Kaip parinkti 2 kW ir 12 V autonominę sistemą su GSIKE

Tinkamas mažos 2 kW ir 12 V autonominės sistemos parinkimas lemia, ar ji veiks patikimai, ar liksi be elektros. Parodysime, kaip tinkamai apskaičiuoti baterijos, PV modulių ir kabelių parametrus su GSIKE G2500EU12V.

Pirmasis bet kokio autonominės sistemos planavimo žingsnis – surašyti energijos sąnaudas. Užrašyk visus norimus naudoti 230 V prietaisus ir nurodyk įprastą jų galią. LED lemputė naudoja 5–10 W, maršrutizatorius – 10–15 W, šaldytuvas – 80–150 W nuolatinės galios, nešiojamasis kompiuteris – 30–60 W, televizorius – 40–80 W. Sudėk jų galią ir palik pakankamą atsargą, neviršydamas 2000 W, kad išvengtum išjungimų.

Baterija: kokios talpos reikia?

12,8 V ir 100 Ah ličio baterijoje su BMS sukaupiama apie 1280 Wh; esant 80 % naudojamam iškrovimo gyliui, lieka apie 1024 Wh. Esant visai 2 kW apkrovai, tiek energijos pakanka tik maždaug trisdešimčiai minučių, tačiau realiai naudojant energija skirstoma įvairioms apkrovoms, kurių bendra galia siekia apie 500–1000 W, ir baterijos užtenka pusei ar visai dienai. Kemperiams ir savaitgalio namams realistiškas pasirinkimas – 100–200 Ah, esant 12 V įtampai: tokiu atveju energijos poreikiai ir svoris išlieka subalansuoti.

Galimų įkrovimo ciklų skaičius labai priklauso nuo BMS ir iškrovimo gylio: tie, kurie retai iškrauna bateriją žemiau 80 %, pasiekia gerokai daugiau ciklų nei tie, kurie kasdien ją visiškai iškrauna. Tai viena iš priežasčių, kodėl maža, atsargiai naudojama baterija tarnauja ilgiau nei didelė, nuolat išnaudojama iki paskutinio lašo.

Apskaičiuotas savaitgalio pašiūrės pavyzdys

Pavyzdžiui, paimkime įprastą pašiūrę: 80 W šaldytuvas veikia maždaug trečdalį laiko, tai yra sunaudoja apie 30 Wh per valandą; dar apšvietimas (20 W dvi valandas = 40 Wh), nešiojamasis kompiuteris ir maršrutizatorius (30 W keturias valandas = 120 Wh). Iš viso – apie 400 Wh per dieną. 100 Ah akumuliatorius, kurio naudingoji talpa yra 1024 Wh, užtikrina energiją pusantros dienos, kol prireikia jį įkrauti. Tris 250 W modulius saulėtą dieną nesunku pagaminti 2,5–3 kWh – daugiau nei pakanka akumuliatoriui vėl įkrauti. Kai žiemą saulės spinduliuotė sumažėja iki 30–40 %, jos vis tiek pakanka pagrindinėms reikmėms.

Nežinantys savo elektros sąnaudų turėtų savaitę naudoti elektros skaitiklį ir registruoti faktinį suvartojimą. Išmatuotas dienos suvartojimas Wh leidžia nustatyti akumuliatoriaus talpą, o tada parinkti reikiamą saulės fotovoltinę galią, kad vidutiniškai saulėtą dieną būtų pagaminama daugiau energijos, nei suvartojama debesuotą dieną. Šis paprastas būdas padeda išvengti pernelyg didelės sistemos ir bereikalingų išlaidų nenaudingai akumuliatorių talpai.

