Aurinkoenergian tuotto vs. akun kapasiteetti

Lukuaika 4 minuuttia

Kuinka paljon aurinkoenergiaa tarvitset ja minkälaista akkukapasiteettia tarvitset tarpeidesi kattamiseksi? Tämä kysymys nousee esiin joillakin ihmisillä, jotka joko haluavat yksinkertaisesti olla omavaraisia matkailuautossaan tai jotka haluavat perustaa erillisen järjestelmän ollakseen riippumattomia (mahdollisesti olemattomasta) julkisesta sähköverkosta syrjäisillä alueilla.

Nyt voit tietysti suunnitella massiivisen akkukapasiteetin, mutta tilaa on niukasti, erityisesti mobiilisovelluksissa, ja mahdollinen aurinkosähkömoduulin teho on rajoitettu noin 1 200 ... 1 725 Wp, jos oletetaan 2 ... 3 moduulia, joiden teho on 575 Wp. Myöskään akkujen määrästä johtuva paino ei valitettavasti ole vähäpätöinen, ellei käytössä ole ajoneuvoa, jonka kokonaispaino on yli 7,5 tonnia ja jolla on tarvittava ajokortti.

Tässä suhteessa on siis tärkeää minimoida kulutus, jos todella haluat olla omavarainen. Mutta kuinka kauan aurinko paistaa eri vuorokaudenaikoina ja eri kuukausina eri maantieteellisillä alueilla ja millainen tuotto saadaan tilastollisesti keskimääräisestä auringonpaisteen kestosta? Voidaanko akut ladata milloin tahansa?

Suurjännite- vs. pienjännitetekniikka

12 V:n akut ovat yleisesti tunnettuja. Kuorma-autoihin asennetaan 24 V:n akkuja. 48 V:n akkuja on matkailuautoissa, veneissä ja jahdeissa. Nämä kaikki ovat pienjännitetekniikkaa.

Suurjännitejärjestelmät toimivat yli 60 V DC:n jännitteillä, mutta yleensä 100-200 V DC(!) välillä.

Miksi nämä erot? Tämä selviää nopeasti, kun tarkastellaan virtauksia: Invertterikäytössä ja 5 000 VA:n nimellisellä vaihtovirtavirralla 12 V:n akut vetävät peräti 400 A:n virran, mikä on 62 mm.² paksu ja siksi raskas kaapeli, vain 4 mm, kun käytetään 48 V:n akkuja ja 104 A:n akkua.²200 V:n jännitteellä tämä johtaa edelleen 25 A:iin, kun kaapelin poikkileikkaus on vain 0,25 mm.².

Verrattain ohuet kaapelit eivät kuitenkaan saa johtaa huolimattomuuteen suurten tasajännitteiden kanssa: kaikki järjestelmät, jotka kuljettavat yli 60 V:n tasajännitteitä, on AINOASTAAN asennettava ja huollettava koulutettujen asiantuntijoiden toimesta!

Tulopuolella käytettävän vaihtosuuntaajan tiedot määräävät siis akun kokoonpanon. Mitä korkeampi tulojännite on, esim. 48 V 12 V:n sijaan, sitä alhaisempi hinta.

5 kVA:n 24 V:n tasavirtasuuntaaja maksaa 1 500 euroa, 48 V:n versio noin 700 euroa.

Suurjänniteversiossa 5 kW:n kolmivaiheinen invertteri, jonka syöttöjännite on 150 V DC, maksaa noin 1 200 euroa ja 8 kW:n invertteri, jonka syöttöjännite on 180 V DC, noin 1 400 euroa.

Korkeajänniteversio on siis ehdottomasti taloudellisempi kiinteässä käytössä.

Latauksen suhteellisuus mobiilikäytössä

Nyt matkailuautoa ei vain pysäköidä, vaan sillä myös ajetaan. Tämä tarkoittaa, että akut ladataan sähköllä generaattorista lataustehostimen kautta. Tätä on tietysti vaikea sisällyttää laskelmaan, koska ajoaikoja tuskin pystytään tilastoimaan, eikä niitä näin ollen voida sisällyttää laskelmaan. On kuitenkin hyvä tietää, että ...

Sinulla on myös mahdollisuus käyttää ajoittain maavirtaliitäntää akkujen lataamiseen.

Laskettavissa oleva johdonmukaisuus paikallaan olevassa kentässä

Laskettavissa sikäli, että nykyisin on saatavilla maailmanlaajuisesti riittävästi tilastotietoja, jotka, kun otetaan huomioon kaikki asiaankuuluvat tekijät, antavat tietoa odotettavissa olevista aurinkoenergian tuotoista.

Kokemus on osoittanut, että teoria ja käytäntö eroavat toisistaan kaikista tilastoista huolimatta, mutta on hyödyllistä saada käsitys siitä, missä vaiheessa suunnittelua olet, jos sinulla on tilaa x ja akkukapasiteettia y sijainnissa z. Tämä on hyvä tapa saada käsitys siitä, missä vaiheessa suunnittelua olet.

Tässä kohtaa kansainvälinen online-työkalu PVGIS ( PhotoVoltaic Geografinen Informaatio System), jonka on kehittänyt Euroopan komissioYhteinen tutkimuskeskus, energiatehokkuus ja uusiutuvat energialähteet -yksikkö, via E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

The Dokumentaatio Verkkotyökalu, jota on myös intuitiivinen käyttää, on hyvin kattava ja kattaa kaikki kysymykset, myös ymmärtämiseen ja nimikkeistöön liittyvät kysymykset.

