Kuidas dimensioneerida GSIKE abil 2 kW ja 12 V võrguvälist süsteemi

Väikese, 2 kW ja 12 V võrguvälise süsteemi õige dimensioneerimine määrab, kas paigaldis töötab töökindlalt või jääd elektrita. Näitame, kuidas arvutada GSIKE G2500EU12V abil õigesti aku, PV ja kaablite suurus.

Iga võrguvälise süsteemi kavandamine algab tarbimise kaardistamisest. Pane kirja kõik 230 V seadmed, mida soovid kasutada, ja nende tüüpiline võimsus. LED-pirn tarbib 5–10 W, ruuter 10–15 W, külmik pidevalt 80–150 W, sülearvuti 30–60 W, teler 40–80 W. Liida need kokku ja jäta 2000 W-st korralik varu, nii väldid katkestusi.

Aku: kui suurt mahutavust vajad?

BMS-iga 12,8 V ja 100 Ah liitiumaku salvestab umbes 1280 Wh; kui kasutada saab 80% mahutavusest, jääb alles umbes 1024 Wh. 2 kW täiskoormusel kestab see vaid umbes kolmkümmend minutit, kuid tegelikkuses kasutatakse vahelduvaid, umbes 500–1000 W koormusi poole päeva või terve päeva jooksul. Matkaautode ja nädalavahetuse majade jaoks on realistlik vahemik 100–200 Ah 12 V juures, kus energiavajadus ja kaal on endiselt tasakaalus.

Võimalike laadimistsüklite arv sõltub suuresti BMS-ist ja tühjendussügavusest: kes laseb akul harva alla 80% langeda, saab tunduvalt rohkem tsükleid kui see, kes tühjendab aku iga päev täiesti tühjaks. See on üks põhjus, miks ettevaatlikult kasutatav väike aku kestab kauem kui suur, pidevalt tühjenenud aku.

Arvutusnäide nädalavahetustel kasutatava kuuri kohta

Võtame näiteks tavalise kuuri: 80 W külmik töötab umbes kolmandiku ajast, seega tarbib keskmiselt umbes 30 Wh tunnis; lisaks valgustus (20 W kaks tundi = 40 Wh), sülearvuti ja ruuter (30 W neli tundi = 120 Wh). Kokku kulub jämedalt arvestades umbes 400 Wh päevas. 100 Ah aku, mille kasutatav mahtuvus on 1024 Wh, peab vastu poolteist päeva, enne kui seda laadima peab. Kolm 250 W moodulit toodavad hea päikesega päeval hõlpsasti 2,5–3 kWh, millest piisab enam kui küll aku uuesti täislaadimiseks. Talvise vähese päikesekiirguse korral, kui tootlikkus on 30–40 %, jätkub sellest ikkagi baasvajaduse katmiseks.

Kes oma energiatarbimist ei tea, peaks kasutama nädal aega elektriarvestit ja tegeliku tarbimise kirja panema. Mõõdetud päevase Wh-tarbimise põhjal saab arvutada aku mahtuvuse ning seejärel vajaliku PV-võimsuse, nii et keskmise päikeselise päeva jooksul toodetakse rohkem energiat, kui pilves päeval kulub. See lihtne lähenemisviis asendab igasuguse üledimensioneeritud paigaldise ja aitab vältida tarbetu salvestusmahu eest maksmist.

PV-moodulid ja suund Hispaanias

Pürenee poolsaarel jagub päikesekiirgust aasta läbi ning kolm lõuna poole suunatud 250 W moodulit annavad piisavalt energiat kuuri või matkaauto jaoks. MPPT tööpinge jääb vahemikku 30–160 V alalisvoolu, seega tuleb moodulid ühendada jadamisi selle väärtuseni, ületamata tühijooksul 160 V alalisvoolu. Umbes 30–45-kraadine kalle horisondi suhtes ja lõunasuund aitavad päikesekiirgust paremini ära kasutada; talvel aitab järsem nurk lumel maha libiseda.

12 V ja 170 A alalisvoolukaabli ristlõiked

Siin on üks punktidest, mis algajaid kõige sagedamini segadusse ajab: 2000 W ja 12 V korral ei ole voolutugevus 8 A nagu 230 V korral, vaid umbes 170 A. Seepärast peavad aku ja inverteri vahelised kaablid olema lühikesed ja väga jämedad. Liiga peen kaabel kuumeneb, kaotab energiat ja põhjustab koormuse all pinge languse. Ära siin kokku hoia: sellest sõltub, kas paigaldis töötab usaldusväärselt või katkeb kohe esimese tõrke korral.