Saulės moduliai ir jų orientacija Ispanijoje

Pirėnų pusiasalyje saulės spinduliuotė ištisus metus yra gausi, o trys į pietus nukreipti 250 W moduliai puikiai tinka pašiūrei ar kemperiui. MPPT darbinė įtampa yra nuo 30 iki 160 V nuolatinės srovės, todėl modulius reikia jungti nuosekliai, kad būtų pasiekta ši įtampa, tačiau tuščiosios veikos įtampa neturi viršyti 160 V nuolatinės srovės. Maždaug 30–45 laipsnių kampas horizonto atžvilgiu, nukreipus į pietus, padeda geriau išnaudoti saulės spinduliuotę; žiemą statesnis kampas padeda sniegui nuslysti.

12 V ir 170 A nuolatinės srovės kabelių skerspjūviai

Štai vienas dalykas, kuris dažnai glumina pradedančiuosius: esant 2000 W ir 12 V įtampai, srovė yra ne 8 A, kaip esant 230 V, o apie 170 A. Todėl laidai tarp akumuliatoriaus ir inverterio turi būti trumpi ir labai stori. Per plonas laidas kaista, eikvoja energiją ir dėl apkrovos sumažina įtampą. Netaupykite šioje vietoje: nuo to priklauso, ar įranga veiks patikimai, ar išsijungs vos pradėjus naudoti.

Apsaugos ir saugikliai

Tarp baterijos teigiamo gnybto ir inverterio turi būti tinkamo dydžio nuolatinės srovės saugiklis, įrengtas kuo arčiau baterijos, kuris nutrauktų srovę įvykus laido trumpajam jungimui. Taip pat rekomenduojama įrengti automatinį jungiklį arba gerai matomą atjungiklį, kad valant ar tikrinant įrangą ją būtų galima saugiai išjungti. Kintamosios srovės pusėje išėjimą apsaugo nedidelės galios automatinis jungiklis. Šios apsaugos yra nebrangios ir padeda išvengti gaisro – jos būtinos.

Mėnesio energijos balansas, ne tik dienos

Dažna klaida – skaičiuoti pagal vienos tipinės dienos sąnaudas. Namelio, kuriuo naudojamasi tik savaitgaliais, sąnaudos skiriasi nuo namelio, kuriame gyvenama kasdien, o žiemos viduryje esančiame ūkiniame pastate saulės spinduliuotė sumažėja iki dalies vasaros lygio. Todėl verta atsižvelgti į nepalankiausią metų mėnesį, o ne į saulėčiausią. Jei sistemą parinksi taip, kad net apsiniaukusį gruodį baterijos užtektų nakčiai, liepą pagamintos energijos perteklius tiesiog liks nepanaudotas; jei sistemą parinksi pagal liepą, gruodį liksi tamsoje.

Iberijos pusiasalio pietuose gruodį saulės spinduliuotė gali siekti nuo trečdalio iki pusės birželio spinduliuotės, o šiaurėje – kiek mažiau. Tai reiškia, kad jei vasarą trijų 250 W modulių visiškai pakanka, žiemą jie gali pagaminti vos tiek energijos, kiek reikia pagrindinėms reikmėms, bet ne visiškai įkrauti 200 Ah bateriją. Todėl tiems, kurie namelyje būna ištisus metus, reikėtų apsvarstyti galimybę įrengti dar kelis saulės modulius arba susitaikyti, kad šalčiausiais mėnesiais teks naudoti generatorių arba jungtis prie elektros tinklo. GSIKE su ATS skirtu sausu kontaktu yra paruoštas automatiniam atsarginiam maitinimui.

Autonomija naktį: skaičiavimas žingsnis po žingsnio

Norėdamas apskaičiuoti, kiek baterijos užteks nakčiai, pirmiausia nustatyk jos naudingąją energiją. 12,8 V ir 100 Ah ličio baterijos bendroji talpa yra 1280 Wh; kadangi nerekomenduojama iškrauti daugiau nei 80 %, iš tikrųjų gali naudoti apie 1024 Wh. Dabar sudėk energiją, kurią sunaudoji nuo saulėlydžio iki saulėtekio: LED apšvietimas (15 W per 5 val. = 75 Wh), šaldytuvas naktiniu režimu (30 Wh), maršrutizatorius ir įkrovikliai (20 W per 8 val. = 160 Wh). Iš viso per naktį sunaudojama apie 265 Wh. Šių 1024 Wh naudingosios energijos pakanka kelioms naktims iš eilės be saulės, jei dieną pavyksta papildyti sunaudotą energiją.

