Ηλιακή απόδοση έναντι χωρητικότητας μπαταρίας

Χρόνος διαβασματός 4 λεπτά

Πόση ηλιακή απόδοση χρειάζεστε με ποια χωρητικότητα μπαταρίας για να καλύψετε τις ανάγκες σας; Αυτό το ερώτημα τίθεται για κάποιους που είτε θέλουν απλώς να επιτύχουν αυτάρκεια στο τροχόσπιτο τους είτε θέλουν να στήσουν ένα νησιωτικό σύστημα για να είναι ανεξάρτητοι από το, ενδεχομένως ανύπαρκτο, δημόσιο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας σε απομακρυσμένες περιοχές.

Τώρα μπορείτε φυσικά να σχεδιάσετε πολλή χωρητικότητα μπαταρίας, αλλά ο χώρος είναι στο έπακρο, ειδικά σε σενάρια χρήσης κινητής τηλεφωνίας, και η πιθανή έξοδος της μονάδας φωτοβολταϊκού περιορίζεται σε περίπου 1.200 .. 1.725 Wp, υποθέτοντας 2 .. 3 μονάδες με 575 Wp. Και το βάρος ως προς τον αριθμό των μπαταριών είναι -δυστυχώς- δεν πρέπει να παραμεληθεί, εκτός αν έχετε όχημα με επιτρεπόμενο συνολικό βάρος άνω των 7,5 τόνων και την απαραίτητη άδεια οδήγησης.

Από αυτή την άποψη, είναι σημαντικό να ελαχιστοποιήσετε την κατανάλωση εάν θέλετε πραγματικά να μπορείτε να λειτουργείτε ανεξάρτητα. Αλλά πόσο καιρό λάμπει ο ήλιος τις διάφορες ώρες της ημέρας και του μήνα στις διάφορες γεωγραφικές τοποθεσίες και ποιες αποδόσεις προκύπτουν από τη στατιστικά μέση διάρκεια της ηλιοφάνειας; Μπορείτε να επαναφορτίσετε τις μπαταρίες ανά πάσα στιγμή;

Τεχνολογία υψηλής τάσης έναντι χαμηλής τάσης

Οι μπαταρίες 12 V είναι γενικά γνωστές. 24 V είναι εγκατεστημένα σε φορτηγά. 48V μπορεί να βρεθεί σε RV, σκάφη και γιοτ. Όλες αυτές είναι τεχνολογίες χαμηλής τάσης.

Τα συστήματα υψηλής τάσης λειτουργούν με τάσεις πάνω από 60 V DC, αλλά συνήθως μεταξύ 100 και 200 V DC(!).

Γιατί αυτές οι διαφορές; Αυτό εξηγείται γρήγορα όταν κοιτάξετε τα ρεύματα που ρέουν: Με λειτουργία μετατροπέα και ονομαστική έξοδο AC 5.000 VA, οι μπαταρίες 12 V θα παράγουν εντυπωσιακά 400 A, που είναι 62 mm² παχύ, επομένως απαιτείται βαρύ καλώδιο, όταν χρησιμοποιείτε μπαταρίες 48 V και 104 A μόνο 4 mm², στα 200 V το αποτέλεσμα είναι 25 A με διατομή καλωδίου μόλις 0,25 mm².

Ωστόσο, τα σχετικά λεπτά καλώδια δεν πρέπει να οδηγούν σε απροσεξία όταν αντιμετωπίζουμε υψηλές τάσεις συνεχούς ρεύματος: όλα τα συστήματα που μπορούν να φέρουν τάσεις συνεχούς ρεύματος μεγαλύτερες από 60 V πρέπει - ΜΟΝΟ - να εγκατασταθούν και να συντηρούνται από εκπαιδευμένο εξειδικευμένο προσωπικό!

Τα δεδομένα του μετατροπέα που θα χρησιμοποιηθούν στην πλευρά εισόδου καθορίζουν τη διαμόρφωση της μπαταρίας. Όσο μεγαλύτερη είναι η τάση εισόδου, π.χ. 48 V αντί για 12 V, τόσο χαμηλότερη είναι η τιμή.

Ένας μετατροπέας 24 V DC με 5 kVA κοστίζει 1.500 ευρώ, η έκδοση 48 V κοστίζει περίπου 700 ευρώ.

Σε μια έκδοση υψηλής τάσης, ένας τριφασικός μετατροπέας 5 kW με είσοδο 150 V DC κοστίζει περίπου 1.200 ευρώ και ένας 8 kW με 180 V DC κοστίζει περίπου 1.400 ευρώ.

Η έκδοση υψηλής τάσης είναι σίγουρα πιο οικονομική για σταθερή χρήση.

