Soludbytte vs. batterikapacitet

Læsetid 4 minutter

Hvor meget solenergi har du brug for med hvilken batterikapacitet for at dække dine behov? Dette spørgsmål opstår for nogle mennesker, som enten bare vil være selvforsynende i deres autocamper, eller som vil etablere et off-grid-system for at være uafhængig af det (muligvis ikke-eksisterende) offentlige elnet i fjerntliggende områder.

Nu kan du selvfølgelig planlægge en massiv batterikapacitet, men plads er en mangelvare, især i det mobile applikationsscenarie, og det mulige PV-moduloutput er begrænset til omkring 1.200 ... 1.725 Wp, hvis man antager 2 ... 3 moduler med 575 Wp. Og vægten i forhold til antallet af batterier er - desværre - heller ikke ubetydelig, medmindre man har et køretøj med en totalvægt på over 7,5 ton og det nødvendige kørekort.

I den forbindelse er det derfor vigtigt at minimere forbruget, hvis man virkelig vil være selvforsynende. Men hvor længe skinner solen på forskellige tidspunkter af dagen og måneden, på forskellige geografiske steder, og hvilket udbytte giver den statistisk gennemsnitlige solskinsvarighed? Kan batterierne genoplades når som helst?

Højspændings- vs. lavspændingsteknologi

12 V-batterier er almindeligt kendte. 24 V er installeret i lastbiler. 48 V findes i autocampere, på både og yachter. Det er alle lavspændingsteknologier.

Højspændingssystemer arbejder med spændinger over 60 V DC, men normalt mellem 100 og 200 V DC(!).

Hvorfor disse forskelle? Det bliver hurtigt klart, når man ser på de strømme, der løber: Med inverterdrift og 5.000 VA nominel vekselstrøm vil 12 V-batterier trække hele 400 A, hvilket er 62 mm² tykt og derfor tungt kabel påkrævet, kun 4 mm ved brug af 48 V batterier og 104 A²Ved 200 V giver det stadig 25 A med et kabeltværsnit på kun 0,25 mm.².

De forholdsvis tynde kabler må dog ikke føre til skødesløshed, når det drejer sig om høje jævnstrømsspændinger: Alle systemer, der fører jævnstrømsspændinger på mere end 60 V, skal - UDELUKKENDE - installeres og vedligeholdes af uddannede specialister!

Dataene for den inverter, der skal bruges på indgangssiden, bestemmer derfor batterikonfigurationen. Jo højere indgangsspænding, f.eks. 48 V i stedet for 12 V, jo lavere er prisen.

En 24 V DC-inverter med 5 kVA koster 1.500 euro, 48 V-versionen omkring 700 euro.

I højspændingsversionen koster en trefaset 5 kW inverter med 150 V DC-indgang ca. 1.200 EUR, mens en 8 kW inverter med 180 V DC koster ca. 1.400 EUR.

Højspændingsversionen er derfor klart mere økonomisk til stationær brug.

Relativ opladning ved mobil brug

Nu er en autocamper ikke kun parkeret, men også kørende. Det betyder, at batterierne oplades med strøm fra generatoren via opladningsforstærkeren. Det er selvfølgelig svært at integrere i en beregning, da køretiderne næppe kan registreres statistisk og derfor ikke kan indgå i beregningen. Men det er godt at vide, at ...

Du vil også have mulighed for at bruge en landstrømsforbindelse fra tid til anden til at oplade batterierne.

Beregnelig konsistens i det stationære felt

Det kan beregnes, da der nu findes tilstrækkelige statistiske data på verdensplan, som under hensyntagen til alle relevante faktorer giver oplysninger om forventede soludbytter.

Erfaringen viser, at der er forskel på teori og praksis på trods af alle statistikkerne, men det er nyttigt at få en idé om, hvor man er i sin planlægning, hvis man har plads x og batterikapacitet y på sted z.

Det er her, det internationale online-værktøj PVGIS ( PhotoVoltaic Geografisk Information System), som blev udviklet af Den Europæiske KommissionJoint Research Centre, Energy Efficiency and Renewables Unit, via E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

Den Dokumentation af onlineværktøjet, som også er intuitivt at bruge, er meget omfattende og dækker alle spørgsmål, inklusive dem, der vedrører forståelse og nomenklatur.

