Kako dimenzionirati samostalni sustav od 2 kW i 12 V uz GSIKE

Dobro dimenzioniranje malog samostalnog sustava od 2 kW i 12 V presudno je za pouzdan rad instalacije, kako ne biste ostali bez električne energije. Pokazujemo kako pravilno izračunati bateriju, fotonaponske panele i kabele za GSIKE G2500EU12V.

Prvi korak u svakom planiranju sustava izvan mreže jest popisati potrošnju. Zabilježite sve uređaje od 230 V koje želite koristiti i njihovu uobičajenu snagu. LED žarulja troši 5–10 W, usmjerivač 10–15 W, hladnjak 80–150 W neprekidno, prijenosno računalo 30–60 W, televizor 40–80 W. Zbrojite ih i ostavite velikodušnu rezervu ispod 2000 W kako biste izbjegli isključenja.

Baterija: koliki vam je kapacitet potreban?

Litijska baterija od 12,8 V i 100 Ah s BMS-om pohranjuje oko 1280 Wh; uz iskoristivo pražnjenje od 80 % ostaje oko 1024 Wh. Pri punom opterećenju od 2 kW to je dovoljno za samo tridesetak minuta, no u stvarnom radu koriste se kombinirana opterećenja od oko 500 do 1000 W tijekom pola dana ili cijelog dana. Za kamper i vikendice realan je raspon od 100 do 200 Ah pri 12 V, u kojem se potrebe za energijom i težina i dalje dobro uklapaju.

Broj mogućih ciklusa punjenja uvelike ovisi o BMS-u i dubini pražnjenja: oni koji rijetko isprazne bateriju ispod 80 % ostvaruju znatno više ciklusa od onih koji je svakodnevno potpuno isprazne. To je jedan od razloga zašto mala baterija, uz pažljivo korištenje, traje dulje od velike koja je stalno na izmaku.

Primjer proračuna za vrtnu kućicu koja se koristi vikendom

Uzmimo tipičnu vrtnu kućicu: hladnjak od 80 W radi otprilike trećinu vremena, što iznosi oko 30 Wh na sat; tome dodajte rasvjetu (20 W tijekom dva sata = 40 Wh), prijenosno računalo i usmjerivač (30 W tijekom četiri sata = 120 Wh). Ukupna bruto potrošnja iznosi oko 400 Wh dnevno. Baterija od 100 Ah, s 1024 Wh iskoristivog kapaciteta, pokriva dan i pol prije nego što je treba ponovno napuniti. Tri modula od 250 W za sunčanog dana lako proizvedu 2,5 do 3 kWh, što je više nego dovoljno da se baterija ponovno napuni. Uz smanjeno zimsko zračenje, od 30–40 %, proizvodnja i dalje dostaje za osnovnu potrošnju.

Tko ne zna kolika mu je potrošnja, trebao bi tjedan dana koristiti mjerač potrošnje električne energije i bilježiti stvarnu potrošnju. Iz izmjerenih dnevnih Wh određuje se kapacitet baterije, a zatim i potrebna snaga PV sustava, tako da se tijekom prosječnog sunčanog dana proizvede više energije nego što se potroši tijekom oblačnog dana. Ovaj jednostavan pristup zamjenjuje predimenzioniranu instalaciju i sprečava nepotrebno plaćanje kapaciteta za pohranu.

PV moduli i orijentacija u Španjolskoj

Na Pirenejskom poluotoku sunčevo zračenje obilno je tijekom cijele godine, a tri modula od 250 W okrenuta prema jugu više su nego dovoljna za vrtnu kućicu ili kamper. Radni napon MPPT-a iznosi između 30 i 160 VCC, stoga module treba spojiti serijski do te vrijednosti, bez prekoračenja napona od 160 VCC u praznom hodu. Nagib od otprilike 30–45 stupnjeva prema horizontu, uz orijentaciju prema jugu, najbolje iskorištava zračenje; zimi strmiji kut pomaže snijegu da sklizne.

Presjeci DC kabela za 12 V i 170 A

Jedna od stvari koja najčešće zbunjuje početnike jest to da struja pri 2000 W i 12 V nije 8 A, kao pri 230 V, nego oko 170 A. Zato kabeli između baterije i invertera moraju biti kratki i vrlo debeli. Pretanak kabel se zagrijava, gubi energiju i uzrokuje pad napona pod opterećenjem. Ovdje nemojte štedjeti: to je razlika između pouzdane instalacije i prekida pri prvom opterećenju.

