Jak dimenzovat ostrovní systém 2 kW a 12 V s GSIKE

Správné dimenzování malého ostrovního systému 2 kW a 12 V rozhoduje o tom, zda bude vaše instalace spolehlivě fungovat, nebo vám dojde elektřina. Ukážeme, jak správně vypočítat baterii, fotovoltaické panely a kabely pro GSIKE G2500EU12V.

Prvním krokem při každém plánování ostrovního systému je zmapování spotřeby. Sepište všechny spotřebiče na 230 V, které chcete napájet, a jejich obvyklý příkon. LED žárovka spotřebuje 5–10 W, router 10–15 W, chladnička trvale 80–150 W, notebook 30–60 W, televizor 40–80 W. Sečtěte je a ponechte si dostatečnou rezervu pod 2000 W, abyste předešli výpadkům.

Baterie: jakou kapacitu potřebujete?

Lithiová baterie 12,8 V a 100 Ah s BMS uchovává přibližně 1280 Wh; při využitelné hloubce vybití 80 % zbývá asi 1024 Wh. Při plném zatížení 2 kW to vystačí jen na zhruba třicet minut, při skutečném provozu se ale pracuje s kombinovaným zatížením přibližně 500 až 1000 W po dobu půl dne nebo celého dne. Pro obytné vozy a víkendové domy představuje kapacita 100 až 200 Ah při 12 V realistický rozsah, při kterém stále vychází energetická potřeba i hmotnost.

Počet možných nabíjecích cyklů závisí do značné míry na BMS a hloubce vybití: kdo baterii jen zřídka vybíjí pod 80 %, dosáhne mnohem více cyklů než ten, kdo ji každý den zcela vybíjí. To je jeden z důvodů, proč malá baterie, se kterou se zachází šetrně, vydrží déle než velká, která je neustále vybíjená.

Výpočtový příklad pro víkendový zahradní domek

Uvažujme typický zahradní domek: lednice s příkonem 80 W běží přibližně třetinu času, což odpovídá asi 30 Wh za hodinu; k tomu osvětlení (20 W po dobu dvou hodin = 40 Wh), notebook a router (30 W po dobu čtyř hodin = 120 Wh). Celkem tedy zhruba 400 Wh denně. Baterie s kapacitou 100 Ah a využitelnou kapacitou 1024 Wh vystačí na den a půl, než ji bude potřeba dobít. Tři moduly po 250 W vyrobí za dobrého slunečného dne snadno 2,5 až 3 kWh, což na opětovné nabití baterie bohatě stačí. I při nižším zimním slunečním záření, které dosahuje 30–40 % běžné hodnoty, to stále stačí na základní spotřebu.

Kdo nezná svou spotřebu, měl by týden používat elektroměr a zaznamenávat skutečnou spotřebu. Z naměřených denních Wh lze určit kapacitu baterie a následně dimenzovat fotovoltaiku tak, aby se za průměrně slunečného dne vyrobilo více energie, než se spotřebuje během zamračeného dne. Tento jednoduchý postup nahradí předimenzovanou instalaci a zabrání tomu, abyste nakonec platili za zbytečně velkou úložnou kapacitu.

Fotovoltaické moduly a orientace ve Španělsku

Na Pyrenejském poloostrově je sluneční záření po celý rok vydatné a tři moduly po 250 W orientované na jih bohatě stačí pro zahradní domek nebo obytný vůz. Pracovní napětí MPPT je 30 až 160 V DC, takže se moduly musí zapojit do série tak, aby této hodnoty dosáhly, ale napětí naprázdno nepřekročilo 160 V DC. Sklon přibližně 30–45 stupňů nad horizontem a orientace na jih umožňují lépe využít sluneční záření; v zimě pomáhá strmější úhel sklouznutí sněhu.

Průřezy stejnosměrných kabelů pro 12 V a 170 A

Zde je jeden z bodů, který začátečníky často mate: při 2000 W a 12 V není proud 8 A jako při 230 V, ale asi 170 A. Proto musí být kabely mezi baterií a měničem krátké a velmi silné. Příliš tenký kabel se zahřívá, ztrácí energii a při zatížení způsobuje pokles napětí. Tady nešetřete: právě to rozhoduje o tom, zda bude instalace spolehlivá, nebo se hned při první příležitosti vypne.

