Poradnik GSIKE: dobór instalacji autonomicznej 4 kW 24 V

Zacznij od sporządzenia listy urządzeń, które będziesz zasilać, oraz ich dziennego zużycia energii w Wh. To punkt wyjścia do wszystkich obliczeń.

Sporządzając listę, zachowaj dokładność. Nie zapomnij o urządzeniach w trybie czuwania: routerze internetowym, ładowarkach, telewizorze w trybie gotowości. Wydają się nieistotne, ale łącznie zużywają od 50 do 100 Wh dziennie, a jeśli je pominiesz, system będzie zbyt mało wydajny, a bateria rozładuje się wcześniej, niż przewidywano.

Następnie uwzględnij sezonowość. Latem jest więcej słońca i panele produkują więcej energii, ale używasz też więcej urządzeń (wentylator, lodówka pracująca intensywniej). Zimą jest mniej słońca, ale zużywasz mniej energii, bo nie używasz klimatyzacji. Dobierz instalację do przeciętnego dnia, ani najlepszego, ani najgorszego.

Przy rozmieszczaniu paneli liczą się nachylenie i orientacja. Dach skierowany dokładnie na południe i o odpowiednim nachyleniu zapewnia maksymalną wydajność; jeśli panele stoją na ziemi lub są częściowo zacienione, potrzeba większej powierzchni, aby uzyskać taką samą produkcję energii.

Nie zapomnij o zabezpieczeniach. Pole solarne może w pełnym słońcu wytwarzać wysokie napięcie, dlatego potrzebujesz bezpieczników i ochronnika przeciwprzepięciowego po stronie DC, jak najbliżej paneli i akumulatora.

Przy wyborze przekroju kabli uwzględnij zapas na przyszłość. Jeśli dziś zastosujesz przewód o przekroju 25 mm², a za rok zechcesz dodać panele, być może trzeba będzie ponownie poprowadzić przewody. Dlatego zalecamy wybrać przekrój o jeden rozmiar większy niż obecnie wymagane minimum.

Jeśli mieszkasz w regionie, gdzie występują burze, zamontuj też ochronę przeciwprzepięciową na wyjściu AC i sprawdź uziemienie, które ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa systemu.

Zanim cokolwiek podłączysz, przypomnijmy sobie podstawowe wielkości. Panel o mocy 400 W zapewnia około 40 V napięcia w obwodzie otwartym i około 10 A w standardowych warunkach. Przy połączeniu trzech paneli szeregowo napięcia się sumują (120 V), a prąd pozostaje bez zmian; przy połączeniu trzech równolegle prąd się potraja, a napięcie pozostaje bez zmian. Regulator MPPT w GSIKE pracuje w zakresie od 60 do 500 V DC, więc z dużym zapasem można podłączyć szeregi składające się z 2–12 paneli o mocy 400 W.

Lnajczęstszym błędem jest mylenie napięcia panelu z napięciem akumulatora. Panele wytwarzają napięcie DC od kilkudziesięciu do kilkuset woltów, a akumulator ma 24 V. Regulator MPPT kompensuje tę różnicę: pobiera energię z panelu przy optymalnym napięciu i dostarcza ją do akumulatora przy napięciu 28,8 V. Dlatego możesz bezpiecznie łączyć szeregowo panele o wysokim napięciu, tworząc zestaw akumulatorów.

Innym częstym błędem jest dobieranie akumulatora pod kątem energii (Wh) i pomijanie prądu (A). GSIKE o mocy 4200 W przy napięciu 24 V wymaga ciągłego prądu rzędu 175–200 A z zestawu akumulatorów. Jeśli akumulator 100 Ah dopuszcza ciągły prąd rozładowania wynoszący tylko 50 A, zadziała jego zabezpieczenie, a falownik się wyłączy. Potrzebny jest akumulator LiFePO4 24 V, który wytrzyma taki prąd, a nie tylko pojemność w Wh, której szukasz.

