Dimenzioniranje otočnog solarnog sustava od 2 kW, 12 V: korak po korak uz GSIKE G2500EU12V

Dobro dimenzioniranje malog otočnog sustava od 2 kW, 12 V odlučuje hoće li vaša instalacija pouzdano raditi ili ćete ostati bez struje. Pokazujemo kako pravilno izračunati bateriju, fotonaponski sustav i kabele uz GSIKE G2500EU12V.

Prvi korak svakog planiranja sustava izvan mreže jest popisati potrošnju. Zabilježite sve uređaje od 230 V koje želite koristiti i navedite njihovu uobičajenu snagu. LED žarulja troši 5–10 W, usmjerivač 10–15 W, hladnjak 80–150 W neprekidno, prijenosno računalo 30–60 W, TV 40–80 W. Zbrojite ih i ostavite veliku rezervu ispod 2000 W kako biste izbjegli prekide napajanja.

Baterija: koji vam je kapacitet potreban?

Litijska baterija od 12,8 V i 100 Ah s BMS-om pohranjuje oko 1280 Wh; uz 80 % iskoristivog pražnjenja preostaje oko 1024 Wh. To je dovoljno za napajanje punog opterećenja od 2 kW samo tridesetak minuta, no u stvarnom radu koristi se kombinacija opterećenja od 500 do 1000 W tijekom pola dana ili cijelog dana. Za kampere i vikendice, 100 do 200 Ah na 12 V realan je raspon u kojem su energetske potrebe i težina usklađeni.

Broj mogućih ciklusa punjenja uvelike ovisi o BMS-u i dubini pražnjenja: tko rijetko isprazni bateriju ispod 80 % ostvarit će mnogo više ciklusa nego netko tko je svaki dan potpuno isprazni. To je jedan od razloga zašto mala baterija kojom se pažljivo rukuje traje dulje od velike baterije koja je stalno na izmaku.

Primjer proračuna za vikendicu

Uzmimo tipičnu kolibu: hladnjak od 80 W radi otprilike trećinu vremena, što je oko 30 Wh na sat; uz to ide rasvjeta (20 W tijekom dva sata = 40 Wh), računalo i usmjerivač (30 W tijekom četiri sata = 120 Wh). Ukupno je to otprilike 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 lijepa sunčanog dana bez problema proizvedu 2,5 do 3 kWh, više nego dovoljno za punjenje baterije. Pri smanjenoj zimskoj rasvjeti, na 30–40 %, još uvijek je dovoljna za osnovno opterećenje.

Tko ne zna svoju potrošnju trebao bi tjedan dana koristiti mjerač energije i bilježiti stvarnu potrošnju. Iz izmjerenih dnevnih Wh izračunavaju se kapacitet baterije, a zatim i PV sustava, tako da prosječan sunčan dan proizvede više energije nego što se potroši tijekom oblačnog dana. Ovaj jednostavan pristup zamjenjuje svako predimenzionirano postrojenje i izbjegava kupnju nepotrebnog kapaciteta za pohranu.

PV moduli i orijentacija u Francuskoj

U kontinentalnoj Francuskoj ima mnogo sunca tijekom cijele godine, a tri modula od 250 W usmjerena prema jugu pružaju više nego dovoljno energije za kolibu ili kamper. Radni napon MPPT-a iznosi između 30 i 160 VDC; zato module spajamo serijski do te vrijednosti, pazeći da napon u praznom hodu ne prijeđe 160 VDC. Nagib od oko 30–45 stupnjeva u odnosu na horizont, uz usmjerenje točno prema jugu, bolje iskorištava sunčevo zračenje; zimi veći nagib pomaže snijegu da sklizne.

Presjeci DC kabela za 12 V i 170 A

Ovo je jedna od stvari koje najčešće zbunjuju početnike: pri 2000 W na 12 V struja nije 8 A kao na 230 V, već oko 170 A. Zato kabeli između baterije i pretvarača 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 prvoj promjeni.

Zaštite i osigurači

Između pozitivnog pola baterije i pretvarača mora biti odgovarajući DC osigurač, smješten blizu baterije, koji prekida strujni krug u slučaju kratkog spoja na kabelu. Preporučuje se i vidljiva sklopka ili rastavljač kako biste mogli sigurno isključiti uređaj tijekom čišćenja ili pregleda. Na AC strani mali automatski osigurač štiti izlaz. Te zaštite su jeftine i sprečavaju požar; nisu neobavezne.

