Napenergia hozam vs. akkumulátor kapacitás

Olvasási idő 4 percek

Mennyi napenergiára van szüksége, milyen akkumulátor-kapacitással, hogy fedezze az igényeit? Ez a kérdés egyeseknél merül fel, akik vagy egyszerűen csak önellátóak szeretnének lenni lakóautójukban, vagy pedig egy off-grid rendszert szeretnének létrehozni, hogy függetlenek legyenek a (esetleg nem létező) közüzemi elektromos hálózattól a távoli területeken.

Most természetesen hatalmas akkumulátorkapacitással tervezhet, de a hely szűkös, különösen a mobil alkalmazások forgatókönyvében, és a lehetséges PV-modulok teljesítménye körülbelül 1200 ... 1,725 Wp, 2 ... 3 modul 575 Wp teljesítményű. És az akkumulátorok számát tekintve a súly sem elhanyagolható, sajnos, hacsak nem rendelkezik 7,5 tonna feletti össztömegű járművel és a szükséges jogosítvánnyal.

Ebben a tekintetben tehát fontos, hogy minimalizáljuk a fogyasztást, ha valóban önellátóak akarunk lenni. De meddig süt a nap a különböző napszakokban és hónapokban, a különböző földrajzi helyeken, és milyen hozamokat eredményez a napsütés statisztikailag átlagos időtartama? Az akkumulátorok bármikor feltölthetők?

Nagyfeszültségű vs. kisfeszültségű technológia

A 12 V-os akkumulátorok általában ismertek. A 24 V-osakat teherautókba szerelik. A 48 V-osok lakóautókban, hajókon és jachtokon találhatók. Ezek mind kisfeszültségű technológiák.

A nagyfeszültségű rendszerek 60 V DC feletti feszültséggel működnek, de általában 100 és 200 V DC(!) között.

Miért ezek a különbségek? Ez gyorsan világossá válik, ha figyelembe vesszük az áramlásokat: Inverteres működés és 5000 VA névleges váltakozóáramú teljesítmény esetén a 12 V-os akkumulátorok 400 A-t vonzanak, ami 62 mm² vastag és ezért nehéz kábelre van szükség, 48 V-os akkumulátorok és 104 A használatakor csak 4 mm-re²200 V-on ez még mindig 25 A-t eredményez, mindössze 0,25 mm-es kábelkeresztmetszet mellett.².

A viszonylag vékony kábelek azonban nem vezethetnek gondatlanságra a nagy egyenfeszültségek kezelése során: minden olyan rendszert, amely 60 V-nál nagyobb egyenfeszültséget vezet, KIZÁRÓLAG képzett szakembereknek kell telepíteniük és karbantartaniuk!

A bemeneti oldalon használandó inverter adatai tehát meghatározzák az akkumulátor konfigurációját. Minél magasabb a bemeneti feszültség, pl. 12 V helyett 48 V, annál alacsonyabb az ár.

Egy 5 kVA teljesítményű 24 V-os egyenáramú inverter 1500 euróba kerül, míg a 48 V-os változat körülbelül 700 euróba.

A nagyfeszültségű változatban egy háromfázisú 5 kW-os inverter 150 V DC bemenettel körülbelül 1200 euróba kerül, míg egy 8 kW-os inverter 180 V DC-vel körülbelül 1400 euróba.

A nagyfeszültségű változat ezért egyértelműen gazdaságosabb a helyhez kötött használatra.

Töltési relativitás mobil használatban

A lakóautót most már nemcsak parkoljuk, hanem vezetjük is. Ez azt jelenti, hogy az akkumulátorok a generátorból a töltésfokozón keresztül áramot kapnak. Ezt persze nehéz beépíteni egy számításba, mivel a vezetési időt aligha lehet statisztikailag rögzíteni, és ezért nem lehet beleszámítani a számításba. De jó tudni, hogy ...

Az akkumulátorok feltöltéséhez időről időre lehetőséged lesz a parti áramellátás használatára is.

Kiszámítható konzisztencia a helyhez kötött mezőben

Kiszámítható, mivel ma már világszerte elegendő statisztikai adat áll rendelkezésre, amely minden lényeges tényezőt figyelembe véve információt nyújt a várható napenergia-termelésről.

A tapasztalatok azt mutatják, hogy az elmélet és a gyakorlat minden statisztika ellenére eltér egymástól, de hasznos, ha képet kapunk arról, hogy hol tartunk a tervezés során, ha x hely és y akkumulátor-kapacitás áll rendelkezésre a z helyen.

Ez az a pont, ahol a nemzetközi online eszköz PVGIS ( PhotoVoltaic Geográfiai Információk System), amelyet a Európai BizottságKözös Kutatóközpont, Energiahatékonyság és megújuló energiaforrások egység, via E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

A Dokumentáció az online eszköz, amely szintén intuitívan használható, nagyon átfogó, és minden kérdésre kiterjed, beleértve a szövegértéssel és a nómenklatúrával kapcsolatos kérdéseket is.

