Näin mitoitat GSIKE-järjestelmän, joka toimii verkosta riippumatta ja jonka teho on 2 kW ja jännite 12 V

Pienen 2 kW:n ja 12 V:n off-grid-järjestelmän oikea mitoitus ratkaisee, toimiiko asennuksesi luotettavasti vai jäätkö ilman sähköä. Näytämme, miten GSIKE G2500EU12V:n akun, aurinkopaneelit ja kaapelit mitoitetaan oikein.

Jokaisen sähköverkosta riippumattoman järjestelmän suunnittelu alkaa kulutuksen kartoittamisesta. Kirjaa ylös kaikki 230 V:n laitteet, joita haluat käyttää, sekä niiden tyypillinen teho. LED-lamppu kuluttaa 5–10 W, reititin 10–15 W, jääkaappi jatkuvasti 80–150 W, kannettava tietokone 30–60 W ja televisio 40–80 W. Laske tehot yhteen ja jätä reilusti varaa alle 2000 W:n rajan, jotta vältät katkokset.

Akku: kuinka paljon kapasiteettia tarvitset?

BMS:llä varustettu 12,8 V:n ja 100 Ah:n litiumakku varastoi noin 1280 Wh; kun purkaussyvyys on 80 %, käytettävissä on noin 1024 Wh. Täydellä 2 kW:n kuormalla se riittää vain noin kolmeksi­kymmeneksi minuutiksi, mutta todellisessa käytössä kuormat ovat yleensä yhdistelmä 500–1000 W:n kuormia, joita käytetään puolen päivän tai päivän ajan. Matkailuautoihin ja viikonloppuasuntoihin 12 V:n ja 100–200 Ah:n akut ovat realistinen vaihtoehto, jossa energiantarve ja paino pysyvät tasapainossa.

Mahdollisten lataussyklien määrä riippuu pitkälti BMS:stä ja purkaussyvyydestä: akku, jota harvoin puretaan alle 80 %:iin, kestää huomattavasti enemmän syklejä kuin akku, joka puretaan päivittäin aivan tyhjäksi. Tämä on yksi syy siihen, miksi huolellisesti käytetty pieni akku kestää kauemmin kuin suuri, jatkuvasti kovalla rasituksella oleva akku.

Laskuesimerkki viikonloppukäytössä olevalle vajalle

Otetaan esimerkiksi tyypillinen vaja: 80 W:n jääkaappi käy noin kolmasosan ajasta, eli kuluttaa noin 30 Wh tunnissa; lisäksi valaistus (20 W kahden tunnin ajan = 40 Wh) sekä kannettava tietokone ja reititin (30 W neljän tunnin ajan = 120 Wh). Yhteensä kulutus on noin 400 Wh päivässä. 100 Ah:n akku, jonka käytettävissä oleva kapasiteetti on 1024 Wh, riittää puolentoista päivän kulutukseen ennen lataamista. Kolme 250 W:n paneelia tuottaa aurinkoisena päivänä helposti 2,5–3 kWh, mikä riittää mainiosti akun lataamiseen täyteen. Talvella auringonsäteilyn vähentyessä 30–40 prosenttiin tuotanto riittää silti peruskuormaan.

Jos et tiedä kulutustasi, käytä sähkömittaria viikon ajan ja kirjaa todellinen kulutus ylös. Päivittäisen kulutuksen mittaustuloksista saadaan akun kapasiteetti ja sen jälkeen aurinkopaneeliston mitoitus niin, että aurinkoisena keskivertopäivänä sähköä tuotetaan enemmän kuin pilvisenä päivänä kuluu. Tämä yksinkertainen toimintatapa korvaa ylimitoitetun asennuksen ja estää maksamasta turhasta varastointikapasiteetista.

