Jak dobrać panele słoneczne i akumulator do łodzi, kampera lub domu? Przewodnik krok po kroku

2019-06-07
Jak dobrać panele słoneczne i akumulator do łodzi, kampera lub domu? Przewodnik krok po kroku

Generowanie własnej energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych takich jak panele fotowoltaiczne nie jest niczym nowym. Systemy paneli fotowoltaicznych są już dostępne od dłuższego czasu i przeszły długą drogę w ciągu ostatnich dwudziestu lat. To, co kiedyś było ogromną inwestycją finansową z długim okresem zwrotu do dziesięciu lat i "profesjonalnymi instalatorami", przekształciło się obecnie w dynamicznie rozwijającą się branżę pełną przystępnych systemów, które można zainstalować samodzielnie i od razu zacząć czerpać korzyści.

Po zakupie łodzi, jachtu czy żaglówki planujemy podróżować po świecie, jednak jednym z największych zmartwień okazuje się jak żyć niezależnie i być poza siecią, a jednocześnie móc cieszyć się niektórymi prostymi wygodami i udogodnieniami współczesnego życia. Na łodzi minimalne zapotrzebowanie na moc stanowi: oświetlenie LED, nawigacja, pompy zęzowe, chłodzenie/klimatyzacja, oświetlenie masztowe, ładowanie laptopa, kamery czy też ładowanie akumulatora silnika. Są to tylko podstawy, od których musimy zacząć, aby zrozumieć w jaki sposób będziemy korzystać z łodzi, jakich urządzeń i udogodnień potrzebujemy, aby być w stanie określić naszą zdolność i ewentualną potrzebę rozbudowania i rozszerzania systemu pozyskiwania energii słonecznej i jej magazynowania. Jeśli zaczniemy dodawać bardziej złożone systemy, takie jak radar, AIS (automatyczny system identyfikacji), satelitarne aktualizacje pogody, urządzenie do produkcji wody i wszystkie inne możliwości, nasze zapotrzebowanie na energię może znacząco wzrosnąć.

Panele fotowoltaiczne są doskonałą odpowiedzią na potrzebę możliwości łatwego rozszerzania lub zmniejszania systemu, w zależności od rosnącego lub malejącego zapotrzebowania energetycznego w przyszłości. Ważne jest jednak dokładne określenie naszych potrzeb oraz warunków i czasu, w jakich będziemy korzystać z urządzeń elektrycznych oraz ładować akumulator za pomocą paneli słonecznych. To właśnie od nich zależy jaki panel i akumulator należy dobrać, aby móc cieszyć się darmową energią ze słońca. Panele współpracują ze sobą w efektywny sposób, dzięki czemu zestaw można dowolnie rozbudowywać a do instalacji wystarczy podstawowa wiedza i narzędzia. Jeśli zatem zastanawiasz się nad zasilaniem solarnym swojej łodzi, kampera czy też domu - oto przewodnik krok po kroku:

 

Panel słoneczny na łódź lub jacht Panel słoneczny do kampera

Krok 1: Oblicz zapotrzebowanie energetyczne

Kluczem do udanej instalacji energii słonecznej w każdej sytuacji i środowisku, jest przeprowadzenie dokładnego audytu Twoich potrzeb energetycznych. Odpowiedz sobie na pytanie - Ile mocy potrzebuję? Jest to podstawowy i najważniejszy krok, od którego zawsze należy zacząć. Dzięki temu dowiesz się dokładnie, dla jakich urządzeń i jak dużo energii będziesz potrzebował wytworzyć, a także jaka pojemność akumulatora będzie do tego celu niezbędna. Przygotuj w tym celu kompletną listę urządzeń elektrycznych i sprzętu, który zamierzasz używać z łodzią, kamperem lub domowym systemem solarnym.