Valmistajan oletukset

Akkujen tai akkujärjestelmien valmistajat haluavat esitellä järjestelmiään edullisesti ja siksi ne antavat mahdollisille asiakkaille likimääräisiä vertailutietoja, joiden avulla he saavat käsityksen varastointikapasiteetista. Esimerkiksi seuraava lausunto: "10 kW:n varastomoduulimme soveltuu neljän hengen kotitaloudelle, mukaan lukien lämpöpumpun ja sähköauton käyttö.

Väite sinänsä on jopa syvästi pinottu, koska sähköntoimittajat ilmoittavat tällaisen kotitalouden vuosikulutuksen olevan keskimäärin noin 5 ... 7 kW vuodessa.

Vain se, että varastoitua ja siten käytettävissä olevaa energiaa on myös täydennettävä, saattaa tehdä tämän myönteisen oletuksen tyhjäksi: aurinko paistaa talvella luonnollisesti vain murto-osan kesäajasta, mikä tarkoittaa, että tuotto ei ole lähelläkään kulutuksen tasoa.

Eri parametrien kokeileminen edellä mainitussa PVGIS-työkalussa, joka näyttää esimerkkinä eri parametrien muuttamisen vaikutuksen oletettuun sijaintiin, tuo hieman lisää selkeyttä.

Esimerkkikokoonpanot ja niiden tulokset

Kaikkien seuraavien esimerkkien maantieteellinen sijainti on Düsseldorf-Volmerswerth, jonka koordinaatit (WGS84) ovat 51,188 (N), 6,749 (E).

Mobiilikäyttö

Koska aurinkosähkömoduuleille on käytettävissä rajallinen tila, oletetaan, että käytetään kahta 575 Wp:n moduulia. Akun kapasiteetti toimii muuttujana, joka sallii pidemmät jaksot alhaisen auringonsäteilyn kanssa, kun koko kasvaa, mutta vaatii myös pidempiä auringonpaistejaksoja täyden lataussyklin suorittamiseksi.

Pysyvää vähimmäiskulutusta pidetään vakioarvona, joka on annettava. Tausta: kaikki kuluttajat, joille on aina luotettavasti saatava riittävästi virtaa (esim. myös lääkinnälliset laitteet, kuten perfuusorit, ilmanvaihto jne.), sekä valaistus, reitittimet ja muut kuluttajat lasketaan yhteen, ja tulos määritellään vähimmäisarvoksi, joka on luotettavasti käytettävissä kaikkina aikoina ja kaikissa olosuhteissa.

Paikallinen käyttö

Tässä yhteydessä sekä moduulin pinta-alaa että akun kapasiteettia pidetään muuttujina, ainoastaan kulutus on staattinen.

Talvikuukausien päivittäisten mittarilukemien perusteella määritetty päivittäinen vähimmäis- ja enimmäiskulutus voi toimia karkeana ohjeena. Vähimmäistilanteessa sellaisten laitteiden toiminta, joita käytetään jatkuvasti tai useammin päivän aikana, olisi taattava, kun taas erityisen paljon virtaa kuluttavia laitteita käytetään varoen. Näin säästetään taloudellisia resursseja varaston suunnittelussa.

Maksimiskenaario mahdollistaa kaikkien laitteiden käytön tavanomaisessa laajuudessa ilman rajoituksia. Tämä olisi ajateltavissa valinnaisena tavoitteena, vaikkakin suurempaa pääomaa käyttäen.

Mitä jos ...?

Simulointi - Mobiilikäyttö

Jos oletetaan, että aurinkosähkömoduulit on asennettu tasaisesti (kallistuskulma 0°), saadaan seuraavat tiedot:

500 Wh:n taattu tuotto talvikuukausina 1 150 Wp:llä ja akun kapasiteetti 1 120 Ah, mikä vastaa 14 336 Wh:ta, kun maksimipurkaus on 85 %.

Kun päivittäinen nostonopeus on yli 500 Wh, on olemassa vaara, että akut tyhjenevät kokonaan, koska päivittäinen auringon säteily ei enää riitä kattamaan latausta.

Akkujen kapasiteetin nostaminen 850 Wh:iin on mahdollista vain nelinkertaisella(!) akkukapasiteetilla, ja se johtaa jopa 71 prosentin purkautumiseen.

Simulointi - Paikallinen käyttö

Pysyvässä asennossa kallistuskulma on optimoitu etelään päin: tämä johtaa jopa 50 %:n lisäykseen tuotossa. Vakiokallistuskulma on 35°. Koska aurinko on talvella matalammalla, jyrkempi 39°:n kulma tuottaa suuremman tuoton talvikuukausina. Jyrkemmät kulmat taas johtavat sadon vähenemiseen.

750 Wh:n päivittäinen kulutus on mahdollista 39°:n kaltevuuskulmalla, kun tiedot ovat muuten samat.

Vertailun vuoksi mainittakoon Österby - Gotlands län, Ruotsi (51,188, 6,749) - tässä tapauksessa vain 69°:n kaltevuuskulma johtaa 500 Wh:n mahdolliseen päivittäiseen purkautumiseen 85 prosentin purkautumisasteella.
Kallistuskulman pienentäminen 39°:iin johtaa sitä vastoin vain 10 %:n pienempään saantoon.
Alueilla, joilla on paljon lunta, jyrkempi asento on järkevä jo pelkästään siksi, että se vähentää lumen kerääntymistä moduuleihin.