Solutbytte vs. batterikapasitet

Lesetid 4 minutter

Hvor mye solenergi trenger du med hvilken batterikapasitet for å dekke dine behov? Dette spørsmålet melder seg for mange som enten ønsker å være selvforsynt i bobilen sin, eller som ønsker å sette opp et off-grid-system for å være uavhengig av det (eventuelt ikke-eksisterende) offentlige strømnettet i avsidesliggende områder.

Nå kan du selvfølgelig planlegge for en massiv batterikapasitet, men plass er en mangelvare, spesielt i det mobile applikasjonsscenarioet, og den mulige solcellemoduleffekten er begrenset til rundt 1200 ... 1725 Wp, forutsatt 2 ... 3 moduler med 575 Wp. Og vekten i forhold til antall batterier er dessverre heller ikke ubetydelig, med mindre du har et kjøretøy med en totalvekt på over 7,5 tonn og det nødvendige førerkortet.

I så måte er det derfor viktig å minimere forbruket hvis man virkelig ønsker å være selvforsynt. Men hvor lenge skinner solen på ulike tider av døgnet og måneden, på ulike geografiske steder, og hvilket utbytte gir den statistisk gjennomsnittlige solskinnstiden? Kan batteriene lades opp når som helst?

Høyspent- kontra lavspentteknologi

12 V batterier er generelt kjent. 24 V er installert i lastebiler. 48 V finnes i bobiler, på båter og yachter. Alt dette er lavspentteknologi.

Høyspenningssystemer fungerer med spenninger over 60 V DC, men vanligvis mellom 100 og 200 V DC(!).

Hvorfor disse forskjellene? Det blir raskt klart når man ser på strømstyrken: Med inverterdrift og 5000 VA nominell vekselstrøm vil 12 V-batterier trekke hele 400 A, noe som tilsvarer 62 mm² tykk og derfor tung kabel kreves, bare 4 mm ved bruk av 48 V batterier og 104 A²ved 200 V gir dette fortsatt 25 A med et kabeltverrsnitt på bare 0,25 mm².

De forholdsvis tynne kablene må imidlertid ikke føre til uforsiktighet ved håndtering av høye likestrømsspenninger: Alle systemer som fører likestrømsspenninger på mer enn 60 V, må - UENDELIG - installeres og vedlikeholdes av utdannede spesialister!

Dataene til vekselretteren som skal brukes på inngangssiden, bestemmer derfor batterikonfigurasjonen. Jo høyere inngangsspenning, f.eks. 48 V i stedet for 12 V, desto lavere blir prisen.

En 24 V DC-omformer med 5 kVA koster 1500 euro, 48 V-versjonen rundt 700 euro.

I høyspenningsversjonen koster en trefaset 5 kW vekselretter med 150 V DC-inngang ca. 1200 euro, mens en 8 kW vekselretter med 180 V DC koster ca. 1400 euro.

Høyspenningsversjonen er derfor definitivt mer økonomisk for stasjonær bruk.

Relativ ladning ved mobil bruk

Nå står ikke bobilen bare parkert, den kjører også. Det betyr at batteriene lades med strøm fra dynamoen via ladeboosteren. Dette er selvfølgelig vanskelig å ta med i et regnestykke, ettersom kjøretiden neppe kan registreres statistisk og derfor ikke kan tas med i beregningen. Men det er godt å vite at ...

Du vil også ha mulighet til å bruke landstrøm fra tid til annen for å lade batteriene.

Beregnbar konsistens i det stasjonære feltet

Det er mulig å beregne dette i og med at det nå finnes tilstrekkelige statistiske data på verdensbasis som, når man tar hensyn til alle relevante faktorer, gir informasjon om forventet solutbytte.

Erfaring viser at teori og praksis skiller seg fra hverandre til tross for all statistikken, men det er nyttig å få en idé om hvor du står i planleggingen hvis du har plass x og batterikapasitet y på sted z.

Det er her det internasjonale nettverktøyet PVGIS ( PhotoVoltaic Geografisk Informasjon System), som ble utviklet av EuropakommisjonenJoint Research Centre, Energy Efficiency and Renewables Unit, via E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

Den Dokumentasjon av nettverktøyet, som også er intuitivt å bruke, er svært omfattende og dekker alle spørsmål, inkludert de som gjelder forståelse og nomenklatur.

