Hogyan méretezzünk egy 2 kW-os, 12 V-os szigetüzemű rendszert GSIKE készülékkel

A 2 kW-os, 12 V-os kis szigetüzemű rendszer megfelelő méretezése dönti el, hogy a rendszered megbízhatóan működik-e, vagy áram nélkül maradsz. Megmutatjuk, hogyan méretezd megfelelően az akkumulátort, a PV-rendszert és a kábeleket a GSIKE G2500EU12V készülékkel.

Minden szigetüzemű rendszer tervezésének első lépése a fogyasztás felmérése. Írd össze az összes 230 V-os készüléket, amelyet használni szeretnél, 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 televízió pedig 40–80 W-ot fogyaszt. Add össze ezeket, és hagyj bőséges tartalékot a 2000 W-os határ alatt, így elkerülheted a lekapcsolásokat.

Akkumulátor: mekkora kapacitásra van szükséged?

Egy BMS-sel ellátott, 12,8 V-os, 100 Ah-s lítiumakkumulátor körülbelül 1280 Wh energiát tárol; 80%-os hasznosítható kisütés mellett körülbelül 1024 Wh áll rendelkezésre. 2 kW-os teljes terhelés mellett ez csak mintegy harminc percig elegendő, a tényleges használat során azonban vegyes, körülbelül 500–1000 W-os terheléssel számolunk, fél vagy egy napon át. Lakóautókhoz és hétvégi házakhoz a 12 V-os, 100–200 Ah-s kapacitás reális tartomány, amelyben az energiaigény és a tömeg még egyensúlyban van.

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

Számítási példa egy hétvégi kerti házhoz

Vegyünk példának egy átlagos kerti házat: egy 80 W-os hűtőszekrény az idő körülbelül egyharmadában működik, vagyis óránként nagyjából 30 Wh-t fogyaszt; ehhez jön még a világítás (20 W két órán át = 40 Wh), valamint a laptop és a router (30 W négy órán át = 120 Wh). Összesen nagyjából napi 400 Wh. Egy 100 Ah-s akkumulátor 1024 Wh hasznos kapacitással másfél napra elegendő, mielőtt újra kellene tölteni. Három 250 W-os modul egy napsütéses napon könnyen megtermel 2,5–3 kWh-t, ami bőven elég az akkumulátor újbóli feltöltéséhez. A téli, gyenge napsugárzás idején, 30–40%-os teljesítmény mellett is elegendő az alapvető fogyasztás fedezésére.

Aki nem ismeri a fogyasztását, használjon egy héten át fogyasztásmérőt, és jegyezze fel a tényleges fogyasztást. A mért napi Wh-értékből meghatározható az akkumulátor kapacitása, majd az ehhez méretezett napelemes rendszer, így egy átlagos napsütéses napon több energia termelődik, mint amennyi egy felhős napon elfogy. Ez az egyszerű megoldás szükségtelenné teszi a túlméretezett rendszert, és megakadályozza, hogy végül felesleges tárolókapacitásért fizess.

Napelemmodulok és tájolás Spanyolországban

Az Ibériai-félszigeten egész évben bőséges a napsugárzás, és három, dél felé tájolt, 250 W-os modul bőven elegendő egy kerti házhoz vagy lakóautóhoz. Az MPPT munkafeszültsége 30 és 160 VDC között van, ezért a modulokat sorba kell kötni, hogy elérjék ezt az értéket, de üresjáratban ne lépjék túl a 160 VDC-t. A vízszinteshez képest körülbelül 30–45 fokos, déli tájolású dőlésszög jobban kihasználja a napsugárzást; télen a meredekebb szög segít lecsúszni a hónak.

12 V és 170 A esetén ajánlott egyenáramú kábel-keresztmetszetek

Íme, itt van az egyik dolog, ami a leggyakrabban összezavarja a kezdőket: 2000 W teljesítménynél, 12 V-on 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, energiaveszteséget okoz, és terhelés alatt csökkenti a feszültséget. Ne spórolj ezen: ez a különbség a megbízható rendszer és az első adandó alkalommal bekövetkező leállás között.

Védelmek és biztosítékok

Az akkumulátor pozitív pólusa és az inverter közé megfelelő méretű DC-biztosítékot kell beiktatni, az akkumulátor közelébe, hogy a vezetékben fellépő rövidzárlat esetén megszakítsa az áramot. Biztonságos lekapcsoláshoz tisztítás vagy ellenőrzés közben egy kismegszakító vagy jól látható leválasztókapcsoló használata is ajánlott. Az AC oldalon egy kis kismegszakító védi a kimenetet. Ezek a védelmi eszközök olcsók, és megelőzik a tüzet; használatuk nem választható.