Producentens antagelser

Producenter af batterier eller batterisystemer ønsker at præsentere deres systemer på en god måde og giver derfor potentielle kunder omtrentlige sammenligningsdata for at give dem en idé om lagringskapaciteten. For eksempel udsagnet: "Vores 10 kW lagermodul er velegnet til en husstand på fire personer, inklusive drift af en varmepumpe og en elbil.

Udsagnet som sådan er endda dybt forvrænget, fordi det årlige forbrug for en sådan husstand angives af elleverandørerne som et gennemsnit på omkring 5 ... 7 kW om året.

Kun det faktum, at den lagrede og dermed tilgængelige energi også skal genopfyldes, kan sætte en kæp i hjulet på denne positive antagelse: Solen skinner naturligvis kun i en brøkdel af sommertiden om vinteren, hvilket betyder, at udbyttet ikke er i nærheden af forbruget.

Det giver lidt mere klarhed at eksperimentere med forskellige parametre i det ovennævnte PVGIS-værktøj, som viser indflydelsen af at ændre forskellige parametre for en antaget placering som eksempel.

Eksempler på konfigurationer og deres resultater

Den geografiske placering for alle de følgende eksempler er Düsseldorf-Volmerswerth med koordinaterne (WGS84) 51.188 (N), 6.749 (E).

Mobil brug

På grund af den begrænsede plads, der er til rådighed til solcellemoduler, antages det, at der bruges to 575 Wp-moduler. Batterikapaciteten fungerer som en variabel, der tillader længere perioder med lav solindstråling med stigende størrelse, men som også kræver længere perioder med solskin for at gennemføre en fuld opladningscyklus.

Det - permanente - mindste mulige forbrug betragtes som en konstant værdi, der skal angives. Baggrund: Alle forbrugere, der altid SKAL forsynes pålideligt med tilstrækkelig strøm (f.eks. også medicinsk udstyr som perfusorer, ventilation osv.), samt belysning, routere og andre forbrugere lægges sammen, og resultatet defineres som den minimumsværdi, der er pålideligt tilgængelig til enhver tid og under alle forhold.

Stationær brug

Her betragtes både modulareal og batterikapacitet som variable, kun forbruget ses som statisk.

Det daglige minimums- og maksimumsforbrug, der bestemmes af daglige måleraflæsninger i vintermånederne, kan tjene som en grov vejledning. I minimumsscenariet bør driften af apparater, der bruges permanent eller hyppigere i løbet af dagen, garanteres, mens særligt strømkrævende apparater drives med forsigtighed. Dette sparer økonomiske ressourcer i lagringsdesignet.

Det maksimale scenarie muliggør drift af alle enheder i det sædvanlige omfang uden nogen begrænsninger. Dette kunne tænkes som et valgfrit mål, omend med brug af større kapital.

Hvad nu hvis ...?

Simulering - mobil brug

Hvis man antager en flad installation af solcellemodulerne (hældningsvinkel 0°), får man følgende data:

500 Wh garanteret udbytte i vintermånederne med 1.150 Wp og en batterikapacitet på 1.120 Ah, svarende til 14.336 Wh, med en maksimal afladning på 85 %.

Ved daglige udtag på mere end 500 Wh er der risiko for, at batterierne bliver helt afladet, da den daglige solindstråling ikke længere er tilstrækkelig til at dække opladningen.

En stigning til 850 Wh er kun mulig med en fire gange(!) højere batterikapacitet og resulterer i en afladning på op til 71 procent.

Simulering - stationær brug

I en stationær position er hældningsvinklen optimeret i en sydvendt position: Dette resulterer i en stigning i udbyttet på op til 50 %. Standardhældningsvinklen er 35°. Da solen står lavere om vinteren, giver en stejlere vinkel på 39° et højere udbytte i vintermånederne. Stejlere vinkler resulterer på den anden side i en reduktion af udbyttet.

750 Wh dagligt forbrug er muligt ved en hældningsvinkel på 39°, med ellers identiske data.

Til sammenligning Österby - Gotlands län, Sverige (51.188, 6.749) - her resulterer kun en hældningsvinkel på 69° i en mulig daglig udledning på 500 Wh med en udledning på 85 procent.
Hvis man derimod reducerer hældningsvinklen til 39°, resulterer det i et reduceret udbytte på kun 10 %.
I områder med store snemængder giver en stejlere position mening, simpelthen fordi det reducerer ophobningen af sne på modulerne.