GSIKE-opas 4 kW:n 24 V:n itsenäisen järjestelmän mitoittamiseen

Aloita luettelemalla laitteet, joita aiot käyttää, sekä niiden päivittäinen energiankulutus Wh:na. Se on kaikkien laskelmien lähtökohta.

Laadi luettelo huolellisesti. NÄlä unohda valmiustilassa olevia laitteita: internetreititintä, latureita ja valmiustilassa olevaa televisiota. Ne vaikuttavat vähäpätöisiltä, mutta kuluttavat yhteensä 50–100 Wh päivässä. Jos jätät ne huomioimatta, järjestelmän kapasiteetti jää liian pieneksi ja akku tyhjenee ennakoitua aiemmin.

Ajattele seuraavaksi vuodenaikojen vaikutusta. Kesällä aurinkoa on enemmän ja paneelit tuottavat enemmän, mutta käytät myös enemmän laitteita (tuuletin, enemmän töitä tekevä jääkaappi). Talvella aurinkoa on vähemmän, mutta kulutat vähemmän ilman ilmastointia. Mitota järjestelmä keskimääräisen päivän mukaan, älä parhaan tai huonoimman.

Paneelien sijoittelussa kallistus ja suuntaus ovat tärkeitä. Suoraan etelään suunnattu katto ja sopiva kallistuskulma tuottavat eniten energiaa; jos paneelit ovat maassa tai osittain varjossa, tarvitset enemmän pinta-alaa saman tuotannon saavuttamiseksi.

Nuista suojaus. Aurinkopaneelisto voi tuottaa täydessä auringonpaisteessa korkeaa jännitettä, joten tarvitset DC-puolelle sulakkeet ja ylijännitesuojan mahdollisimman lähelle paneeleita ja akkua.

Kun valitset kaapelien poikkipintaa, jätä varaa tulevaisuutta varten. Jos asennat nyt 25 mm²:n kaapelin ja haluat lisätä paneeleita vuoden päästä, kaapeliveto voi olla tehtävä uudelleen. Siksi suosittelemme valitsemaan nykyistä vähimmäiskokoa suuremman koon.

Jos asut ukkosherkällä alueella, asenna ylijännitesuoja myös AC-lähtöön ja tarkista maadoitus, joka on järjestelmän turvallisuuden kannalta keskeinen.

Ennen kuin kosket mihinkään, palautetaan mieleen suureet. 400 W:n paneeli tuottaa noin 40 V:n tyhjäkäyntijännitteen ja noin 10 A standardiolosuhteissa. Jos kytket kolme paneelia sarjaan, jännitteet summautuvat (120 V) ja virta pysyy samana; jos kytket kolme rinnakkain, virta kolminkertaistuu ja jännite pysyy samana. GSIKEn MPPT toimii 60–500 V DC:n välillä, joten 2–12 kappaleen 400 W:n paneelisarjat sopivat siihen hyvin.

Lyleisin virhe on sekoittaa paneelin jännite akun jännitteeseen. Paneelit tuottavat DC-jännitettä muutamista kymmenistä useisiin satoihin voltteihin; akun jännite on 24 V. MPPT-säädin hoitaa tämän jännite-eron: se ottaa paneelista energiaa optimaalisella jännitteellä ja syöttää sitä akkuun 28,8 V:n jännitteellä. Siksi voit kytkeä suurjännitteisiä paneeleita sarjaan ilman vaaraa akustolle.

Toinen yleinen virhe on mitoittaa akku energian (Wh) perusteella ja unohtaa virta (A). 4200 W:n GSIKE vaatii 24 V:n jännitteellä noin 175–200 A jatkuvaa virtaa akustolta. Jos 100 Ah:n akkusi sallii vain 50 A:n jatkuvan purkuvirran, se suojaa itseään ja invertteri pysähtyy. Tarvitset 24 V:n LiFePO4-akun, joka kestää tämän virran, etkä pelkästään haluamaasi Wh-määrää.