Zaštite i osigurači

Između pozitivnog pola baterije i izmjenjivača mora biti odgovarajući DC osigurač, postavljen blizu baterije, koji će prekinuti strujni krug u slučaju kratkog spoja u kabelu. Preporučuje se i automatski prekidač ili vidljiva rastavna sklopka kako bi se uređaj mogao sigurno isključiti tijekom čišćenja ili pregleda. Na AC strani mali automatski prekidač štiti izlaz. Te su zaštite jeftine i sprječavaju požare; nisu neobavezne.

Mjesečna energetska bilanca, ne samo dnevna

Uobičajena je pogreška dimenzionirati sustav prema samo jednom tipičnom danu. Kućica koja se otvara samo vikendom ima drukčiji profil potrošnje od one u kojoj se boravi svakodnevno, a u poljoprivrednom spremištu usred zime količina sunčeva zračenja smanjuje se na dio ljetne. Zato treba uzeti u obzir najmanje povoljan mjesec u godini, a ne onaj s najviše sunca. Ako sustav dimenzioniraš tako da baterija izdrži noć čak i tijekom oblačnog prosinca, višak iz srpnja bit će samo višak; ako ga dimenzioniraš za srpanj, u prosincu ćeš ostati u mraku.

Na Pirenejskom poluotoku prosinačko zračenje na jugu može iznositi od trećine do polovice lipanjskog, a na sjeveru nešto manje. To znači da bi ljeti tri modula od 250 W bila i više nego dovoljna, dok bi zimi možda proizvela tek toliko energije za osnovnu potrošnju, ali ne i za potpuno punjenje baterije od 200 Ah. Zato bi oni koji koriste kućicu tijekom cijele godine trebali razmisliti o dodavanju još jednog ili više panela ili prihvatiti da će se u najgorim mjesecima oslanjati na generator ili električnu mrežu. GSIKE je sa svojim suhim kontaktom za ATS spreman za takvo automatsko rezervno napajanje.

Noćna autonomija: izračun korak po korak

Da bi izračunao koliko će ti baterija trajati tijekom noći, počni s korisnim kapacitetom baterije. Litijska baterija od 12,8 V i 100 Ah ima bruto kapacitet od 1280 Wh; budući da je ne bi trebalo prazniti ispod 20 %, zapravo možeš iskoristiti oko 1024 Wh. Sada zbroji potrošnju od zalaska do izlaska sunca: LED rasvjeta (15 W tijekom 5 h = 75 Wh), hladnjak u noćnom ciklusu (30 Wh), usmjerivač i punjači (20 W tijekom 8 h = 160 Wh). Ukupna noćna potrošnja ≈ 265 Wh. Tih 1024 Wh korisne energije pokriva nekoliko uzastopnih noći bez sunca, pod uvjetom da se baterija tijekom dana napuni za potrošeno.

Ako tvoja noćna potrošnja energije prijeđe 800 Wh, jedna baterija od 100 Ah neće biti dovoljna pa će ti trebati dvije spojene paralelno (200 Ah) ili ćeš morati prihvatiti da ćeš ih puniti svaki dan. Tu se vidi koliko je važno mjeriti stvarnu potrošnju: površna procjena navest će te da kupiš nedovoljno snažnu bateriju, a frustracija stiže već druge noći, kad se svjetla ugase prije doručka.

Paralelno i serijski spoj panela: kako povezati nizove

MPPT sustava GSIKE radi u rasponu od 30 do 160 VCC. To određuje kako grupirati module. Paneli od 250 W daju oko 30–38 V pri točki maksimalne snage, pa dva spojena u seriju daju 60–76 V, a tri u seriju 90–114 V: sve je unutar raspona. Nemoj spajati četiri u seriju jer bi napon praznog hoda pri niskim temperaturama premašio 160 V, pa se MPPT neće pokrenuti ili će aktivirati zaštitu. Za postizanje 900 W rješenje je spojiti paralelno tri niza, od kojih je svaki sastavljen od dva ili tri modula spojenih u seriju.

Paralelno spajanje nizova treba izvesti s osiguračem na svakom nizu kako kratki spoj u jednoj grani ne bi ispraznio ostale. Ako u nizu koristiš dva ili tri modula, provjeri da napon praznog hoda tijekom najhladnijeg dana ne prelazi 160 VCC: tijekom ledenog zimskog dana napon praznog hoda raste, a regulator mora podnijeti taj najnepovoljniji slučaj bez oštećenja.