Po stronie bezpieczników: na dodatnim biegunie akumulatora, jak najbliżej zacisku, umieść bezpiecznik DC dobrany na 1,25–1,5-krotność maksymalnego prądu w odcinku. W systemie 200 A daje to bezpiecznik o wartości około 250 A. Po stronie paneli bezpiecznik stringu chroni każdy szereg. To niedrogie elementy, które zapobiegają pożarowi w razie przetarcia kabla.

Lwyłącznik DC i wyłącznik różnicowoprądowy są niezbędne. Wyjście 230 V falownika musi być zabezpieczone wyłącznikiem nadprądowym, który odcina zasilanie w przypadku przeciążenia, oraz wyłącznikiem różnicowoprądowym, który chroni ludzi. To elementy, które fachowo montuje instalator, ale jeśli montujesz samodzielnie, nie oszczędzaj na nich.

Pomyślmy o zużyciu własnym. Równoważna liczba godzin nasłonecznienia w ciągu dnia to wartość, przez którą mnoży się moc instalacji. We Francji metropolitalnej można przyjąć 4–5 godzin szczytowego nasłonecznienia latem i 2–3 zimą. Instalacja o mocy 3000 Wp, przy 4 godzinach szczytowego nasłonecznienia i sprawności całkowitej 80%, wytwarza latem około 9,6 kWh dziennie. To tę wartość należy porównać ze swoim zużyciem.

Jeśli chodzi o akumulator, stosuj zasadę 80%. Akumulatory LiFePO4 można regularnie rozładowywać do 80% ich pojemności użytkowej bez nadmiernego zużycia. Akumulator 100 Ah przy 25,6 V magazynuje 2560 Wh, z czego około 2048 Wh jest dostępne do wykorzystania. Tyle możesz zużyć w nocy bez obaw. Jeśli chcesz zapewnić sobie zasilanie na jeden dzień, podwój lub potrój tę wartość.

Kilka słów o orientacji: na półkuli północnej panele powinny być skierowane dokładnie na południe, a ich nachylenie powinno być zbliżone do szerokości geograficznej danego miejsca. We Francji dobrym wyborem jest nachylenie od 30 do 45 stopni. Jeśli zamontujesz je płasko lub skierujesz na wschód, produkcja spadnie i będziesz potrzebować większej powierzchni, aby uzyskać taki sam wynik.

A jeśli występuje częściowe zacienienie przez drzewa lub kominy, zacieniony panel obniża wydajność całego szeregu. W takim przypadku lepiej podzielić instalację na krótkie szeregi lub zastosować optymalizatory przy każdym panelu. W małej instalacji często wystarczy przestawić panele, aby w godzinach południowych były wystawione na bezpośrednie działanie promieni słonecznych.

Przyjrzyjmy się bardzo typowemu przykładowi i policzmy: domek na działce, w którym używa się oświetlenia LED (20 Wh/dzień), małej lodówki (150 Wh/dzień), routera (50 Wh/dzień), ładowarek do telefonu komórkowego i komputera (80 Wh/dzień) oraz pompy ciśnieniowej pracującej 10 minut dziennie (30 Wh/dzień). Razem: około 330 Wh dziennie. Przy 4 godzinach szczytowego nasłonecznienia instalacja o mocy 1200 Wp wytwarza około 3,8 kWh dziennie, czyli więcej, niż potrzeba; akumulator 50–60 Ah przy 24 V wystarczy na noc.

Okablowanie DC między akumulatorem a falownikiem to miejsce, w którym można stracić najwięcej energii, jeśli popełni się błąd. Przy 24 V natężenie jest wysokie: 4200 W przy 24 V to około 175 A. Jeśli wybierzesz zbyt cienki przewód, będzie się nagrzewał, a Ty stracisz napięcie i falownik zasygnalizuje zbyt niskie napięcie. Dlatego w tabeli przekrojów podano wartości od 25 mm² (krótki przewód) do 50 mm² (długi przewód). Nie oszczędzaj na tym: miedź jest tania w porównaniu z przestojem.

