Ako určiť potrebnú veľkosť solárneho systému pre domácnosť pri Off Grid riešení

Ako určiť potrebnú veľkosť solárneho systému pre domácnosť pri Off Grid riešení
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  1336 zobrazení
8
 0
Výroba energie alternatívnym spôsobom

Ostrovný fotovoltický systém (označovaný tiež ako off-grid) sa oproti iným solárnym systémom vyznačuje dvoma základnými črtami - nie je totižto pripojený na elektrickú rozvodnú sieť a obsahuje akumulátory. Ostrovné systémy sú budované tam, kde nie je prístup k rozvodnej sieti, alebo tam, kde by zriadenie elektrickej prípojky znamenalo vynaloženie veľmi vysokých nákladov. Pokiaľ zvažujete prechod na napájanie fotovoltickými panelami, ukážeme si ako si orientačne vypočítať veľkosť takéhoto systému pre vašu domácnosť.

Krok 1: Stanovenie požiadaviek na energiu

Najprv je potrebné ujasniť, koľko elektrickej energie denne vaša domácnosť spotrebuje. Spotreba toho ktorého spotrebiča sa meria vo watthodinách alebo kilowatthodinách za deň. Predpokladajme napríklad, že váš posudzovný spotrebič spotrebuje za hodinu 10 wattov energie v aktívnom stave počas 24 hodín:

10 wattov x 24 hodín = 240 watt hodín za deň alebo 0,24 kWh za deň

Ako, alebo kde nájdete informácie o spotrebe vášho spotrebiča? Na výrobnom štítku každého spotrebiča alebo v príručke k spotrebiču zistite, koľko energie vaše zariadenie spotrebuje (vo wattoch), a potom tento údaj vynásobte počtom prevádzkových hodín za deň - teda počtom hodín kedy je spotrebič aktívny. Ak je to možné, použite na meranie spotreby energie merač - wattmeter, aby ste získali presné reálne údaje. Merač spotreby - wattmeter je ideálny v prípade spotrebičov s nepravidelným cyklom ako napríklad chladnička, ktorá má kolísavý odber energie v závislosti aktivácie kompresora chladenia. Rovnako údaj o spotrebe je odlišný aj prípade spotrebičov, ktoré využívajú úsporný režim (tzv. StandBy Mode), jedná sa o televízory, domáce kiná,počítače v úspornom režime...

Ak používate menič / invertor na výrobu striedavého prúdu pre záťaž, nezabudnite zohľadniť aj jeho vlastnú spotrebu a straty účinnosti meniča. Meniče počas svojej prevádzky spotrebúvajú pomerne malé množstvo energie, ale ani to nie je zanedbateľné a je potrebné s ním počítať. Pozrite si preto technický list meniča a pripočítajte jeho vlastnú spotrebu k celkovej dennej spotrebe. Vlastná spotreba meniča sa zvyčajne pohybuje od menej ako 1 wattu do približne 30 wattov v závislosti od typu meniča.

Straty účinnosti meniča môžu byť od 5 % do 15 % v závislosti od meniča a jeho zaťaženia. Toto sa neskôr zohľadní pri dimenzovaní batériového úložiska. Je dôležité investovať do kvalitného meniča s vysokou účinnosťou.

Krok 2: Posúdenie lokality

Ďalej sa budeme zaoberať miestom, kde bude fotovoltický systém nainštalovaný, aby ste mohli odhadnúť jeho celkovú efektivitu. Na odhad môžete použite mapu, ktorá je na obrázku nižšie. Celý systém by sa mal dimenzovať na základe mesiaca s najvyššou spotrebou energie a/alebo najnižším solárnym výkonom, zvyčajne sa jedná o mesiace december alebo január.