Forutsetninger fra produsenten

Produsenter av batterier eller batterisystemer ønsker å presentere systemene sine på en fordelaktig måte og gir derfor potensielle kunder omtrentlige sammenligningsdata for å gi dem en idé om lagringskapasiteten. For eksempel: "Vår lagringsmodul på 10 kW er egnet for en husholdning med fire personer, inkludert drift av en varmepumpe og en elbil.

Utsagnet som sådan er til og med dypt stablet, fordi det årlige forbruket til en slik husholdning oppgis av strømleverandørene som et gjennomsnitt på rundt 5 ... 7 kW per år.

Det eneste som kan stikke kjepper i hjulene for denne positive antagelsen, er det faktum at den lagrede og dermed tilgjengelige energien også må etterfylles: Solen skinner naturlig nok bare en brøkdel av sommerhalvåret om vinteren, noe som betyr at utbyttet ikke er i nærheten av forbruksnivået.

Det gir litt mer klarhet å eksperimentere med ulike parametere i det ovennevnte PVGIS-verktøyet, som viser effekten av å endre ulike parametere for en antatt plassering som et eksempel.

Eksempler på konfigurasjoner og resultater

Geolokasjonen for alle de følgende eksemplene er Düsseldorf-Volmerswerth med koordinatene (WGS84) 51.188 (N), 6.749 (E).

Mobil bruk

På grunn av den begrensede plassen som er tilgjengelig for solcellemoduler, antas det at det brukes to moduler på 575 Wp. Batterikapasiteten fungerer som en variabel, som tillater lengre perioder med lav solinnstråling med økende størrelse, men som også krever lengre perioder med solskinn for å fullføre en full ladesyklus.

Det - permanente - minste mulige forbruket betraktes som en konstant verdi som må være gitt. Bakgrunn: Alle forbrukere som alltid MÅ ha pålitelig strømforsyning (f.eks. også medisinsk utstyr som perfusorer, ventilasjon osv.), samt belysning, rutere og andre forbrukere, legges sammen, og resultatet defineres som den minimumsverdien som er pålitelig tilgjengelig til enhver tid og under alle forhold.

Stasjonær bruk

Her betraktes både modularealet og batterikapasiteten som variabler, mens bare forbruket betraktes som statisk.

Minimums- og maksimumsforbruket per dag, som bestemmes av daglige måleravlesninger i vintermånedene, kan tjene som en grov veiledning. I minimumsscenarioet bør driften av apparater som brukes permanent eller hyppigere i løpet av dagen garanteres, mens spesielt strømkrevende apparater brukes med forsiktighet. Dette sparer økonomiske ressurser i lagringsdesignet.

Maksimumsscenarioet muliggjør drift av alle enheter i vanlig omfang, uten noen begrensninger. Dette kan tenkes som et valgfritt mål, om enn med bruk av større kapital.

Hva om...?

Simulering - Mobil bruk

Hvis man antar at solcellemodulene er installert flatt (hellingsvinkel 0°), får man følgende data:

500 Wh garantert avkastning i vintermånedene med 1 150 Wp og en batterikapasitet på 1 120 Ah, tilsvarende 14 336 Wh, med en maksimal utladning på 85 %.

Ved daglige uttak på mer enn 500 Wh er det fare for at batteriene blir helt utladet, ettersom den daglige solinnstrålingen ikke lenger er tilstrekkelig til å dekke oppladingen.

En økning til 850 Wh er bare mulig med en fire ganger(!) høyere batterikapasitet og resulterer i en utladning på opptil 71 prosent.

Simulering - stasjonær bruk

I en stasjonær posisjon er hellingsvinkelen optimalisert i en sørvendt posisjon: Dette resulterer i en økning i avkastningen på opptil 50 %. Standard hellingsvinkel er 35°. Ettersom solen står lavere om vinteren, gir en brattere vinkel på 39° høyere utbytte i vintermånedene. Brattere vinkler gir derimot en reduksjon i avlingen.

750 Wh daglig forbruk er mulig ved en helningsvinkel på 39°, med ellers identiske data.

Til sammenligning gir Österby - Gotlands län, Sverige (51 188, 6 749) - her gir kun en helningsvinkel på 69° et mulig daglig utslipp på 500 Wh med 85 prosent utslipp.
Hvis vi derimot reduserer hellingsvinkelen til 39°, reduseres utbyttet til bare 10 %.
I områder med store snømengder er en brattere posisjon fornuftig, rett og slett fordi det reduserer opphopningen av snø på modulene.