Kada je vrijeme za prelazak na 24 V

Svaki autonomni sustav mora poznavati jednu granicu: kad željena snaga redovito prelazi 2000 W kontinuirane snage ili dnevna potrošnja energije premaši 2–3 kWh, sustav od 12 V počinje raditi s vrlo velikim strujama (iznad 170 A), a gubici u kabelu postaju neprihvatljivi. U tom trenutku pametno je prijeći na pretvarač od 24 V ili 48 V, umjesto da se GSIKE opterećuje do krajnjih granica. Pri istim snagama kroz njega teče mnogo manja struja pa se mogu koristiti kabeli praktičnijih dimenzija.

GSIKE se ne srami svojeg razreda: izvrstan je alat za male autonomne sustave i ne pretendira biti sve za svakoga. Dimenzioniranje unutar njegovih ograničenja, uz bateriju velikog kapaciteta i kratke kabele, daje pouzdanu i tihu instalaciju. Prekoračiti ta ograničenja kako bi se izbjegao prelazak na 24 V recept je za stalne prekide. Poznavati granice jednako je važno kao i poznavati prednosti uređaja.

Pogreške pri dimenzioniranju koje treba izbjeći

Pogreška broj jedan jest zanemariti struju pokretanja motora. Hladnjak koji u radu troši 100 W pri pokretanju na trenutak traži tri ili četiri puta više; zato GSIKE ima vršnu snagu od 3000 VA i zato ne smiješ istodobno priključiti dva induktivna trošila. Pogreška broj dva jest dimenzionirati bateriju prema snazi pretvarača umjesto prema dnevnoj potrošnji energije: pretvarač podnosi 2000 W, ali baterija određuje koliko dugo. Pogreška broj tri jest zanemariti gubitke: dugi kabeli, labavi spojevi i nepravilno dimenzioniran MPPT oduzimaju između 10 i 20 % energije koja bi, prema izračunu, trebala biti dostupna.

Lako ih je ispraviti ako se sve izmjeri prije kupnje: tjedan dana bilježenja stvarne potrošnje, realna procjena sunčeva zračenja u najslabijem mjesecu i kabel odgovarajućeg presjeka na strani od 12 V. Kad su ta tri podatka na stolu, dimenzioniranje sustava GSIKE prestaje biti čin vjere i postaje jednostavan izračun.

Stvarni primjeri triju različitih projekata

Kako dimenzioniranje ne bi ostalo na apstraktnim brojkama, pogledaj kako se GSIKE uklapa u tri tipična projekta. Prvi je lovačka kućica u Extremaduri, bez priključka na mrežu: hladnjak od 80 W, dvije LED žarulje i usmjerivač koji se uključuje samo navečer. Stvarna dnevna potrošnja iznosi oko 350 Wh. S tri modula od 250 W i baterijom od 100 Ah energije ima i više nego dovoljno čak i zimi, a GSIKE radi cijele godine bez potrebe za intervencijom. Drugi je autodom koji ljeti putuje sjeverom Španjolske: koristi se u pokretu, kompresorski hladnjak radi neprestano, a noću se koriste prijenosno računalo i aparat za kavu. Ovdje se baterija od 100 Ah djelomično puni iz alternatora tijekom vožnje, a GSIKE prebacuje napajanje u 10 ms bez ponovnog pokretanja uređaja.

Treći je projekt mala vrtna radionica uz kuću koja ima priključak na mrežu: korisnik želi napajati radni stol, rasvjetu i mali kompresor s vremena na vrijeme, a da ne plaća skupo novo priključenje. Ovdje GSIKE služi kao dnevni otočni sustav, a suhi kontakt može pokrenuti mali generator tijekom vrlo oblačnih dana. U sva tri slučaja pogreška bi bila dimenzionirati sustav iznad 2000 W u očekivanju budućeg povećanja potrošnje; ispravno je početi s malim i pouzdanim sustavom te povećati kapacitet samo ako to stvarne potrebe zahtijevaju.

Kako temperatura utječe na dimenzioniranje

Jedan čimbenik koji početnici često zaboravljaju jest temperatura. Litijska baterija na hladnoći gubi kapacitet: pri −10 °C može isporučiti samo 70–80 % svojeg nazivnog kapaciteta, a punjenje pri niskoj temperaturi oštećuje ćelije. Zato bateriju treba postaviti na mjesto zaštićeno od mraza, a ne na pod negrijane šupe. Solarni paneli, naprotiv, rade bolje na hladnoći nego na vrućini: za vedrog zimskog dana proizvode više nego što bi se očekivalo, pod uvjetom da nisu prekriveni snijegom. Ta dvojnost objašnjava zašto pri dimenzioniranju treba uzeti u obzir radnu temperaturu baterije, a ne samo Sunčevo zračenje.