Po sporządzeniu listy urządzeń podziel je na dwie kategorie, w zależności od napięcia zasilania 12V DC (bądź 24V DC) oraz 230V AC. Każde urządzenie zasilane prądem przemiennym (który występuje w sieci w twoim domu) będzie potrzebowało inwertera, aby przekształcić napięcie 12V DC (lub 24V DC) z akumulatora na 230V AC. Kolejnym krokiem jest zanotowanie zużywanej poboru mocy przy każdym z tych urządzeń. Większość urządzeń ma podane zużycie na obudowie lub opakowaniu (moc jest mierzona w Watach [W], natomiast energia jest mocą narastającą w czasie i mierzona jest w Watogodzinach [Wh]). W przeciwnym wypadku należy sprawdzić w specyfikacji produktu. Mając już przygotowaną listę urządzeń podzieloną 12V DC (bądź 24V DC) oraz 230V AC podziel konsumpcję energii w Warach przez stosowne napięcie dla danego urządzenia, aby otrzymać pobór prądu w Amperach (tak jak na poniższym przykładzie). Następnie kluczowe jest oszacowanie przez ile godzin dziennie będziesz korzystał z poszczególnych urządzeń. W kolejnym kroku możesz pomnożyć konsumpcję energii w Amperach przez ilość godzin, aby otrzymać dzienne zapotrzebowanie energetyczne poszczególnych urządzeń. Dlaczego jest to tak ważne? Rozważ poniższe przykłady:

Przykład A. W przypadku gdy korzystasz z łodzi (z silnikiem elektrycznym) 1-2h dziennie raz na 2 dni - wystarczy nawet mniejszy panel, ponieważ będzie miał sporo czasu, by naładować akumulator. Ten z kolei, nie powinien być zbyt duży, aby go nie przeładowywać. Kluczową kwestią jest tu oczywiście pobór mocy takiego silnika, która może się bardzo różnić w zależności od modelu i producenta.

Przykład B. W przypadku gdy Twoje zapotrzebowanie energetyczne na kamperze jest wysokie, ponieważ zasilasz niemal przez całą dobę komputer pokładowy, GPS, a przez kilka godzin dziennie korzystasz z telewizora, laptopa, lodówki turystycznej itp, potrzebna będzie zarówno duża moc panelu (paneli), a tym samym większa pojemność akumulatorów, aby zmagazynować wytworzoną energię.

Poza powyższymi dwoma skrajnymi przykładami istnieją tysiące pośrednich, zatem każdy przypadek należy rozważyć indywidualnie dopasowując panele i akumulator dokładnie do własnych potrzeb, aby upewnić się, że panele są wystarczająco mocne, by zapewnić pełne zapotrzebowanie na energię w ciągu doby, a także mieć wystarczającą zdolność do ładowania akumulatora o ilość, która została wyczerpana podczas korzystania z urządzeń. Niedoszacowanie może oznaczać, że nie wystarczy Ci energii, a akumulator łodzi będziesz musiał podładować z sieci bądź zaczekać do kolejnego dnia aż się naładuje, system monitoringu przeznaczony do pracy całodobowej może mieć kilkugodzinne przerwy w ciągu doby, czy też podczas korzystania z kilku urządzeń jednocześnie w Twoim domu może okazać się, że wyczerpałeś cały zapas energii przez niedoszacowanie.

Dlatego właśnie w tym kroku niezbędne jest odpowiedzenie sobie na pięć podstawowych pytań:

1. Z jakich urządzeń będziesz korzystał?

2. Ile czasu dziennie będziesz z nich korzystał?

3. Jaki jest ich łączny pobór mocy?

4. Czy dany panel wygeneruje w ciągu doby wystarczająco energii aby zasilić urządzenia? (Ad.1)

5. Czy dany akumulator jest w stanie pomieścić tyle energii?

Następnie zsumuj osobno całkowite dzienne zużycie energii elektrycznej przez urządzenia 12V DC (lub 24V DC) oraz całkowite zużycie energii elektrycznej przez urządzenia 230V AC. Otrzymane sumy będą definiować wymagania dotyczące pojemności akumulatora, podczas gdy łączne zużycie energii elektrycznej przez urządzenia 230V AC będzie decydować o tym, jaka moc inwertera (inaczej przetwornicy/falownika) będzie potrzebna do ich zasilania.

