Vodnik GSIKE za dimenzioniranje samostojnega sistema 4 kW 24 V

Najprej naštejte naprave, ki jih boste napajali, in njihovo dnevno porabo v Wh. To je izhodišče za celoten izračun.

Pri pripravi seznama bodite natančni. Ne pozabite na naprave v stanju pripravljenosti: usmerjevalnik, polnilnike, televizor v stanju pripravljenosti. Zdijo se nepomembne, vendar porabijo od 50 do 100 Wh na dan. Če jih izpustite, bo sistem premajhen in baterija se bo izpraznila prej, kot je bilo predvideno.

Nato pomislite na sezonskost. Poleti je več sonca in paneli proizvedejo več energije, vendar uporabljate tudi več naprav (ventilator, hladilnik deluje intenzivneje). Pozimi je manj sonca, vendar brez klimatizacije porabite manj. Sistem dimenzionirajte za povprečen dan, ne za najboljšega ali najslabšega.

Pri postavitvi panelov sta pomembna naklon in usmerjenost. Streha, obrnjena proti jugu, s pravilnim naklonom zagotavlja največji izkoristek; če so paneli na tleh ali delno v senci, potrebujete večjo površino za enako proizvodnjo.

Ne pozabite na zaščito. Sončni niz lahko ob polnem soncu ustvarja visoko napetost, zato potrebujete varovalke in zaščito pred prenapetostjo na strani DC, čim bližje panelom in bateriji.

Pri izbiri preseka kablov pustite nekaj rezerve za prihodnost. Če danes uporabite 25 mm² in boste čez leto želeli dodati še več panelov, boste morda morali napeljavo položiti znova. Zato priporočamo presek, ki je večji od trenutno potrebnega.

Če živite na območju z nevihtami, namestite prenapetostno zaščito tudi na izhod AC in preverite ozemljitev, ki je ključna za varnost sistema.

Preden se česar koli lotite, je dobro osvežiti osnovne podatke. Panel z močjo 400 W daje približno 40 V v odprtem tokokrogu in približno 10 A v standardnih pogojih. Če tri povežete zaporedno, se napetosti seštejejo (120 V), tok pa ostane enak; če jih povežete vzporedno, se tok potroji, napetost pa ostane enaka. Regulator MPPT v GSIKE deluje med 60 in 500 V DC, zato se lahko brez težav zaporedno povežejo od 2 do 12 panelov z močjo 400 W.

Najpogostejša napaka je zamenjevanje napetosti panela z napetostjo baterije. Paneli proizvajajo od nekaj deset do nekaj sto voltov DC; baterija ima napetost 24 V. Regulator MPPT poskrbi za to razliko: črpa energijo iz panela pri optimalni napetosti in jo dovaja bateriji pri 28,8 V. Zato lahko visokonapetostne panele vežete zaporedno, ne da bi ogrozili baterijski sklop.

Druga pogosta napaka je dimenzioniranje baterije glede na energijo (Wh) in zanemarjanje toka (A). GSIKE pri 4200 W in 24 V zahteva, da baterijski sklop neprekinjeno zagotavlja približno 175–200 A. Če vaša baterija z zmogljivostjo 100 Ah omogoča neprekinjeni praznilni tok le 50 A, se bo vključila njena zaščita in razsmernik se bo ustavil. Potrebujete baterijo LiFePO4 z napetostjo 24 V, ki prenese tak tok, ne le želeno količino Wh.

Glede varovalk: na pozitivni pol baterije, čim bližje priključku, namestite DC-varovalko, dimenzionirano na 1,25- do 1,5-kratnik največjega toka v odseku. Pri sistemu z močjo 200 A to pomeni varovalko z nazivnim tokom približno 250 A. Na strani panelov varovalka za posamezno vejo ščiti vsako zaporedno vezavo. To so poceni elementi, ki preprečijo požar, če se poškoduje izolacija kabla.

Tudi AC-ločilno stikalo in diferenčno stikalo sta nujna. Izhod 230 V iz razsmernika mora biti speljan prek inštalacijskega odklopnika, ki ob preobremenitvi prekine tok, in diferenčnega stikala, ki ščiti ljudi. To so elementi, ki jih monter namesti po službeni dolžnosti, če pa sistem montirate sami, jih ne izpustite zaradi prihranka.

Razmislimo o samooskrbi. Enakovredne ure sončnega obsevanja na dan pomnožijo moč vašega solarnega polja. V notranjosti Španije lahko poleti računate na 4–5 ur največjega sončnega obsevanja, pozimi pa na 2–3. Solarno polje z močjo 3000 Wp ob 4 urah največjega sončnega obsevanja in 80-odstotnem skupnem izkoristku poleti proizvede približno 9,6 kWh na dan. To je številka, s katero morate primerjati svojo porabo.