Sulakkeet: asenna akun plusnapaan mahdollisimman lähelle napaa DC-sulake, jonka nimellisvirta on 1,25–1,5 kertaa kaapelin suurin virta. 200 A:n järjestelmässä sopiva sulake on noin 250 A. Paneelien puolella ketjusulake suojaa jokaista paneelisarjaa. Nämä ovat edullisia osia, jotka ehkäisevät tulipalon, jos kaapeli rispaantuu.

L-tasavirtakytkintä ja vikavirtasuojaa ei pidä unohtaa. Invertterin 230 V:n lähdön tulee kulkea johdonsuojakatkaisijan kautta, joka katkaisee virran ylikuormitustilanteessa, sekä vikavirtasuojan kautta, joka suojaa ihmisiä. Ammattiasentaja asentaa nämä työkseen, mutta jos teet asennuksen itse, älä jätä niitä pois säästääksesi.

Otetaan huomioon omaan käyttöön kulutus. Vastaavat auringonpaistetunnit päivässä kertovat, kuinka paljon paneeliston teho tuottaa energiaa. Ranskan Euroopan-puoleisessa osassa huipputuotantotunteja voi laskea olevan kesällä 4–5 ja talvella 2–3. 3000 Wp:n paneelisto tuottaa neljällä huipputuotantotunnilla ja 80 prosentin kokonaishyötysuhteella kesällä noin 9,6 kWh päivässä. Vertaa tätä lukua kulutukseesi.

Akun kohdalla kannattaa noudattaa 80 prosentin sääntöä. LiFePO4-akut kestävät tavallisessa käytössä purkamisen 80 prosenttiin niiden käyttökelpoisesta kapasiteetista ilman merkittävää kulumista. 100 Ah:n akku 25,6 voltilla varastoi 2560 Wh, josta käyttökelpoista on noin 2048 Wh. Sen verran voit kuluttaa yön aikana hyvällä omallatunnolla. Jos mitoituksessa tavoitteena on yhden päivän omavaraisuus, kaksin- tai kolminkertaista tämä määrä.

Huomio suuntauksesta: pohjoisella pallonpuoliskolla paneelit suunnataan suoraan etelään ja kallistetaan lähelle paikan leveysastetta. Ranskassa 30–45 asteen kallistus on hyvä valinta. Jos asennat paneelit vaakatasoon tai itään päin, tuotanto vähenee ja tarvitset lisää pinta-alaa vastaavan tuotannon saavuttamiseksi.

Jos puut tai savupiiput varjostavat paneeleita osittain, varjostettu paneeli heikentää koko sarjan tuottoa. Tällöin paneelisto kannattaa jakaa lyhyisiin sarjoihin tai käyttää paneelikohtaisia optimoijia. Pienessä järjestelmässä paneelien siirtäminen niin, että aurinko osuu niihin esteettä keskipäivän tunteina, riittää usein.

Lasketaan esimerkki hyvin tavallisesta tapauksesta: maaseudulla sijaitseva vaja, jossa käytetään LED-valoa (20 Wh päivässä), pientä jääkaappia (150 Wh päivässä), reititintä (50 Wh päivässä), matkapuhelimen ja tietokoneen latureita (80 Wh päivässä) sekä painepumppua, joka käy 10 minuuttia päivässä (30 Wh päivässä). Yhteensä noin 330 Wh päivässä. Neljällä huipputuotantotunnilla 1200 Wp:n paneelisto tuottaa noin 3,8 kWh päivässä, eli enemmän kuin tarpeeksi. 50–60 Ah:n akku 24 voltilla riittää yöksi.

Tasavirtakaapeloinnissa akun ja invertterin välillä menetetään eniten energiaa, jos mitoitus menee pieleen. 24 voltin jännitteellä virta on suuri: 4200 W 24 voltilla tarkoittaa noin 175 A. Jos valitset liian ohuen kaapelin, se kuumenee ja jännitehäviö kasvaa, jolloin invertteri antaa alijännitehälytyksen. Siksi taulukon kaapelikoot kasvavat 25 mm²:stä (lyhyt) 50 mm²:iin (pitkä). Älä säästä tässä: kupari on halpaa verrattuna käyttökatkoon.

