Rendimento solar vs. capacidade da bateria

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Quanto rendimento solar você precisa com qual capacidade de bateria para atender às suas necessidades? Esta questão surge para algumas pessoas que pretendem simplesmente alcançar a auto-suficiência na sua casa móvel ou pretendem criar um sistema insular para serem independentes da rede eléctrica pública, possivelmente inexistente, em áreas remotas.

Agora você pode, é claro, planejar muita capacidade da bateria, mas o espaço é escasso, especialmente em cenários de uso móvel, e a saída possível do módulo fotovoltaico é limitada a cerca de 1.200..1.725 Wp, assumindo 2..3 módulos com 575 Wp. E o peso em termos de número de baterias não deve - infelizmente - ser descurado, a menos que tenha um veículo com peso total admissível superior a 7,5 toneladas e a carta de condução necessária.

A este respeito, é importante minimizar o consumo se você realmente deseja operar de forma independente. Mas durante quanto tempo o sol brilha nas diferentes horas do dia e do mês nas diversas localizações geográficas, e que retornos resultam da duração estatisticamente média da luz solar? Você pode recarregar as baterias a qualquer momento?

Tecnologia de alta tensão vs. tecnologia de baixa tensão

As baterias de 12 V são geralmente conhecidas. 24 V é instalado em caminhões. 48V pode ser encontrado em trailers, barcos e iates. Todas essas são tecnologias de baixa tensão.

Os sistemas de alta tensão funcionam com tensões acima de 60 V CC, mas geralmente entre 100 e 200 V CC (!).

Por que essas diferenças? Isso é rapidamente explicado quando você olha para as correntes que fluem: Com a operação do inversor e 5.000 VA de potência nominal CA, as baterias de 12 V produziriam impressionantes 400 A, que é 62 mm.² É necessário um cabo grosso e pesado, ao usar baterias de 48 V e 104 A apenas 4 mm², a 200 V o resultado é 25 A com uma seção transversal de cabo de apenas 0,25 mm².

No entanto, os cabos comparativamente finos não devem levar ao descuido ao lidar com altas tensões CC: todos os sistemas que podem transportar tensões CC superiores a 60 V devem - SOMENTE - ser instalados e mantidos por pessoal especializado treinado!

Os dados do inversor a serem utilizados no lado de entrada determinam a configuração da bateria. Quanto maior a tensão de entrada, por exemplo 48 V em vez de 12 V, menor será o preço.

Um inversor de 24 V DC com 5 kVA custa 1.500 euros, a versão de 48 V custa cerca de 700 euros.

Numa versão de alta tensão, um inversor trifásico de 5 kW com entrada de 150 V DC custa cerca de 1.200 euros, e um de 8 kW com 180 V DC custa cerca de 1.400 euros.

A versão de alta tensão é definitivamente mais econômica para uso estacionário.

Relatividade de carregamento no uso móvel

Agora, um motorhome não só ficará em pé, mas também dirigirá. Isto significa que as baterias são carregadas com eletricidade do alternador através do amplificador de carga. É claro que isto é difícil de integrar num cálculo, uma vez que os tempos de viagem são difíceis de determinar estatisticamente e podem, portanto, ser utilizados no cálculo. Mas, é bom saber disso...

De vez em quando você também terá a oportunidade de usar uma conexão de energia em terra e carregar as baterias.

Constância calculável no campo estacionário

Calculável na medida em que já foram recolhidos dados estatísticos suficientes em todo o mundo, os quais, tendo em conta todos os factores relevantes, fornecem informações sobre os rendimentos solares esperados.

A experiência tem mostrado que a teoria e a prática diferem apesar de todas as estatísticas, mas é útil ter uma ideia de onde você está em seu planejamento se tiver espaço x e capacidade de bateria y no local z.

A ferramenta online internacional ajuda aqui PVGIS ( PhotoVoltaico Ggeográfico EUInformação Ssistema) que é usado pelo Comissão Europeia, Centro Comum de Investigação, Unidade de Eficiência Energética e Energias Renováveis, via E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

O documentação A ferramenta online, também de utilização intuitiva, é muito completa e abrange todas as questões, inclusive ao nível da compreensão e da nomenclatura.