Havi energiamérleg, nem csak napi

Gyakori hiba, ha csak egy átlagos nap alapján méretezel. Egy csak hétvégenként használt kisház fogyasztási profilja eltér egy mindennap lakott épületétől, egy téli mezőgazdasági tárolóban pedig a nyári töredékére csökken a napsugárzás. Ezért az év legkedvezőtlenebb hónapját érdemes figyelembe venni, nem a legbőségesebbet. Ha úgy méretezed a rendszert, hogy az akkumulátor még egy felhős decemberi éjszakára is kitartson, a júliusi többlet magától is elegendő lesz; ha júliusra méretezel, decemberben sötétben maradsz.

A félszigeten a decemberi besugárzás délen a júniusinak egyharmada és fele között lehet, északon pedig valamivel kevesebb. Ez azt jelenti, hogy ha nyáron három darab 250 W-os modul bőségesen elegendő, télen talán épp csak az alapfogyasztáshoz szükséges energiát termelik meg, de egy 200 Ah-s akkumulátor teljes feltöltéséhez már nem. Ezért aki egész évben használja a kisházat, annak érdemes megfontolnia további panelek felszerelését, vagy elfogadnia, hogy a legrosszabb hónapokban generátorra vagy a hálózatra lesz szüksége. A száraz kontaktussal rendelkező GSIKE készen áll az ATS-en keresztüli automatikus tartalékellátásra.

Éjszakai üzemidő: lépésenkénti számítás

Az éjszakai üzemidő kiszámításához először vedd alapul az akkumulátor hasznos kapacitását. Egy 12,8 V-os, 100 Ah-s lítiumakkumulátor bruttó kapacitása 1280 Wh; mivel nem ajánlott 20 % alá meríteni, valójában körülbelül 1024 Wh-t használhatsz fel. Most add össze a napnyugta és napkelte közötti fogyasztást: LED-világítás (15 W 5 órán át = 75 Wh), hűtőszekrény éjszakai ciklusa (30 Wh), router és töltők (20 W 8 órán át = 160 Wh). Az éjszakai összfogyasztás ≈ 265 Wh. Ez a 1024 Wh hasznos kapacitás több egymást követő, napfény nélküli éjszakára is elegendő, feltéve, hogy nappal visszatöltöd az elhasznált energiát.

Ha viszont az éjszakai energiaigényed meghaladja a 800 Wh-t, egyetlen 100 Ah-s akkumulátor kevés lesz, ezért két akkumulátorra van szükséged párhuzamosan kapcsolva (200 Ah), vagy el kell fogadnod, hogy naponta újra kell töltened. Itt látszik, milyen fontos a valós fogyasztás mérése: egy elhamarkodott becslés miatt könnyen elégtelen kapacitású akkumulátort veszel, a csalódás pedig már a második éjszakán elér, amikor a lámpák reggeli előtt kialszanak.

Napelempanelek soros és párhuzamos kapcsolása: a stringek bekötése

A GSIKE MPPT-je 30 és 160 VCC között működik. Ez határozza meg, hogyan kell csoportosítani a modulokat. A 250 W-os panelek maximális teljesítményhez tartozó feszültsége körülbelül 30–38 V; két sorba kapcsolt panel esetén ez 60–76 V, három esetén 90–114 V: mindegyik érték a tartományon belül van. Ne kapcsolj négy panelt sorba, mert hidegben túllépnéd a 160 V-os üresjárási feszültséget, és az MPPT nem indul el, vagy védelmi módba lép. A 900 W eléréséhez párhuzamosíts három stringet, amelyek mindegyikében két vagy három modul van sorba kapcsolva.

A párhuzamos stringeket úgy kell csatlakoztatni, hogy mindegyikben legyen biztosíték, így az egyik ág rövidzárlata nem meríti le a többit. Ha stringenként két vagy három modult használsz, ellenőrizd, hogy a hideg időben mért legnagyobb üresjárási feszültség ne haladja meg a 160 VCC-t: fagyos téli napokon megnő az üresjárási feszültség, és ez a legrosszabb eset, amelyet a szabályozónak károsodás nélkül el kell viselnie.

Mikor érdemes 24 V-ra váltani

Minden szigetüzemű projektnek ismernie kell egy határt: ha a kívánt teljesítmény rendszeresen meghaladja a 2000 W folyamatos teljesítményt, vagy a napi energiafogyasztás 2–3 kWh fölé emelkedik, a 12 V-os rendszerben rendkívül nagy áramok folynak (170 A fölött), és a kábelveszteségek elfogadhatatlanná válnak. Ilyenkor az okos döntés nem a GSIKE határainak feszegetése, hanem a 24 V-os vagy 48 V-os inverterre váltás, ahol ugyanaz a teljesítmény jóval kisebb árammal és könnyebben kezelhető kábelekkel érhető el.