Za kraj ovog vodiča zapamtimo tri jednostavne brojke: 2000 W kontinuirano za utičnice, ukupno 900 W za panele i 100 do 200 Ah za bateriju. Ako se pridržavate tih triju granica, instalacija će raditi bez neželjenih prekida. Dodajte tome kratke i debele kabele, osigurač blizu baterije i usmjerenje točno prema jugu i dobili ste cjelovit plan. Ostalo su samo prilagodbe.

Dimenzioniranje nije jednom zauvijek egzaktna znanost: ono se mijenja. Danas napajate samo svjetlo i usmjerivač, a za godinu dana željet ćete hladnjak, pa mali aparat za kavu. Zato pravilno dimenzioniranje od samog početka, uz ostavljanje rezerve, omogućuje kasnije dodavanje bez zamjene pretvarača. Sve dok ste ispod 2000 W kontinuirano i ispod 900 W fotonaponske snage, GSIKE raste zajedno s vama. To nije fiksna instalacija, već skromna osnova koju gradite korak po korak.

Još jedan sigurnosni savjet: od samog početka predvidite malu LED svjetiljku za nuždu i punjač telefona koji će stalno biti priključeni, kako biste provjerili može li sustav doista izdržati tijekom noći prije nego što dodate zahtjevnija trošila. Ovim opreznim puštanjem u rad izbjeći ćete neugodna iznenađenja. I nadasve, zabilježite odabrane postavke (vrstu baterije, prioritet, pragove) u bilježnicu: za godinu dana, kad budete htjeli dodati panel, točno ćete znati kako je sustav osmišljen. Ovaj jednostavan zapis čini svu razliku između sustava koji razumijete i sustava koji vam stvara probleme.

L'investissement total, y compris l'onduleur

Da bismo realno isplanirali troškove, pogledajmo cijeli proračun, a ne samo pretvarač. GSIKE košta 149,99 EUR; litijska baterija 12,8 V 100 Ah s BMS-om stoji oko 250 do 350 EUR, ovisno o marki; tri panela od 250 W stoje 180 do 250 EUR; kabeli, osigurači i rastavljač dodaju još 50 do 80 EUR. Ukupno, mali potpuno samostalni sustav stoji oko 650 do 850 EUR, ovisno o marki baterije i panela. U usporedbi s priključkom na javnu mrežu kad je ona daleko ili s generatorom koji treba opskrbljivati gorivom, ovaj se solarni sustav isplati za nekoliko godina.

Ova ukupna brojka pomaže izbjeći početničku pogrešku: kupiti najjeftiniji pretvarač, a zatim oklijevati oko baterije i panela, da bi se na kraju dobio nedovoljno dimenzioniran sustav. Bolje je računati na nešto više i odabrati kvalitetnu bateriju nego kupiti tri snižena uređaja koji ne rade zajedno. Vodič za dimenzioniranje pomaže sagledati cjelinu, a ne izdvojiti samo jednu komponentu.

Kako izmjeriti svoju stvarnu potrošnju

Prije nego što odaberemo kapacitet, izmjerimo potrošnju. Oprezan kućni majstor tjedan dana drži mali mjerač energije između svakog uređaja i utičnice te bilježi stvarne vrijednosti u Wh. Ovo jednostavno mjerenje zamjenjuje procjene odokativnom metodom, koje su gotovo uvijek preoptimistične. Primjerice, televizor troši više tijekom dana nego što mislimo, a hladnjak više od ventilatora. Kad pred sobom imate bilježnicu sa stvarnim vrijednostima u Wh, možete pravilno odrediti kapacitet: ne premalen (isključivanja), ni prevelik (bačen novac).

Za one koji ne žele mjeriti, nudimo okvirno pravilo: računajte na 400 do 600 Wh dnevno za malu kućicu s rasvjetom i usmjerivačem, a 800 do 1200 Wh za vikend-upotrebu uz lagano kuhanje. Ispod 600 Wh dovoljna je baterija od 100 Ah; iznad toga ciljajte na 200 Ah. Ovo okvirno pravilo nije savršeno, ali pomaže izbjeći suprotnu, vrlo čestu pogrešku: nepotrebno predimenzioniranje.