Suposições do fabricante

Os fabricantes de baterias ou sistemas de baterias pretendem apresentar os seus sistemas de forma vantajosa e, assim, fornecer aos interessados dados comparativos aproximados que lhes dêem uma ideia da capacidade de armazenamento. Por exemplo, a declaração correspondente: O nosso módulo de armazenamento de 10 kW é adequado para uma família de quatro pessoas, incluindo o funcionamento de uma bomba de calor e de um veículo eléctrico.

A afirmação como tal é ainda profunda, uma vez que o consumo anual de tal agregado familiar é dado pelo fornecedor de electricidade como uma média de cerca de 5 a 7 kW por ano.

A única coisa que pode minar esta suposição positiva é o facto de a energia armazenada e, portanto, disponível ter de ser reposta: o sol brilha naturalmente apenas uma fracção do verão no inverno, pelo que o rendimento está longe de estar em linha com o consumo.

Experimentar diferentes parâmetros na ferramenta PVGIS mencionada acima fornece um pouco mais de clareza, que abaixo mostra um exemplo da influência da alteração de diferentes parâmetros para um local assumido.

Exemplos de configurações e seus resultados

Düsseldorf-Volmerswerth com as coordenadas (WGS84) 51.188 (N), 6.749 (E) é assumida como a geolocalização para todos os exemplos a seguir.

Uso móvel

Devido ao espaço limitado disponível para módulos fotovoltaicos, presume-se a utilização de dois módulos de 575 Wp. A capacidade da bateria serve como variável, o que permite períodos mais longos de menos luz solar à medida que o tamanho aumenta, mas por outro lado também requer períodos mais longos de luz solar para completar um ciclo completo de carregamento.

O consumo – permanente – mínimo possível é considerado constante e necessariamente dado. Antecedentes: todos os consumidores que DEVEM ser sempre alimentados de forma confiável com energia suficiente (por exemplo, também dispositivos médicos como perfusores, ventilação, etc.), bem como iluminação, roteadores e outros consumidores são somados, o resultado é o tamanho mínimo que é confiável disponível em todos os momentos e sob todas as condições definidas.

Uso estacionário

Aqui tanto a área do módulo quanto a capacidade da bateria são vistas como variáveis, apenas o consumo é visto como estático.

O consumo diário mínimo-máximo determinado pelas leituras diárias do medidor durante os meses de inverno pode servir como uma orientação aproximada. No cenário mínimo, deve ser garantido o funcionamento de dispositivos que são utilizados de forma permanente e com maior frequência durante o dia; Isso economiza recursos financeiros no design da memória.

O cenário máximo permite que todos os dispositivos funcionem normalmente, sem quaisquer restrições. Isto seria concebível como um objectivo opcional, embora com a utilização de maior capital.

E se …?

Simulação – uso móvel

Com base numa instalação plana dos módulos fotovoltaicos (ângulo de inclinação 0°), resultam os seguintes dados:

500 Wh garantem rendimento nos meses de inverno a 1.150 Wp e bateria com capacidade de 1.120 Ah, equivalente a 14.336 Wh, com descarga máxima de 85 %.

Se utilizar mais de 500 Wh por dia, corre o risco de as baterias ficarem completamente descarregadas porque a luz solar diária já não é suficiente para fornecer carga suficiente.

Um aumento de potência para 850 Wh só é possível com uma capacidade de bateria quatro vezes (!) maior e resulta numa descarga de até 71 por cento.

Simulação – uso estacionário

Quando estacionário, o ângulo de inclinação será otimizado na orientação sul: o resultado será um aumento no rendimento em até 50 %. Um ângulo de inclinação de 35° é considerado padrão. Como o sol está mais baixo no inverno, um ângulo mais acentuado de 39° produz rendimentos mais elevados nos meses de inverno. Ângulos mais acentuados, por outro lado, resultam em redução no rendimento.

A extração diária de 750 Wh é possível em um ângulo de inclinação de 39°, com dados idênticos.

Para efeito de comparação, Österby - Condado de Gotland, Suécia (51.188, 6.749) - aqui apenas um ângulo de inclinação de 69° resulta em uma possível extração diária de 500 Wh com uma descarga de 85 por cento.
No entanto, reduzir o ângulo de inclinação para 39° resulta num rendimento reduzido de apenas 10 %.
Em áreas com muita neve, uma posição mais inclinada faz sentido simplesmente porque reduz a acumulação de neve nos módulos.