オフグリッドソーラーのセットアップが12、24、48 VDCなのはなぜですか？

オフグリッドソーラープロジェクトのために50kWを生産したいと考えています。理想的には、高出力バッテリーインバーターと充電コントローラーを備えた高電圧DCバッテリーシステムが必要です。

いくつかの高VDC（384V）インバーターと充電コントローラーのみを見つけましたが、それらは中国メーカーのものです。私は彼らから買うのを少しためらっています。

大企業はすべて、12、24、および48 VDCのみを使用しています。私はそれが最も一般的であり、家に多くの電力を必要としないことを理解していますが、48VDCで50kWを生成したい場合は1000A以上です！48Vインバーターと並列に実行する場合、10台以上のインバーターが必要になります。それはたくさんの手間と仕事です。

これらの製品を48 VDCに制限する電気的な理由はありますか？

60VDCは、UL 60950-1で説明されているように、Safety Extra Low Voltage（SELV）のカットオフです。低電圧であることに加えて、SELV回路は、特定の間隔と材料要件を備えた強化絶縁によって主電源からも分離されています。

一般的に、SELV電圧は「タッチセーフ」であり、直接接触しても感電の危険はありません。48Vは、このSELVしきい値を少し下回ります。また、直列に接続された4つの「12V」鉛蓄電池も便利です（フルフロート充電で約58.8Vまでです）。

SELVレベルを超える電圧は、ライン電圧と同じクラスであると見なされ、通常、設置するのに電気技師が必要です。理由？電気技師は、適切な材料の使用、溶断、故障保護、エンクロージャ、ケーブル配線など、致命的な電圧との偶発的な接触から保護するためのコードと技術に精通しています。

詳細はこちら：https : //www.edn.com/electronics-blogs/power-supply-notes/4414411/What-does-SELV-mean-for-power-supplies

現場で組み立てられたバッテリーハードウェアは、助けがなければSELVの外に出ることはできません

ほとんどのオフグリッドシステムのDCバス電圧の主な制限は、実際にはタッチの安全制限（60VDC / 42.4VAC SELV制限）によるものですが、それは誰がインストールしたかによるものではありません。代わりに、問題は部品の入手可能性です。オフグリッドシステムで使用されるサイズの鉛酸単電池とモノブロックは、一般に製造とアプリケーションの多様性の問題のため、タッチセーフ端末では利用できません。これは、環境に応じて、タッチセーフティ境界としてバッテリーキャビネットまたはバッテリールームを使用するか、工場で組み立てられて記載されているエネルギー貯蔵システムを使用することにより、ある程度克服できますが、それが次の問題につながります。

DCスイッチギアは硬い

軽負荷LV AC主電源スイッチギア（MCBおよび関連する取り付け/バスシステム、ならびにヒュージブルスイッチ/ディスコネクタ、園芸品種の主電源ヒューズなど）は、通常の一般的な使用電圧に容易に利用できます。しかし、このギアの限られたサブセットは、DCサービスのために評価され、すべてで、そうであれば、その評価は48-60VDCの周りに制限されます。さらに、ソーラーサービス向けの断路器などは、高DC電圧定格ですが、グランドスキームでは短絡/遮断定格が非常に低くなっています。これは、ソーラーパネルが本質的に現在の限られたソース：弦の長さに関係なく、何をしても、定格のIscをはるかに超えることはありません。また、ソーラーパネルのIsc値はキロアンペアではなくアンペアのオーダーです。

あなたが必要とするこの手段もはるか電池ストリングがkiloampクラスの故障電流（この点で電源ソースに簡単に相当）、およびDCアークが可能なように、電源電圧相当のDC電圧のDCサービスのための重いデューティ開閉は無限にありますゼロクロッシングで自己消光するACアークに対して、一度攻撃すると自立します。さらに、DC定格の産業用タイプMCCBやヘビーデューティヒュージブルスイッチなどのヘビーデューティーギアでさえ、単極ブレーカーの場合は125VDC、多極機器の全極スイッチングの場合は250VDCに制限されることがよくあります。最大定格600VDCのヒュージブルスイッチがいくつかありますが、これらは、わずかな例外を除いて、300VDCを超える電圧で主電源OCPDサービス用のヒューズを取得できないことによって制限されます。

評価の中断は別の問題です。10kAを超えるDCシステム短絡定格を達成するには、慎重にコンポーネントを選択する必要があり、入手可能な最も堅牢なブレーカーとヒューズ設計でさえ、100kA以下のDC遮断定格しか達成しません。