Ochranné prvky a pojistky

Mezi kladný pól baterie a střídač musí být co nejblíže baterii zapojena správně dimenzovaná DC pojistka, která v případě zkratu v kabelu přeruší obvod. Doporučuje se také jistič nebo viditelný odpojovač, abyste mohli zařízení bezpečně odpojit při čištění či kontrole. Na AC straně chrání výstup menší jistič. Tyto ochranné prvky jsou levné a předcházejí požárům; nejsou volitelné.

Měsíční energetická bilance, nejen denní

Dimenzovat systém podle jediného typického dne je častá chyba. Kůlna, kterou využíváte jen o víkendech, má jiný profil spotřeby než kůlna obývaná každý den, a v zemědělském přístřešku uprostřed zimy klesá sluneční záření na zlomek letní úrovně. Proto je lepší sledovat nejméně příznivý měsíc v roce, ne ten nejštědřejší. Pokud systém dimenzujete tak, aby baterie vydržela do noci i během zamračeného prosince, přebytek v červenci se sám ztratí; pokud ho dimenzujete na červenec, v prosinci zůstanete potmě.

Na Pyrenejském poloostrově může být prosincové sluneční záření na jihu třetinové až poloviční oproti červnu a na severu ještě o něco nižší. To znamená, že pokud v létě tři moduly o výkonu 250 W bohatě stačí, v zimě mohou vyrobit právě tolik energie, aby pokryly základní spotřebu, ale ne aby plně dobily baterii s kapacitou 200 Ah. Kdo tedy bude kůlnu využívat po celý rok, měl by zvážit přidání dalších panelů, nebo počítat s tím, že v nejhorších měsících sáhne po generátoru či připojení k síti. GSIKE je díky bezpotenciálovému kontaktu pro ATS připraven na automatické záložní napájení.

Výdrž přes noc: výpočet krok za krokem

Chcete-li vypočítat, jak dlouho vám baterie vydrží přes noc, začněte její využitelnou energií. Lithiová baterie s napětím 12,8 V a kapacitou 100 Ah má celkovou kapacitu 1280 Wh; protože není vhodné vybít ji pod 20 %, využijete ve skutečnosti asi 1024 Wh. Teď sečtěte spotřebu od západu do východu slunce: LED osvětlení (15 W po dobu 5 h = 75 Wh), chladnička v nočním režimu (30 Wh), router a nabíječky (20 W po dobu 8 h = 160 Wh). Celková noční spotřeba ≈ 265 Wh. Těchto 1024 Wh využitelné energie vystačí na několik nocí bez slunce, pokud přes den doplníte spotřebovanou energii.

Pokud však vaše spotřeba během noci přesáhne 800 Wh, jedna baterie o kapacitě 100 Ah nestačí a potřebujete dvě zapojené paralelně (200 Ah), nebo se smířit s každodenním dobíjením. Právě tady se ukazuje, jak důležité je měřit skutečnou spotřebu: odhad od oka vás přiměje koupit nedostatečnou baterii a zklamání přijde druhou noc, když světla zhasnou ještě před snídaní.

Zapojení panelů do série a paralelně: jak zapojit stringy

MPPT v systému GSIKE pracuje v rozsahu 30 až 160 VCC. To určuje, jak moduly zapojit. Panely s výkonem 250 W, které mají v bodě maximálního výkonu napětí přibližně 30–38 V, dosáhnou při zapojení dvou do série 60–76 V a při zapojení tří do série 90–114 V: všechny hodnoty spadají do rozsahu. Nezapojujte čtyři panely do série, protože za nízkých teplot by napětí naprázdno přesáhlo 160 V a MPPT by se nespustil nebo by aktivoval ochranu. Chcete-li dosáhnout výkonu 900 W, zapojte paralelně tři řetězce, každý se dvěma nebo třemi moduly v sérii.

Paralelní zapojení řetězců musí mít pojistku na každém řetězci, aby zkrat v jedné větvi nevybíjel ostatní. Pokud používáte dva nebo tři moduly v řetězci, ověřte, že napětí naprázdno za nejchladnějšího počasí nepřesáhne 160 VCC: v mrazivém zimním dni napětí naprázdno stoupá, a to je nejhorší případ, který musí regulátor zvládnout bez poškození.