Pomimo tego, że prawdopodobnie nigdy nie użyjesz wszystkich tych urządzeń jednocześnie, otrzymane sumy są dobrą wskazówką do skomponowania zestawu zasilania solarnego, ponieważ z jednej strony zakładają pewien margines bezpieczeństwa, z drugiej natomiast - akumulatory nigdy nie powinny być rozładowywane poniżej 50% pojemności, ponieważ nie będą się one ani ładować ani zasilać tak efektywnie jak wcześniej (poza dedykowanymi do głębokich rozładowań akumulatorami GEL DEEP CYCLE). Oznacza to, że jakąkolwiek pojemność akumulatora należy podzielić na pół, aby uzyskać ilość energii, którą rzeczywiście możesz użyć!

Przykład C. Oszacowanie zapotrzebowania energetycznego




W powyższym przykładzie zapotrzebowanie energetyczne oszacowaliśmy na 232Ah dziennie. Mając na uwadze wcześniejszy wniosek, że akumulatorów (poza DEEP CYCLE) nie rozładowujemy poniżej 50% pojemności, potrzebować będziemy akumulatorów o łącznej pojemności minimum 464Ah, lub akumulatorów DEEP CYCLE o łącznej pojemności minimum 232Ah - te akumulatory są przystosowane do głębokich rozładowań. W podanym przykładzie wzięto pod uwagę bardziej zaawansowany system zasilania wielu urządzeń o wysokim zapotrzebowaniu energetycznym. W przypadku użytkownika kampera wyposażonego w telewizor i lodówkę, takie zapotrzebowanie byłoby znacznie niższe, natomiast użytkownik radia i oświetlenia (taśmy LED, żarówki) potrzebowałby jeszcze mniej energii. Wszystko zatem sprowadza się do zapotrzebowania energetycznego i dlatego zawsze ten krok powinien być pierwszy.

Krok 2: Wybierz panele słoneczne i system ładowania

Cały cel audytu energetycznego polega na sprawdzeniu, ile energii potrzeba wytworzyć, ile akumulatorów potrzeba, aby móc ją przechowywać oraz jaki rozmiar falownika będzie potrzebny do zarządzania urządzeń 230V AC (o ile będziesz takich używał). Panele słoneczne różnią się pod względem jakości i wydajności i zazwyczaj przekłada się to na różnice w cenie, jednakże ogólna zasada jest taka, że większy panel z większą liczbą ogniw fotowoltaicznych będzie generował więcej energii elektrycznej niż mniejszy panel o podobnej jakości i rozmiarze ogniwa. Im większy panel, tym większa liczba ogniw fotowoltaicznych i tym samym więcej energii może wyprodukować.

W powyższym przykładzie oceniliśmy, że nasze zapotrzebowanie energetyczne dziennie wynosi 232Ah, zatem potrzebujemy akumulatorów o łącznej mocy 464Ah. Przyjmijmy zatem, że mamy 4 akumulatory x 120Ah = 480Ah działających na napięciu 12V. Ich pojemność wyrażona w Watach to zatem 480Ah x 12V = 5760Wh. Zakładając, że w ciągu dnia korzystając z naszych urządzeń rozładowujemy je do połowy, za pomocą paneli słonecznych musimy dziennie dostarczyć im tyle samo energii tj. 2380Wh (połowę pojemności). Przy średnim nasłonecznieniu dziennie 8h panel 300W wydaje się rozsądnym wyborem, ponieważ jego uzysk energetyczny będzie wynosił 300W * 8h = 2400W. Jednak sytuacja taka ma miejsce wyłącznie w warunkach idealnych, kiedy panele są skierowane na południe, nie są zacienione, słońce cały czas świeci i nie występuje zachmurzenie - co raczej rzadko ma miejsce. (Ad.1)