Aurinkopaneelit ja niiden suuntaus Espanjassa

Iberian niemimaalla auringonsäteilyä riittää ympäri vuoden, ja kolme etelään suunnattua 250 W:n paneelia tuottaa enemmän kuin tarpeeksi sähköä vajaan tai matkailuauton tarpeisiin. MPPT-säätimen käyttöjännitealue on 30–160 VDC, joten paneelit on kytkettävä sarjaan tämän jännitealueen sisällä ylittämättä 160 VDC:n tyhjäkäyntijännitettä. Noin 30–45 asteen kallistus horisonttiin nähden etelään päin hyödyntää auringonsäteilyä paremmin; talvella jyrkempi kulma auttaa lunta liukumaan pois.

12 V:n ja 170 A:n tasavirtakaapelin poikkipinta-alat

Tässä on yksi seikka, joka hämmentää aloittelijaa usein: 2000 W:n teholla 12 V:n jännitteellä virta ei ole 8 A, kuten 230 V:n jännitteellä, vaan noin 170 A. Siksi akun ja invertterin välisen kaapelin on oltava lyhyt ja erittäin paksu. Liian ohut kaapeli kuumenee, hukkaa energiaa ja aiheuttaa jännitteen laskun kuormituksen aikana. Älä säästä tässä: se ratkaisee, onko asennus luotettava vai katkeaako virta heti ensimmäisessä tilanteessa.

Suojalaitteet ja sulakkeet

Akun plusnavan ja invertterin väliin tulee asentaa sopivan kokoinen tasavirtasulake lähelle akkua. Se katkaisee virran, jos kaapelissa tapahtuu oikosulku. Lisäksi suositellaan automaattisulaketta tai selvästi näkyvää erotuskytkintä, jotta laitteen voi kytkeä turvallisesti irti puhdistuksen tai tarkistuksen ajaksi. Vaihtovirtapuolen pieni automaattisulake suojaa lähtöä. Nämä suojalaitteet ovat edullisia ja ehkäisevät tulipaloja; ne eivät ole valinnaisia.

Kuukausittainen energiatasapaino, ei vain päivittäinen

Mitoittaminen yhden tyypillisen päivän perusteella on yleinen virhe. Vain viikonloppuisin käytettävän mökin kulutusprofiili on erilainen kuin päivittäin asutun mökin, ja keskitalvella maatalousvajan saama auringonsäteily on vain murto-osa kesän määrästä. Siksi kannattaa tarkastella vuoden epäedullisinta kuukautta eikä aurinkoisinta. Jos mitoitat järjestelmän niin, että akussa riittää virtaa yöksi myös pilvisenä joulukuuna, heinäkuun ylimäärä jää vain käyttämättä; jos mitoitat sen heinäkuun mukaan, joulukuussa joudut olemaan pimeässä.

Iberian niemimaalla joulukuun säteilymäärä voi etelässä olla kolmasosa tai puolet kesäkuun määrästä ja pohjoisessa hieman vähemmän. Tämä tarkoittaa, että jos kolme 250 W:n paneelia riittää kesällä hyvin, talvella ne saattavat tuottaa juuri peruskuormituksen verran mutta eivät riittävästi 200 Ah:n akun lataamiseen täyteen. Siksi ympäri vuoden mökkiä käyttävän kannattaa harkita lisäpaneelien asentamista tai varautua turvautumaan huonoimpina kuukausina generaattoriin tai sähköverkkoon. GSIKE on varustettu ATS-järjestelmän kuivakoskettimella, joten se soveltuu automaattiseksi varavirtalähteeksi.

Yöaikainen käyttöaika: vaiheittainen laskelma

Laske akun käyttöaika yön yli aloittamalla akun käyttökelpoisesta energiasta. 12,8 V:n ja 100 Ah:n litiumakku tarjoaa bruttona 1280 Wh; koska varaustason ei kannata laskea alle 20 prosentin, käytössäsi on todellisuudessa noin 1024 Wh. Laske nyt yhteen auringonlaskun ja -nousun välisen ajan kulutus: LED-valot (15 W 5 tunnin ajan = 75 Wh), jääkaappi yöaikaan (30 Wh), reititin ja laturit (20 W 8 tunnin ajan = 160 Wh). Yhteensä yöllä kuluu noin 265 Wh. Käyttökelpoiset 1024 Wh riittävät useaksi peräkkäiseksi aurinkoa vailla olevaksi yöksi, kunhan päivällä ladataan käytetty energia takaisin.