Sam GSIKE podržava radne temperature između −10 i +50 °C, što je širok raspon za veći dio španjolskog teritorija. U područjima s vrlo vrućim ljetima dovoljno ga je ne postaviti u zatvoreni ormarić bez ventilacije jer uređaj odvodi toplinu, a njegov ventilator treba protok zraka. U praksi zračni razmak oko kućišta sprječava većinu problema s temperaturom.

Preporučeni popis za kupnju za otočni sustav od 2 kW

Kako bi dimenzioniranje dovelo do konkretne kupnje, ovo je minimalan popis koji odgovara modelu GSIKE G2500EU12V: sam hibridni pretvarač; litijska baterija od 12,8 V i 100–200 Ah s BMS-om; dva ili tri solarna modula od 250–300 W, ukupne snage do 900 W; kratki DC kabeli od 25 do 50 mm²; DC osigurač blizu pozitivnog pola; mali automatski osigurač na AC izlazu; i, ako želiš, dodatni WiFi modul. Kupiti samo pretvarač, a sve ostalo ostaviti za poslije, najskuplja je pogreška jer oprema dotad ostaje neupotrebljiva na polici.

Ako vam je ovo prva instalacija, počnite s baterijom od 100 Ah i dva modula od 250 W, a ostavite prostora za proširenje do 900 W i 200 Ah. Takav umjeren početak omogućuje vam da isprobate sustav uz razuman trošak, a GSIKE podržava proširenje bez zamjene pretvarača. Ne podržava paralelno spajanje dviju jedinica, zato nemojte kupiti drugu s namjerom da ih složite jednu na drugu; ako vam treba više snage, rješenje je u naponu, a ne u dodavanju uređaja.

Ako još imate pitanja o presjeku kabela, broju panela ili kapacitetu baterije, usporedba s uređajima EASUN i PowMr te vodič za rad bez baterije upotpunjuju sliku. Za dimenzioniranje samostalnog sustava ne morate biti inženjer, ali morate poštovati tri brojke: snagu, energiju i struju. Kad su vam te tri veličine jasne, GSIKE će se pobrinuti za ostalo. Ako vam nešto u izračunu nije jasno, prije kupnje provjerite tehničke podatke, gdje su brojke iz priručnika navedene u tablicama, bez komercijalnog zaokruživanja.

Na kraju, imajte na umu da pravilno dimenzioniranje ne znači maksimalno optimizirati sustav, već izbjeći dvije pogreške koje najviše štete instalaciji: premalen kapacitet baterije ili preveliko opterećenje opreme koja stalno radi na granici mogućnosti. GSIKE nagrađuje umjerenost: mali, ali dobro dimenzionirani samostalni sustav svakodnevno pruža više bezbrižnosti od velikog i pretrpanog sustava. Kad su baterija, PV sustav i kabeli na svojim mjestima, preostaje vam samo uživati u energiji koju sami proizvodite.

Zaključak

Dimenzioniranje samostalnog sustava od 2 kW i 12 V s uređajem GSIKE u osnovi je vježba s tri brojke: zbrojite svoje potrošače tako da ostanu ispod 2000 W kontinuirane snage, odaberite bateriju od 100–200 Ah koja može izdržati preko noći i spojite do 900 W PV snage kratkim i debelim kabelima. Ako se pridržavate ta tri ograničenja, izgradit ćete samostalni izvor napajanja od 230 V koji će vam služiti godinama. Vodič za rad bez baterije i WiFi upotpunjuju sliku.

Konačna presuda

Česta pitanja

Izvori i referentni podaci

1. List s podacima o proizvodu GSIKE G2500EU12V 2 kW 12 V (149,99 EUR, besplatna dostava u Španjolskoj) — https://gesike.com/es-es/products/gsike-g2500eu12v-inversor-hibrido-2000w-12v-900w-mppt-wifi-spain
2. EASUN 2 kW 12 V, službena trgovina EU-a — https://eu.easunpower.com/
3. Vodič za MPPT od 60 A i raspon od 30–160 VDC — tehnička referenca — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. Baterija od 12 V i DC sabirnica — vodič za ožičenje — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Vodiči i usporedbe