Jeśli panele będą montowane na łodzi i będziesz z nich korzystał latem, margines bezpieczeństwa związany z warunkami otoczenia (zacienienie, zachmurzenie, pozycja paneli, pogoda) jaki przyjmujemy to około 30-40%, a więc teoretyczny uzysk mnożymy przez 0,6-0,7 i otrzymujemy realną wartość. Jeśli z kolei panele fotowoltaiczne mają być głównym źródłem zasilania urządzeń pracujących w trybie ciągłym - np. w domu bądź systemach monitoringu CCTV przez cały rok - wówczas, aby mieć pewność, że nasze szacunki są bezpieczne i zgodne z rzeczywistym uzyskiem energetycznym w ciągu całego roku, aby zapewnić sobie ciągłość pracy urządzeń bez sytuacji gdy zabraknie energii - mnożymy wynik przez 0,3. (Ad.1)

W takim wypadku REALNY uzysk energetyczny panela 300W latem przy ekspozycji na słońce 8h dziennie wynosi 0.6-0.7 x 8h x 300W = 1440Wh~1680Wh. Oznacza to, że dla ładowania akumulatorów z powyższego przykładu potrzebne będą panele o łącznej mocy minimum 2380Wh / (8h x 0.6-0.7) = 425W~530W.

 

 




Krok 3: Określ dostępną ilość miejsca i lokalizacje paneli słonecznych

Krok 2 oraz krok 3 są ze sobą ściśle powiązane. Musisz sprawdzić, ile masz miejsca na panele słoneczne, akumulatory, falownik i inne urządzenia lub akcesoria do montażu instalacji.  Jeśli jednak jest to Twoja pierwsza instalacja solarna, prawdopodobnie nie będziesz wiedział, jakiego rodzaju przestrzeni potrzebujesz, ani jakich rozmiarów paneli użyjesz, czy też jak wygląda falownik. Dlatego po wyciągnięciu wniosków z kroku 3 możesz czasem potrzebować wrócić do kroku 2, aż uda Ci się wszystko dopiąć na ostatni guzik! Upewnij się, że sprawdziłeś wszystkie krytyczne wymiary paneli słonecznych i pozostałych urządzeń, a także otoczenie, w którym będą zainstalowane. Przede wszystkim panele muszą znajdować w bezpośrednim świetle słonecznym, z minimalnym a najlepiej zerowym zacienieniem.

Regulator ładowania słonecznego, inwerter/ładowarka, akumulatory i wszystkie inne akcesoria muszą być przechowywane w bezpiecznym, suchym miejscu z możliwie najkrótszym przebiegiem kabla między kontrolerem, bateriami i wszelkimi urządzeniami, które będą zasilane. Należy jednak wziąć pod uwagę konserwację, dlatego upewnij się, że wszystko jest łatwo dostępne i pozostaw co najmniej kilkadziesiąt centymetrów dodatkowego kabla zwiniętego na każdym końcu tak, abyś mógł przemieszczać elementy i pracować nad uszkodzonymi połączeniami.

Krok 4: Dobierz odpowiedni regulator ładowania

Zadaniem regulatora ładowania jest przekazanie mocy do ładowania akumulatora bądź zasilania urządzeń i upewnienie się, że nie jest ona dla nich zbyt wysoka. Zwykle działa to na zasadzie kontrolowania ilości przechodzącej przez regulator, aby utrzymać napięcie wyjściowe przy pewnej z góry określonej wartości, takiej jak napięcie ładowania float 13.8V. Wartość mocy, która przechodzi zależy od prądu wymaganego przez obciążenie: sumy akumulatorów, oświetlenia, lodówki, laptopa itp. które pobierają prąd z paneli. Najczęściej stosowane są regulatory wykorzystujące system modulacji szerokości impulsu (PWM), które są bardziej wydajne niż zwykłe sterowanie napięciem wyjściowym. Wykorzystujące bardziej zaawansowaną technologię urządzenia śledzące maksymalny punkt mocy (regulatory MPPT), które zapewniają większą użyteczną moc, poszukując optymalnego napięcia zasilania panelu.

