Egy 2 kW-os, 12 V-os napelemes szigetüzemű rendszer méretezése: lépésről lépésre a GSIKE G2500EU12V-vel

Egy 2 kW-os, 12 V-os kis szigetüzemű rendszer megfelelő méretezése dönti el, hogy a rendszer megbízhatóan működik-e, vagy áram nélkül marad. Megmutatjuk, hogyan számolja ki helyesen az akkumulátor, a napelemek és a kábelek méretét a GSIKE G2500EU12V készülékhez.

Minden hálózaton kívüli rendszer tervezésének első lépése a fogyasztás felmérése. Írja össze az összes 230 V-os készüléket, amelyet működtetni szeretne, a jellemző teljesítményükkel együtt. Egy LED-izzó 5–10 W-ot, egy router 10–15 W-ot, egy hűtőszekrény folyamatosan 80–150 W-ot, egy laptop 30–60 W-ot, egy tévé pedig 40–80 W-ot fogyaszt. Adja össze ezeket, és hagyjon bőséges tartalékot a 2000 W-os határ alatt, így elkerülheti a lekapcsolásokat.

Akkumulátor: mekkora kapacitásra van szüksége?

Egy 12,8 V-os, 100 Ah-s, BMS-szel ellátott lítiumakkumulátor körülbelül 1280 Wh-t tárol; 80%-os használható kisütés mellett körülbelül 1024 Wh marad. Teljes, 2 kW-os terheléssel ez csak nagyjából fél órára elegendő, de a valós használat során fél vagy egy napon át 500–1000 W-os vegyes terheléssel számolunk. Lakóautókhoz és hétvégi házakhoz a 12 V-os, 100–200 Ah-s kapacitás az életszerű tartomány, ahol az energiaigény és a tömeg még arányban van egymással.

A lehetséges töltési ciklusok száma nagyban függ a BMS-től és a kisütési mélységtől: aki ritkán meríti 80% alá az akkumulátort, sokkal több ciklust ér el, mint aki naponta teljesen lemeríti. Ez az egyik oka annak, hogy egy kis, gondosan használt akkumulátor tovább tart, mint egy nagy, amelyet folyamatosan túlterhelnek.

Számítási példa egy hétvégi kunyhóra

Vegyünk egy tipikus kunyhót: egy 80 W-os hűtőszekrény az idő körülbelül egyharmadában működik, óránként nagyjából 30 Wh fogyasztással; ehhez jön a világítás (20 W két órán át = 40 Wh), valamint a számítógép és az útválasztó (30 W négy órán át = 120 Wh). Összesen nagyjából napi 400 Wh. Egy 100 Ah-s, 1024 Wh hasznos kapacitású akkumulátor másfél napra elegendő, mielőtt újra kellene tölteni. Három 250 W-os modul egy jó napsütéses napon könnyedén megtermel 2,5–3 kWh-t, ami több mint elegendő az akkumulátor feltöltéséhez. A téli, csökkent napfényben, 30–40%-os teljesítménnyel is fedezi az alapterhelést.

Aki nem ismeri az áramfogyasztását, használjon egy hétig energiamérőt, és rögzítse a tényleges fogyasztást. A mért napi Wh-értékekből meghatározható az akkumulátor, majd a napelemek kapacitása, hogy egy átlagos napsütéses napon több energia termelődjön, mint amennyi egy borús napon elfogy. Ez az egyszerű megközelítés kiváltja a túlméretezett rendszert, és elkerülhető vele a szükségtelen tárolókapacitás megvásárlása.

Napelemek és tájolás Franciaországban

Franciaországban egész évben sok a napsütés, és három, egyenként 250 W-os, dél felé tájolt panel bőségesen elegendő egy kunyhóhoz vagy lakóautóhoz. Az MPPT üzemi feszültségtartománya 30 és 160 VCC között van; a paneleket ezért sorba kötjük úgy, hogy az összfeszültség ebbe a tartományba essen, és üresjáratban se haladja meg a 160 VCC-t. A horizonttal bezárt, körülbelül 30–45 fokos dőlésszög és a déli tájolás jobb napsugárzás-hasznosítást biztosít; télen a meredekebb szög segít, hogy lecsússzon a hó.