Kaitseseadmed ja kaitsmed

Aku positiivse klemmi ja inverteri vahele tuleb paigaldada sobiva nimivooluga alalisvoolukaitse, mis asub aku lähedal ja katkestab voolu kaabli lühise korral. Samuti on soovitatav paigaldada kaitselüliti või nähtavale kohale lahklüliti, et seadme puhastamise või kontrollimise ajaks saaks selle ohutult välja lülitada. Vahelduvvoolu poolel kaitseb väljundit väike kaitselüliti. Need kaitseseadmed on odavad ja hoiavad ära tulekahju; need ei ole valikulised.

Kuu energiabilanss, mitte ainult päevane

Ainult ühe tüüpilise päeva järgi süsteemi dimensioneerimine on levinud viga. Vaid nädalavahetustel kasutatava kuuri tarbimisprofiil erineb iga päev kasutatava kuuri omast ning keset talve kasutatava põllumajanduskuuri päikesekiirgus on suvisega võrreldes vähenenud murdosani. Seetõttu tasub vaadata aasta kõige ebasoodsamat kuud, mitte kõige päikeselisemat. Kui dimensioneerid süsteemi nii, et aku peab vastu ka pilvise detsembriöö, jääb juulis toodetud ülejääk lihtsalt alles; kui lähtud juulist, jääd detsembris pimedusse.

Pürenee poolsaarel võib detsembrikuu kiirgus lõunas olla kolmandik kuni pool juunikuisest, põhjas aga veelgi väiksem. See tähendab, et kui suvel piisab kolme 250 W mooduli võimsusest varuga, siis talvel võivad need toota vaid baaskoormuse katmiseks vajaliku energia, kuid mitte laadida 200 Ah akut täis. Seetõttu peaksid kuuri aasta ringi kasutajad kaaluma lisapaneelide paigaldamist või leppima sellega, et kõige kehvematel kuudel tuleb kasutada generaatorit või elektrivõrku. GSIKE on ATS-i kuivkontaktiga selliseks automaatseks varutoiteks valmis.

Öine autonoomia: arvutus samm-sammult

Et arvutada, kui kauaks öösel energiat jätkub, alusta aku kasutatavast energiast. 12,8 V ja 100 Ah liitiumaku annab kokku 1280 Wh; kuna pinget ei tasu alla 20% lasta, saab tegelikult kasutada umbes 1024 Wh. Nüüd liida kokku päikeseloojangust päikesetõusuni tarbitav energia: LED-valgustus (15 W 5 tunni jooksul = 75 Wh), külmik öörežiimil (30 Wh), ruuter ja laadijad (20 W 8 tunni jooksul = 160 Wh). Öine kogutarbimine ≈ 265 Wh. Neist 1024 kasutatavast Wh-st piisab mitmeks järjestikuseks päikesevabaks ööks, kui päeval saab kulutatud energia tagasi laadida.

Kui aga vajad öösel üle 800 Wh, jääb ühest 100 Ah akust väheks ja vajad kahte rööbiti ühendatud akut (200 Ah) või pead leppima sellega, et laed neid iga päev. Siin ilmneb tegeliku tarbimise mõõtmise olulisus: pealiskaudse hinnanguga ostad liiga väikese mahutavusega aku ning pettumus saabub juba teisel ööl, kui tuled kustuvad enne hommikusööki.

Paneelide jada- ja rööpühendus: kuidas stringe ühendada

GSIKE MPPT töötab vahemikus 30–160 VCC. See määrab, kuidas moodulid rühmadesse ühendada. 250 W paneelide puhul, mille maksimaalse võimsuse punktis on pinge umbes 30–38 V, annab kahe paneeli jadaühendus 60–76 V ja kolme paneeli jadaühendus 90–114 V: kõik jäävad vahemikku. Ära ühenda nelja paneeli järjestikku, sest külmaga ületaks tühijooksupinge 160 V ja MPPT keeldub käivitumast või rakendab kaitse. 900 W saavutamiseks ühenda rööbiti kolm jadaühendusega stringi, millest igaühes on kaks või kolm moodulit.

Pane stringid rööbiti kaitsmetega igas stringis, et ühe haru lühis ei tühjendaks teisi. Kui kasutad ühes stringis kaht või kolme moodulit, kontrolli, et tühijooksupinge kõige külmemal päeval ei ületaks 160 VCC: pakaselisel talvepäeval tühijooksupinge tõuseb ja see on halvim olukord, millele regulaator peab kahjustumata vastu pidama.

