Sprievodca GSIKE: dimenzovanie ostrovného systému 4 kW 24 V

Najprv si spíšte spotrebiče, ktoré budete napájať, a ich dennú spotrebu vo Wh. Od toho sa odvíja celý výpočet.

Pri zostavovaní zoznamu buďte dôslední. Nezabudnite na spotrebiče v pohotovostnom režime: internetový router, nabíjačky, televízor v pohotovostnom režime. Zdajú sa zanedbateľné, ale denne spolu spotrebujú 50 až 100 Wh. Ak ich vynecháte, systém nebude mať dostatočnú kapacitu a batéria sa vybije skôr, než sa očakáva.

Potom myslite na sezónnosť. V lete je viac slnka a panely vyrábajú viac energie, no používate viac spotrebičov (ventilátor, chladnička, ktorá pracuje intenzívnejšie). V zime je slnka menej, ale bez klimatizácie spotrebujete menej. Dimenzujte systém na priemerný deň, nie na najlepší ani najhorší.

Pri umiestnení panelov záleží na sklone a orientácii. Strecha orientovaná priamo na juh so správnym sklonom poskytuje maximum; ak sú panely na zemi alebo čiastočne zatienené, potrebujete väčšiu plochu, aby ste dosiahli rovnakú výrobu.

Nezabudnite na ochranu. Solárne pole môže na priamom slnku produkovať vysoké napätie, preto potrebujete poistky a prepäťovú ochranu na strane DC, čo najbližšie k panelom a batérii.

Pri výbere prierezu káblov myslite na budúcnosť. Ak dnes použijete kábel s prierezom 25 mm² a o rok budete chcieť pridať panely, možno bude potrebné položiť nové káble. Preto odporúčame zvoliť prierez o stupeň väčší, než je aktuálne minimum.

Ak bývate v oblasti s búrkami, nainštalujte prepäťovú ochranu aj na výstup AC a skontrolujte uzemnenie, ktoré je kľúčové pre bezpečnosť systému.

Skôr než sa čohokoľvek dotknete, pripomeňme si základné veličiny. Panel s výkonom 400 W poskytuje približne 40 V napätia naprázdno a za štandardných podmienok približne 10 A. Ak zapojíte tri panely do série, napätia sa sčítajú (120 V) a prúd zostane rovnaký; ak ich zapojíte paralelne, prúd sa strojnásobí a napätie zostane rovnaké. MPPT regulátor GSIKE pracuje v rozsahu 60 až 500 V DC, takže sa doň pohodlne zmestia série 2 až 12 panelov s výkonom 400 W.

Lnajčastejšou chybou je zamieňať napätie panelov s napätím batérie. Panely vyrábajú jednosmerný prúd s napätím od niekoľkých desiatok až po niekoľko stoviek voltov; batéria má 24 V. O tento rozdiel sa stará regulátor MPPT: odoberá energiu z panelov pri optimálnom napätí a dodáva ju do batérie pri napätí 28,8 V. Preto môžete panely s vysokým napätím zapojiť do série bez toho, aby ste ohrozili batériovú zostavu.

Ďalšou častou chybou je dimenzovať batériu podľa energie (Wh) a zabudnúť na prúd (A). GSIKE s výkonom 4200 W pri napätí 24 V vyžaduje v sústave trvalý prúd približne 175–200 A. Ak vaša 100 Ah batéria podporuje trvalé vybíjanie iba prúdom 50 A, aktivuje sa jej ochrana a menič sa vypne. Potrebujete LiFePO4 batériu s napätím 24 V, ktorá zvládne tento prúd, nielen požadovanú kapacitu vo Wh.

Na strane poistiek: na kladný pól batérie, čo najbližšie k svorke, umiestnite DC poistku dimenzovanú na 1,25- až 1,5-násobok maximálneho prúdu v danom úseku. V systéme s prúdom 200 A to znamená poistku s hodnotou približne 250 A. Na strane panelov chráni poistka stringu každý rad. Sú to lacné súčiastky, ktoré zabránia požiaru, ak sa kábel rozstrapká.

L'istič DC a prúdový chránič nesmú chýbať. Výstup 230 V z meniča musí byť pripojený cez istič, ktorý vypne pri preťažení, a prúdový chránič, ktorý chráni osoby. Sú to prvky, ktoré inštalatér montuje v rámci svojej práce, ale ak si inštaláciu robíte sami, nešetrite na nich.