A GSIKE nem szégyelli, hogy milyen kategóriába tartozik: kiváló eszköz kisebb szigetüzemű rendszerekhez, és nem próbál mindenre alkalmas lenni. Ha a határértékek alatt maradsz, nagyobb akkumulátort és rövid kábeleket használsz, megbízható és csendes rendszert kapsz. Ha a 24 V-ra váltás megspórolása érdekében túlléped a határértékeket, az folyamatos leállásokhoz vezet. A rendszer korlátainak ismerete ugyanolyan fontos, mint az előnyeié.

Méretezési hibák, amelyeket kerülj el

Az első számú hiba a motorok indítási áramának figyelmen kívül hagyása. Egy hűtőszekrény, amely üzemben 100 W-ot fogyaszt, induláskor egy pillanatra háromszor-négyszer ekkora teljesítményt igényel; ezért van a GSIKE 3000 VA-es csúcsteljesítménye, és ezért nem szabad egyszerre két induktív terhelést csatlakoztatnod. A második számú hiba az akkumulátor méretezése az inverter teljesítménye, nem pedig a napi energiafogyasztás alapján: az inverter elbír 2000 W-ot, de az akkumulátor határozza meg, hogy ez mennyi ideig tartható. A harmadik számú hiba a veszteségek figyelmen kívül hagyása: a hosszú kábelek, a laza csatlakozások és az alulméretezett MPPT a papíron rendelkezésre álló többlet 10-20%-át is elvehetik.

Kijavításuk egyszerű, ha vásárlás előtt mérsz: egy hétig rögzíted a tényleges fogyasztást, őszintén megbecsülöd a leggyengébb hónap besugárzását, és kellően vastag kábelt használsz a 12 V-os oldalon. Ezzel a három adattal a kezedben a GSIKE méretezése már nem hit kérdése, hanem egyszerű számítás.

Három különböző projekt valós példái

Hogy a méretezés ne maradjon elvont számok halmaza, nézd meg, hogyan illik a GSIKE három tipikus projektbe. Az első egy hálózati áram nélküli vadászház Extremadurában: egy 80 W-os hűtőszekrény, két LED-lámpa és egy router, amelyet csak esténként kapcsolnak be. A valós napi fogyasztás körülbelül 350 Wh. Három darab 250 W-os modullal és egy 100 Ah-s akkumulátorral még télen is bőven van energia, a GSIKE pedig egész évben beavatkozás nélkül működik. A második egy nyáron Spanyolország északi részén közlekedő lakóautó: a rendszer mobil, a kompresszoros hűtő folyamatosan működik, éjszaka pedig laptopot és kávéfőzőt használnak. Itt a 100 Ah-s akkumulátor részben menet közben, a generátorról töltődik, a GSIKE pedig 10 ms alatt átkapcsol, anélkül, hogy újraindítaná a készüléket.

A harmadik projekt egy lakóházhoz kapcsolódó kis kerti műhely, ahol van hálózati áram. A felhasználó a munkapadot, a világítást és időnként egy kis kompresszort szeretne működtetni, anélkül, hogy költséges új hálózati csatlakozást építene ki. Itt a GSIKE nappali szigetüzemű rendszerként működik, a szárazkontaktus pedig erősen felhős napokon beindíthat egy kis generátort. Mindhárom esetben hiba lett volna 2000 W fölé méretezni, a későbbi bővítésre gondolva; a helyes megoldás az volt, hogy kicsi, megbízható rendszerrel induljanak, és csak akkor bővítsék, ha a valós igény ezt indokolja.

Hogyan befolyásolja a hőmérséklet a méretezést

A kezdők gyakran megfeledkeznek egy tényezőről: a hőmérsékletről. A lítiumakkumulátor hidegben veszít a kapacitásából: −10 °C-on névleges kapacitásának mindössze 70–80%-át tudja leadni, az alacsony hőmérsékleten történő töltés pedig károsítja a cellákat. Ezért az akkumulátort fagytól védett helyre kell telepíteni, nem egy fűtetlen fészer padlójára. A napelemek viszont hidegben jobban teljesítenek, mint melegben: egy derült téli napon a vártnál is többet termelnek, feltéve, hogy nem borítja be őket hó. Ez a kettősség magyarázza, miért kell a méretezésnél az akkumulátor üzemi hőmérsékletét is figyelembe venni, nem csak a napsugárzást.