TLDR：産業は産業用ギアを使用しており、家庭には 50kwの需要がありません。本当に。

これを十分に強調することはできません。

DCは厄介な顧客の1つです。

頻繁にゼロクロッシングを行うため、若者やキャリアを従順で無害なDC 5〜24ボルト、または100〜240 Vの良好なAC電圧で作業した後、満足するのは簡単です。

同じ範囲のDCは平均的な酔っぱらいです。あなたは非常に古い家にいて、スイッチを入れたり切ったりしたときに決定的なスナップを持つスイッチを感じたかもしれません。これらは、家の電力がDCであったときの先祖返りであり、アークを確実に除去するために、接点をかなり広くスナップします。その上には、アークを吹き飛ばすためにアークをアークシュートに引き上げるように設計された磁気または空気圧の「ブローアウト」が必要です。、

DCアーク放電が進行すると、ほとんど何でも燃え尽きてしまいます。（この路面電車のビデオでは、アークが開始するまでに時間がかかり、その後路面電車が引き裂かれていることに注意してください。見続けると、何度か再点灯します。）

コンタクタとリレーのDC定格を確認してください。DCの電圧定格はAC とは大きく異なります。

その結果、さまざまな規制は高電圧DCを低電圧とは異なる方法で扱い、許容される最大値は通常30〜50ボルトの範囲です。

高速シャットダウン

ソーラーパネルの設置者（屋根で作業する）にとって特に関心のある2つのしきい値は、2017年の急速シャットダウンルールです。ソーラーパネルのグループの間に「通路」を残して、消防士が屋根にアクセスできるようにする必要があります。これは、まだ隣接しているパネルのグループがあることを意味します。

屋根に設置する場合、消防士がアクセスできるスイッチが2つ必要です。a）パネルのグループ内の電圧を80ボルトDC以下に下げます。b）グループ間の電圧を30ボルトまで下げます。

システム電圧が30ボルト未満の場合、特別な準備は必要ありません。

これは、高電圧の危険性を直接反映しています。

非屋根のインストールの場合、これは問題ではありません。思考の糧。

背の高いバッテリースタックは信頼性が低い

バッテリーは、セルあたり1.2〜3ボルトの一連のセルです。そのため、高電圧スタックには多くのセルがあります。セルが多いほど、スタック全体を制限またはダウンさせるセル障害のリスクが大きくなります。EVはこれをexoticaバッテリーで大部分は征服しましたが、普通の鉛酸では同じ運がありません。

バッテリー電圧は太陽電圧と一致する必要はありません

ソーラーパネルの高電圧（本質的に電流制限があることに注意）とバッテリーパックの低電圧（文字通り電流制限はなく、元気に爆発します）には何の問題もありません。ソーラー充電コントローラーは降圧変換する必要がありますが、とにかくそれを行っています。

本当に50 kWが必要ですか？

はい、サーバーファームを実行したり、照明を育てるなど、商業的にこれを行っている場合は、はい-プロジェクトを利用可能なインバーターハードウェアに適合する小さなチャンクに分割します。複数のインバーターは同期できないため、出力を並列化できないことに注意してください。それらが互いに位相がずれると、それらの間で完全にショートになります。インバータが相互にまたはグリッドと自動的に同期することを期待している場合、その期待をリセットします。

これが商業的なベンチャーである場合、例えば、遠隔地の鉱山で人工呼吸器やポンプを稼働させる場合は、工業用の機器に挑み、そのための最低価格を支払います。あなたが安いチーズを考えているというまさにその事実は、これを住宅所有者の問題として投げかけているようです。

ホームズはいないんこれを

「エコ」ムーブメントの大きな間違いの1つは、ユニット置換であるため、プロセスをまったく同じに保つことができます。硝酸塩肥料を除去し、コウモリのグアノを挿入し、ラウンドアップを除去し、ブランドXに置き換えますが、それでもまったく同じ方法で耕作します 完全地球遮蔽、パッシブソーラー設計及び他の無視し、代わりに、ブランドY及び請求LEED認証（部分はLEEDであるため）のブランドXの部分と建物を高め、実フィールドで勝者を。 そのアプローチは間違っています。悲劇的に一般的ですが、頭は間違っています。

そして正直に言うと、これは否定論者からのものです.200Aのメインパネルブレーカーを見て、240倍して48KWのソーラーシステムが必要であると宣言すると、否定論者はすぐにいくつかの数字を投げ出し、48kwのソーラーシステムが完全に非実用的であることを証明します。 うんちシャーロックなし。この場合、異論者は、グリッド外の生活さえ実用的であるという考えを暗殺するために、特にユニット置換に悪意を持って移行しています。