Jos taas yöllinen energiantarpeesi ylittää 800 Wh, yksi 100 Ah:n akku ei riitä, joten tarvitset kaksi akkua rinnakkain (200 Ah) tai sinun on hyväksyttävä, että lataat akut päivittäin. Tässä näkyy todellisten kulutusten mittaamisen tärkeys: hätäisesti tehty arvio johtaa liian pienen akun ostamiseen, ja turhautuminen iskee toisena yönä, kun valot sammuvat ennen aamiaista.

Paneelien sarja- ja rinnankytkentä: näin kytket paneelistot

GSIKEn MPPT-säädin toimii alueella 30–160 VDC. Tämä ratkaisee, miten paneelit kannattaa ryhmitellä. Noin 30–38 V:n huipputehon jännitteen tuottavista 250 W:n paneeleista kahdella sarjaan kytketyllä paneelilla saadaan 60–76 V ja kolmella 90–114 V: kaikki arvot ovat säätimen toiminta-alueella. Älä kytke neljää paneelia sarjaan, sillä tyhjäkäyntijännite ylittäisi kylmällä 160 V ja MPPT-säädin joko ei käynnistyisi tai suojautuisi. 900 W:n tehon saavuttamiseksi ratkaisu on kytkeä rinnan kolme ketjua, joissa kussakin on kaksi tai kolme paneelia sarjassa.

Paneeliketjujen rinnankytkentä on tehtävä niin, että jokaisessa ketjussa on sulake. Näin yhden haaran oikosulku ei pura muita. Jos käytät kahden tai kolmen paneelin ketjuja, tarkista, ettei tyhjäkäyntijännite ylitä 160 VDC:tä kylmimpänäkään päivänä: jäätävän kylmänä talvipäivänä tyhjäkäyntijännite nousee, ja tämä on pahin tilanne, joka säätimen on kestettävä vaurioitumatta.

Milloin kannattaa siirtyä 24 volttiin

Jokaisen verkosta riippumattoman järjestelmän suunnittelussa on huomioitava raja: kun tarvittava teho ylittää säännöllisesti 2000 W tai päivittäinen energiankulutus ylittää 2–3 kWh, 12 V:n järjestelmässä alkaa kulkea valtavia virtoja (yli 170 A), ja kaapelihäviöistä tulee kohtuuttomia. Silloin järkevä ratkaisu ei ole venyttää GSIKEn rajoja, vaan siirtyä 24 tai 48 V:n invertteriin, jolloin samalla teholla kulkee paljon pienempi virta ja kaapelit ovat helpommin käsiteltäviä.

GSIKE ei yritä olla enempää kuin on: se on erinomainen ratkaisu pieniin saarekesähköjärjestelmiin, eikä sen ole tarkoituskaan sopia kaikkeen. Kun mitoitus pysyy laitteen rajojen sisällä ja käytössä on riittävän suuri akku sekä lyhyet kaapelit, järjestelmästä tulee luotettava ja hiljainen. Rajojen ylittäminen vain siksi, että välttäisi siirtymisen 24 volttiin, johtaa jatkuviin katkoksiin. Laitteen rajojen tunteminen on yhtä tärkeää kuin sen vahvuuksien tunteminen.

Mitoitusvirheitä, joita kannattaa välttää

Yleisin virhe on unohtaa moottorien käynnistysvirta. Jääkaappi, jonka tehonkulutus tasaisessa käytössä on 100 W, tarvitsee käynnistyessään hetkellisesti kolme tai neljä kertaa enemmän tehoa. Siksi GSIKEn 3000 VA:n huipputeho on olemassa, ja siksi kahta induktiivista kuormaa ei pidä kytkeä yhtä aikaa. Toinen virhe on akun mitoittaminen invertterin tehon eikä päivittäisen energiankulutuksen mukaan: invertteri kestää 2000 W:n kuorman, mutta akku ratkaisee käyttöajan. Kolmas virhe on häviöiden sivuuttaminen: pitkät kaapelit, löysät liitokset ja väärin mitoitettu MPPT-säädin vähentävät 10–20 % siitä, mitä laskelmien perusteella pitäisi riittää.

