Výtěžnost solárních panelů vs. kapacita baterie

Doba čtení 4 minuty

Kolik solární energie a s jakou kapacitou baterie potřebujete, abyste pokryli své potřeby? Tuto otázku si kladou někteří lidé, kteří chtějí být ve svém obytném automobilu jednoduše soběstační nebo si chtějí zřídit off-grid systém, aby byli nezávislí na (případně neexistující) veřejné elektrické síti v odlehlých oblastech.

Nyní samozřejmě můžete plánovat obrovskou kapacitu baterie, ale místa je nedostatek, zejména v případě mobilních aplikací, a možný výkon fotovoltaických modulů je omezen na přibližně 1 200 ... 1 725 Wp, za předpokladu 2 ... 3 moduly s výkonem 575 Wp. A hmotnost vzhledem k počtu baterií také není - bohužel - zanedbatelná, pokud nemáte vozidlo s celkovou hmotností nad 7,5 tuny a potřebný řidičský průkaz.

V tomto ohledu je proto důležité minimalizovat spotřebu, pokud chcete být skutečně soběstační. Jak dlouho však svítí slunce v různých denních a měsíčních dobách, v různých zeměpisných polohách a jaké výnosy vyplývají ze statisticky průměrné délky slunečního svitu? Lze baterie kdykoli dobíjet?

Vysokonapěťová vs. nízkonapěťová technologie

12 V baterie jsou obecně známé. 24 V se instalují do nákladních automobilů. 48 V lze nalézt v obytných automobilech, na lodích a jachtách. To vše jsou nízkonapěťové technologie.

Vysokonapěťové systémy pracují s napětím vyšším než 60 V DC, obvykle však mezi 100 a 200 V DC(!).

Proč tyto rozdíly? To se rychle vyjasní, když se zamyslíte nad proudícími proudy: Při provozu měniče a jmenovitém střídavém výkonu 5 000 VA by 12 V baterie odebíraly neuvěřitelných 400 A, což je 62 mm.² tlustý, a proto těžký kabel, při použití 48 V baterií a 104 A pouze 4 mm.²při napětí 200 V je to stále 25 A při průřezu kabelu pouhých 0,25 mm.².

Poměrně tenké kabely by však neměly vést k neopatrnosti při práci s vysokým stejnosměrným napětím: všechny systémy, které přenášejí stejnosměrné napětí vyšší než 60 V, musí - VÝHRADNĚ - instalovat a udržovat vyškolení odborníci!

Údaje měniče, který se má použít na vstupní straně, proto určují konfiguraci baterie. Čím vyšší je vstupní napětí, např. 48 V místo 12 V, tím nižší je cena.

Stejnosměrný měnič na 24 V s výkonem 5 kVA stojí 1 500 eur, zatímco verze na 48 V stojí přibližně 700 eur.

Ve vysokonapěťové verzi stojí třífázový měnič o výkonu 5 kW se vstupním napětím 150 V DC přibližně 1 200 eur, zatímco měnič o výkonu 8 kW se vstupním napětím 180 V DC stojí přibližně 1 400 eur.

Vysokonapěťová verze je proto pro stacionární použití rozhodně úspornější.

Relativita nabíjení při používání mobilních zařízení

Nyní obytný vůz nejen parkuje, ale také jezdí. To znamená, že baterie jsou dobíjeny elektrickou energií z alternátoru prostřednictvím posilovače nabíjení. To je samozřejmě obtížné zahrnout do výpočtu, protože dobu jízdy lze jen stěží statisticky zaznamenat, a proto ji nelze do výpočtu zahrnout. Je však dobré vědět, že ...

Čas od času budete mít také možnost využít přípojku na břehu k dobíjení baterií.

Vypočitatelná konzistence ve stacionárním poli

Vypočitatelná, neboť v současné době je celosvětově k dispozici dostatek statistických údajů, které při zohlednění všech relevantních faktorů poskytují informace o očekávaných solárních výnosech.

Zkušenosti ukazují, že teorie a praxe se navzdory všem statistikám liší, ale je užitečné získat představu o tom, jak si stojíte při plánování, pokud máte prostor x a kapacitu baterie y na místě z.

K tomu slouží mezinárodní online nástroj PVGIS ( PhotoVoltaic Geografické Informace Systém), který byl vyvinut v rámci projektu Evropská komiseSpolečné výzkumné centrum, oddělení energetické účinnosti a obnovitelných zdrojů, via E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

Na stránkách Dokumentace online nástroje, který se navíc používá intuitivně, je velmi komplexní a pokrývá všechny otázky, včetně těch, které se týkají porozumění a názvosloví.

