2 kW:n, 12 V:n aurinkosähköjärjestelmän mitoitus: vaihe vaiheelta GSIKE G2500EU12V:n avulla

Pienen 2 kW:n, 12 V:n saarekekäyttöisen järjestelmän oikea mitoitus ratkaisee, toimiiko asennuksesi luotettavasti vai jäätkö ilman sähköä. Näytämme, miten GSIKE G2500EU12V:n akun, aurinkopaneelien ja kaapelien mitoitus tehdään oikein.

Verkon ulkopuolisen järjestelmän suunnittelun ensimmäinen vaihe on kulutuksen kartoittaminen. Kirjaa ylös kaikki 230 V:n laitteet, joita haluat käyttää, sekä niiden tyypillinen tehonkulutus. LED-lamppu kuluttaa 5–10 W, reititin 10–15 W, jääkaappi 80–150 W jatkuvasti, kannettava tietokone 30–60 W ja televisio 40–80 W. Laske ne yhteen ja jätä reilusti varaa alle 2000 W:n, jotta vältät katkokset.

Akku: Minkä kapasiteetin tarvitset?

12,8 V:n ja 100 Ah:n litiumakku, jossa on BMS, varastoi noin 1280 Wh; kun käytettävissä on 80 % purkaussyvyys, jäljelle jää noin 1024 Wh. Se riittää 2 kW:n kuormalla vain noin puoleksi tunniksi, mutta todellisessa käytössä kuormitus on yleensä 500–1000 W puolen tai koko päivän ajan. Matkailuautoihin ja viikonloppumökkeihin 100–200 Ah 12 V:n jännitteellä on realistinen vaihteluväli, jossa energiantarve ja paino pysyvät tasapainossa.

Mahdollisten lataussyklien määrä riippuu voimakkaasti BMS-järjestelmästä ja purkaussyvyydestä: akku harvoin alle 80 %:iin purkava saa paljon enemmän lataussyklejä kuin se, joka tyhjentää akun kokonaan joka päivä. Tämä on yksi syy siihen, miksi huolellisesti käytetty pieni akku kestää pidempään kuin suuri, jatkuvasti vajaalla latauksella oleva akku.

Laskuesimerkki viikonloppumökille

Otetaan esimerkiksi tavallinen mökki: 80 W:n jääkaappi käy noin kolmasosan ajasta eli kuluttaa noin 30 Wh tunnissa; lisäksi valaistus (20 W kahden tunnin ajan = 40 Wh), tietokone ja reititin (30 W neljän tunnin ajan = 120 Wh). Yhteensä kulutus on karkeasti noin 400 Wh päivässä. 100 Ah:n akku, jonka käyttökelpoinen kapasiteetti on 1024 Wh, riittää puoleksitoista päiväksi ennen kuin se täytyy ladata. Kolme 250 W:n moduulia tuottaa hyvänä aurinkoisena päivänä helposti 2,5–3 kWh, mikä riittää akun lataamiseen. Talven vähäisemmässä valossa, 30–40 %:n teholla, se riittää edelleen peruskuormaan.

Niiden, jotka eivät tunne kuormitustaan, kannattaa käyttää energiamittaria viikon ajan ja kirjata todellinen kulutus. Mitatuista päivittäisistä Wh-arvoista voidaan laskea akun kapasiteetti ja sen jälkeen aurinkopaneelien teho niin, että keskimääräisenä aurinkoisena päivänä tuotetaan enemmän kuin pilvisenä päivänä kulutetaan. Tämä yksinkertainen laskutapa korvaa ylimitoitetun järjestelmän ja välttää tarpeettoman varastointikapasiteetin ostamisen.

Aurinkopaneelit ja suuntaus Ranskassa

Manner-Ranskassa auringonpaistetta riittää ympäri vuoden, ja kolme etelään suunnattua 250 W:n paneelia tuottaa mökkiin tai matkailuautoon reilusti riittävästi sähköä. MPPT-säätimen käyttöjännite on 30–160 VDC; siksi paneelit kytketään sarjaan tähän jännitteeseen asti, mutta niiden tyhjäkäyntijännite ei saa ylittää 160 VDC:tä. Noin 30–45 asteen kallistus horisonttiin nähden ja suuntaus suoraan etelään hyödyntävät auringonsäteilyä tehokkaammin. Talvella suurempi kallistuskulma auttaa lunta liukumaan alas.

