البيئية القوية، والانتقال الاحتياطي السلس - مسؤولة بشكل مباشر عن التغلب على التحديات الأساسية للمشروع. يمثل النشر الناجح في البيئة الجبلية القاسية في كولورادو شهادة على موثوقية المنتج، مما يجعله خيارًا ممتازًا للمنازل المستقلة في مجال الطاقة في المناخات الصعبة المماثلة.