Millal tasub üle minna 24 V süsteemile

Igal autonoomsel süsteemil on piir, mida tuleb arvestada: kui soovitud võimsus ületab sageli 2000 W pidevvõimsust või päevane energiatarbimine ületab 2–3 kWh, peab 12 V süsteem taluma väga suuri voolusid (üle 170 A) ning kaablikaod muutuvad vastuvõetamatuks. Sel juhul pole arukas GSIKE-t viimase piirini koormata, vaid minna üle 24 V või 48 V inverterile, mille puhul liigub sama võimsus palju väiksema vooluga ning kaablid on hõlpsamini hallatavad.

GSIKE ei häbene oma klassi: see on suurepärane tööriist väikestele autonoomsetele süsteemidele ega püüa olla kõikehõlmav lahendus. Kui jääda selle piiridesse ning kasutada piisavalt mahukat akut ja lühikesi kaableid, saab töökindla ja vaikse paigaldise. Nende piiride ületamine, et säästa 24 V süsteemile ülemineku pealt, põhjustab pidevaid katkestusi. Seadme piiride tundmine on sama tähtis kui selle eeliste tundmine.

Dimensioneerimisvead, mida tuleks vältida

Kõige sagedamini unustatakse mootorite käivitusvool. Külmkapp, mis tarbib töötades 100 W, vajab käivitumisel hetkeks kolm-neli korda rohkem võimsust. Seepärast on GSIKE tippvõimsus 3000 VA ja seepärast ei tohiks korraga ühendada kaht induktiivkoormust. Teine viga on aku dimensioneerimine inverteri võimsuse, mitte päevase energiatarbimise järgi: inverter talub 2000 W, kuid aku määrab, kui kaua see kestab. Kolmas viga on kadude eiramine: pikad kaablid, lõdvad ühendused ja valesti dimensioneeritud MPPT vähendavad paberil arvutatust 10–20%.

Neid vigu on lihtne vältida, kui mõõdad enne ostmist: kogu nädala jooksul tegeliku tarbimise andmed, aus hinnang kõige päikesevaesema kuu kiirgusele ja piisava ristlõikega kaabel 12 V poolel. Kui need kolm näitajat on teada, pole GSIKE võimsuse dimensioneerimine enam usuhüpe, vaid lihtne arvutus.

Kolm näidet eri projektidest

Et süsteemi dimensioneerimine ei jääks abstraktseteks arvudeks, vaata, kuidas GSIKE sobib kolme levinud projektiga. Esimene on elektrivõrguta jahimaja Extremaduras: 80 W külmik, kaks LED-lampi ja ruuter, mis lülitatakse sisse ainult õhtuti. Tegelik päevane tarbimine on umbes 350 Wh. Kolme 250 W paneeli ja 100 Ah akuga jätkub energiat ka talvel ning GSIKE töötab aasta läbi sekkumiseta. Teine projekt on suvel Põhja-Hispaanias ringi sõitev matkaauto: süsteem on mobiilne, kompressoriga külmik töötab pidevalt ning õhtuti kasutatakse sülearvutit ja kohvimasinat. Siin laetakse 100 Ah akut osaliselt sõidu ajal generaatorist ning GSIKE lülitab toite 10 ms jooksul ümber, ilma et seadet peaks taaskäivitama.

Kolmas projekt on väike koduga ühendatud aiatöökoda, kus on elektrivõrk olemas. Kasutaja soovib toita töölauda, valgustit ja aeg-ajalt väikest kompressorit, ilma et peaks laskma paigaldada uut kallist elektriühendust. Siin töötab GSIKE päevase autonoomse süsteemina ning kuivkontakt saab pilvistel päevadel väikese generaatori käivitada. Kõigil kolmel juhul oleks viga olnud süsteem tulevase kasvuga arvestades 2000 W-st suuremaks dimensioneerida. Õige lahendus oli alustada väikesest ja töökindlast süsteemist ning suurendada seda ainult siis, kui tegelik vajadus seda nõuab.

Kuidas temperatuur mõjutab süsteemi dimensioneerimist

Üks tegur, mille algaja sageli unustab, on temperatuur. Liitiumaku kaotab külmaga mahtuvust: temperatuuril −10 °C suudab see anda vaid 70–80% nimimahtuvusest ning madalal temperatuuril laadimine kahjustab elemente. Seetõttu tuleb aku paigaldada külma eest kaitstud kohta, mitte kütmata kuuri põrandale. Päikesepaneelid seevastu töötavad külmaga paremini kui kuumaga: selgel talvepäeval toodavad need oodatust rohkem, kui lumi neid ei kata. See erinevus selgitab, miks süsteemi dimensioneerimisel tuleb arvestada aku töötemperatuuriga, mitte üksnes päikesekiirgusega.