DC-kábel-keresztmetszetek 12 V és 170 A esetén

Ez az egyik dolog, ami gyakran megtéveszti a kezdőket: 12 V-on, 2000 W teljesítmény mellett az áramerősség nem 8 A, mint 230 V-on, hanem körülbelül 170 A. Ezért az akkumulátor és az inverter közötti kábeleknek rövidnek és nagyon vastagnak kell lenniük. A túl vékony kábel felmelegszik, energiát veszít, és terhelés alatt feszültségesést okoz. Ezen ne spóroljon: ezen múlik, hogy a rendszer megbízhatóan működik-e, vagy már az első átváltáskor lekapcsol.

Védelmek és biztosítékok

Az akkumulátor pozitív pólusa és az inverter közé megfelelő méretű DC-biztosítékot kell beiktatni, az akkumulátor közelében, hogy rövidzárlat esetén megszakítsa a kábel áramellátását. Biztonságos tisztítás vagy felülvizsgálat céljából látható helyen elhelyezett megszakító vagy leválasztókapcsoló használata is ajánlott. Az AC-oldalon egy kisebb kismegszakító védi a kimenetet. Ezek a védelmi eszközök olcsók és megelőzik a tüzet; nem hagyhatók el.

Az útmutató végén jegyezzünk meg három könnyen megjegyezhető számot: a konnektorokhoz 2000 W folyamatos teljesítményt, a napelemekhez összesen 900 W-ot, az akkumulátorhoz pedig 100–200 Ah-t. Ha ezt a három határértéket betartja, a rendszer nem fog váratlanul lekapcsolni. Egészítse ki rövid és vastag kábelekkel, az akkumulátor mellé szerelt biztosítékkal és déli tájolással, és máris megvan a teljes terv. A többi csak finomhangolás.

A méretezés nem egyszer s mindenkorra szóló egzakt tudomány: folyamatosan változik. Ma csak egy lámpát és egy routert táplál, egy év múlva már hűtőszekrényt szeretne, aztán egy kis kávéfőzőt. Ezért érdemes már kezdetben megfelelően méretezni, némi tartalékot hagyva, így később bővíthet anélkül, hogy invertert kellene cserélnie. Amíg a folyamatos fogyasztás 2000 W alatt, a napelemek teljesítménye pedig 900 W alatt marad, a GSIKE együtt fejlődik Önnel. Ez nem egy változtathatatlan rendszer, hanem egy szerény alap, amelyet lépésről lépésre építhet tovább.

Még egy biztonsági tanács: már az elején tervezzünk be egy kis LED-es vészvilágítást és egy állandóan csatlakoztatott telefontöltőt, hogy ellenőrizhessük, valóban kitart-e a rendszer éjszaka, mielőtt nagyobb fogyasztású készülékeket csatlakoztatnánk. Az óvatos üzembe helyezéssel elkerülhetjük a kellemetlen meglepetéseket. És főleg jegyezzük fel egy füzetbe a kiválasztott beállításokat (akkumulátortípus, prioritás, küszöbértékek): egy év múlva, amikor új panelt szeretnénk hozzáadni, pontosan tudni fogjuk, hogyan terveztük meg a rendszert. Ez az egyszerű feljegyzés jelenti a különbséget aközött, hogy értjük a rendszerünket, vagy csak elszenvedjük a működését.

Investissement total, onduleur compris pour L

A reális tervezéshez nézzük a teljes költségvetést, ne csak az inverter árát. A GSIKE ára 149,99 EUR; egy 12,8 V-os, 100 Ah-s, BMS-sel ellátott lítiumakkumulátor ára márkától függően körülbelül 250–350 EUR; három 250 W-os panel ára 180–250 EUR; a kábelek, biztosítékok és leválasztókapcsoló pedig további 50–80 EUR-ba kerülnek. Összesen egy kisebb, teljesen önálló rendszer körülbelül 650–850 EUR-ból építhető meg, az akkumulátor és a panelek márkájától függően. Ha a közcélú hálózatra való csatlakozás drága, mert messze van a hálózat, vagy figyelembe vesszük az üzemanyag-utántöltést igénylő generátor költségét, ez a napelemes rendszer néhány év alatt megtérül.