Σχετικότητα φόρτισης στη χρήση κινητού

Τώρα ένα τροχόσπιτο όχι μόνο θα στέκεται, αλλά και θα οδηγεί. Αυτό σημαίνει ότι οι μπαταρίες φορτίζονται με ηλεκτρική ενέργεια από τον εναλλάκτη μέσω του ενισχυτή φόρτισης. Φυσικά, αυτό είναι δύσκολο να ενσωματωθεί σε έναν υπολογισμό, καθώς οι χρόνοι ταξιδιού είναι δύσκολο να προσδιοριστούν στατιστικά και επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον υπολογισμό. Όμως, καλό είναι να γνωρίζουμε ότι...

Κάθε τόσο θα έχετε επίσης την ευκαιρία να χρησιμοποιήσετε μια σύνδεση ρεύματος στην ξηρά και να φορτίσετε τις μπαταρίες.

Υπολογίσιμη σταθερότητα στο ακίνητο πεδίο

Υπολογίσιμο στο βαθμό που έχουν συλλεχθεί πλέον επαρκή στατιστικά δεδομένα παγκοσμίως, τα οποία, λαμβάνοντας υπόψη όλους τους σχετικούς παράγοντες, παρέχουν πληροφορίες για τις αναμενόμενες ηλιακές αποδόσεις.

Η εμπειρία έχει δείξει ότι η θεωρία και η πράξη διαφέρουν παρά όλα τα στατιστικά στοιχεία, αλλά είναι χρήσιμο να πάρετε μια ιδέα για το πού βρίσκεστε στον προγραμματισμό σας εάν έχετε χώρο x και χωρητικότητα μπαταρίας y στη θέση z.

Το διεθνές διαδικτυακό εργαλείο βοηθά εδώ PVGIS ( ΠhotoVoltaic σοληογραφική εγώπληροφορίες μικρόσύστημα) που χρησιμοποιείται από το Ευρωπαϊκή Επιτροπή, Joint Research Center, Energy Efficiency and Renewable Unit, via E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

Ο απόδειξη με έγγραφα Το διαδικτυακό εργαλείο, το οποίο είναι επίσης διαισθητικό στη χρήση, είναι πολύ περιεκτικό και καλύπτει όλες τις ερωτήσεις, ακόμη και σε επίπεδο κατανόησης και ονοματολογίας.

Υποθέσεις κατασκευαστή

Οι κατασκευαστές μπαταριών ή συστημάτων μπαταριών θέλουν να παρουσιάζουν τα συστήματά τους με πλεονεκτικό τρόπο και επομένως παρέχουν στα ενδιαφερόμενα μέρη κατά προσέγγιση συγκριτικά δεδομένα που τους δίνουν μια ιδέα για τη χωρητικότητα αποθήκευσης. Για παράδειγμα, η αντίστοιχη δήλωση: Η μονάδα αποθήκευσης 10 kW είναι κατάλληλη για νοικοκυριό τεσσάρων ατόμων, συμπεριλαμβανομένης της λειτουργίας μιας αντλίας θερμότητας και ενός ηλεκτρικού οχήματος.

Η δήλωση αυτή καθαυτή είναι ακόμη και βαθιά, καθώς η ετήσια κατανάλωση ενός τέτοιου νοικοκυριού δίνεται από τον προμηθευτή ηλεκτρικής ενέργειας ως μέσο όρο γύρω στα 5...7 kW ετησίως.

Το μόνο πράγμα που μπορεί να υπονομεύσει αυτή τη θετική υπόθεση είναι το γεγονός ότι η αποθηκευμένη και επομένως διαθέσιμη ενέργεια πρέπει να αναπληρωθεί: ο ήλιος φυσικά λάμπει μόνο ένα κλάσμα της θερινής ώρας το χειμώνα, επομένως η απόδοση απέχει πολύ από το να είναι σύμφωνη με την κατανάλωση.

Ο πειραματισμός με διαφορετικές παραμέτρους στο προαναφερθέν εργαλείο PVGIS παρέχει λίγη περισσότερη σαφήνεια, καθώς το ακόλουθο παράδειγμα δείχνει την επίδραση της αλλαγής διαφορετικών παραμέτρων για μια υποτιθέμενη τοποθεσία.

Παραδείγματα διαμορφώσεων και τα αποτελέσματά τους

Düsseldorf-Volmerswerth με τις συντεταγμένες (WGS84) 51.188 (N), 6.749 (E) θεωρείται ως ο γεωεντοπισμός για όλα τα ακόλουθα παραδείγματα.

Χρήση κινητού

Λόγω του περιορισμένου διαθέσιμου χώρου για τις φωτοβολταϊκές μονάδες, θεωρείται η χρήση δύο μονάδων 575 Wp. Η χωρητικότητα της μπαταρίας χρησιμεύει ως μεταβλητή, η οποία επιτρέπει μεγαλύτερες περιόδους λιγότερου ηλιακού φωτός καθώς αυξάνεται το μέγεθος, αλλά από την άλλη πλευρά απαιτεί και μεγαλύτερες περιόδους ηλιοφάνειας για να ολοκληρωθεί ένας πλήρης κύκλος φόρτισης.