Jei naktį sunaudoji daugiau nei 800 Wh, vienos 100 Ah baterijos nepakaks: reikės dviejų lygiagrečiai sujungtų baterijų (200 Ah) arba susitaikyti, kad jas teks įkrauti kasdien. Čia ir išryškėja, kaip svarbu išmatuoti faktines sąnaudas: paskubomis atliktas įvertinimas gali paskatinti nusipirkti per mažos talpos bateriją, o nusivylimas ateina jau antrą naktį, kai šviesos užgęsta dar prieš pusryčius.

Saulės modulių jungimas nuosekliai ir lygiagrečiai: kaip sujungti grandines

GSIKE MPPT veikia 30–160 VCC diapazone. Nuo to priklauso, kaip sujungti modulius. 250 W galios panelių didžiausios galios įtampa yra apie 30–38 V, todėl du nuosekliai sujungti moduliai pasiekia 60–76 V, o trys – 90–114 V: visos šios vertės patenka į diapazoną. Nejunkite keturių modulių nuosekliai, nes šaltyje jų įtampa be apkrovos viršytų 160 V, o MPPT nepradėtų veikti arba įsijungtų apsauga. Norint pasiekti 900 W, reikia lygiagrečiai sujungti tris grandines, kiekvienoje nuosekliai sujungus po du arba tris modulius.

Lygiagrečiai sujungiant grandines, kiekvienoje jų reikia įrengti saugiklį, kad trumpasis jungimas vienoje šakoje neiškrautų kitų. Jei vienoje grandinėje naudojate du arba tris modulius, patikrinkite, ar įtampa be apkrovos šalčiausią dieną neviršija 160 VCC: per šaltą žiemos dieną įtampa be apkrovos padidėja, todėl tai blogiausias atvejis, kurį valdiklis turi atlaikyti nesugedęs.

Kada verta pereiti prie 24 V

Kiekviename autonominės sistemos projekte reikia žinoti ribą: kai norima nuolat naudoti daugiau kaip 2000 W arba paros energijos poreikis viršija 2–3 kWh, 12 V sistema pradeda veikti esant labai didelei srovei (daugiau kaip 170 A), o nuostoliai kabeliuose tampa nepriimtini. Tuomet protingiausia nebandyti išspausti iš GSIKE maksimumo, o rinktis 24 V arba 48 V keitiklį. Esant tokiai pačiai galiai, srovė bus gerokai mažesnė, o kabeliai – lengviau pritaikomi.

GSIKE neslepia savo klasės: tai puikus įrankis nedidelėms autonominėms sistemoms, ir jis nepretenduoja tikti viskam. Jei neviršijamos jo ribos, naudojamas talpus akumuliatorius ir trumpi kabeliai, sistema veikia patikimai ir tyliai. Bandymas viršyti šias ribas, kad nereikėtų pereiti prie 24 V sistemos, neišvengiamai baigsis nuolatiniais išjungimais. Ne mažiau svarbu žinoti įrangos ribas nei jos privalumus.

Parinkimo klaidos, kurių reikėtų vengti

Pirmoji klaida – pamiršti variklių paleidimo srovę. Veikiantis šaldytuvas naudoja 100 W, tačiau paleidimo akimirką jam reikia tris ar keturis kartus daugiau galios; todėl GSIKE didžiausia 3000 VA galia ir yra numatyta, o kartu negalima jungti dviejų indukcinių apkrovų. Antroji klaida – akumuliatorių parinkti pagal keitiklio galią, o ne pagal paros energijos poreikį: keitiklis atlaiko 2000 W, bet akumuliatorius nulemia, kiek laiko jis veiks. Trečioji klaida – neįvertinti nuostolių: ilgi kabeliai, prastos jungtys ir netinkamai parinktas MPPT valdiklis atima 10–20 % galios, kurios, sprendžiant iš skaičiavimų, turėtų pakakti.