Předpoklady výrobce

Výrobci baterií nebo bateriových systémů chtějí své systémy příznivě prezentovat, a proto poskytují potenciálním zákazníkům přibližné srovnávací údaje, aby si mohli udělat představu o kapacitě úložiště. Například tvrzení: "Náš akumulační modul o výkonu 10 kW je vhodný pro čtyřčlennou domácnost, včetně provozu tepelného čerpadla a elektromobilu.

Tvrzení jako takové je dokonce hluboce naskládané, protože roční spotřeba takové domácnosti je dodavateli elektřiny udávána v průměru kolem 5 ... 7 kW ročně.

Pouze skutečnost, že uskladněnou, a tedy dostupnou energii je třeba také doplňovat, může tomuto pozitivnímu předpokladu zavařit: v zimě slunce přirozeně svítí jen zlomek letního času, což znamená, že výnos se ani zdaleka neblíží spotřebě.

O něco větší přehlednost poskytuje experimentování s různými parametry ve výše zmíněném nástroji PVGIS, který na příkladu předpokládané lokality ukazuje vliv změny různých parametrů.

Příklady konfigurací a jejich výsledky

Geomístem pro všechny následující příklady je Düsseldorf-Volmerswerth se souřadnicemi (WGS84) 51.188 (N), 6.749 (E).

Používání mobilních zařízení

Vzhledem k omezenému prostoru pro fotovoltaické moduly se předpokládá použití dvou modulů o výkonu 575 Wp. Kapacita baterie slouží jako proměnná, která s rostoucí velikostí umožňuje delší období nízkého slunečního záření, ale také vyžaduje delší období slunečního svitu k dokončení úplného nabíjecího cyklu.

Trvalá minimální možná spotřeba je považována za konstantní hodnotu, která musí být uvedena. Podklad: Každý spotřebič, který MUSÍ být vždy spolehlivě zásobován dostatečným množstvím energie (např. také zdravotnické přístroje, jako jsou perfuzory, ventilace atd.), stejně jako osvětlení, směrovače a další spotřebiče se sečtou a výsledek se definuje jako minimální hodnota, která je vždy a za všech podmínek spolehlivě k dispozici.

Stacionární použití

Plocha modulu i kapacita baterie jsou zde považovány za proměnné, pouze spotřeba je považována za statickou.

Jako hrubé vodítko může sloužit minimální a maximální denní spotřeba stanovená na základě denních odečtů měřičů v zimních měsících. V případě minimální spotřeby by měl být zajištěn provoz spotřebičů, které se používají trvale nebo častěji během dne, zatímco spotřebiče zvláště náročné na spotřebu energie se provozují s opatrností. Tím se ušetří finanční prostředky při návrhu akumulace.

Maximální scénář umožňuje provoz všech zařízení v obvyklém rozsahu, bez jakýchkoli omezení. To by bylo myslitelné jako volitelný cíl, i když s použitím většího kapitálu.

Co kdyby...?

Simulace - používání mobilních zařízení

Za předpokladu rovné instalace fotovoltaických modulů (úhel sklonu 0°) jsou výsledkem následující údaje:

500 Wh garantovaný výtěžek v zimních měsících s výkonem 1 150 Wp a kapacitou baterie 1 120 Ah, což odpovídá 14 336 Wh, při maximálním vybití 85 %.

Při denním odběru větším než 500 Wh hrozí, že se baterie zcela vybijí, protože denní sluneční záření již nestačí pokrýt nabíjení.

Zvýšení kapacity na 850 Wh je možné pouze při čtyřnásobně(!) vyšší kapacitě baterie a vede k vybití až na 71 %.

Simulace - stacionární použití

Ve stacionární poloze je úhel sklonu optimalizován v poloze orientované na jih: to vede ke zvýšení výtěžnosti až o 50 %. Standardní úhel sklonu je 35°. Protože v zimě je slunce níže, strmější úhel 39° přináší vyšší výnos v zimních měsících. Strmější úhel naopak vede ke snížení výnosu.

Při úhlu sklonu 39° je možná denní spotřeba 750 Wh při jinak stejných údajích.

Pro srovnání Österby - Gotlands län, Švédsko (51 188, 6 749) - zde pouze úhel sklonu 69° vede k možnému dennímu odběru 500 Wh při 85procentním odběru.
Snížení úhlu sklonu na 39° naopak vede ke snížení výtěžnosti na pouhých 10 %.
V oblastech s velkým množstvím sněhu má strmější poloha smysl jednoduše proto, že snižuje hromadění sněhu na modulech.