Η – μόνιμη – ελάχιστη δυνατή κατανάλωση θεωρείται σταθερή και αναγκαστικά δεδομένη. Ιστορικό: κάθε καταναλωτής που ΠΡΕΠΕΙ πάντα να τροφοδοτείται αξιόπιστα με επαρκή ισχύ (π.χ. επίσης ιατρικές συσκευές όπως διαχυτήρες, αερισμός κ.λπ.), καθώς και φωτισμός, δρομολογητές και άλλοι καταναλωτές προστίθενται μαζί, με αποτέλεσμα το ελάχιστο μέγεθος που είναι αξιόπιστο διαθέσιμο ανά πάσα στιγμή και κάτω από όλες τις καθορισμένες συνθήκες.

Στατική χρήση

Εδώ τόσο η περιοχή της μονάδας όσο και η χωρητικότητα της μπαταρίας θεωρούνται μεταβλητές, μόνο η κατανάλωση θεωρείται στατική.

Η ελάχιστη-μέγιστη ημερήσια κατανάλωση που καθορίζεται από τις ημερήσιες ενδείξεις του μετρητή κατά τους χειμερινούς μήνες μπορεί να χρησιμεύσει ως μια πρόχειρη οδηγία. Στο ελάχιστο σενάριο, η λειτουργία συσκευών που χρησιμοποιούνται μόνιμα και συχνότερα κατά τη διάρκεια της ημέρας θα πρέπει να είναι εγγυημένη, από την άλλη πλευρά, οι συσκευές που απαιτούν ενέργεια. Αυτό εξοικονομεί οικονομικούς πόρους στη σχεδίαση μνήμης.

Το μέγιστο σενάριο επιτρέπει σε όλες τις συσκευές να λειτουργούν στη συνήθη έκταση, χωρίς κανέναν περιορισμό. Αυτό θα μπορούσε να θεωρηθεί ως προαιρετικός στόχος, αν και με τη χρήση μεγαλύτερου κεφαλαίου.

Τι κι αν…;

Προσομοίωση – χρήση κινητού

Με βάση την επίπεδη εγκατάσταση των φωτοβολταϊκών μονάδων (γωνία κλίσης 0°), προκύπτουν τα ακόλουθα δεδομένα:

Εγγυημένη απόδοση 500 Wh τους χειμερινούς μήνες στα 1.150 Wp και χωρητικότητα μπαταρίας 1.120 Ah, που ισοδυναμεί με 14.336 Wh, με μέγιστη εκφόρτιση 85 %.

Εάν χρησιμοποιείτε περισσότερες από 500 Wh την ημέρα, διατρέχετε τον κίνδυνο να αποφορτιστούν πλήρως οι μπαταρίες, επειδή το καθημερινό ηλιακό φως δεν επαρκεί πλέον για να παρέχει επαρκή φόρτιση.

Η αύξηση της ισχύος στα 850 Wh είναι δυνατή μόνο με τετραπλάσια (!) μεγαλύτερη χωρητικότητα μπαταρίας και έχει ως αποτέλεσμα αποφόρτιση έως και 71 τοις εκατό.

Προσομοίωση – σταθερή χρήση

Όταν είναι ακίνητο, η γωνία κλίσης θα βελτιστοποιηθεί σε νότιο προσανατολισμό: το αποτέλεσμα θα είναι αύξηση της απόδοσης έως και 50 %. Μια γωνία κλίσης 35° θεωρείται τυπική. Δεδομένου ότι ο ήλιος είναι χαμηλότερος το χειμώνα, μια πιο απότομη γωνία 39° παράγει υψηλότερες αποδόσεις τους χειμερινούς μήνες. Οι πιο απότομες γωνίες, από την άλλη πλευρά, έχουν ως αποτέλεσμα τη μείωση της απόδοσης.

Η ημερήσια εξαγωγή 750 Wh είναι δυνατή σε γωνία κλίσης 39°, με κατά τα άλλα πανομοιότυπα δεδομένα.

Για σύγκριση Österby - Gotland County, Σουηδία (51.188, 6.749) - εδώ μόνο μια γωνία κλίσης 69° έχει ως αποτέλεσμα μια πιθανή ημερήσια εξαγωγή 500 Wh με εκφόρτιση 85 τοις εκατό.
Ωστόσο, η μείωση της γωνίας κλίσης στις 39° έχει ως αποτέλεσμα μειωμένη απόδοση μόνο 10 %.
Σε περιοχές με πολύ χιόνι, μια πιο απότομη θέση έχει νόημα απλώς και μόνο επειδή μειώνει τη συσσώρευση χιονιού στις μονάδες.