Ištaisyti šias klaidas paprasta, jei prieš perkant viską išmatuojama: savaitę registruojamas faktinis suvartojimas, sąžiningai įvertinama saulės spinduliuotė prasčiausią mėnesį ir parenkamas pakankamai storas kabelis 12 V pusėje. Turint šiuos tris duomenis, GSIKE parinkimas tampa ne spėjimu, o paprastu skaičiavimu.

Tikri trijų skirtingų projektų pavyzdžiai

Kad parinkimas neliktų vien abstrakčiais skaičiais, pažiūrėkime, kaip GSIKE tinka trims tipiniams projektams. Pirmasis – medžioklės namelis Ekstremadūroje, be elektros tinklo: 80 W šaldytuvas, du LED šviestuvai ir maršrutizatorius, įjungiamas tik vakarais. Tikrasis dienos suvartojimas – apie 350 Wh. Su trimis 250 W moduliais ir 100 Ah baterija energijos pakanka net žiemą, o GSIKE veikia ištisus metus be priežiūros. Antrasis – vasarą po Ispanijos šiaurę keliaujantis namelis ant ratų: jame naudojama kompresorinė šaldymo įranga veikia nuolat, o naktimis naudojamas nešiojamasis kompiuteris ir kavos aparatas. Čia 100 Ah baterija iš dalies įkraunama iš generatoriaus važiuojant, o GSIKE persijungia per 10 ms ir nepaleidžia įrenginio iš naujo.

Trečias projektas – nedidelės sodo dirbtuvės prie namo, kuriame yra elektros tinklas. Naudotojas nori maitinti darbastalį, apšvietimą ir kartais nedidelį kompresorių, nevedžiodamas naujos, brangios elektros linijos. Čia GSIKE veikia kaip dieninė autonominė sistema, o sausojo kontakto išėjimas gali įjungti nedidelį generatorių labai debesuotomis dienomis. Visais trimis atvejais klaida būtų buvę rinktis didesnę nei 2000 W galią, tikintis ateityje plėsti sistemą; tinkamas sprendimas – pradėti nuo mažos, patikimos sistemos ir didinti galią tik tada, jei to iš tiesų prireiktų.

Kaip temperatūra veikia parinkimą

Pradedantieji dažnai pamiršta vieną veiksnį – temperatūrą. Šaltyje ličio baterijos talpa sumažėja: esant −10 °C, ji gali tiekti tik 70–80 % vardinės talpos, o įkraunant žemoje temperatūroje pažeidžiami elementai. Todėl bateriją reikia įrengti nuo šalčio apsaugotoje vietoje, o ne nešildomos pašiūrės grindyse. O saulės moduliai šaltyje veikia geriau nei per karščius: giedrą žiemos dieną jie pagamina daugiau, nei galima tikėtis, jei jų neuždengia sniegas. Šis skirtumas paaiškina, kodėl parenkant sistemą reikia atsižvelgti į baterijos darbinę temperatūrą, o ne tik į saulės spinduliuotę.

Pats GSIKE skirtas veikti esant nuo −10 iki +50 °C temperatūrai – tai platus intervalas, tinkamas didžiajai daliai Ispanijos teritorijos. Vietovėse, kur vasaros labai karštos, pakanka nemontuoti jo nevėdinamoje uždaroje spintoje, nes įranga išskiria šilumą, o ventiliatoriui reikia oro. Praktiškai daugumos temperatūros problemų padeda išvengti oro tarpas aplink korpusą.