Ez az összesített érték segít elkerülni egy kezdőhibát: megvenni a legolcsóbb invertert, aztán bizonytalankodni az akkumulátor és a panelek kiválasztásánál, végül pedig alulméretezett rendszert építeni. Jobb valamivel többet költeni egy jó minőségű akkumulátorra, mint három leárazott készüléket venni, amelyek nem működnek együtt. A méretezési útmutató az egész rendszer átlátását segíti, nem egyetlen alkatrészre összpontosít.

Hogyan mérjük meg a tényleges fogyasztásunkat

Mielőtt kiválasztanánk a méretet, mérjük meg a fogyasztást. Az elővigyázatos barkácsoló egy kis energiamérőt csatlakoztat minden készülék és a konnektor közé egy hétre, és feljegyzi a tényleges Wh-értékeket. Ez az egyszerű mérés kiváltja a hasraütéses becsléseket, amelyek szinte mindig túl optimisták. Egy televízió például többet fogyaszt napközben, mint gondolnánk, egy hűtőszekrény pedig többet, mint egy ventilátor. Ha kéznél vannak a tényleges Wh-értékek, pontosan méretezhetünk: se túl kicsire (lekapcsolások), se túl nagyra (kidobott pénz).

Akik nem szeretnének méricskélni, azoknak adunk egy ökölszabályt: számoljanak napi 400–600 Wh-val egy kis faház világításához és routeréhez, hétvégi, könnyű főzéssel járó használat esetén pedig 800–1200 Wh-val. 600 Wh alatt elegendő egy 100 Ah-s akkumulátor; e fölött 200 Ah-sat válasszanak. Ez az ökölszabály nem tökéletes, de segít elkerülni az ellenkező, igen gyakori hibát: a szükségtelen túlméretezést.

A töltőáram: miért jelent nagy különbséget a 60 A

A GSIKE egyik olyan tulajdonsága, amely megkülönbözteti a kategóriájában versenyző hibrid készülékektől, a 60 A-es MPPT-töltő. Egy 12 V-os akkumulátornál a 60 A körülbelül 720 W töltési teljesítményt jelent, így néhány napsütéses óra alatt újra feltölthető egy részben lemerült akkumulátor. Egy 40 A-es modellnek ehhez harmadával több idő kell. A gyakorlatban, ha az akkumulátor éjszaka lemerült, egy 60 A-es töltő estére visszatölti, míg egy 40 A-es még alacsony töltöttségen hagyja. Ez a részlet érezhetően befolyásolja a tényleges üzemidőt, különösen télen, amikor kevés a töltésre alkalmas nap.

A magasabb töltőáram nem jelenti azt, hogy 900 W-nál nagyobb teljesítményű paneleket kell csatlakoztatni: az MPPT a teljesítményt korlátozza, nem az áramot. Azt jelenti, hogy amikor igazán süt a nap, az energia gyorsabban jut be. Egy 100 Ah-s akkumulátornál a 60 A kényelmes töltőáram, amely nem terheli túl; egy 200 Ah-s akkumulátornál pedig továbbra is biztonságos. Ez az egyik oka annak, hogy a GSIKE az azonos árú versenytársainál gyorsabb.