12 V:n ja 170 A:n DC-kaapeleiden poikkipinta-alat

Tämä on yksi aloittelijoita useimmin hämäävistä asioista: 12 V:n ja 2000 W:n teholla virta ei ole 8 A, kuten 230 V:n jännitteellä, vaan noin 170 A. Siksi akun ja invertterin välisten kaapeleiden on oltava lyhyitä ja erittäin paksuja. Liian ohut kaapeli kuumenee, hukkaa energiaa ja aiheuttaa jännitteen laskua kuormituksessa. Älä säästele tässä: se ratkaisee, onko järjestelmä luotettava vai katkeaako virta heti ensimmäisen vaihdon yhteydessä.

Suojalaitteet ja sulakkeet

Akun plusnavan ja invertterin väliin tulee asentaa sopivan kokoinen DC-sulake akun lähelle. Se katkaisee virran, jos kaapeliin tulee oikosulku. Suosittelemme myös näkyvälle paikalle asennettavaa katkaisijaa tai erotinta, jolla laitteen voi kytkeä turvallisesti pois päältä puhdistuksen tai huollon ajaksi. AC-puolella pieni johdonsuojakatkaisija suojaa lähtöä. Nämä suojalaitteet ovat edullisia ja ehkäisevät tulipaloja; ne eivät ole valinnaisia.

Oppaan lopuksi kannattaa painaa mieleen kolme helposti muistettavaa lukua: pistorasioille 2000 W jatkuvaa tehoa, paneeleille yhteensä 900 W ja akulle 100–200 Ah. Kun nämä kolme rajaa eivät ylity, järjestelmä toimii ilman odottamattomia katkoja. Lisää vielä lyhyet ja paksut kaapelit, sulake akun lähelle ja suuntaus suoraan etelään, niin suunnitelma on valmis. Muut asiat ovat vain hienosäätöä.

Mitoitus ei ole kertaluonteista tarkkaa tiedettä, vaan se kehittyy. Tänään syötät virtaa vain valolle ja reitittimelle; vuoden päästä haluat jääkaapin ja sitten pienen kahvinkeittimen. Siksi oikein mitoitettu järjestelmä, jossa on alusta alkaen hieman pelivaraa, mahdollistaa myöhemmät lisäykset ilman invertterin vaihtamista. Niin kauan kuin pysyt alle 2000 W:n jatkuvassa tehossa ja alle 900 W:n aurinkopaneelitehossa, GSIKE kasvaa tarpeidesi mukana. Kyse ei ole muuttumattomasta asennuksesta, vaan vaatimattomasta perustasta, jota rakennetaan askel askeleelta.

Vielä yksi turvallisuusvinkki: kytke alusta alkaen jatkuvasti käyttövalmiina oleva pieni LED-varavalo ja puhelimen laturi, jotta voit varmistaa järjestelmän jaksavan yön yli ennen kuin lisäät siihen enemmän virtaa kuluttavia laitteita. Varovainen käyttöönotto ehkäisee yllätyksiä. Kirjaa myös valitut asetukset (akun tyyppi, etusijavalinta ja kynnysarvot) muistiin: vuoden päästä, kun haluat lisätä paneelin, tiedät tarkalleen, miten järjestelmä on suunniteltu. Tämä yksinkertainen dokumentointi erottaa järjestelmän, jonka toimintaa ymmärtää, sellaisesta, jonka armoilla vain on.

Linvestointi yhteensä, invertteri mukaan lukien

Budjettia suunnitellessa kannattaa tarkastella rehellisesti kokonaiskustannuksia, ei vain invertterin hintaa. GSIKE maksaa 149,99 EUR; 12,8 V:n ja 100 Ah:n litiumakku BMS-järjestelmällä maksaa merkistä riippuen noin 250–350 EUR; kolme 250 W:n paneelia maksaa 180–250 EUR; kaapelit, sulakkeet ja erotuskytkin lisäävät kustannuksia 50–80 EUR. Pienen, täysin omavaraisen aurinkosähköjärjestelmän kokonaishinnaksi tulee noin 650–850 EUR akun ja paneelien merkeistä riippuen. Jos vaihtoehtona on verkkoliittymä syrjäiseen paikkaan tai polttoainetta vaativa generaattori, aurinkosähköjärjestelmä maksaa itsensä takaisin muutamassa vuodessa.