Za baterijo velja pravilo 80 %. Baterije LiFePO4 lahko redno prazniš do 80 % njihove uporabne kapacitete, ne da bi se obrabile. Baterija s kapaciteto 100 Ah pri 25,6 V shrani 2560 Wh; uporabnih je približno 2048 Wh. Toliko lahko brez skrbi porabiš ponoči. Če želiš zagotoviti en dan avtonomije, to vrednost podvoji ali potroji.

Nekaj o usmeritvi: na severni polobli so paneli obrnjeni proti jugu, njihov naklon pa je približno enak zemljepisni širini lokacije. V Španiji je dobra izbira naklon med 30 in 45 stopinjami. Če jih namestiš vodoravno ali obrnjene proti vzhodu, se proizvodnja zmanjša in za enak izplen potrebuješ večjo površino.

Če pa imaš delno senco zaradi dreves ali dimnikov, senčen panel zmanjša proizvodnjo celotne serije. V tem primeru je bolje polje razdeliti na krajše serije ali investirati v optimizator za vsak panel. Pri majhni namestitvi včasih zadostuje, da panele premakneš tako, da jih v osrednjem delu dneva neposredno obsije sonce.

Koliko sončnih panelov potrebujem

Dnevna poraba Priporočena moč panelov Število panelov po 400 W Pričakovana proizvodnja 200 Wh 800–1200 W 2–3 2,4–3,6 kWh/dan 500 Wh 1500–2000 W 4–5 4,5–6 kWh/dan 1000 Wh 2500–3500 W 6–9 7,5–10,5 kWh/dan 2000 Wh 4000–5000 W 10–12 12–15 kWh/dan

Pri GSIKE 4200 W je največja moč sončnih panelov približno 6200 W. To pomeni, da lahko namestiš 15–16 panelov po 400 W, vendar je v praksi bolje začeti z manjšim poljem.

Kakšno baterijo potrebujem

Velikost baterije je odvisna od tega, koliko energije želiš imeti ponoči. Splošno pravilo je, da mora biti uporabna kapaciteta dva- do trikrat večja od dnevne porabe.

Dnevna poraba Priporočena kapaciteta Primer pri 24 V Vrsta 200 Wh 400–600 Wh 24 V / 20–25 Ah litijeva 500 Wh 1000–1500 Wh 24 V / 40–60 Ah litijeva 1000 Wh 2000–3000 Wh 24 V / 80–120 Ah litijeva

Presek kablov

Razdalja med baterijo in razsmernikom Priporočeni presek Največje izgube do 2 m 25 mm² <1 % 2–4 m 35 mm² <2 % 4–6 m 50 mm² <2 %

Praktični primer — dimenzioniranje koče

Predstavljaj si kočo z dnevno porabo 220 Wh. Priporočamo:

Gre za konservativno oceno: več kot dovolj energije zagotavlja za luči, hladilnik, polnilnike in kakšno manjšo napravo, hkrati pa pušča prostor za dodajanje pete plošče prihodnje leto. Če kočo uporabljaš samo ob koncih tedna, lahko baterijo celo izpustiš in deluješ ob polnem soncu; če jo uporabljaš vsak dan, ti bo baterija s kapaciteto 50 Ah zagotovila eno noč avtonomije.

Za večje bivališče z dnevno porabo 1000 Wh priporočamo zmogljivejši sistem: 6–9 panelov z močjo 400 W (2500–3500 Wp) in baterijo s kapaciteto 80–120 Ah pri 24 V. Tu je že smiselno uporabiti kable s presekom 35–50 mm² in razmisliti o dveh ločenih tokokrogih AC, kar je že vključeno v standardno opremo GSIKE.

Če pa imaš delavnico ali industrijski objekt z dnevno porabo 2000 Wh, se moč polja poveča na 4000–5000 Wp, baterija pa na 200 Ah ali več. To je še vedno znotraj omejitve 6200 W za GSIKE, vendar je to že projekt, pri katerem se pred nakupom splača posvetovati z inštalaterjem.

Poglejmo konkreten zelo pogost primer: podeželska hišica uporablja LED-svetila (20 Wh/dan), majhen hladilnik (150 Wh/dan), usmerjevalnik (50 Wh/dan), polnilnike za telefon in prenosnik (80 Wh/dan) ter tlačno črpalko, ki deluje 10 minut na dan (30 Wh/dan). Skupaj: približno 330 Wh na dan. Pri 4 urah polnega sončnega obsevanja polje z močjo 1200 Wp proizvede približno 3,8 kWh na dan, kar je več kot dovolj; baterija s kapaciteto 50–60 Ah pri 24 V zadošča za čez noč.