Paneelien kaapeloinnissa taas käytetään korkeaa jännitettä ja pientä virtaa, joten 4 mm²:n aurinkokaapelit riittävät tietyn pituisissa sarjakytkennöissä. Siinä johtimen poikkipinta-ala ei ole niin kriittinen; tärkeintä on käyttää ulkokäyttöön sopivaa MC4-aurinkokaapelia eikä jatkaa sitä tavallisella asennuskaapelilla.

Ja akun sulake, muistutamme siitä vielä: se asennetaan plusjohtoon, enintään 20 cm:n päähän navasta, ja mitoitetaan 1,25–1,5-kertaiseksi enimmäisvirtaan nähden. Jos kaapeli koskettaa ajoneuvon tai kotelon metallipintaa, sulake palaa ja estää oikosulun. Se on koko asennuksen halvin ja tärkein osa.

Ajatellaanpa nyt talvea. Ranskassa huipputehoajat osuvat joulukuussa 2–3 tunnin kohdalle. Kesällä 10 kWh päivässä tuottava paneelikenttä tuottaa talvella 4–5 kWh. Siksi paneelikenttä kannattaa mitoittaa huonoimman vuosineljänneksen, ei parhaan mukaan. Jos mitoitat sen heinäkuun mukaan, helmikuussa tuotanto jää niukaksi; jos mitoitat sen marraskuun mukaan, kesällä tuotantoa jää yli, ja sillä voit ladata lisää.

Entä käyttöaika: kuinka monta yötä haluat pärjätä ilman aurinkoa? Jos mitoitat yhden yön tarpeisiin, 100 Ah:n akku riittää; jos haluat pärjätä kolme peräkkäistä pilvistä päivää, tarvitset 200–300 Ah. Viikonloppukäytössä olevassa vajassa yksi yö riittää usein; vakituisessa asunnossa kolminkertaista päivittäinen kulutus, niin voit olla rauhallisin mielin.

Lopuksi yksi asentajan neuvo: aloita suunnitelmasta. Piirrä, mihin paneelit, invertteri ja akku tulevat ja mitä reittiä kaapelit kulkevat. Suunnitelman avulla vältät kaapelien vetämisen väärää reittiä ja sen, että akun ja invertterin välinen matka onkin 6 m suunnitellun 2 m:n sijaan. Mittaa kahdesti, leikkaa kerran.

Katsotaanpa toinen esimerkki, tällä kertaa hieman suuremman kulutuksen puutarhatyöpajasta. Oletetaan, että työpajassa käytetään loistevalaisinta (40 Wh), pientä hitsauslaitetta 20 minuuttia päivässä (200 Wh), silloin tällöin käynnistyvää kompressoria (150 Wh) sekä työkalujen latureita (100 Wh). Yhteensä noin 490 Wh päivässä. Suosittelemme tässä 2000–2500 Wp:n paneelikenttää (5–6 400 W:n paneelia) ja 60–80 Ah:n akkua 24 V:n jännitteellä. GSIKE pyörittää molempia AC-lähtöjä ongelmitta.

Yksi usein nähty virhe on mitoittaa akku huipputehon eikä energian mukaan. Huipputehon tuottavat käynnistyshetkellä invertteri ja akusto; energia taas ratkaisee, kuinka pitkään virtaa riittää yön aikana. Tarvitset molemmat: akuston, joka kestää 175 A:n virran, sekä riittävästi ampeeritunteja tavoittelemaasi käyttöaikaan. 100 Ah:n akusta, jonka purkausvirta on enintään 50 A, ei ole hyötyä 4200 W:n invertterin kanssa.

Toinen usein unohtuva asia on jännitehäviö paneelien kaapeloinnissa. Vaikka käytössä olisi korkea jännite, pitkä ja ohut kaapeli aiheuttaa pienen jännitehäviön. Käyttäkää pitkissä sarjoissa 4 mm²:n aurinkokaapelia älkääkä ylittäkö 15–20 metriä stringiä kohden ilman, että poikkipinnan sopivuus on varmistettu. Jos järjestelmä on hyvin suuri, mitatkaa jännitehäviö ja säätäkää sen perusteella.