Struja punjenja: zašto 60 A mijenja sve

Jedna od značajki po kojoj se GSIKE razlikuje od konkurentskih hibridnih uređaja u ovom razredu jest njegov MPPT punjač od 60 A. Na bateriji od 12 V, 60 A odgovara snazi punjenja od približno 720 W, što omogućuje da se djelomično ispražnjena baterija ponovno napuni nakon nekoliko sunčanih sati. Modelu od 40 A za to treba trećinu više vremena. U praksi, ako se baterija trošila tijekom noći, punjač od 60 A napunit će je do večeri, dok će s 40 A i dalje biti slabo napunjena. Ta se razlika osjeti u stvarnoj autonomiji, osobito zimi kad je broj dana za punjenje ograničen.

Veća struja punjenja ne znači da trebate priključiti više od 900 W panela: MPPT ograničava snagu, a ne struju. To znači da se energija brže prihvaća kad sunce doista zasja. Za bateriju od 100 Ah, 60 A predstavlja ugodnu struju punjenja koja je ne opterećuje; za bateriju od 200 Ah i dalje je umjerena. To je jedna od prednosti zbog kojih je GSIKE brži od konkurenata slične cijene.

Mjesečni primjer: od izračuna do zimske autonomije

Vratimo se kolibi koja troši 400 Wh dnevno. Ljeti tri modula od 250 W u Francuskoj proizvedu 3 do 4 kWh za sunčanog dana, što je više nego dovoljno. Zimi, kad je sunce nisko, a dani kratki, proizvodnja često u prosjeku padne na 1 kWh dnevno. Ako vaša potrošnja ostane na 400 Wh, baterija od 100 Ah (1024 Wh korisnog kapaciteta) osigurava dva dana autonomije čak i tijekom tjedna oblačnog vremena. Ta rezerva čini razliku između pouzdanog sustava i onoga koji prestane raditi jedne kišne večeri. Povećavanje broja modula iznad 900 W koje GSIKE podržava ne pomaže: važni su kapacitet baterije i kontrola potrošnje.

Mnogi početnici pogrešno procjenjuju autonomiju tijekom noći. Vjeruju da će baterija od 100 Ah izdržati cijelu noć; u stvarnosti, uz usmjerivač u stanju pripravnosti, nekoliko LED svjetala i mali hladnjak, tijekom noći potroši se 200 do 300 Wh, što se lako uklapa u 1024 Wh, pod uvjetom da istodobno ne uključujete mikrovalnu pećnicu i grijalicu. Upravo ta računica za noć, a ne dojmljiva brojka pri punom punjenju, određuje odgovarajuću veličinu baterije.

Serijski ili paralelni spoj PV modula

GSIKE prihvaća MPPT radni napon između 30 i 160 VDC. U praksi spajate module serijski kako biste zbrojili njihove napone (dva modula od 36 Vc serijski daju 72 Vc, što je unutar odgovarajućeg raspona), a ne paralelno, jer bi inače napon pao ispod potrebnih 30 Vc. Apsolutno je nužno ostati ispod napona otvorenog kruga (Voc) od 160 Vc jer previsok napon oštećuje MPPT. Ako je ukupni Voc vaših modula veći od 160 Vc, morate ukloniti jedan modul ili odabrati drugi.

Ovo pravilo serijskog spajanja često se pogrešno shvaća. Početnik koji spoji dva velika modula od 450 W u seriju izračuna približno 900 W i zadovoljan je, ali njihov zajednički napon otvorenog kruga tijekom hladnog dana ponekad prelazi 160 V. Zato tablica iznad preporučuje ili tri modula od 250/300 W ili dva skromnija modula spojena u seriju, umjesto dvaju velikih modula od 450 W. O tome što GSIKE zaista može prihvatiti odlučuje naponska rezerva, a ne samo snaga.

Kada prijeći na 24 V ili 48 V

Sustav od 12 V jednostavan je i jeftin, ali brzo doseže svoju granicu. Čim vaša opterećenja redovito prelaze 1500 W, želite nekoliko dana autonomije tijekom lošeg vremena ili vaša instalacija troši više od 1,5 kWh dnevno, preporučljivo je prijeći na 24 V: struja se prepolovi, kabeli su tanji, a učinkovitost raste. Upravo to nudi MPP Solar sa svojim modelom PIP-2424 u drugom cjenovnom razredu. Stoga je zadržavanje GSIKE-a na 12 V stvar odabira veličine, a ne ograničenje samog uređaja: dobro obavlja svoj posao u klasi od 2 kW, a to je već mnogo.