Kokonaiskulutuksen tunteminen auttaa välttämään aloittelijan virheen: ostetaan halvin invertteri ja epäröidään sitten akun ja paneelien valintaa, kunnes päädytään alimitoitettuun järjestelmään. On parempi käyttää hieman enemmän laadukkaaseen akkuun kuin ostaa kolme halpaa laitetta, jotka eivät toimi yhdessä. Mitoitusopas auttaa hahmottamaan kokonaisuuden, ei keskittymään vain yhteen komponenttiin.

Näin mittaat todellisen kulutuksesi

Ennen koon valitsemista mitataan kulutus. Huolellinen tee-se-itse-rakentaja kytkee pienen energiankulutusmittarin viikon ajaksi jokaisen laitteen ja pistorasian väliin ja merkitsee muistiin todelliset Wh-arvot. Tämä yksinkertainen mittaus korvaa summittaiset arviot, jotka ovat lähes aina liian optimistisia. Esimerkiksi televisio kuluttaa päivällä enemmän kuin luulisi ja jääkaappi enemmän kuin tuuletin. Kun todelliset Wh-arvot ovat kirjattuna, järjestelmän voi mitoittaa oikein: ei liian pieneksi (sähköt katkeavat) eikä liian suureksi (rahaa menee hukkaan).

Niille, jotka eivät halua mitata, annamme nyrkkisäännön: varaa 400–600 Wh päivässä pieneen mökkikäyttöön, valaistukseen ja reitittimeen sekä 800–1200 Wh viikonloppukäyttöön, johon kuuluu kevyt ruoanlaitto. Alle 600 Wh:n kulutukseen riittää 100 Ah:n akku; suurempaan kulutukseen kannattaa valita 200 Ah. Tämä nyrkkisääntö ei ole täydellinen, mutta sillä vältät päinvastaisen, hyvin yleisen virheen eli tarpeettoman ylimitoituksen.

Latausvirta: miksi 60 A muuttaa kaiken

Yksi GSIKEn muista tämän luokan hybridi-inverttereistä erottava yksityiskohta on sen 60 A:n MPPT-lataussäädin. 12 V:n akulla 60 A:n virta vastaa noin 720 W:n lataustehoa, joten osittain tyhjentyneen akun saa ladattua muutamassa aurinkoisessa tunnissa. 40 A:n mallilla se kestää kolmanneksen kauemmin. Käytännössä, jos akku on ollut käytössä yön aikana, 60 A:n laturi lataa sen täyteen ennen iltaa, kun taas 40 A:n laturilla varaustaso jää yhä alhaiseksi. Eron huomaa käyttöajassa etenkin talvella, kun latauspäiviä on vähän.

Suurempi latausvirta ei tarkoita, että järjestelmään pitäisi kytkeä yli 900 W paneeleita: MPPT rajoittaa tehoa, ei virtaa. Se tarkoittaa, että energiaa voidaan ottaa vastaan nopeammin silloin, kun aurinko todella paistaa. 100 Ah:n akulle 60 A on sopiva latausvirta ilman liiallista rasitusta; 200 Ah:n akulle se on edelleen varovainen valinta. Tämä on yksi syy siihen, miksi GSIKE latautuu yhtä hintaluokkaa olevia kilpailijoitaan nopeammin.