Kdy se vyplatí přejít na 24 V

Každý ostrovní systém má své hranice: pokud požadovaný výkon běžně přesahuje 2000 W trvale nebo denní spotřeba energie překročí 2–3 kWh, začne systém s napětím 12 V pracovat s velmi vysokými proudy (nad 170 A) a ztráty v kabelech se stanou neúnosnými. V takovém případě není rozumné řešení ždímat z GSIKE maximum, ale přejít na měnič 24 V nebo 48 V, kde při stejném výkonu protéká mnohem menší proud a kabely mají praktičtější průřez.

GSIKE se za svou třídu nestydí: je to skvělé řešení pro malé ostrovní systémy a nesnaží se být univerzálním řešením. Pokud zůstanete v jeho mezích, použijete dostatečně velkou baterii a krátké kabely, získáte spolehlivou a tichou instalaci. Překračovat tyto meze, abyste ušetřili za přechod na 24 V, je recept na neustálé výpadky. Znát hranice zařízení je stejně důležité jako znát jeho přednosti.

Chyby při dimenzování, kterým se vyhněte

Nejčastější chybou je zapomenout na rozběhový proud motorů. Chladnička, která za běžného provozu spotřebovává 100 W, si při rozběhu na okamžik vyžádá trojnásobek až čtyřnásobek; proto má GSIKE špičkový výkon 3000 VA a proto byste neměli zapínat současně dvě indukční zátěže. Druhou chybou je dimenzovat baterii podle výkonu měniče místo podle denní spotřeby energie: měnič zvládne 2000 W, ale o době provozu rozhoduje baterie. Třetí chybou je přehlížet ztráty: dlouhé kabely, uvolněné spoje a špatně dimenzovaný MPPT snižují dostupný výkon o 10 až 20 % oproti tomu, co by podle výpočtu mělo zbývat.

Náprava je jednoduchá, pokud před nákupem provedete měření: týden zaznamenávejte skutečnou spotřebu, poctivě odhadněte sluneční záření v nejméně příznivém měsíci a na straně 12 V použijte kabel s dostatečným průřezem. Když máte tyto tři údaje, dimenzování systému GSIKE přestává být otázkou víry a stává se přímočarým výpočtem.

Skutečné příklady tří různých projektů

Aby návrh nezůstal jen u abstraktních čísel, podívejte se, jak lze GSIKE využít ve třech typických projektech. Prvním je lovecká chata v Extremaduře bez připojení k síti: lednice s příkonem 80 W, dvě LED světla a router, který se zapíná jen večer. Skutečná denní spotřeba je přibližně 350 Wh. Se třemi panely o výkonu 250 W a baterií 100 Ah je energie dostatek i v zimě a GSIKE funguje po celý rok bez zásahu. Druhým příkladem je obytné auto, které v létě projíždí severním Španělskem: používá se na cestách, kompresorová lednice běží nepřetržitě a večer se používá notebook a kávovar. Baterie 100 Ah se zde zčásti dobíjí z alternátoru za jízdy a GSIKE přepíná za 10 ms, aniž by se zařízení restartovalo.

Třetím projektem je malá zahradní dílna přiléhající k domu, který je připojený k síti: uživatel chce napájet pracovní stůl, osvětlení a občas malý kompresor, aniž by musel nechat zřídit novou, nákladnou přípojku. GSIKE zde funguje jako denní ostrovní systém a spínací kontakt může při silné oblačnosti spustit malý generátor. Ve všech třech případech by chybou bylo navrhnout systém na výkon přesahující 2000 W s ohledem na budoucí rozšíření; správným řešením bylo začít s malým a spolehlivým systémem a rozšířit ho, jen pokud to skutečná potřeba vyžaduje.

Jak teplota ovlivňuje návrh systému

Začátečníci často zapomínají na jeden faktor: teplotu. Lithiová baterie v chladu ztrácí kapacitu: při −10 °C může poskytnout jen 70–80 % své jmenovité kapacity a nabíjení při nízkých teplotách poškozuje články. Baterii je proto třeba instalovat na místo chráněné před mrazem, ne na podlahu nevytápěné kůlny. Panely naopak podávají lepší výkon v chladu než v horku: za jasného zimního dne vyrobí více, než byste čekali, pokud je nezakryje sníh. Tento rozdíl vysvětluje, proč je při návrhu třeba zohlednit provozní teplotu baterie, nejen intenzitu slunečního záření.