Trenutak istine nastupa kad zbrojite svoja opterećenja i dobijete 1200 W kontinuirane snage uz vršnu snagu od 2500 VA. U tom slučaju GSIKE još može raditi, ali bez rezerve i blizu granice. Sustav od 24 V radio bi bez problema. Dobro je planirati 30 % rezerve ispod kontinuirane snage: ako vam treba 1500 W stalno, odaberite 24 V umjesto da opterećujete 12 V do krajnjih granica.

Pogreške pri dimenzioniranju koje treba izbjeći

Među najčešćim pogreškama su: pokušaj napajanja energetski zahtjevnog hladnjaka od 300 litara pomoću 900 W fotonaponske snage; podcjenjivanje početne struje kompresora; spajanje modula paralelno iako MPPT raspon zahtijeva serijski spoj; kupnja olovne baterije od 100 Ah uz uvjerenje da će trajati jednako dugo kao litijeva od 100 Ah (iz olovne baterije može se iskoristiti samo 50 % kapaciteta, a da joj se ne skrati vijek trajanja); i naposljetku zanemarivanje temperature: litijeva baterija koja se puni na hladnoći prima manju struju, a pretvarač postavljen na izravnom suncu na južnom zidu slabije se hladi.

Ispraviti ove nedostatke prije kupnje malo košta i sprječava mjesece razočaranja. Dimenzioniranje u osnovi znači odbiti uređaj čija je reklama primamljiva, ali ne odgovara potrebama. GSIKE je iskren u pogledu onoga što može; na kupcu je da bude iskren u pogledu svojih potreba.

Temperatura, ventilacija i položaj

Londulat​eur rasipa toplinu ventilatorom koji se uključuje pri velikom opterećenju. Tijekom ljetnog dana s temperaturom od 35 °C, u zatvorenom ormariću raste unutarnja temperatura i uređaj može smanjiti snagu. Zato ga postavite na prozračeno mjesto, zaštićeno od izravne sunčeve svjetlosti, a ne na dno zatvorenog ormarića bez strujanja zraka. Za litijsku bateriju idealna je temperatura okoline od oko 15–25 °C; hladnoća usporava njezino punjenje, a toplina joj skraćuje vijek trajanja. Ove su mjere opreza bolje od preopterećenja dijelovima.

Uobičajeni popis za kupnju sustava od 2 kW i 12 V

Ukratko, konkretan popis: GSIKE G2500EU12V, litijska baterija od 12,8 V i 100 do 200 Ah s BMS-om, tri solarna modula od 250 do 300 W okrenuta prema jugu, pravilno dimenzioniran osigurač istosmjerne struje blizu baterije, lako dostupan rastavljač, kabel od 25 do 50 mm² između baterije i pretvarača, odgovarajući fotonaponski kabel i, po želji, WiFi modul. S tim je elementima sustav potpun i spreman za rad. Upravo je to opseg koji obuhvaća ovaj vodič.

Zaključak

Dimenzioniranje samostalnog sustava od 2 kW i 12 V s uređajem GSIKE u osnovi je vježba s tri brojke: zbrojite potrošače snage manje od 2000 W kontinuirano, odaberite bateriju od 100–200 Ah koja će izdržati cijelu noć i priključite do 900 W fotonaponskih panela kratkim i debelim kabelima. Poštujete li ta tri ograničenja, izgradit ćete samostalni izvor napajanja od 230 V koji će vas služiti godinama. Vodič za rad bez baterije i WiFi upotpunjuju sliku.

Konačna presuda

Česta pitanja

Izvori i referentni podaci

1. Podaci o proizvodu GSIKE G2500EU12V 2 kW 12 V (149,99 EUR, besplatna dostava u Francuskoj) — https://gesike.com/fr-fr/products/gsike-g2500eu12v-onduleur-hybride-2000w-12v-900w-mppt-wifi-france
2. EASUN 2 kW 12 V, vodeća trgovina u EU-u — https://eu.easunpower.com/
3. Vodič za MPPT 60 A i raspon 30–160 VDC — tehnička referenca — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. Priključivanje 12 V uz veliku struju i osigurač — referentni vodič za DC ožičenje — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Vodiči i usporedbe