Entä tasavirtakytkin? Paneelien ja invertterin väliin kannattaa asentaa tasavirtakytkin, jolla paneelikentän voi kytkeä pois päältä ilman, että paneeleita tarvitsee peittää katolla. Se on edullinen osa, joka tekee huollosta huomattavasti turvallisempaa. Vaihtovirtapuolella suojauksen täydentävät johdonsuojakatkaisija ja vikavirtasuojakytkin.

Lopuksi yleisin kysymys: mitä jos paneeliteho ylittää rajan? GSIKE hyväksyy enintään noin 6200 W. Jos asennatte 7000 W, MPPT ei yksinkertaisesti pysty hyödyntämään enempää kuin se pystyy vastaanottamaan. Se ei hajoa, mutta maksatte paneeleista, joiden tehoa ette hyödynnä. Siksi suosittelemme pysymään enimmäisrajan alapuolella, ei ylittämään sitä.

Vielä yksi käytännön laskelma. Oletetaan, että mitoitatte järjestelmän 500 Wh:n päivittäiselle kulutukselle. Kun aurinkotunteja on 4 ja hyötysuhde 80 %, tarvitaan 500 / (4 × 0,8) ≈ 156 Wp:n aurinkopaneelikenttä... Se vaikuttaa vähäiseltä, mutta muistakaa, että laskelma pätee aurinkoiseen päivään. Jos mitoitatte järjestelmän talvea varten, kun aurinkotunteja on 2,5, sama kulutus edellyttää 500 / (2,5 × 0,8) ≈ 250 Wp. Jos haluatte jättää pelivaraa, kaksinkertaistakaa määrä. Siksi pienessäkin vajassa päädytään lopulta käyttämään 1500–2000 Wp eikä 300 Wp.

Akusta vielä viimeinen neuvo: älkää ostako akkua sen perusteella, paljonko arvelette kuluttavanne, vaan mittaustulosten perusteella. Jos mahdollista, ottakaa järjestelmä ensin käyttöön GSIKEn akuttomalla tilalla, seuratkaa sovellusta kahden viikon ajan ja tilatkaa akku todellisen lukeman perusteella. Näin toimitte paljon järkevämmin kuin tilaamalla sokkona ja huomaamalla, että kapasiteetti on joko liian pieni tai tarpeettoman suuri.

Jos epäilet laskelmia jossain vaiheessa, pyydä joku tarkistamaan ne. Pätevä asentaja veloittaa vain vähän siitä, että vilkaisee suunnitelmaasi ja kaapelipoikkipintojasi. Tunnin tarkistus säästää sinut mitoitusvirheeltä, joka voi maksaa useita satoja euroja. L 24 V:n ja 500 V DC:n sähkö ei anna anteeksi summittaisia laskelmia.

Lopuksi vielä suositus ostojärjestyksestä. Ensimmäiseksi GSIKE 4200 W -invertteri. Seuraavaksi 3–6 kappaletta 400 W:n paneeleita päivittäisen kulutuksen mukaan. Kolmanneksi mitoitustasi vastaavan kokoinen, tiedonsiirtoa tukeva 24 V:n LiFePO4-akku. Neljänneksi sulakkeet, erotuskytkimet ja kaapelit. Näin et osta liikaa etkä liian vähän, ja jos muutat suunnitelmaa matkan varrella, sinulla on varaa tehdä muutoksia.

Muista, että tämä opas on lähtökohta, ei ehdoton ohje. Jokainen katto, kulutus ja budjetti on erilainen. Jos laskelmiesi tulos on kahden arvon välillä, pyöristä paneelien ja akun kohdalla ylöspäin: on parempi varata hieman liikaa kuin liian vähän. GSIKE-invertterin ansiosta paneelien 6200 W:n enimmäisteho jättää runsaasti kasvuvaraa ilman invertterin vaihtamista.

Kun olet selvittänyt luvut, GSIKE 4200 W -invertterin täydellinen tekninen tietolehti toimii vertailukohtana, jonka avulla voit varmistaa, että laskemasi 24 V:n akusto ja paneelikenttä pysyvät laitteen rajoissa. Jos asennuksen aikana herää kysyttävää, suomenkielinen tukipalvelumme auttaa.