Z pohľadu využitia slnečnej energie prostredníctvom fotovoltických panelov nie je veľký rozdiel medzi jednotlivými regiónmi Slovenska. Najviac slnečného žiarenia zaznamenávame počas celého roka vo všeobecnosti  na juhu Slovenska, najmenej na Orave a Kysuciach, pričom rozdiel medzi najchladnejšími a najteplejšími regiónmi v dopadajúcom množstve energie je len približne 15%. Ako príklad zanedbateľných rozdielov medzi severom a juhom krajiny uvádzame sumárny prehľad denného a ročného množstva slnečného žiarenia dopadajúceho na 1 m2 za rok v meste Komárno a v Kysuckom Novom Meste, kde rozdiel tvorí len 13%. Viac ako na región je preto potrebné zamerať sa skôr na samotné umiestnenie fotovoltických panelov na vhodnom nezatienenom a južne orientovanom mieste. Problematické môžu byť tiež úzke doliny s častou inverziou spôsobujúcou hmlisté počasie, brániace prieniku slnečných lúčov.  Zaujímavé poznatky môžte získať aj na interaktívnej mape projektu Global Solar Atlas, ktorá vám pomôže vygenerovať report pre vašu lokalitu, ktorý si môžete stiahnúť buď vo formáte .pdf, alebo .XLSX a ďalej s ním pracovať. Ďalšou alternatívou s kopou užitočných údajov je aj systém PGIS (Photovoltaics Geographical Information System) a jeho nástroj PVG Tools.

 

Komárno

Kysucké Nové Mesto

Mesiac

Množstvo žiarenia pri optimálnom sklone
[Wh / m2 . deň]

Mesiac

Množstvo žiarenia pri optimálnom sklone
[Wh / m2 . deň]

Január

1476

Január

1442

Február

2368

Február

2263

Marec

3507

Marec

3246

Apríl

4777

Apríl

4156

Máj

5318

Máj

4715

Jún

5586

Jún

4662

Júl

5930

Júl

5059

August

5331

August

4519

September

4542

September

3657

Október

3250

Október

2926

November

1751

November

1563

December

1107

December

1066

Celý rok

3752

Celý rok

3278

Rozdiel: 13 %

Tab.: Príklad množstva dopadajúceho slnečného žiarenia na 1 m2 povrchu krajiny.

Väčšina územia Slovenska má v januári pomerne nízke slnečné žiarenie, čo je vidno aj na príklade v tabuľke vyššie. Vo všeobecnosti je 2,5 slnečných hodín dobrý odhad, ale v závislosti od vašej polohy môže byť nižší alebo vyšší. V našom príklade použijeme 2,5 minimálneho slnečného svitu.

Solárne panely sú navrhnuté tak, aby sa inštalovali na plné osvietenie slnkom a bez tienenia. Je potrebné pamätať na skutočnosť, že tieň bude mať priamy vplyv na výkon a tým pádom aj na ich efektivitu. Aj čiastočný tieň na jednom paneli bude mať veľký vplyv na jeho efektivitu a aj celkové množstvo vyrobenej energie.  Skontrolujte si preto vašu lokalitu a uistite sa, že vaša solárna sústava bude vystavená plnému slnku počas denných hodín. Rovnako majte na pamäti, že uhol slnečného žiarenia sa počas dňa a aj roka mení.

Ďalšie úvahy

V tomto bode je potrebné myslieť na niekoľko ďalších vecí:

  • Napätie systému: Určite, aké požiadavky na výkon má vaše zariadenie. Fotovoltaické systémy mimo siete v systéme Off Grid zvyčajne produkujú tieto bežné napätia: 12Vdc, 24Vdc, alebo 48Vdc. Solárne panely a batérie používajú jednosmerný prúd a niektoré zariadenia môžu byť pripojené priamo k batériám za predpokladu, že zvládnu reálne napätie batérií. Tie sa môžu pohybovať v rozmedzí 10 - 15 V pre 12 V systém, 20 - 30 V pre 24 V systém a 40 - 60 V pre 48 V systém.

  • Dni autonómie: Je počet dní, počas ktorých musí zariadenie fungovať na batériu pri obmedzenom napájaní z fotovoltického panela. V závislosti od oblasti a očakávaní prevádzkového výkonu je typické 5 až 20 dní. Potrebujete preto dostatočnú autonómiu, aby ste zariadenie a aj chod domácnosti  udržali v prevádzke aj počas dlhších období nepriaznivého počasia.