Havi példa: a számítástól a téli önállóságig

Vegyük újra a napi 400 Wh-t fogyasztó kunyhót. Nyáron három darab 250 W-os modul egy szép, napos napon Franciaországban 3–4 kWh-t termel, ami bőven elegendő. Télen, amikor alacsonyan jár a nap, és rövidek a nappalok, a termelés gyakran napi átlag 1 kWh-ra csökken. Ha a fogyasztás 400 Wh marad, a 100 Ah-s akkumulátor (1024 Wh használható kapacitással) felhős időben is két napra elegendő. Ez a tartalék jelenti a különbséget a gondtalanul működő rendszer és aközött, amelyik egy esős estén leáll. A modulok számának a GSIKE 900 W-os határán túli növelése nem segít: az akkumulátor kapacitása és a töltés szabályozása számít.

Sok kezdő téved az éjszakai üzemidővel kapcsolatban. Azt gondolják, hogy egy 100 Ah-s akkumulátor egész éjszakára elegendő; valójában egy útválasztó készenléti fogyasztása, néhány LED-lámpa és egy kis hűtőszekrény együtt 200–300 Wh-t fogyaszt éjszaka, ami bőven belefér az 1024 Wh-ba, feltéve, hogy nem kapcsolnak be egyszerre egy mikrohullámú sütőt és egy hősugárzót. Az akkumulátor megfelelő méretét éppen ez az éjszakai fogyasztási számítás határozza meg, nem pedig a teljes töltöttség látványos értéke.

A PV-modulok soros vagy párhuzamos kapcsolása

A GSIKE 30 és 160 V DC közötti MPPT üzemi feszültséget fogad. A gyakorlatban a modulokat sorba köti, így feszültségük összeadódik (két, egyenként 36 Vc-os modul sorba kötve 72 Vc-ot ad, ami a megfelelő tartományba esik), nem pedig párhuzamosan, mert akkor a feszültség a szükséges 30 Vc alá csökken. A 160 Vc-os üresjárati feszültség (Voc) túllépése szigorúan tilos, mert a túl magas feszültség károsítja az MPPT-t. Ha a modulok együttes Voc értéke meghaladja a 160 Vc-ot, el kell távolítani egy modult, vagy másikat kell választani.

Ezt a soros kapcsolásra vonatkozó szabályt gyakran félreértik. Egy kezdő két nagy, 450 W-os modult sorba kötve körülbelül 900 W-tal számol, és elégedett, de a kombinált üresjárati feszültségük hideg, napos időben néha meghaladja a 160 Vc-t. Ezért ajánl a fenti táblázat vagy három 250/300 W-os modult, vagy két szerényebb modult sorba kötve két nagy, 450 W-os helyett. Nemcsak a teljesítmény, hanem a feszültségtartalék is meghatározza, mit képes valójában fogadni a GSIKE.

Mikor érdemes 24 V-ra vagy 48 V-ra váltani?

A 12 V-os rendszer egyszerű és olcsó, de hamar eléri a határait. Amint a fogyasztók rendszeresen meghaladják az 1500 W-ot, több napnyi autonómiára van szüksége rossz időben, vagy a rendszer napi fogyasztása meghaladja az 1,5 kWh-t, érdemes 24 V-ra váltani: az áramerősség a felére csökken, a kábelek vékonyabbak lehetnek, a hatékonyság pedig nő. Pontosan ezt kínálja az MPP Solar a PIP-2424 modellel, más árkategóriában. A GSIKE 12 V-os kivitelének választása tehát méretezési döntés, nem a készülék korlátja: jól végzi a dolgát a kis, 2 kW-os kategóriában, ami már önmagában is sok.

A próbatétel akkor jön, amikor összeadja a fogyasztók teljesítményét, és 1200 W folyamatos terhelést, valamint 2500 VA-es csúcsteljesítményt kap. Ebben az esetben a GSIKE még működhet, de tartalék nélkül, a határérték közelében. Egy 24 V-os rendszer kényelmesen elbírná. A jó megoldás, ha a folyamatos teljesítmény 30%-os tartalékával tervez: ha folyamatosan 1500 W-ra van szüksége, inkább 24 V-os rendszert válasszon ahelyett, hogy a 12 V-ost erőltetné.