Loppujen lopuksi järjestelmän mitoituksessa ei tarvitse tehdä muuta kuin kolme laskutoimitusta: päivittäinen kulutus, auringon huipputuntien määrä ja koko järjestelmän hyötysuhde. Näiden kolmen tiedon ja tämän artikkelin taulukon avulla sinulla on kaikki tarvittava GSIKE 4200 W -invertterin ja yhteensopivien komponenttien tilaamiseen ilman yliostamista tai alimitoitusta.

Jos kaapelin poikkipinta-alan tai paneelikentän koon valinta mietityttää, GSIKE 4,2 kW:n tekninen tietolehti on ensisijainen lähde. Suomenkielinen tukipalvelumme vastaa mitoitusta koskeviin kysymyksiisi ennen ostoa ja sen jälkeen ilman lisämaksua.

Kuinka monta aurinkopaneelia tarvitaan

Päivittäinen kulutus Suositeltu aurinkopaneeliteho Paneelien määrä 400 W Arvioitu tuotanto 200 Wh 800–1200 W 2–3 2,4–3,6 kWh/päivä 500 Wh 1500–2000 W 4–5 4,5–6 kWh/päivä 1000 Wh 2500–3500 W 6–9 7,5–10,5 kWh/päivä 2000 Wh 4000–5000 W 10–12 12–15 kWh/päivä

GSIKE 4200 W:n aurinkosähkötehon yläraja on noin 6200 W. Voit siis kytkeä enintään 15–16 kappaletta 400 W:n paneeleita, vaikka käytännössä kannattaa aloittaa maltillisemmalla paneelimäärällä.

Minkälainen akku tarvitaan

Akun koko riippuu siitä, kuinka paljon energiaa haluat käyttää yöllä. Nyrkkisääntönä käyttökapasiteetin tulisi olla kahdesta kolmeen kertaan päivittäinen kulutus.

Päivittäinen kulutus Suositeltu kapasiteetti Esimerkki 24 V:lla Tyyppi 200 Wh 400–600 Wh 24 V / 20–25 Ah litiumakku 500 Wh 1000–1500 Wh 24 V / 40–60 Ah litiumakku 1000 Wh 2000–3000 Wh 24 V / 80–120 Ah litiumakku

Kaapeleiden poikkipinta-ala

Akun ja invertterin välinen etäisyys Suositeltu poikkipinta-ala Enimmäishäviö enintään 2 m 25 mm² <1 % 2–4 m 35 mm² <2 % 4–6 m 50 mm² <2 %

Käytännön esimerkki — vajan järjestelmän mitoitus

Kuvitellaan vaja, jonka päivittäinen kulutus on 220 Wh. Suosituksemme:

Tämä on varovainen esimerkki: se tuottaa reilusti sähköä valoille, jääkaapille, latureille ja yhdelle pienelle laitteelle, ja jättää varaa lisätä viides paneeli ensi vuonna. Jos käytät vajaa vain viikonloppuisin, voit pärjätä ilman akkua ja työskennellä täydessä auringonpaisteessa; jos käytät sitä päivittäin, 50 Ah:n akku antaa sähköä yöksi.

Lopullinen arvio

Lopullinen arvio: GSIKE 4200 W 24 V:n järjestelmään suosittelemme aloittamaan 4–8:lla 400 W:n paneelilla ja 24 V / 50–100 Ah:n akulla. Voit aloittaa ilman akkua ja täydentää akustoa tarpeen mukaan.

Lopullinen arvio

Usein kysytyt kysymykset

Lähteet ja vertailutiedot

1. GSIKE G4200EU24V 4,2 kW 24 V -tuotetiedot (189,99 EUR, ilmainen toimitus Ranskaan) — https://gesike.com/fr-fr/products/gsike-4-2kw-24v-onduleur-hybride-mppt-120a-wifi-off-grid-france
2. EASUN 4 kW 24 V, EU:n virallinen myymälä — https://eu.easunpower.com/
3. 120 A:n MPPT ja 60–500 VDC:n toiminta-alue — tekninen viiteopas — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. 24 V:n LiFePO4-akku ja DC-väylä — johdotuksen viiteopas — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Oppaat ja vertailut