Virheet on helppo korjata, kun mittaukset tehdään ennen ostamista: kirjaa todellinen kulutus viikon ajan, arvioi rehellisesti, kuinka paljon säteilyä saadaan heikoimpana kuukautena, ja käytä riittävän paksua kaapelia 12 V:n puolella. Kun nämä kolme tietoa ovat selvillä, GSIKEn mitoitus ei ole enää uskon asia, vaan suoraviivainen laskutoimitus.

Kolmen eri kohteen todellisia esimerkkejä

Jotta mitoitus ei jäisi abstrakteiksi luvuiksi, katso, miten GSIKE sopii kolmeen tyypilliseen kohteeseen. Ensimmäinen on sähköverkoton metsästysmaja Extremadurassa: 80 W:n jääkaappi, kaksi LED-valoa ja reititin, joka kytketään päälle vain iltaisin. Todellinen päiväkulutus on noin 350 Wh. Kolmella 250 W:n paneelilla ja 100 Ah:n akulla energiaa riittää yllin kyllin talvellakin, ja GSIKE toimii ympäri vuoden ilman käyttäjän toimia. Toinen kohde on kesällä Pohjois-Espanjaa kiertävä matkailuauto: käyttö on liikkuvaa, kompressorijääkaappi käy jatkuvasti, ja iltaisin käytetään kannettavaa tietokonetta ja kahvinkeitintä. Tässä 100 Ah:n akku latautuu osittain auton laturista ajon aikana, ja GSIKE vaihtaa virtalähdettä 10 ms:ssa käynnistämättä laitteita uudelleen.

Kolmas kohde on asuintaloon kiinni rakennettu pieni puutarhapaja, jossa on sähköverkko: käyttäjä haluaa käyttää työpöytää, valoja ja pientä kompressoria silloin tällöin vetämättä uutta, kallista sähköliittymää. Tässä GSIKE toimii päiväsaikaan saarekkeena, ja potentiaalivapaa kosketin voi käynnistää pienen generaattorin pilvisinä päivinä. Kaikissa kolmessa tapauksessa virhe olisi ollut mitoittaa järjestelmä yli 2000 W:n teholle tulevaa kasvua ajatellen. Oikea ratkaisu oli aloittaa pienestä ja luotettavasta ja lisätä tehoa vain, jos todellinen tarve sitä vaatii.

Lämpötilan vaikutus mitoitukseen

Yksi aloittelijoilta usein unohtuva tekijä on lämpötila. Litiumakun kapasiteetti pienenee kylmässä: −10 °C:ssa se voi antaa vain 70–80 % nimelliskapasiteetistaan, ja lataaminen matalassa lämpötilassa vahingoittaa kennoja. Siksi akku pitää asentaa pakkaselta suojattuun paikkaan, ei lämmittämättömän vajaan lattialle. Paneelit taas toimivat paremmin kylmässä kuin kuumassa: kirkkaana talvipäivänä ne tuottavat odotettua enemmän, kunhan lumi ei peitä niitä. Tämä kaksijakoisuus selittää, miksi mitoituksessa pitää huomioida akun käyttölämpötila eikä pelkästään säteilymäärä.

GSIKE toimii −10–+50 °C:n lämpötiloissa, mikä kattaa suuren osan Espanjasta. Hyvin kuumina kesäpäivinä riittää, ettei sitä asenneta suljettuun, tuulettamattomaan kaappiin, sillä laite tuottaa lämpöä ja sen tuuletin tarvitsee ilmaa. Käytännössä vapaa ilmankiertotila laitteen ympärillä ehkäisee useimmat lämpötilaongelmat.