Przewody paneli pracują przy wysokim napięciu i niskim prądzie, dlatego solarne kable o przekroju 4 mm² wystarczą dla szeregów o określonej długości. W tym przypadku przekrój nie jest aż tak istotny; ważne, by używać przeznaczonego do użytku zewnętrznego kabla solarnego z końcówkami MC4 i nie łączyć go zwykłym kablem instalacyjnym.

Podkreślamy też znaczenie bezpiecznika akumulatora: powinien znajdować się na przewodzie dodatnim, w odległości mniejszej niż 20 cm od zacisku, i być dobrany na 1,25–1,5-krotność maksymalnego prądu. Jeśli kabel dotknie blachy pojazdu lub obudowy, bezpiecznik zadziała i zapobiegnie zwarciu. To najtańszy i najważniejszy element całej instalacji.

Pomyślmy teraz o zimie. We Francji w grudniu liczba godzin szczytowego nasłonecznienia spada do 2–3. Instalacja, która latem produkuje 10 kWh dziennie, zimą wytworzy 4–5. Dlatego dobieraj moc instalacji, uwzględniając najgorszy kwartał, a nie najlepszy. Jeśli dobierzesz ją z myślą o lipcu, w lutym będzie jej brakować; jeśli dobierzesz ją z myślą o listopadzie, latem pozostanie nadwyżka energii, którą będzie można wykorzystać do dodatkowego ładowania.

A co z autonomią: ile nocy chcesz przetrwać bez słońca? Jeśli zakładasz jedną noc, wystarczy akumulator 100 Ah; jeśli mają to być trzy kolejne pochmurne dni, potrzeba 200–300 Ah. W domku używanym w weekendy często wystarczy jedna noc; w domu całorocznym pomnóż dzienne zużycie energii przez trzy, by mieć spokój.

Na koniec rada instalatora: zacznij od planu. Rozrysuj, gdzie będą panele, falownik i akumulator oraz którędy będą przebiegać kable. Dzięki planowi unikniesz układania kabli tam, gdzie nie chcesz, i sytuacji, w której odległość między akumulatorem a falownikiem wynosi 6 m zamiast planowanych 2 m. Dwa razy mierz, raz tnij.

Przyjrzyjmy się drugiemu przykładowi, tym razem warsztatowi ogrodniczemu o nieco większym zużyciu energii. Załóżmy, że w warsztacie używa się lampy fluorescencyjnej (40 Wh), małej spawarki pracującej 20 minut dziennie (200 Wh), kompresora, który od czasu do czasu się uruchamia (150 Wh), oraz ładowarek do narzędzi (100 Wh). Łącznie: około 490 Wh dziennie. W tym przypadku zalecamy instalację o mocy 2000–2500 Wp (5–6 paneli po 400 W) i akumulator 60–80 Ah przy napięciu 24 V. GSIKE bez problemu zasila oba wyjścia AC.

Częsty błąd polega na doborze akumulatora pod kątem szczytowej mocy zamiast energii. Szczytową moc zapewniają falownik i zestaw akumulatorów w momencie rozruchu; energia to to, co wystarcza na noc. Potrzebujesz obu: zestawu, który wytrzyma prąd 175 A, oraz odpowiedniej liczby Ah, by uzyskać zakładany czas pracy. Akumulator 100 Ah, który dopuszcza rozładowanie prądem najwyżej 50 A, nie nadaje się do falownika 4200 W.

Inny często pomijany szczegół to spadek napięcia w przewodach paneli. Nawet przy wysokim napięciu długi i cienki przewód powoduje niewielki spadek napięcia. Przy długich ciągach paneli używaj przewodu solarnego o przekroju 4 mm² i nie przekraczaj 15–20 m na string bez uzasadnienia większego przekroju. Jeśli instalacja jest bardzo duża, zmierz spadek napięcia i odpowiednio dobierz przewody.