Maga a GSIKE −10 és +50 °C közötti üzemi hőmérsékletet támogat, ami Spanyolország legnagyobb részén megfelelő. A nagyon forró nyarú területeken elég arra ügyelni, hogy ne szellőzés nélküli, zárt szekrénybe szereld, mert a készülék hőt termel, és a ventilátorának levegőre van szüksége. A gyakorlatban a készülékház körüli szabad légáramlás a legtöbb hőmérsékleti problémát megelőzi.

Javasolt bevásárlólista egy 2 kW-os szigetüzemű rendszerhez

Ahhoz, hogy a méretezés konkrét vásárláshoz vezessen, íme a GSIKE G2500EU12V-hez illő minimális lista: maga a hibrid inverter; egy 12,8 V-os, 100–200 Ah-s lítiumakkumulátor BMS-sel; két vagy három darab 250–300 W-os napelemmodul, összesen legfeljebb 900 W teljesítménnyel; rövid, 25–50 mm²-es DC-kábelek; egy DC-biztosíték a pozitív pólus közelében; egy kis kismegszakító az AC-kimeneten; és ha szeretnéd, az opcionális WiFi-modul. Csak az invertert megvenni, a többit pedig későbbre hagyni a legdrágább hiba, mert addig a készülék használhatatlanul áll a polcon.

Ha ez az első telepítésed, kezdd egy 100 Ah-s akkumulátorral és két 250 W-os modullal, és hagyj lehetőséget a 900 W-ra és 200 Ah-ra történő bővítésre. Ezzel a visszafogott kezdéssel ésszerű költség mellett kipróbálhatod a rendszert, a GSIKE pedig az inverter cseréje nélkül bővíthető. Két egység párhuzamos kapcsolását viszont nem teszi lehetővé, ezért ne vegyél egy másodikat abban a reményben, hogy egymásra kapcsolhatod őket; ha nagyobb teljesítményre van szükséged, a megoldás a feszültség, nem pedig a dobozok számának növelése.

Ha maradt kérdésed a kábel keresztmetszetéről, a panelek számáról vagy az akkumulátor kapacitásáról, az EASUN-nal és a PowMr-rel való összehasonlítás, valamint az akkumulátor nélküli működésről szóló útmutató teljes képet ad. A szigetüzem méretezéséhez nem kell mérnöknek lenned, de három számot be kell tartanod: teljesítmény, energia és áramerősség. Ha ez a három világos, a többit elvégzi a GSIKE. Ha valami nem stimmel a számításban, vásárlás előtt nézd meg a műszaki adatlapot, ahol a kézikönyv adatai táblázatról táblázatra, kereskedelmi kerekítés nélkül szerepelnek.

Végül ne feledd, hogy a megfelelő méretezés nem a maximális optimalizálást jelenti, hanem a telepítést leginkább veszélyeztető két hiba elkerülését: a túl kicsi akkumulátort vagy a túlterhelést, amikor a berendezés folyamatosan a határán működik. A GSIKE a mértékletességet jutalmazza: egy kis, de jól méretezett szigetüzemű rendszer nap mint nap több nyugalmat ad, mint egy nagy és túlzsúfolt. Ha az akkumulátor, a PV-rendszer és a kábelek a helyükön vannak, már csak élvezned kell a saját magad által megtermelt energiát.

Összegzés

A GSIKE-vel kialakított 2 kW-os, 12 V-os szigetüzem méretezése lényegében három számról szól: az összes fogyasztás maradjon a 2000 W folyamatos teljesítmény alatt, válassz 100–200 Ah-s akkumulátort, amely kitart éjszaka, és csatlakoztass legfeljebb 900 W PV-teljesítményt rövid, vastag kábelekkel. Aki betartja ezt a három határértéket, olyan önálló 230 V-os áramforrást épít, amely évekig kiszolgálja. Az akkumulátor nélküli működésről szóló útmutató és a WiFi teszi teljessé a képet.

Végső értékelés

Gyakori kérdések

Források és referenciaadatok

1. GSIKE G2500EU12V 2 kW 12 V termékadatlap (149,99 EUR, ingyenes szállítás Spanyolországban) — https://gesike.com/es-es/products/gsike-g2500eu12v-inversor-hibrido-2000w-12v-900w-mppt-wifi-spain
2. EASUN 2 kW 12 V, referenciaként szolgáló EU-s áruház — https://eu.easunpower.com/
3. 60 A-es MPPT-útmutató és 30–160 VDC tartomány — műszaki referencia — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. 12 V-os akkumulátor és DC-sín — kábelezési referencia — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Útmutatók és összehasonlítások