Zamyslime sa nad vlastnou spotrebou. Práve ekvivalentné hodiny slnečného svitu za deň určujú výkon vášho solárneho poľa. V kontinentálnom Francúzsku môžete v lete počítať so 4–5 hodinami špičkového slnečného svitu a v zime s 2–3 hodinami. Pole s výkonom 3000 Wp pri 4 hodinách špičkového slnečného svitu a celkovej účinnosti 80 % vyrobí v lete približne 9,6 kWh denne. Túto hodnotu porovnajte so svojou spotrebou.

A čo batéria? Riaďte sa pravidlom 80 %. Batérie LiFePO4 možno pri bežnom používaní vybiť na 80 % ich využiteľnej kapacity bez opotrebovania. Batéria s kapacitou 100 Ah pri napätí 25,6 V uchováva 2560 Wh; využiteľných je približne 2048 Wh. Toľko môžete bez obáv spotrebovať počas noci. Ak počítate s jednodňovou autonómiou, túto hodnotu zdvojnásobte alebo strojnásobte.

Poznámka k orientácii: na severnej pologuli majú panely smerovať priamo na juh a byť naklonené približne pod uhlom zodpovedajúcim zemepisnej šírke daného miesta. Vo Francúzsku je dobrou voľbou sklon 30 až 45 stupňov. Ak ich umiestnite naplocho alebo na východ, výroba klesne a na dosiahnutie rovnakého výkonu budete potrebovať väčšiu plochu.

A ak máte čiastočné tiene od stromov alebo komínov, zatienený panel znižuje výkon celého reťazca. V takom prípade je lepšie rozdeliť pole na kratšie reťazce alebo použiť optimizéry na jednotlivých paneloch. Pri malej inštalácii často stačí panely premiestniť tak, aby na ne počas poludňajších hodín dopadalo priame slnečné svetlo.

Ukážme si to na veľmi bežnom príklade: vidieckej kôlni, ktorá používa LED osvetlenie (20 Wh/deň), malú chladničku (150 Wh/deň), Wi-Fi router (50 Wh/deň), nabíjačky na mobil a počítač (80 Wh/deň) a tlakové čerpadlo, ktoré pracuje 10 minút denne (30 Wh/deň). Spolu približne 330 Wh denne. Pri 4 hodinách špičkového slnečného svitu vyrobí pole s výkonom 1200 Wp približne 3,8 kWh denne, čo je viac než dosť; batéria s kapacitou 50–60 Ah pri napätí 24 V pokryje spotrebu počas noci.

Kábeláž DC medzi batériou a meničom je miesto, kde sa pri chybe stráca najviac energie. Pri napätí 24 V je prúd vysoký: 4200 W pri 24 V znamená približne 175 A. Ak použijete príliš tenký kábel, zahrieva sa a dochádza k úbytku napätia, takže menič upozorní na nízke napätie. Preto tabuľka prierezov siaha od 25 mm² (krátky kábel) po 50 mm² (dlhý kábel). Tu nešetrite: meď je lacná v porovnaní s odstávkou.

Káble panelov pracujú pri vysokom napätí a nízkom prúde, takže solárne káble s prierezom 4 mm² postačujú pri sériových zapojeniach určitej dĺžky. Prierez tu nie je až taký dôležitý; podstatné je použiť solárny kábel MC4 vhodný do exteriéru a nenadpájať ho bežným inštalačným káblom.

Ešte raz zdôrazňujeme: poistka batérie patrí na kladný pól, najviac 20 cm od svorky, a jej menovitý prúd má byť 1,25–1,5-násobkom maximálneho prúdu. Ak sa kábel dotkne karosérie vozidla alebo plášťa rozvádzača, poistka sa prepáli a zabráni skratu. Je to najlacnejšia a najdôležitejšia súčiastka celej inštalácie.

Teraz myslime na zimu. Vo Francúzsku v decembri klesá počet hodín najsilnejšieho slnečného žiarenia na 2–3. Pole, ktoré v lete vyrobí 10 kWh denne, ich v zime vyrobí 4–5. Preto pole dimenzujte podľa najhoršieho štvrťroka, nie najlepšieho. Ak ho dimenzujete na júl, vo februári vám bude výkon tesne stačiť; ak ho dimenzujete na november, v lete zostane prebytočná energia, ktorú môžete využiť na ďalšie nabíjanie.

A čo výdrž: koľko nocí chcete vydržať bez slnka? Ak dimenzujete systém na jednu noc, stačí batéria s kapacitou 100 Ah; ak má vydržať tri zamračené dni po sebe, potrebujete 200–300 Ah. V záhradnom domčeku, ktorý využívate cez víkendy, často stačí jedna noc; v trvalo obývanom dome vynásobte dennú spotrebu tromi, aby ste mali rezervu.