Suositeltu ostoslista 2 kW:n saarekkeeseen

Jotta mitoitus johtaisi konkreettiseen hankintaan, tässä on GSIKE G2500EU12V:n kanssa yhteensopiva vähimmäislista: itse hybridi-invertteri; 12,8 V:n ja 100–200 Ah:n litiumakku, jossa on BMS; kaksi tai kolme 250–300 W:n aurinkopaneelia, yhteensä enintään 900 W; lyhyet 25–50 mm²:n DC-kaapelit; DC-sulake lähelle plusnapaa; pieni johdonsuojakatkaisija AC-lähtöön; ja halutessasi valinnainen WiFi-moduuli. Pelkän invertterin ostaminen ja muiden hankintojen lykkääminen on kallein virhe, sillä sillä välin laite seisoo käyttökelvottomana hyllyssä.

Jos tämä on ensimmäinen asennuksesi, aloita 100 Ah:n akulla ja kahdella 250 W:n aurinkopaneelilla. Jätä järjestelmään varaa laajentaa aurinkopaneeliteho 900 W:iin ja akkukapasiteetti 200 Ah:iin. Maltillinen aloitus antaa sinun kokeilla järjestelmää kohtuullisin kustannuksin, ja GSIKE-järjestelmää voi laajentaa vaihtamatta invertteriä. Kahta laitetta ei kuitenkaan voi kytkeä rinnakkain, joten älä osta toista siinä toivossa, että voisit pinota ne päällekkäin. Jos tarvitset lisää tehoa, ratkaisu on jännitteessä, ei laitteiden määrän lisäämisessä.

Jos kaapelin poikkipinta-alasta, paneelien määrästä tai akun kapasiteetista herää vielä kysyttävää, EASUN- ja PowMr-laitteisiin vertaileva katsaus sekä akkuvapaan käytön opas täydentävät kokonaiskuvan. Saarekkeen mitoittaminen ei vaadi insinöörin koulutusta, mutta kolmea lukua on noudatettava: teho, energia ja virta. Kun nämä kolme ovat selvillä, GSIKE hoitaa loput. Jos jokin laskelmissa ei täsmää, tarkista ennen ostamista tekniset tiedot. Käyttöoppaan luvut on esitetty taulukko taulukolta ilman kaupallista pyöristelyä.

Muista lopuksi, että oikea mitoitus ei tarkoita kaiken optimointia äärimmilleen, vaan kahden asennusta eniten haittaavan virheen välttämistä: akun kapasiteetti jää liian pieneksi tai järjestelmältä vaaditaan liikaa tehoa, jolloin se toimii jatkuvasti äärirajoillaan. GSIKE toimii parhaiten maltillisessa käytössä: pieni mutta hyvin mitoitettu saareke tuo joka päivä enemmän mielenrauhaa kuin suuri ja ylikuormitettu järjestelmä. Kun akku, aurinkopaneelit ja kaapelit ovat kunnossa, voit vain nauttia itse tuottamastasi energiasta.

Yhteenveto

2 kW:n ja 12 V:n saarekkeen mitoittaminen GSIKE-laitteella on pohjimmiltaan kolmen luvun selvittämistä: laske kulutuksesi niin, että jatkuva teho jää alle 2000 W:n, valitse 100–200 Ah:n akku, joka riittää yöksi, ja kytke enintään 900 W aurinkopaneelitehoa paksuilla ja lyhyillä kaapeleilla. Kun nämä kolme rajaa otetaan huomioon, tuloksena on omavarainen 230 V:n virtalähde, joka palvelee vuosia. Akkuvapaan käytön opas ja Wi-Fi täydentävät kokonaisuuden.

Lopullinen tuomio

Usein kysyttyä

Lähteet ja vertailutiedot

1. GSIKE G2500EU12V 2 kW 12 V:n tuotetiedot (149,99 EUR, ilmainen toimitus Espanjassa) — https://gesike.com/es-es/products/gsike-g2500eu12v-inversor-hibrido-2000w-12v-900w-mppt-wifi-spain
2. EASUN 2 kW 12 V, EU:n vertailumyymälä — https://eu.easunpower.com/
3. MPPT 60 A:n ja 30–160 VDC:n alueen opas — tekninen viiteopas — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. 12 V:n akku ja DC-väylä — kaapeloinnin viiteopas — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Oppaat ja vertailut