もちろん、現在、50kwの太陽系は実際に想像できますが、いまだに反対者が「提案」したときと同じくらいばかげています。

保護対策のないランダムな家の平均消費電力は1000ワットです。これは、発電所の数で発電所を評価している電力会社によるものです。これはかなり大きなシステム（100KWHのバッテリーで100時間の嵐を乗り切る）であるため、負荷とそれらを最小化する方法、特に吸血鬼の負荷（24時間365日）について考えます。

あなたの家全体で最大の吸血鬼の負荷は、インバーターです。負荷がなくても、単に「スピンアップ」されることで、評価の1％を消費します。50kwの場合、それは500ワットの電力です。平均的な最適化されていない家が取るものを覚えていますか？あなたはすでにそこにいます -それはどれほど無駄なことですか？そのため、インバーターを適切なサイズに保つことが重要です。

そして、あなたは慎重に負荷を考え、インバータのサイズを制御する巨大な顧客がいないことによってそれを行います。

慎重な負荷設計

できないことは次のとおりです。古い冷蔵庫を維持して600ドルの新しい冷蔵庫を避け、非効率なものに電力を供給するために、3000ドルのPV容量を追加でプロビジョニングする必要があります。

そのため、たとえば、電気ベースボードの熱はまさに適切です。電気オーブン、いいえ。ガスを使用します。熱を構築するパッシブソーラー設計であるべきで、その後アクティブ太陽熱システム。温水、貯蔵タンク付きの太陽熱。

公正な例外があります：熱ポンプは、太陽電池パネルの20ish％の効率は、あなたはおそらく太陽の熱から得ることができるもの>ヒートポンプの300から1000までパーセントの効率をxはので、完全に合理的です。

結局のところ、オフグリッドの家に期待される唯一の本当に大きな電気負荷はエアコンです。 インバーターはそれに応じて大きさで分類されます。

そのため、48Vは十分なバッテリーです。

オンデマンドのお湯

私は、短時間で正確に50kw を必要とする負荷に頭を悩ませてきましたが、私の結論は「オンデマンドの温水熱」です。私は彼らを愛していますが、はい。いいえ...

これは、PVで熱を発生させることと、ACを気にしない負荷に対してインバーターを実行することの2つの原則に違反しています。

少なくとも、DCを直接ホットショットし、おそらくチャンネルごとにヒーターがそのチャンネルで熱を要求しているときにのみ回転する単純なブーストコンバーターを使用します。とにかく大きなヒーターで3〜4チャンネルを行うので、ちょうど3つの小さなヒーターを実行します-蛇口のすぐ近くにあります。 （現在は満たされているパイプの温水は放棄されます）。

これを行う正しい方法は、おそらくはヒートポンプで増強された大きな貯蔵タンクで太陽熱を使用することです。貯蔵タンクは、可能な限り熱くなります（可能な場合は90°C）。その後、熱交換して家庭用温水を作るか、ヒートポンプ（タンク）給湯器のヒートシンクとして使用します。ヒートポンプは「下り坂」をポンプする場合により効率的であるため、大きな太陽熱温水タンクは、直接使用しなくても多くのPVエネルギーを節約します。

最適なDC電圧は、取り付けるバッテリーのタイプによっても異なります。鉛酸はより手頃な価格ですが、約1000回の充放電サイクルで摩耗します。高電圧システムの場合、大量に直列配線する必要があります。リチウムイオン電池は高電圧構成（約500 V DC）で存在し、電流が比例して低くなるため配線損失が大幅に減少し、寿命が大幅に長くなります。

昨年、私は「blueplanet hybrid 10.0 TL3」インバーター、10KW、太陽光発電側に200〜900 V DC範囲、500 V DC Li-Ionバッテリーを設置しました。バッテリーは確かに中国製（Byd-HV）、インバーターはドイツ製です。欠点は、アイランドモードを有効にするためのファームウェアが、認証の遅延のために2019年9月末にしか来ないということです... 10mm2ソーラーケーブル（私の10 KW設置用）。

大型のオフグリッドACインバーターは間違いなく入手できます。たとえば、SMA Sunny Islandは最大100kWになります。

https://www.sma-america.com/products/battery-inverters/sunny-island-4548-us-6048-us.html

そして、もしあなたが代替品を持っているなら、私は中国製のインバーターについてもheします。幸いなことに、この場合、あなたはそう思います。