Na záver rada od inštalatéra: začnite plánom. Nakreslite, kam pôjdu panely, menič a batéria a kadiaľ povedú káble. Plán vám ušetrí situáciu, keď budete musieť ťahať káble inak, než ste chceli, a vzdialenosť medzi batériou a meničom bude 6 m namiesto plánovaných 2 m. Dvakrát meraj, raz rež.

Pozrime sa na druhý príklad, tentoraz záhradnej dielne s o niečo vyššou spotrebou. Predpokladajme, že dielňa používa žiarivkové svietidlo (40 Wh), malú zváračku, ktorá pracuje 20 minút denne (200 Wh), kompresor, ktorý sa občas spustí (150 Wh), a nabíjačky náradia (100 Wh). Spolu je to približne 490 Wh denne. V tomto prípade odporúčame fotovoltické pole s výkonom 2000–2500 Wp (5–6 panelov s výkonom 400 W) a batériu s kapacitou 60–80 Ah pri napätí 24 V. GSIKE bez problémov napája oba výstupy AC.

Častou chybou je dimenzovať batériu podľa špičkového výkonu namiesto energie. Špičkový výkon dodáva pri štarte menič a batériová banka; energia je to, čo vám vystačí na noc. Potrebujete oboje: banku, ktorá zvládne prúd 175 A, a dostatočnú kapacitu v Ah na požadovanú výdrž. Batéria s kapacitou 100 Ah, ktorá umožňuje vybíjanie iba prúdom 50 A, sa k meniču s výkonom 4200 W nehodí.

Ďalší často prehliadaný detail: úbytok napätia v kabeláži panelov. Aj pri práci s vysokým napätím dlhý a tenký kábel spôsobuje určitý úbytok napätia. Pri dlhých stringoch použite solárny kábel s prierezom 4 mm² a bez odôvodnenia neprekračujte 15–20 m na jeden string. Ak je inštalácia veľmi rozsiahla, úbytok zmerajte a podľa toho upravte prierez.

A ešte odpínač DC. Medzi panely a menič je vhodné nainštalovať odpínač DC, ktorý vám umožní odpojiť solárne pole bez toho, aby ste museli vyliezť na strechu a zakryť panely. Je to lacná súčiastka, vďaka ktorej je údržba oveľa bezpečnejšia. Na strane AC dopĺňajú ochranu istič a prúdový chránič.

Na záver najčastejšia otázka: čo ak prekročím výkon panelov? GSIKE pripúšťa maximálny výkon približne 6200 W. Ak nainštalujete 7000 W, MPPT jednoducho nebude môcť zachytiť viac, než umožňuje jeho limit; nepokazí sa, ale za panely, ktoré nevyužijete, zaplatíte. Preto odporúčame zostať pod limitom a neprekračovať ho.

Ešte jeden praktický výpočet. Predpokladajme, že dimenzujete systém na spotrebu 500 Wh denne. Pri 4 hodinách špičkového slnečného svitu a účinnosti 80 % potrebujete solárne pole s výkonom 500 / (4 × 0,8) ≈ 156 Wp... Zdá sa to málo, ale pamätajte, že tento výpočet platí pre slnečný deň. Ak dimenzujete systém na zimu, pri 2,5 hodinách špičkového slnečného svitu si rovnaká spotreba vyžaduje 500 / (2,5 × 0,8) ≈ 250 Wp. A ak chcete mať rezervu, výkon zdvojnásobte. Preto malá kôlňa nakoniec využíva 1500–2000 Wp, nie 300 Wp.

Ešte jedna rada týkajúca sa batérie: nekupujte jej kapacitu podľa toho, koľko si myslíte, že spotrebujete, ale podľa toho, čo nameriate. Ak môžete, najprv zostavte systém s GSIKE v režime bez batérie, dva týždne sledujte údaje v aplikácii a potom si podľa skutočnej spotreby objednajte batériu. Je to oveľa lepšie, než objednávať naslepo a skončiť s príliš malou alebo príliš veľkou kapacitou.

A ak niekedy budete pochybovať o výpočtoch, požiadajte niekoho o kontrolu. Kvalifikovaný montážnik si za rýchle posúdenie vášho plánu a prierezov káblov účtuje málo. Táto hodina kontroly vám ušetrí chybu pri dimenzovaní, ktorá by mohla stáť niekoľko stoviek eur. Lelektrina s napätím 24 V a 500 V DC neodpúšťa výpočty od oka.

Na záver sprievodcu odporúčame dodržať toto poradie nákupu. Najprv menič GSIKE 4200 W. Potom 3–6 panelov s výkonom 400 W, podľa vašej dennej spotreby. Po tretie, komunikatívna batéria LiFePO4 24 V vo veľkosti, ktorú ste si vypočítali. Po štvrté, poistky, odpínače a káble. V tomto poradí nenakúpite príliš veľa ani príliš málo, a ak si to cestou rozmyslíte, budete mať priestor na úpravy.