Rekomenduojamas 2 kW autonominės sistemos pirkinių sąrašas

Kad parinkimas pagal galią lemtų konkretų pirkinį, pateikiame mažiausią suderintą GSIKE G2500EU12V komplektą: pats hibridinis inverteris; 12,8 V ir 100–200 Ah ličio baterija su BMS; du arba trys 250–300 W saulės moduliai, kurių bendra galia siekia iki 900 W; trumpi 25–50 mm² skerspjūvio nuolatinės srovės kabeliai; nuolatinės srovės saugiklis šalia teigiamo poliaus; nedidelis automatinis jungiklis kintamosios srovės išėjime; ir, jei norite, pasirenkamas WiFi modulis. Pirkti tik inverterį ir visa kita palikti vėlesniam laikui – brangiausia klaida, nes tuo metu įranga lieka nenaudojama ant lentynos.

Jei tai jūsų pirmoji sistema, pradėkite nuo 100 Ah baterijos ir dviejų 250 W modulių, palikdami galimybę išplėsti sistemą iki 900 W ir 200 Ah. Toks nuosaikus startas leis išbandyti sistemą neišleidžiant per daug, o GSIKE galima išplėsti nekeičiant inverterio. Tačiau dviejų įrenginių jungti lygiagrečiai negalima, todėl nepirkite antrojo, tikėdamiesi juos sujungti į vieną sistemą; jei reikia daugiau galios, sprendimas yra didesnė įtampa, o ne papildomas įrenginys.

Jei dar kyla klausimų dėl kabelio skerspjūvio, plokščių skaičiaus ar baterijos talpos, daugiau informacijos rasite palyginime su EASUN ir PowMr bei naudojimo be baterijos vadove. Norint suprojektuoti autonominę sistemą, nebūtina būti inžinieriumi, tačiau reikia atsižvelgti į tris skaičius: galią, energiją ir srovę. Kai juos aiškiai žinosite, visa kita atliks GSIKE. Jei skaičiavimai kelia abejonių, prieš pirkdami peržiūrėkite techninių duomenų lapą, kuriame vadovo duomenys pateikiami lentelėse, be komercinio apvalinimo.

Galiausiai atminkite, kad tinkamai parinkti sistemos parametrus reiškia ne maksimaliai optimizuoti, o išvengti dviejų klaidų, kurios labiausiai kenkia sistemai: pasirinkti per mažą bateriją arba apkrauti įrenginį per didele galia, kad jis nuolat veiktų ties savo riba. GSIKE geriausiai veikia esant nedidelei apkrovai: maža, bet tinkamai suprojektuota autonominė sistema kasdien suteikia daugiau ramybės nei didelė ir perkrauta. Tinkamai parinkus bateriją, PV ir kabelius, belieka mėgautis pačių pasigaminta energija.

Išvada

GSIKE 2 kW ir 12 V autonominės sistemos projektavimas iš esmės apima tris skaičius: bendra apkrovų galia turi neviršyti 2000 W nuolatinės galios, reikia pasirinkti 100–200 Ah bateriją, kurios pakaks nakčiai, ir prijungti iki 900 W PV, naudojant storus ir trumpus kabelius. Laikantis šių trijų ribų galima įrengti autonominį 230 V maitinimo šaltinį, kuris tarnaus ne vienus metus. Naudojimo be baterijos vadovas ir informacija apie WiFi užbaigia vaizdą.

Galutinis verdiktas

Dažnai užduodami klausimai

Šaltiniai ir informaciniai duomenys

1. GSIKE G2500EU12V 2 kW 12 V gaminio duomenys (149,99 EUR, nemokamas pristatymas Ispanijoje) — https://gesike.com/es-es/products/gsike-g2500eu12v-inversor-hibrido-2000w-12v-900w-mppt-wifi-spain
2. EASUN 2 kW 12 V, ES parduotuvės nuoroda — https://eu.easunpower.com/
3. 60 A MPPT vadovas ir 30–160 VCC diapazonas — techninė nuoroda — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. 12 V akumuliatorius ir nuolatinės srovės magistralė — laidų prijungimo vadovas — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Vadovai ir palyginimai