Krok 3: Výpočet veľkosti batériového úložiska

Nezabúdajme, že sa celý čas baíme o systéme Of Grid, teda bez dodatočného pripojenia k elektrickej sieti, takže budeme potrebovať batériové úložisko. Teraz by sme mali mať už dostatok informácií na určenie orientačnej veľkosti batériového úložiska. Po určení veľkosti batériového úložiska môžeme určiť, koľko vyrobenej energie je potrebnej na udržanie jeho nabitia. Tu je uvedený postup výpočtu veľkosti batériového úložiska v našom príklade 240Wh/deň s použitím obyčajných olovených batérií:

Najprv však musíme zohľadniť aj stratu účinnosti meniča (ak používate menič). V závislosti od zariadenia je zvyčajne primeraných 5 - 15 %. Na určenie účinnosti si preto pozrite technický list vášho meniča. V tomto príklade budeme počítať s 10 % stratou účinnosti:

240 Wh x 1,1 kompenzácia účinnosti = 264 watt hodín

Ide o množstvo energie, ktoré sa odoberá z batérie na prevádzku záťaže prostredníctvom meniča. Ďalej musíme zohľadniť aj vplyv teploty prostredia na kapacitu batérie dodávajúcej energiu. Olovené batérie totiž strácajú kapacitu pri klesajúcich teplotách a na zvýšenie kapacity batérie môžeme použiť tabuľku nižšie na základe očakávanej teploty batérie:

V našom príklade pridáme k veľkosti batérie násobok 1,59, aby sme kompenzovali teplotu batérie na 20 °C v zime:

240 Wh x 1,1 x 1,59 = 419,76 watt hodín

Ďalej zohľadnite stratu účinnosti, ku ktorej dochádza pri nabíjaní a vybíjaní batérií. Pri olovených batériách sa zvyčajne počíta s 20 % stratou účinnosti a pri lítium-iónových batériách je to 5 %.

240 Wh x 1,1 x 1,59 x 1,2 = 503,71 watt-hodín minimálna potreba uskladnenia energie

Táto hodnota sa vzťahuje na jeden deň autonómie, takže ju musíme vynásobiť počtom dní požadovanej autonómie. Pre 5 dní autonómie by to bolo:

504 Wh x 5 dní = 2 520 watt hodín uskladnenej energie

Ako vidíte, veľkosť batériového úložiska sa rýchlo zvyšuje v dôsledku faktorov, ako sú teplota a požadované dni autonómie. Všetky tieto veci výrazne ovplyvňujú veľkosť batériového úložiska čo je potrebné starostlivo zvážiť. Kapacita olovených akumulátorov sa bežne uvádzajú v ampérhodinách (Ah), a nie vo watthodinách (Wh). Ak chcete prepočítať watthodiny na ampérhodiny, vydeľte ich napätím batérie systému. V našom príklade:

2 625 Wh ÷ 12v = 220 Ah 12V batéria
2,625 Wh ÷ 24V = 110 Ah 24V batéria
2,625 Wh ÷ 48V = 55 Ah 48V batéria

Pri dimenzovaní batériového úložiska vždy zvážte hĺbku vybíjania alebo to, aká kapacita sa z batérie vybíja. Ak dimenzujete olovený akumulátor na maximálnu hĺbku vybitia 50 %, predĺžite tým významne jeho životnosť. Lítiové batérie nie sú tak ovplyvnené hlbokým vybitím a zvyčajne zvládnu aj hlbšie vybitie bez toho, aby to malo zásadný vplyv na životnosť batérie.

Celková požadovaná minimálna kapacita batérie: 2,52 kWh

Všimnite si, že ide o minimálnu potrebnú kapacitu batérie a že zvýšenie veľkosti batérie môže zvýšiť spoľahlivosť systému, najmä v oblastiach náchylných na zamračené počasie.

Krok 4: Zistite, koľko solárnych panelov potrebujete

Keď sme určili kapacitu batérie, môžeme určiť veľkosť systému. Zvyčajne používame solárne panely, ale v oblastiach s dobrými veternými zdrojmi alebo v prípade systémov vyžadujúcich väčšiu autonómiu môže mať zmysel kombinácia veterných turbín a solárnych panelov. Fotovoltický systém musí vyrábať toľko energie, aby plne nahradil energiu odoberanú z batérie, pričom treba zohľadniť všetky straty účinnosti.