A nezabudnite, že tento sprievodca je východiskovým bodom, nie pevným návodom. Každá strecha, každá spotreba aj každý rozpočet sú iné. Ak vám pri výpočtoch vyjde hodnota medzi dvoma možnosťami, počet panelov a kapacitu batérie zaokrúhlite nahor: radšej trochu viac než málo. Vďaka GSIKE vám limit 6200 W pre panely ponecháva veľkú rezervu na rozšírenie bez výmeny meniča.

Keď budete mať údaje, kompletný technický list GSIKE 4200 W vám poslúži ako referencia na overenie, či vypočítaná 24 V batériová zostava a pole panelov spĺňajú limity zariadenia. A ak sa počas montáže vyskytne otázka, naša podpora vo francúzštine vám pomôže.

Dimenzovanie systému napokon nie je nič iné ako použitie troch údajov: dennej spotreby, počtu hodín špičkového slnečného svitu a účinnosti celého systému. S týmito tromi údajmi a tabuľkou v tomto článku máte všetko podstatné na objednanie GSIKE 4200 W a zodpovedajúcich komponentov bez zbytočných nákupov ani nedostatočnej rezervy.

Ak máte pochybnosti o priereze kábla alebo veľkosti vášho panelového poľa, rozhodujúci je technický list GSIKE 4,2 kW. A naša podpora vo francúzštine odpovie na vaše otázky týkajúce sa dimenzovania pred nákupom aj po ňom, bez príplatku.

Koľko solárnych panelov treba

Denná spotreba Odporúčaný výkon panelov Počet panelov 400 W Očakávaná výroba 200 Wh 800–1200 W 2–3 2,4–3,6 kWh/deň 500 Wh 1500–2000 W 4–5 4,5–6 kWh/deň 1000 Wh 2500–3500 W 6–9 7,5–10,5 kWh/deň 2000 Wh 4000–5000 W 10–12 12–15 kWh/deň

Pri GSIKE 4200 W je maximálny solárny výkon približne 6200 W. To znamená, že môžete použiť až 15–16 panelov s výkonom 400 W, hoci v praxi je lepšie začať s menším poľom.

Akú batériu potrebujete

Veľkosť batérie závisí od toho, koľko energie chcete mať k dispozícii v noci. Vo všeobecnosti by využiteľná kapacita mala byť dva až trikrát vyššia než denná spotreba.

Denná spotreba Odporúčaná kapacita Príklad pri 24 V Typ 200 Wh 400–600 Wh 24 V / 20–25 Ah lítiová 500 Wh 1000–1500 Wh 24 V / 40–60 Ah lítiová 1000 Wh 2000–3000 Wh 24 V / 80–120 Ah lítiová

Prierez káblov

Vzdialenosť batérie a meniča Odporúčaný prierez Max. straty do 2 m 25 mm² <1 % 2–4 m 35 mm² <2 % 4–6 m 50 mm² <2 %

Konkrétny príklad — dimenzovanie prístrešku

Predstavme si prístrešok s dennou spotrebou 220 Wh. Naše odporúčanie:

Je to opatrný príklad: poskytuje dostatok energie na osvetlenie, chladničku, nabíjačky a jeden menší spotrebič, pričom zostáva priestor na pridanie piateho panela budúci rok. Ak budete prístrešok využívať len cez víkendy, môžete sa zaobísť aj bez batérie a pracovať na plnom slnku; pri každodennom používaní vám 50 Ah batéria zabezpečí energiu na jednu noc.

Záverečný verdikt

Záverečný verdikt: Pri samostatnom systéme s GSIKE 4200 W 24 V odporúčame začať so 4–8 panelmi s výkonom 400 W a batériou 24 V / 50–100 Ah. Začať môžete aj bez batérie a zostavu doplniť, keď ju budete potrebovať.

Záverečný verdikt

Často kladené otázky

Zdroje a referenčné údaje

1. Produktový list GSIKE G4200EU24V 4,2 kW 24 V (189,99 EUR, doprava zdarma vo Francúzsku) — https://gesike.com/fr-fr/products/gsike-4-2kw-24v-onduleur-hybride-mppt-120a-wifi-off-grid-france
2. EASUN 4 kW 24 V, referenčný obchod EÚ — https://eu.easunpower.com/
3. Návod k MPPT 120 A a rozsahu 60–500 VDC — technická referencia — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. LiFePO4 batéria 24 V a DC zbernica — referenčný návod na zapojenie — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Sprievodcovia a porovnania