GSIKE töötemperatuur on −10 kuni +50 °C, mis sobib suuremas osas Hispaaniast. Väga kuuma suvega piirkondades piisab sellest, kui seadet ei paigaldata suletud ja ventilatsioonita kappi, sest see eraldab soojust ning ventilaator vajab õhku. Praktikas aitab enamikku temperatuuriprobleeme vältida see, kui korpuse ümber on õhuruumi.

Soovituslik ostunimekiri 2 kW autonoomse süsteemi jaoks

Et et seade viiks konkreetse ostuni, on siin GSIKE G2500EU12V-ga sobiv minimaalne nimekiri: hübriidinverter; 12,8 V ja 100–200 Ah liitiumaku koos BMS-iga; kaks või kolm 250–300 W päikesepaneeli, kokku kuni 900 W; lühikesed 25–50 mm² alalisvoolukaablid; positiivse klemmi lähedal asuv alalisvoolukaitse; väike automaatkaitse vahelduvvooluväljundil; ja soovi korral valikuline WiFi-moodul. Ainult inverteri ostmine ja ülejäänu hilisemaks jätmine on kõige kulukam viga, sest vahepeal jääb seade riiulile kasutult seisma.

Kui see on su esimene paigaldis, alusta 100 Ah aku ja kahe 250 W mooduliga ning jäta võimalus laiendada süsteemi kuni 900 W ja 200 Ah-ni. Selline mõõdukas algus võimaldab süsteemi mõistlike kuludega katsetada ning GSIKE toetab laiendamist inverterit vahetamata. Mida see ei võimalda, on kahe seadme paralleelühendus, seega ära osta teist seadet plaaniga need kokku laduda; kui vajad rohkem võimsust, peitub lahendus pinges, mitte seadmete arvu suurendamises.

Kui sul on veel küsimusi kaabli ristlõike, paneelide arvu või aku mahutavuse kohta, annavad EASUNi ja PowMri võrdlus ning akuta kasutamise juhend tervikliku ülevaate. Eraldiseisva süsteemi dimensioneerimiseks ei pea olema insener, kuid tuleb järgida kolme arvu: võimsus, energia ja vool. Kui need kolm on selged, saab GSIKE ülejäänuga hakkama. Kui arvutustes midagi ei klapi, vaata enne ostmist tehnilist andmelehte, kus kasutusjuhendi näitajad on toodud tabelite kaupa ja ilma ärilise ümardamiseta.

Pea lõpuks meeles, et õige dimensioneerimine ei tähenda maksimaalset optimeerimist, vaid kahe kõige rohkem paigaldist kahjustava vea vältimist: aku võimsusest jääb puudu või seade töötab pidevalt võimsuspiiril. GSIKE tasub mõõdukuse eest: väike, kuid õigesti dimensioneeritud süsteem pakub iga päev rohkem meelerahu kui suur ja üleküllastatud süsteem. Kui aku, PV-paneelid ja kaablid on paigas, jääb üle vaid enda toodetud energiat nautida.

Kokkuvõte

GSIKE-ga 2 kW ja 12 V eraldiseisva süsteemi dimensioneerimine taandub kolme arvu arvutamisele: hoia tarbimine alla 2000 W pidevvõimsuse, vali öö üleelamiseks 100–200 Ah aku ning ühenda kuni 900 W PV-paneele jämedate ja lühikeste kaablitega. Nende kolme piiri järgimisel saab ehitada eraldiseisva 230 V toiteallika, mis teenib aastaid. Kasutusjuhend akuta kasutamise kohta ja WiFi täiendavad pilti.

Lõplik otsus

Korduma kippuvad küsimused

Allikad ja võrdlusandmed

1. GSIKE G2500EU12V 2 kW 12 V tooteinfo (149,99 EUR, tasuta tarne Hispaanias) — https://gesike.com/es-es/products/gsike-g2500eu12v-inversor-hibrido-2000w-12v-900w-mppt-wifi-spain
2. EASUN 2 kW 12 V, ELi võrdluspood — https://eu.easunpower.com/
3. MPPT 60 A ja vahemik 30–160 VCC — tehniline juhend — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. 12 V aku ja alalisvoolusiin — juhtmestiku juhend — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Juhendid ja võrdlused