I jeszcze wyłącznik DC. Między panelami a falownikiem warto zamontować rozłącznik DC, który pozwoli odłączyć instalację bez konieczności wchodzenia na dach, by zakryć panele. To niedrogi element, który znacznie zwiększa bezpieczeństwo prac konserwacyjnych. Po stronie AC zabezpieczenie uzupełniają wyłącznik nadprądowy i różnicowoprądowy.

Na koniec najczęściej zadawane pytanie: co, jeśli przekroczę moc paneli? GSIKE obsługuje maksymalnie około 6200 W. Jeśli zainstalujesz 7000 W, regulator MPPT po prostu nie będzie w stanie pobrać więcej mocy, niż dopuszcza. Nie ulegnie uszkodzeniu, ale zapłacisz za panele, których nie wykorzystasz. Dlatego radzimy nie przekraczać maksymalnej mocy.

Jeszcze jedno praktyczne obliczenie. Załóżmy, że dobierasz instalację do zużycia 500 Wh dziennie. Przy 4 godzinach szczytowego nasłonecznienia i sprawności 80% potrzebujesz instalacji o mocy 500 / (4 × 0,8) ≈ 156 Wp... To wydaje się niewiele, ale pamiętaj, że obliczenie dotyczy słonecznego dnia. Jeśli dobierasz instalację z myślą o zimie, gdy nasłonecznienie szczytowe wynosi 2,5 godziny, to samo zużycie wymaga 500 / (2,5 × 0,8) ≈ 250 Wp. A jeśli chcesz mieć zapas, podwój tę wartość. Dlatego nawet mały składzik kończy z instalacją o mocy 1500–2000 Wp, a nie 300 Wp.

Jeśli chodzi o akumulator, na koniec jeszcze jedna rada: dobierz jego pojemność na podstawie rzeczywistego zużycia, a nie tego, ile wydaje ci się, że zużywasz. Jeśli możesz, najpierw uruchom system GSIKE w trybie bez akumulatora, przez dwa tygodnie sprawdzaj wskazania w aplikacji, a potem zamów akumulator na podstawie rzeczywistych danych. To znacznie lepsze rozwiązanie niż zamawianie w ciemno i ryzyko, że pojemność okaże się za mała lub za duża.

A jeśli w którymś momencie zwątpisz w obliczenia, poproś kogoś o ich sprawdzenie. Wykwalifikowany instalator niewiele policzy za rzucenie okiem na twój plan i przekroje przewodów. Godzina takiej weryfikacji pozwoli uniknąć błędu w doborze, który mógłby kosztować kilkaset euro. Instalacja elektryczna o napięciu 24 V i 500 V DC nie wybacza obliczeń „na oko”. L'électricité en 24 V et 500 V DC ne pardonne pas les calculs à l'œil.

Na koniec zalecana kolejność zakupów. Najpierw falownik GSIKE 4200 W. Następnie 3–6 paneli o mocy 400 W, w zależności od dziennego zużycia energii. Po trzecie, komunikacyjny akumulator LiFePO4 24 V o obliczonej pojemności. Po czwarte, bezpieczniki, rozłączniki i przewody. Taka kolejność pozwala uniknąć zakupu zbyt dużej lub zbyt małej liczby komponentów, a jeśli po drodze zmienisz zdanie, zostawia margines na korekty.

Pamiętaj, że ten poradnik to punkt wyjścia, a nie sztywny przepis. Każdy dach, zużycie energii i budżet są inne. Jeśli podczas obliczeń uzyskasz wartość pośrednią, zaokrąglij w górę liczbę paneli i pojemność akumulatora: lepiej mieć ich trochę za dużo niż za mało. GSIKE zapewnia spory zapas dzięki maksymalnej mocy paneli wynoszącej 6200 W, więc możesz rozbudować instalację bez wymiany falownika.

Gdy już będziesz mieć te dane, pełna karta techniczna GSIKE 4200 W posłuży jako punkt odniesienia i pozwoli sprawdzić, czy obliczony przez Ciebie zestaw akumulatorów 24 V i instalacja paneli mieszczą się w parametrach urządzenia. Jeśli podczas montażu pojawią się pytania, nasz francuskojęzyczny zespół wsparcia chętnie pomoże.