Dwie najważniejsze zasady przy doborze regulatora to:

1. Akumulator powinien być ładowany prądem zbliżonym do 10% jego pojemności. Ładowanie wyższym prądem jest niewskazane, ponieważ powoduje utratę żywotności i wydajności pracy. Z kolei ładowanie prądem o niższej wartości, nie ma żadnych negatywnych skutków dla akumulatora, jednak oznaczać będzie, że ładowanie akumulatora zajmie więcej czasu. Dla przykładu akumulator 100Ah najlepiej ładować prądem nie większym niż 10A.

2. Parametr "Natężenie mocy maksymalnej" panelu słonecznego powinien być niższy niż prąd ładowania akumulatora, aby uniknąć jego uszkodzenia. Do panelu generującego prąd o natężeniu 9.8A można dobrać regulator 10A, z kolei gdy panel generuje np. 10.5A konieczny jest już regulator 15A, 20A lub większy. Można też użyć np regulatora 40A i tym samym mieć możliwość rozbudowywania systemu solarnego o kolejne panele w przyszłości bez konieczności wymiany regulatora na mocniejszy.

 

Krok 5: Zainstaluj panel słoneczny, baterie i system ładowania

Tak naprawdę powinien to być najkrótszy i najprostszy krok - o ile wszystko dobrze zaplanowałeś, a zwłaszcza jeśli wybrałeś modułowy system w formie zestawu, który jest dostarczany ze szczegółowymi instrukcjami, jak bezpiecznie wszystko połączyć. Nie musisz być wykwalifikowanym elektrykiem, aby móc to zrobić, ale potrzebujesz podstawowej wiedzy na temat działania systemów elektrycznych oraz podstawowych narzędzi.

W przypadku kampera, panele słoneczne najczęściej montowane są na dachu, ze względu na lepsza wydajność baterii w pozycji poziomej. Często wykorzystuje się także narożne lub podłużne uchwyty mocujące. Z potrzeby na chłodzenie paneli i utrzymanie ich wydajności, między nimi a dachem po zamontowaniu zostaje niewielka przerwa.

Krok 6: Podłącz system i korzystaj z zalet czystej, odnawialnej energii słonecznej na swojej łodzi, kamperze lub w domu!

To naprawdę jest tak proste! Jeśli nadmiernie się nie śpieszysz, dokonasz dokładnego audytu energetycznego i poświęcisz trochę czasu na zapoznanie się z działaniem systemów fotowoltaicznych paneli słonecznych, będziesz dobrze przygotowany do dokonywania właściwych wyborów dla swoich potrzeb energetycznych i budżetu.

 

Panel słoneczny i akumulator na łódź Panel słoneczny i akumulator na jacht

 

Ad.1 Straty energii - ile mocy faktycznie generuje panel słoneczny?

Wróćmy do związku między nominalną mocą panelu słonecznego, a tym co naprawdę może on wytworzyć. Gdy producent podaje na przykład 100W dla panelu, jest to oczekiwana wydajność w warunkach testowych. Warunki badania to nasłonecznienie 1000W na metr kwadratowy w temperaturze 25 ° C. Zatem w słoneczny letni dzień, który izoluje panel 100W przy 1kW / m ^ 2, masz potencjał, aby uzyskać moc 100W przez krótki czas w południe. Energia w ciągu 24 godzin będzie jednak poniżej tej wartości z powodu deklinacji słońca w ciągu dnia. Oprócz tego na utratę mocy ma wpływ również szerokość geograficzna, zacienienie, rozpraszanie atmosferyczne, mgły oraz chmury.

Ze wszystkich możliwych sposobów na utraty energii generowanej przez panel fotowoltaiczny zacienienie jest najskuteczniejsze :) Na panelu krystalicznych nawet cień liny może znacząco wpłynąć na ilość potencjalnej mocy wyjściowej. Mieliśmy do sytuację, w której cień masztu sąsiada w porcie pozbawił nas większości mocy, jaką mogliśmy osiągnąć. Dlaczego tak się dzieje? Poszczególne komórki w panelu krystalicznym są ze sobą połączone w taki sposób, że komórka znajdująca się w cieniu nie produkująca energii będzie pochłaniać moc wytwarzaną przez sąsiednie komórki. Oznacza to, że cień pokrywający 10% panelu może wystarczyć do całkowitego ograniczenia wytwarzanej energii.