Kerülendő méretezési hibák

A leggyakoribb hibák közé tartozik egy 300 literes, energiafaló hűtőszekrényt 900 W teljesítményű napelemes rendszerrel működtetni; alábecsülni a kompresszor indítási áramát; párhuzamosan bekötni a modulokat, miközben az MPPT-tartomány soros kapcsolást igényel; 100 Ah-s ólomakkumulátort venni abban a hitben, hogy ugyanannyit bír majd, mint egy 100 Ah-s lítiumakkumulátor (az ólomakkumulátor kapacitásának csak 50%-a használható fel anélkül, hogy lerövidülne az élettartama); végül pedig figyelmen kívül hagyni a hőmérsékletet: a hidegben töltött lítiumakkumulátor kevesebb áramot vesz fel, a déli falra, tűző napra szerelt inverter pedig kevésbé tud lehűlni.

Ezeket a szempontokat a vásárlás előtt kevés pénzből ki lehet javítani, és így elkerülhetők a hónapokig tartó csalódások. A méretezés lényegében azt jelenti, hogy nemet mondunk egy készülékre, amelynek vonzó a reklámja, de nem felel meg az igényeinknek. A GSIKE őszintén mutatja be, mire képes; a vásárlónak is őszintének kell lennie azzal kapcsolatban, mire van szüksége.

Hőmérséklet, szellőzés és elhelyezés

L’inverter a hőt egy ventilátor segítségével vezeti el, amely nagy terhelésnél kapcsol be. Egy 35 °C-os nyári napon, zárt szekrényben megemelkedik a belső hőmérséklet, és a készülék csökkentheti a teljesítményét. Ezért szellőző helyre, a közvetlen napsugárzástól védve szerelje fel, ne pedig egy levegőtlen szekrény mélyére. Lítiumakkumulátor esetén a 15–25 °C körüli környezeti hőmérséklet az ideális; a fagy lassítja a töltését, a meleg pedig öregíti. Ezekkel az óvintézkedésekkel többre megy, mint ha egy külön helyiséget fűtene túl.

Tipikus bevásárlólista egy 2 kW-os, 12 V-os rendszerhez

Röviden, egy konkrét bevásárlólistában: GSIKE G2500EU12V, 100–200 Ah-s, 12,8 V-os lítiumakkumulátor BMS-sel, három déli tájolású, 250–300 W-os napelemmodul, az akkumulátor közelében megfelelő méretű DC-biztosíték, jól látható szakaszolókapcsoló, 25–50 mm² keresztmetszetű kábel az akkumulátor és az inverter között, megfelelő PV-kábel, valamint opcionálisan WiFi-modul. Ezekkel az elemekkel a rendszer teljes és üzemkész. Pontosan ezt a célt szolgálja ez az útmutató.

Összefoglalás

A GSIKE-vel egy 2 kW-os, 12 V-os szigetüzemű rendszer méretezése alapvetően három számításból áll: adja össze a folyamatosan 2000 W alatti fogyasztókat, válasszon olyan 100–200 Ah-s akkumulátort, amely egész éjszaka kitart, majd csatlakoztasson akár 900 W-nyi PV-panelt rövid és vastag kábelekkel. Ha betartja ezt a három korlátot, olyan önálló 230 V-os energiaforrást építhet, amely éveken át kiszolgálja. Az akkumulátor nélküli működésről szóló útmutató és a WiFi teszi teljessé a képet.

Végső értékelés

Gyakori kérdések

Források és referenciaadatok

1. GSIKE G2500EU12V 2kW 12V termékoldal (149,99 EUR, ingyenes szállítás Franciaországban) - https://gesike.com/fr-fr/products/gsike-g2500eu12v-onduleur-hybride-2000w-12v-900w-mppt-wifi-france
2. EASUN 2kW 12V, az EU-s referenciaüzlet - https://eu.easunpower.com/
3. MPPT 60A útmutató és 30–160 VCC tartomány - műszaki referencia - https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. Nagy áramerősségű 12V-os csatlakoztatás és biztosíték - DC-kábelezési referencia - https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Útmutatók és összehasonlítások