Pri napeljavi DC med baterijo in razsmernikom zaradi napačne izbire izgubiš največ energije. Pri 24 V je tok velik: 4200 W pri 24 V pomeni približno 175 A. Če uporabiš pretanek kabel, se segreva in prihaja do padca napetosti, razsmernik pa sproži alarm zaradi prenizke napetosti. Zato se v tabeli priporočenih presekov vrednosti povečujejo od 25 mm² (kratka razdalja) do 50 mm² (dolga razdalja). Pri tem ne varčuj: baker je poceni v primerjavi z izpadom sistema.

Ožičenje panelov pa deluje pri visoki napetosti in nizkem toku, zato za zaporedne vezave določene dolžine zadostujejo solarni kabli s presekom 4 mm². Pri njih presek ni tako kritičen; pomembno je uporabiti primeren solarni kabel MC4 za zunanjo uporabo in ga ne spajati z običajnim inštalacijskim kablom.

In še enkrat: varovalka baterije sodi na pozitivni pol, manj kot 20 cm od priključka, njena nazivna vrednost pa naj bo 1,25–1,5-kratnik največjega toka. Če se kabel dotakne karoserije vozila ali omarice, varovalka pregori in prepreči kratek stik. To je najcenejši in najpomembnejši del celotne napeljave.

Zdaj pomislimo še na zimo. Na Iberskem polotoku decembra število ur polnega sončnega obsevanja pade na 2–3. Polje, ki poleti proizvede 10 kWh na dan, jih pozimi proizvede 4–5. Zato sistem dimenzioniraj glede na najslabše trimesečje, ne najboljše. Če ga dimenzioniraš za julij, boš februarja na tesnem; če ga dimenzioniraš za november, bo julija proizvodnje dovolj in presežek lahko uporabiš za dodatno polnjenje.

In kapaciteta: koliko noči želiš zdržati brez sonca? Če dimenzioniraš za eno noč, zadošča baterija s 100 Ah; če dimenzioniraš za tri zaporedne oblačne dni, potrebuješ 200–300 Ah. Za vikend hišico običajno zadošča ena noč; pri stalnem bivališču pa za brezskrbnost potroji dnevno porabo.

Za konec še nasvet inštalaterja: začni z načrtom. Nariši, kam bodo nameščeni paneli, razsmernik in baterija ter kod bodo potekali kabli. Načrt prepreči, da bi pozneje moral napeljati kable po neželeni poti ali da bi razdalja med baterijo in razsmernikom znašala 6 m, če si načrtoval 2 m. Dvakrat izmeri, enkrat odreži.

Poglejmo še drug primer, tokrat za vrtnarsko delavnico z nekoliko večjo porabo. Recimo, da delavnica uporablja fluorescentno svetilko (40 Wh), manjši varilni aparat, ki deluje 20 minut na dan (200 Wh), kompresor, ki se občasno zažene (150 Wh), in polnilnike za orodje (100 Wh). Skupaj približno 490 Wh na dan. Tukaj priporočamo polje z močjo 2000–2500 Wp (5–6 panelov po 400 W) in baterijo s kapaciteto 60–80 Ah pri 24 V. GSIKE brez težav upravlja oba izhoda AC.

Pogosta napaka je, da baterijo dimenzioniramo glede na največjo moč namesto glede na energijo. Največjo moč določata razsmernik in baterijski sklop med zagonom; energija pa določa, kako dolgo bo sistem deloval ponoči. Potrebuješ oboje: baterijski sklop, ki prenese tok 175 A, in dovolj Ah za želeno avtonomijo. Baterija s kapaciteto 100 Ah, ki omogoča praznjenje le s tokom 50 A, ni primerna za razsmernik z močjo 4200 W.

Še ena pogosto spregledana podrobnost je padec napetosti v kablih panelov. Čeprav delaš pri visoki napetosti, dolg in tanek kabel povzroči nekaj izgub napetosti. Pri dolgih nizih uporabi solarni kabel s presekom 4 mm² in brez ustrezne utemeljitve ne presezi 15–20 m na niz. Če je sistem zelo velik, izmeri padec napetosti in temu prilagodi presek.

Pa še odklopnik za enosmerni tok (DC). Med panele in razsmernik je smiselno namestiti odklopno stikalo DC, s katerim lahko odklopiš polje, ne da bi moral splezati na streho in prekriti panele. To je poceni komponenta, zaradi katere je vzdrževanje veliko varnejše. Na strani AC zaščito dopolnjujeta odklopnik in zaščitno stikalo na diferenčni tok.

Za konec še vprašanje, ki ga dobimo najpogosteje: kaj pa, če namestim preveč močne panele? GSIKE prenese do približno 6200 W. Če namestiš 7000 W, MPPT preprosto ne bo mogel zajeti več, kot dopušča; ne bo se pokvaril, vendar plačuješ za panele, ki jih ne izkoristiš. Zato priporočamo, da ostaneš znotraj te meje in je ne presežeš.