Gyártó feltételezései

Az akkumulátorok vagy akkumulátorrendszerek gyártói kedvezően akarják bemutatni rendszereiket, ezért a leendő vásárlóknak hozzávetőleges összehasonlító adatokat szolgáltatnak, hogy képet kapjanak a tárolókapacitásról. Például a következő állítás: "10 kW-os tárolómodulunk egy négyszemélyes háztartás számára alkalmas, beleértve egy hőszivattyú és egy elektromos jármű üzemeltetését is.

Az állítás mint olyan még mélyen egymásra is van halmozva, mert egy ilyen háztartás éves fogyasztását az áramszolgáltatók átlagosan 5 ... 7 kW-os éves fogyasztást.

E pozitív feltételezésnek csak az a tény vethet gátat, hogy a tárolt és így rendelkezésre álló energiát is pótolni kell: a nap télen természetesen csak a nyári idő töredékére süt a nyári időnek, ami azt jelenti, hogy a hozam meg sem közelíti a fogyasztást.

A különböző paraméterekkel való kísérletezés a fent említett PVGIS eszközben, amely példaként mutatja a különböző paraméterek változtatásának hatását egy feltételezett helyszínre vonatkozóan, némileg nagyobb egyértelműséget nyújt.

Példakonfigurációk és eredményeik

Az alábbi példák földrajzi helye Düsseldorf-Volmerswerth, koordinátái (WGS84): 51,188 (É), 6,749 (K).

Mobil használat

A PV-modulok számára rendelkezésre álló korlátozott hely miatt két darab 575 Wp teljesítményű modult feltételezünk. Az akkumulátor kapacitása változóként szolgál, amely a méret növelésével hosszabb ideig tartó alacsony napsugárzású időszakokat tesz lehetővé, de hosszabb napsütéses időszakokat is igényel egy teljes töltési ciklus befejezéséhez.

Az - állandó - minimálisan lehetséges fogyasztás állandó értéknek tekinthető, amelyet meg kell adni. Háttér: minden olyan fogyasztót, amelyet mindig megbízhatóan elegendő energiával kell ellátni (pl. az orvosi berendezéseket is, mint a perfúzorok, a szellőztetés stb.), valamint a világítást, a routereket és más fogyasztókat összeadjuk, és az eredményt úgy határozzuk meg, mint a mindenkor és minden körülmények között megbízhatóan rendelkezésre álló minimális értéket.

Helyhez kötött használat

Itt mind a modul területe, mind az akkumulátor kapacitása változónak tekinthető, csak a fogyasztás tekinthető statikusnak.

A téli hónapokban a napi mérőórák leolvasása alapján meghatározott napi minimum-maximum fogyasztás nagyjából irányadó lehet. A minimális forgatókönyv szerint a napközben állandóan vagy gyakrabban használt készülékek működését biztosítani kell, míg a különösen nagy energiaigényű készülékeket óvatosan kell üzemeltetni. Ez pénzügyi forrásokat takarít meg a tároló kialakításánál.

A maximális forgatókönyv minden eszköz működését a szokásos mértékben, korlátozás nélkül teszi lehetővé. Ez fakultatív célként elképzelhető lenne, bár nagyobb tőke felhasználásával.

Mi lenne, ha ...?

Szimuláció - Mobil használat

A PV-modulok sík telepítését feltételezve (dőlésszög 0°) a következő adatok adódnak:

500 Wh garantált hozam a téli hónapokban 1.150 Wp és 1.120 Ah kapacitású akkumulátorral, ami 14.336 Wh-nak felel meg, 85 % maximális kisütés mellett.

Az 500 Wh-nál nagyobb napi fogyasztás esetén fennáll a veszélye annak, hogy az akkumulátorok teljesen lemerülnek, mivel a napi napsugárzás már nem elegendő a töltés fedezésére.

A 850 Wh-ra történő növelés csak négyszer(!) nagyobb akkumulátor-kapacitással lehetséges, és akár 71 százalékos kisütést eredményez.

Szimuláció - helyhez kötött használat

Álló helyzetben a dőlésszöget déli fekvésre optimalizálják: ez akár 50 % hozamnövekedést eredményez. A standard dőlésszög 35°. Mivel télen a nap alacsonyabban áll, a 39°-os meredekebb dőlésszög nagyobb hozamot eredményez a téli hónapokban. A meredekebb dőlésszögek viszont a hozam csökkenését eredményezik.

750 Wh napi fogyasztás lehetséges 39°-os dőlésszög mellett, egyébként azonos adatokkal.

Összehasonlításképpen: Österby - Gotlands län, Svédország (51,188, 6,749) - itt csak 69°-os dőlésszög esetén napi 500 Wh lehetséges vízkibocsátás érhető el 85 százalékos vízkibocsátás mellett.
A dőlésszög 39°-ra csökkentése viszont csak 10 % csökkentett hozamot eredményez.
A nagy hómennyiséggel rendelkező területeken a meredekebb pozíciónak egyszerűen azért van értelme, mert csökkenti a hó felhalmozódását a modulokon.