Kuukausiesimerkki: laskelmista talviseen käyttöaikaan

Palataan mökkiin, jonka kulutus on 400 Wh päivässä. Kesällä kolme 250 W:n paneelia tuottaa Ranskassa aurinkoisena päivänä 3–4 kWh, mikä riittää hyvin. Talvella, kun aurinko paistaa matalalta ja päivät ovat lyhyitä, tuotanto jää usein keskimäärin 1 kWh:iin päivässä. Jos kulutuksesi pysyy 400 Wh:ssa, 100 Ah:n akku (1024 Wh käytettävissä) takaa kahden päivän käyttöajan jopa viikon pilvisellä säällä. Tämä pelivara erottaa huolettoman järjestelmän sellaisesta, joka sammuu sateisena iltana. Paneelitehon kasvattaminen yli GSIKEn 900 W:n ei auta: ratkaisevia ovat akun kapasiteetti ja latauksen hallinta.

Moni aloittelija arvioi yöaikaisen käyttöajan väärin. Ajatellaan, että 100 Ah:n akulla pärjää koko yön, mutta todellisuudessa reitittimen valmiustila, muutama LED-valo ja pieni jääkaappi kuluttavat yön aikana 200–300 Wh, mikä mahtuu hyvin 1024 Wh:iin, kunhan mikroaaltouunia ja lämmitintä ei käynnistetä samaan aikaan. Juuri tämä yöaikainen laskelma, ei täyteen ladatun akun vaikuttava lukema, ratkaisee akun oikean koon.

PV-paneelit sarjaan vai rinnan

GSIKE sallii 30–160 VDC:n MPPT-käyttöjännitteen. Käytännössä kytket paneelit sarjaan, jolloin niiden jännitteet summautuvat (kaksi 36 Vc:n paneelia sarjassa tuottaa 72 Vc, mikä osuu sopivalle välille), et rinnan, sillä silloin jännite jää alle vaaditun 30 Vc:n. Alle 160 Vc:n tyhjäkäyntijännitteen (Voc) pysyminen on ehdoton vaatimus, sillä liian korkea jännite vaurioittaa MPPT-säädintä. Jos paneeliesi yhteenlaskettu Voc ylittää 160 Vc, yksi paneeli on poistettava tai vaihdettava toiseen.

Tämä sarjakytkentää koskeva sääntö ymmärretään usein väärin. Aloittelija, joka kytkee kaksi suurta 450 W:n paneelia sarjaan, laskee saavansa noin 900 W ja on tyytyväinen, mutta niiden yhteenlaskettu tyhjäkäyntijännite voi kylmänä päivänä ylittää 160 V. Siksi aiemmin olevassa taulukossa suositellaan joko kolmea 250/300 W:n paneelia tai kahta pienempää paneelia sarjaan kahden suuren 450 W:n paneelin sijaan. Jännitemarginaali, ei pelkkä teho, ratkaisee, mitä GSIKE todella kestää.

Milloin kannattaa siirtyä 24 V:n tai 48 V:n järjestelmään

12 V on yksinkertainen ja edullinen, mutta sen rajat tulevat nopeasti vastaan. Kun kuormasi ylittävät säännöllisesti 1500 W, haluat useamman päivän omavaraisuuden huonolla säällä tai järjestelmäsi tuottaa yli 1,5 kWh päivässä, siirtyminen 24 V:n järjestelmään on suositeltavaa: virta puolittuu, kaapelit ovat ohuempia ja hyötysuhde paranee. Juuri näin MPP Solar tekee PIP-2424-mallillaan, joka sijoittuu eri hintaluokkaan. GSIKE-järjestelmän pitäminen 12 V:ssa on siis kokoluokkaan liittyvä valinta, ei laitteesta johtuva rajoitus: se hoitaa tehtävänsä pienessä 2 kW:n luokassa, mikä on jo paljon.

Totuuden hetki koittaa, kun lasket yhteen kuormasi ja päädyt 1200 W:n jatkuvaan tehoon ja 2500 VA:n huipputehoon. Tässä tapauksessa GSIKE voi yhä toimia, mutta ilman pelivaraa ja lähellä rajaa. 24 V:n järjestelmä toimisi väljästi. Hyvä nyrkkisääntö on mitoittaa jatkuva teho 30 % tavoitetta suuremmaksi: jos haluat jatkuvasti 1500 W, valitse 24 V sen sijaan, että kuormittaisit 12 V:n järjestelmää liikaa.