Drugim czynnikiem wpływającym na straty wewnętrzne jest spadek wydajności panelu wraz ze wzrostem ciepła o około 5% na każde 10° C wzrostu temperatury powyżej 25° C. Z tego powodu całkiem możliwe jest uzyskanie wyższej wydajności panelu słonecznego w chłodniejszych północnych szerokościach geograficznych niż na równiku.

Straty występują także na regulatorze ładowania. Jego zadaniem jest przekazanie mocy do akumulatora bądź urządzeń i upewnienie się, że nie jest ona dla nich zbyt wysoka. Zwykle działa to na zasadzie kontrolowania ilości przechodzącej przez regulator, aby utrzymać napięcie wyjściowe przy pewnej z góry określonej wartości, takiej jak napięcie ładowania float 13.8V. Wartość mocy, która przechodzi zależy od prądu wymaganego przez obciążenie: sumy akumulatorów, oświetlenia, lodówki, laptopa itp. które pobierają prąd z paneli. Jeśli na przykład lodówka jest włączona, więcej energii przepłynie przez regulator i w efekcie wytworzy mniej energii niż ciepła. Najczęściej stosowane są regulatory wykorzystujące system modulacji szerokości impulsu (PWM), które są bardziej wydajne niż zwykłe sterowanie napięciem wyjściowym. Wykorzystujące bardziej zaawansowaną technologię urządzenia śledzące maksymalny punkt mocy (regulatory MPPT) zapewniają większą użyteczną moc, poszukując optymalnego napięcia zasilania panelu, a dodatkowo koszty tych urządzeń w ostatnich latach mocno spadły, dzięki czemu ważne są do rozważenia.

Straty występują również na kablach i są proporcjonalne do kwadratu płynącego przez nie prądu. Określa to równanie P=R*I^2, w którym P jest mocą w watach, R jest oporem w omach, natomiast I jest prądem w amperach. Gradient napięcia od wysokiego napięcia na panelach do niższego na regulatorze jest ustalany przez rezystancję kabla i prąd (prawo Ohma), które z kolei jest zależne od tego, jakie jest nasłonecznienie i wymagana moc. Aby zminimalizować straty na kablach (i zapobiec potencjalnym problemom z przegraniem kabla), potrzebne są kable o dużej średnicy.

Jeśli zsumujesz wszystkie powyższe nieuniknione straty na nowym panelu pracującym w temperaturze 65°C wyniosą one zazwyczaj około 40%. Jest to prawidłowe założenie w przypadku korzystania z łodzi / kampera w okresie letnim gdy nasłonecznienie jest bardzo wysokie. Z kolei przy korzystaniu z systemu fotowoltaicznego do monitoringu lub zasilania domu przez cały rok, straty są znacznie większe i w skali roku mogą wynieść około 70% (jest to bardzo istotna informacja w przypadku systemów przeznaczonych do pracy ciągłej, w których nie można pozwolić sobie na przerwy w dostawie energii). Latem, zakładając straty rzędu 40% przykładowy panel o mocy 100W wyprodukuje zatem tylko 60W, przez około 8-10h dziennie. Jeśli każdy dodatkowy ułamek energii jest dla Ciebie bardzo ważny, musisz znaleźć sposób na utrzymanie niezbyt wysokiej temperatury panelu oraz zainwestować w regulator MPPT. W rzeczywistości dzięki dobrze skonfigurowanej instalacji można oczekiwać uzyskania maksymalnie 75% mocy, jakiej można oczekiwać od mocy panelu podawanej przez producentów.


Panel słoneczny na łódź lub jacht Panel słoneczny do kampera

Akumulator do kampera Panel słoneczny do kampera

Pokaż więcej wpisów z Czerwiec 2019
Strona korzysta z plików cookie w celu realizacji usług zgodnie z Polityką dotyczącą cookies. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do cookie w Twojej przeglądarce.
Zamknij
pixel