Ostatecznie dobór instalacji sprowadza się do trzech obliczeń: dziennego zużycia, godzin szczytowego nasłonecznienia i wydajności całego systemu. Te trzy wartości oraz tabela z tego artykułu wystarczą, by zamówić GSIKE 4200 W i pasujące komponenty, nie kupując ich ani za dużo, ani za mało.

Jeśli masz wątpliwości co do przekroju przewodu lub wielkości instalacji fotowoltaicznej, rozstrzygające informacje znajdziesz w karcie technicznej GSIKE 4,2 kW. Nasz francuskojęzyczny zespół wsparcia odpowie na pytania dotyczące doboru komponentów przed zakupem i po nim, bez dodatkowych opłat.

Ile potrzeba paneli słonecznych

Dzienne zużycie Moc zalecanych paneli Liczba paneli 400 W Oczekiwana produkcja 200 Wh 800–1200 W 2–3 2,4–3,6 kWh/dzień 500 Wh 1500–2000 W 4–5 4,5–6 kWh/dzień 1000 Wh 2500–3500 W 6–9 7,5–10,5 kWh/dzień 2000 Wh 4000–5000 W 10–12 12–15 kWh/dzień

W GSIKE 4200 W limit mocy instalacji solarnej wynosi około 6200 W. Oznacza to, że możesz podłączyć maksymalnie 15–16 paneli o mocy 400 W, choć w praktyce lepiej zacząć od mniejszej instalacji.

Jaki akumulator wybrać

Pojemność akumulatora zależy od tego, ile energii chcesz mieć w nocy. Ogólna zasada: użyteczna pojemność powinna wynosić od dwóch do trzech razy więcej niż dzienne zużycie energii.

Dzienne zużycie energii Zalecana pojemność Przykład dla 24 V Typ 200 Wh 400–600 Wh 24 V / 20–25 Ah litowy 500 Wh 1000–1500 Wh 24 V / 40–60 Ah litowy 1000 Wh 2000–3000 Wh 24 V / 80–120 Ah litowy

Przekrój przewodów

Odległość między akumulatorem a falownikiem Zalecany przekrój Maks. straty do 2 m 25 mm² <1 % 2–4 m 35 mm² <2 % 4–6 m 50 mm² <2 %

Praktyczny przykład — dobór instalacji do szopy

Wyobraźmy sobie szopę, w której dzienne zużycie energii wynosi 220 Wh. Nasza rekomendacja:

To ostrożny przykład: instalacja zapewnia dużo energii na oświetlenie, lodówkę, ładowarki i małe urządzenie, a także zostawia zapas na dodanie piątego panelu w przyszłym roku. Jeśli korzystasz z szopy tylko w weekendy, możesz nawet zrezygnować z akumulatora i pracować w pełnym słońcu; jeśli używasz jej na co dzień, akumulator 50 Ah zapewni energię na jedną noc.

Ostateczny werdykt

Ostateczny werdykt: W przypadku samowystarczalnej instalacji z GSIKE 4200 W 24 V zalecamy zacząć od 4–8 paneli o mocy 400 W i akumulatora 24 V / 50–100 Ah. Możesz zacząć bez akumulatora i rozbudować bank, gdy będzie taka potrzeba.

Ostateczny werdykt

Często zadawane pytania

Źródła i dane referencyjne

1. Karta produktu GSIKE G4200EU24V 4,2 kW 24 V (189,99 EUR, bezpłatna dostawa we Francji) — https://gesike.com/fr-fr/products/gsike-4-2kw-24v-onduleur-hybride-mppt-120a-wifi-off-grid-france
2. EASUN 4 kW 24 V, polecany sklep UE — https://eu.easunpower.com/
3. Przewodnik po MPPT 120 A i zakresie 60–500 VDC — odniesienie techniczne — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. Akumulator LiFePO4 24 V i szyna DC — schemat połączeń — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Poradniki i porównania