Samotný GSIKE podporuje provozní teploty od −10 do +50 °C, což je široký rozsah vhodný pro většinu území Španělska. V oblastech s velmi horkým létem ho stačí neinstalovat do uzavřené skříně bez větrání, protože zařízení odvádí teplo a jeho ventilátor potřebuje přívod vzduchu. V praxi většině problémů s teplotou zabrání volný prostor kolem krytu, který umožní proudění vzduchu.

Doporučený nákupní seznam pro ostrovní systém o výkonu 2 kW

Aby návrh vedl ke konkrétnímu nákupu, tady je minimální sestava odpovídající zařízení GSIKE G2500EU12V: samotný hybridní měnič; lithiová baterie 12,8 V s kapacitou 100–200 Ah a BMS; dva nebo tři solární panely o výkonu 250–300 W, celkem až 900 W; krátké DC kabely o průřezu 25 až 50 mm²; DC pojistka poblíž kladného pólu; malý jistič na AC výstupu; a případně volitelný modul Wi-Fi. Koupit jen měnič a zbytek nechat na později je nejdražší chyba, protože mezitím zařízení zůstane nepoužitelné ležet na polici.

Pokud s instalací začínáte, zvolte baterii 100 Ah a dva moduly po 250 W a ponechte si prostor pro rozšíření až na 900 W a 200 Ah. S tímto umírněným začátkem můžete systém vyzkoušet za rozumné náklady a GSIKE umožňuje jeho rozšíření bez výměny měniče. Nelze však paralelně zapojit dvě jednotky, takže nekupujte druhou s tím, že je budete stohovat; potřebujete-li vyšší výkon, řešením je napětí, nikoli přidávání dalších zařízení.

Pokud máte ještě otázky ohledně průřezu kabelů, počtu panelů nebo kapacity baterie, doplní vám celkový přehled srovnání s EASUN a PowMr i návod k provozu bez baterie. Dimenzování ostrovního systému nevyžaduje inženýrský titul, ale je třeba dodržet tři hodnoty: výkon, energii a proud. Když v nich máte jasno, o zbytek se postará GSIKE. Pokud vám něco ve výpočtu nesedí, před nákupem se podívejte do technického listu, kde jsou údaje z návodu přehledně uvedeny v tabulkách, bez obchodního zaokrouhlování.

Nakonec mějte na paměti, že správné dimenzování neznamená vše optimalizovat na maximum, ale vyhnout se dvěma chybám, které instalaci nejvíc škodí: příliš malé baterii nebo nadměrnému zatížení zařízení, které pak neustále pracuje na hranici svých možností. GSIKE ocení střídmost: malý, ale správně dimenzovaný ostrovní systém přináší každý den více klidu než velký a přeplněný. Když jsou baterie, FV panely a kabely na svém místě, zbývá už jen užívat si energii, kterou si sami vyrábíte.

Závěr

Dimenzování ostrovního systému 2 kW a 12 V s GSIKE je v podstatě otázkou tří čísel: udržte celkový příkon pod 2000 W trvalého výkonu, zvolte baterii s kapacitou 100–200 Ah, která vydrží přes noc, a připojte až 900 W FV panelů pomocí silných a krátkých kabelů. Kdo tyto tři limity dodrží, vybuduje nezávislý zdroj 230 V, který mu bude sloužit roky. Obrázek doplňuje návod k provozu bez baterie a WiFi.

Závěrečný verdikt

Časté dotazy

Zdroje a referenční údaje

1. Produktový list GSIKE G2500EU12V 2kW 12V (149,99 EUR, doprava zdarma ve Španělsku) — https://gesike.com/es-es/products/gsike-g2500eu12v-inversor-hibrido-2000w-12v-900w-mppt-wifi-spain
2. EASUN 2kW 12V, přehled obchodu EU — https://eu.easunpower.com/
3. Průvodce MPPT 60A a rozsahem 30–160 VCC — technický přehled — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. Baterie 12V a DC sběrnice — přehled zapojení kabelů — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Průvodci a srovnání