Še en zadnji praktični izračun. Recimo, da sistem načrtuješ za dnevno porabo 500 Wh. Pri 4 urah koničnega sončnega obsevanja in 80-odstotnem izkoristku potrebuješ polje z močjo 500 / (4 × 0,8) ≈ 156 Wp... To se zdi malo, vendar ne pozabi, da izračun velja za sončen dan. Če sistem načrtuješ za zimo, ko je na voljo 2,5 ure koničnega sončnega obsevanja, enaka poraba zahteva 500 / (2,5 × 0,8) ≈ 250 Wp. Če želiš še nekaj rezerve, moč podvoji. Zato se na majhni vrtni lopi na koncu uporablja 1500–2000 Wp, ne pa 300 Wp.

Še zadnji nasvet glede baterije: kapacitete ne izbirajte glede na to, koliko menite, da porabite, temveč glede na izmerjeno porabo. Če lahko, najprej namestite sistem in uporabljajte način GSIKE brez baterije, dva tedna spremljajte aplikacijo, nato pa baterijo naročite na podlagi dejanske številke. To je veliko bolje kot naročati na pamet in na koncu imeti premajhno ali preveliko kapaciteto.

Če boste kdaj v dvomih glede izračunov, prosite za pregled. Kvalificiran monter vam bo za hiter pregled načrta in presekov kablov zaračunal malo. Z eno uro pregleda se lahko izognete napaki pri dimenzioniranju, ki bi vas lahko stala več sto evrov. Pri elektriki z 24 V in 500 V DC si ne moremo privoščiti približnih izračunov.

Za konec še priporočeni vrstni red nakupa. Najprej razsmernik GSIKE 4200 W. Nato 3–6 panelov po 400 W, glede na dnevno porabo. Zatem komunikacijska baterija LiFePO4 24 V, ustrezne kapacitete glede na vaše meritve. Nazadnje varovalke, ločilna stikala in kabli. Tako ne boste kupili ne preveč ne premalo, če si medtem premislite, pa boste imeli dovolj prostora za prilagoditve. Tako dimenzioniramo otočno instalacijo 4 kW 24 V brez hitenja in brez napak.

Ne pozabite, da je ta vodič izhodišče, ne pa natančen recept. Vsaka streha, poraba in proračun so drugačni. Če vam pri izračunih pride vmesna vrednost, pri panelih in bateriji zaokrožite navzgor: bolje je imeti malo rezerve kot premalo. Z GSIKE vam omejitev 6200 W panelov omogoča veliko manevrskega prostora za širitev, ne da bi morali zamenjati razsmernik.

Ko boste imeli številke, vam bo tehnični list GSIKE 4200 W služil kot referenca za preverjanje, ali izračunani baterijski sklop 24 V in polje panelov ustrezata omejitvam naprave. Če se vam med montažo porodi kakšno vprašanje, vam bo naša podpora v španščini z veseljem pomagala.

Na koncu dimenzioniranje instalacije pomeni le tri izračune: dnevno porabo, število ur največjega sončnega obsevanja in izkoristek sistema. S temi tremi podatki in tabelo v tem članku imate vse potrebno, da naročite GSIKE 4200 W in ustrezne komponente, ne da bi kupili preveč ali premalo.

Če si želite pred zaključkom naročila ogledati natančne parametre razsmernika, so v celotnem tehničnem listu GSIKE 4,2 kW navedene vse električne omejitve, zaščite in priporočila za baterijo, ki jih potrebujete za dimenzioniranje.

Končna ocena

Končna odločitev: Za otočno instalacijo z GSIKE 4200 W 24 V priporočamo, da začnete s 4–8 paneli po 400 W in baterijo 24 V / 50–100 Ah. Začnete lahko brez baterije in baterijski sklop dopolnite, ko ga boste potrebovali.

Končna ocena

Pogosta vprašanja

Viri in referenčni podatki

1. Podatkovni list izdelka GSIKE G4200EU24V 4,2kW 24V (189,99 EUR, brezplačna dostava v Španiji) — https://gesike.com/es-es/products/gsike-4-2kw-24v-inversor-hibrido-mppt-120a-wifi-off-grid-spain
2. EASUN 4kW 24V, referenčna trgovina EU — https://eu.easunpower.com/
3. Vodnik za MPPT 120A in območje 60–500 VCC — tehnična referenca — https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_charge_controller
4. Baterija LiFePO4 24 V in vod DC — referenčna shema ožičenja — https://en.wikipedia.org/wiki/Deep-cycle_battery

Vodniki in primerjave