V našom príklade vychádzame z 2,5 hodín slnečnej špičky a potreby energie 240 Wh za deň:

240 Wh / 2,5 hodiny = 96 W Výkon  fotovoltického poľa

Musíme však zohľadniť skutočné straty spôsobené neefektívnosťou, znečistením panelov, starnutím či poklesom napätia, ktoré sa všeobecne odhadujú na približne 15 %:

96 wattov poľa / ,85 = 112,94 W minimálny výkon fotovoltického poľa

Upozorňujeme, že ide o minimálnu veľkosť fotovoltaického poľa, nie o veľkosť určenú pre vašu domácnosť. Väčšie pole zvýši spoľahlivosť systému, najmä ak nie je k dispozícii iný záložný zdroj energie, napríklad veterná turbína, alebo generátor. Tieto výpočty tiež predpokladajú, že solárne pole bude mať počas všetkých ročných období nerušené priame slnečné svetlo v čase od 8:00 do 16:00. Ak je celá solárna sústava alebo jej časť počas dňa zatienená, je potrebné upraviť veľkosť fotovoltickej sústavy.

Je potrebné zohľadniť ešte jednu skutočnosť: olovené batérie sa musia pravidelne úplne nabíjať. Na dosiahnutie optimálnej životnosti batérií je potrebný nabíjací prúd minimálne 10 ampérov na 100 ampérhodín kapacity batérie. Ak sa olovené akumulátory pravidelne nenabíjajú, pravdepodobne zlyhajú, zvyčajne ešte v priebehu prvého roka prevádzky. Maximálny nabíjací prúd olovených akumulátorov je zvyčajne okolo 20 ampérov na 100 Ah (rýchlosť nabíjania C/5 alebo kapacita akumulátora v ampérhodinách delená 5) a ideálne je niečo medzi týmto rozsahom (10 - 20 ampérov nabíjacieho prúdu na 100 Ah). Minimálne a maximálne hodnoty nabíjacieho prúdu si overte v špecifikáciách batérie a v používateľskej príručke. Pri nedodržaní týchto pokynov zvyčajne strácate záruku na batériu a riskujete predčasné zlyhanie batérie.

V tabuľke nižšie sú uvedené štandardné konfigurácie fotovoltických polí s batériovými úložiskami. Kapacitu batérie vypočítanú v predchádzajúcom kroku môžete porovnať s touto tabuľkou a nájsť tak vhodnú veľkosť pre váš systém:

Výkon poľa (W) Veľkosť batériového úložiska:
Wh (pri teplote 20 Cº)
Kapacita batériového úložiska (Ah)
100 - 175 600 50Ah pri 12Vdc
200 - 350 1,200 100Ah pri 12Vdc
50Ah pri 24Vdc
400 - 700 2,400 200Ah pri12Vdc
100Ah pri 24Vdc
800 - 1,400 4,800 400Ah pri 12Vdc
200Ah pri 24Vdc
100Ah pri 48Vdc
2,000 - 3,000 9,600 800Ah pri 12Vdc
400Ah pri 24Vdc
200Ah pri 48Vdc
4,000 - 6,000 19,200 800Ah pri 24Vdc
400Ah pri 48Vdc
8,000 - 12,000 38,400 800Ah pri 48Vdc

 

Tieto informácie majú byť iba všeobecným návodom a existuje veľa faktorov, ktoré môžu ovplyvniť výslednú veľkosť systému. Existujú aj alternatívne možnosti, ako napríklad začlenenie do systému záložný generátor alebo veternú turbínu ak to umožäujú podmienky tak, aby sa znížila minimálna požiadavka na batériu. Údaje obsiahnuté v tomto článku sú použité pre konfiguráciu systému Off Grid, teda ostrovného fotovoltického systému, ale je ich možné použiť za určitých okolností aj pre výpočet systému On Grid.

Ak sa váš dom nachádza na odľahlom mieste, oplatí sa ho rozumne predimenzovať, pretože náklady na údržbu môžu rýchlo prekročiť cenu niekoľkých ďalších solárnych panelov. Na druhej strane, v prípade určitých aplikácií môžete začať s malými zariadeniami a neskôr ich rozšíriť v závislosti od toho, ako sa osvedčia. Celková veľkosť systému bude nakoniec závisieť od vašej spotreby energie, umiestnenia lokality a tiež očakávaní výkonu na základe dní autonómie.

Informácia : Pokiaľ sa vám článok páčil, informácie v ňom boli pre vás užitočné a máte záujem o viac takýchto článkov, podporte drobnou sumou jeho autora. Ďakujeme
Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 250.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

       

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vaša reklama na tomto mieste

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo


Webwiki Button