Mitoitusvirheet, joita kannattaa välttää

Yleisimpiä virheitä ovat esimerkiksi 300 litran, paljon energiaa kuluttavan jääkaapin yrittäminen käyttää 900 W:n aurinkopaneeleilla; kompressorin käynnistysvirran aliarvioiminen; paneelien kytkeminen rinnakkain, vaikka MPPT:n jännitealue edellyttää sarjakytkentää; 100 Ah:n lyijyakun ostaminen siinä uskossa, että se kestää yhtä pitkään kuin 100 Ah:n litiumakku (lyijyakusta voi käyttää vain 50 % sen kapasiteetista lyhentämättä sen käyttöikää); ja lopuksi lämpötilan laiminlyöminen: kylmään ladattava litiumakku ottaa vastaan vähemmän virtaa, ja eteläseinälle suoraan auringonpaisteeseen asennettu invertteri jäähtyy huonommin.

Näiden asioiden korjaaminen ennen ostoa maksaa vähän ja välttää kuukausien pettymykset. Oikean mitoituksen tekeminen tarkoittaa pohjimmiltaan sitä, että kieltäytyy laitteesta, jonka mainos houkuttelee mutta joka ei vastaa tarvetta. GSIKE kertoo rehellisesti, mihin se pystyy; ostajan on oltava rehellinen siitä, mitä hän tarvitsee.

Lämpötila, tuuletus ja sijoittelu

Lämmön haihduttamiseksi invertterissä on tuuletin, joka käynnistyy kuormituksen kasvaessa. Jos laite on suljetussa kaapissa 35 °C:n kesähelteellä, sen sisälämpötila nousee ja teho voi laskea. Asenna se siksi tuuletettuun paikkaan, suojaan suoralta auringonpaisteelta, äläkä kaapin perälle ilman ilmankiertoa. Litiumakun ihanteellinen ympäristön lämpötila on noin 15–25 °C; pakkanen hidastaa lataamista ja kuumuus lyhentää akun käyttöikää. Näistä varotoimista on enemmän hyötyä kuin laitteen ylikuormittamisesta.

Tavallinen ostoslista 2 kW:n 12 V:n järjestelmään

Konkreettinen ostoslista: GSIKE G2500EU12V, 12,8 V:n litiumakku, jonka kapasiteetti on 100–200 Ah ja jossa on BMS, kolme etelään suunnattua 250–300 W:n aurinkopaneelia, akun lähelle mitoitettu DC-sulake, näkyvälle paikalle asennettu erotuskytkin, 25–50 mm²:n kaapeli akun ja invertterin välille, käyttötarkoitukseen sopiva aurinkopaneelikaapeli sekä valinnaisena WiFi-moduuli. Näillä osilla asennus on valmis käyttöön. Juuri tähän oppaan sisältö keskittyy.

Yhteenveto

2 kW:n 12 V:n erillisjärjestelmän mitoitus GSIKEn kanssa on pohjimmiltaan kolmen luvun harjoitus: laske yhteen enintään 2000 W jatkuvaa tehoa kuluttavat laitteet, valitse yön yli riittävä 100–200 Ah:n akku ja kytke enintään 900 W aurinkopaneeleita lyhyillä ja paksuilla kaapeleilla. Kun nämä kolme rajaa otetaan huomioon, syntyy omavarainen 230 V:n virtalähde, joka palvelee vuosia. Akutonta käyttöä ja WiFiä käsittelevät oppaat täydentävät kokonaisuuden.

Lopullinen arvio

Usein kysyttyä

Lähteet ja vertailutiedot

1. GSIKE G2500EU12V 2 kW 12 V:n tuotesivu (149,99 EUR, ilmainen toimitus Ranskassa) — https://gesike.com/fr-fr/products/gsike-g2500eu12v-onduleur-hybride-2000w-12v-900w-mppt-wifi-france
2. EASUN 2 kW 12 V, EU:n virallinen myymälä — https://eu.easunpower.com/
3. 60 A:n MPPT-opas ja 30–160 VDC:n jännitealue — tekninen viiteopas — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. Suurvirtainen 12 V:n liitäntä ja sulake — DC-kaapeloinnin viiteopas — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Oppaat ja vertailut