Výťažok zo slnečnej energie v porovnaní s kapacitou batérie

Čas čítania 4 zápisnice

Koľko solárnej energie potrebujete a akú kapacitu batérie, aby ste pokryli svoje potreby? Túto otázku si kladú niektorí ľudia, ktorí chcú jednoducho dosiahnuť sebestačnosť vo svojom obytnom automobile alebo ktorí si chcú zriadiť off-grid systém, aby boli nezávislí od prípadne neexistujúcej verejnej elektrickej siete v odľahlých oblastiach.

Teraz môžete samozrejme plánovať obrovskú kapacitu batérie, ale priestoru je nedostatok, najmä v prípade mobilných aplikácií, a možný výkon fotovoltaických modulov je obmedzený na približne 1 200 ... 1 725 Wp, za predpokladu, že 2 ... 3 moduly s výkonom 575 Wp. A hmotnosť vzhľadom na počet batérií tiež nie je - bohužiaľ - zanedbateľná, pokiaľ nemáte vozidlo s celkovou hmotnosťou nad 7,5 tony a potrebný vodičský preukaz.

V tejto súvislosti je preto dôležité minimalizovať spotrebu, ak chcete byť skutočne sebestační. Ako dlho však svieti slnko v jednotlivých denných a mesačných obdobiach na rôznych zemepisných miestach a aké výnosy vyplývajú zo štatisticky priemerného trvania slnečného svitu? Môžu sa batérie kedykoľvek dobíjať?

Vysokonapäťová vs. nízkonapäťová technológia

12 V batérie sú všeobecne známe. 24 V sa inštalujú do nákladných vozidiel. 48 V nájdete v obytných vozidlách, na lodiach a jachtách. Všetko sú to nízkonapäťové technológie.

Vysokonapäťové systémy pracujú s napätím nad 60 V DC, ale zvyčajne medzi 100 a 200 V DC(!).

Prečo tieto rozdiely? To sa rýchlo ukáže, keď sa zamyslíte nad prúdiacimi prúdmi: Pri prevádzke meniča a menovitom výkone 5 000 VA by 12 V batérie odoberali neuveriteľných 400 A, čo je 62 mm² hrubý, a preto ťažký kábel, pri použití 48 V batérií a 104 A iba 4 mm²pri napätí 200 V je to stále 25 A pri priereze kábla iba 0,25 mm².

Pomerne tenké káble by však nemali viesť k neopatrnosti pri práci s vysokým jednosmerným napätím: všetky systémy, ktoré prenášajú jednosmerné napätie vyššie ako 60 V, musia - VÝHRADNE - inštalovať a udržiavať vyškolení odborníci!

Údaje meniča, ktorý sa má použiť na vstupnej strane, preto určujú konfiguráciu batérie. Čím vyššie je vstupné napätie, napr. 48 V namiesto 12 V, tým nižšia je cena.

24 V DC menič s výkonom 5 kVA stojí 1 500 eur, 48 V verzia približne 700 eur.

Vo vysokonapäťovej verzii stojí trojfázový menič s výkonom 5 kW a vstupným napätím 150 V DC približne 1 200 eur, zatiaľ čo 8 kW menič s napätím 180 V DC stojí približne 1 400 eur.

Vysokonapäťová verzia je preto na stacionárne použitie rozhodne úspornejšia.

Relatívnosť nabíjania pri používaní mobilných zariadení

Teraz sa obytný automobil nielen parkuje, ale aj riadi. To znamená, že batérie sa nabíjajú elektrickou energiou z alternátora prostredníctvom nabíjacieho zosilňovača. Samozrejme, toto je ťažké zahrnúť do výpočtu, pretože čas jazdy sa dá len ťažko štatisticky zaznamenať, a preto ho nemožno zahrnúť do výpočtu. Je však dobré vedieť, že ...

Z času na čas budete mať možnosť využiť aj pobrežnú elektrickú prípojku na nabíjanie batérií.

Vypočítateľná konzistencia v stacionárnom poli

Dá sa vypočítať, keďže v súčasnosti je k dispozícii dostatok štatistických údajov z celého sveta, ktoré pri zohľadnení všetkých relevantných faktorov poskytujú informácie o očakávaných výnosoch zo slnečnej energie.

Skúsenosti ukazujú, že teória a prax sa napriek všetkým štatistikám líšia, ale je užitočné získať predstavu o tom, ako si stojíte pri plánovaní, ak máte priestor x a kapacitu batérie y na mieste z.

Tu je potrebné použiť medzinárodný online nástroj PVGIS ( PhotoVoltaic Geografické Informácie Systém), ktorý bol vyvinutý v rámci Európska komisiaSpoločné výskumné centrum, oddelenie energetickej účinnosti a obnoviteľných zdrojov energie, via E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

Stránka Dokumentácia online nástroja, ktorého používanie je tiež intuitívne, je veľmi komplexný a zahŕňa všetky otázky vrátane tých, ktoré sa týkajú porozumenia a názvoslovia.

Predpoklady výrobcu

Výrobcovia batérií alebo batériových systémov chcú svoje systémy prezentovať priaznivo, a preto poskytujú potenciálnym zákazníkom približné porovnávacie údaje, aby mali predstavu o kapacite úložiska. Napríklad tvrdenie: "Náš 10 kW akumulačný modul je vhodný pre štvorčlennú domácnosť vrátane prevádzky tepelného čerpadla a elektromobilu.

Tvrdenie ako také je dokonca hlboko podsunuté, pretože ročná spotreba takejto domácnosti je dodávateľom elektriny udávaná v priemere okolo 5 ... 7 kW ročne.

Tento pozitívny predpoklad môže narušiť len skutočnosť, že uskladnenú, a teda dostupnú energiu treba aj dopĺňať: v zime slnko prirodzene svieti len zlomok letného času, čo znamená, že výnos sa ani zďaleka nepribližuje úrovni spotreby.

Experimentovanie s rôznymi parametrami v uvedenom nástroji PVGIS, ktorý na príklade predpokladanej lokality ukazuje vplyv zmeny rôznych parametrov, poskytuje trochu viac prehľadnosti.

Príklady konfigurácií a ich výsledky

Geomiestom pre všetky nasledujúce príklady je Düsseldorf-Volmerswerth so súradnicami (WGS84) 51.188 (N), 6.749 (E).

Používanie mobilných zariadení

Vzhľadom na obmedzený priestor pre fotovoltické moduly sa predpokladá použitie dvoch modulov s výkonom 575 Wp. Kapacita batérie slúži ako premenná veličina, ktorá umožňuje dlhšie obdobia nízkeho slnečného žiarenia s rastúcou veľkosťou, ale vyžaduje aj dlhšie obdobia slnečného svitu na dokončenie úplného nabíjacieho cyklu.

Trvalá minimálna možná spotreba sa považuje za konštantnú hodnotu, ktorá musí byť daná. Základné údaje: každý spotrebič, ktorý MUSÍ byť vždy spoľahlivo zásobovaný dostatočným množstvom energie (napr. aj zdravotnícke zariadenia, ako sú perfúzory, ventilácia atď.), ako aj osvetlenie, smerovače a iné spotrebiče sa sčítajú a výsledok sa definuje ako minimálna hodnota, ktorá je vždy a za všetkých podmienok spoľahlivo k dispozícii.

Stacionárne použitie

Tu sa plocha modulu aj kapacita batérie považujú za premenné, len spotreba je statická.

Minimálna-maximálna denná spotreba určená na základe denných odpočtov meračov počas zimných mesiacov môže slúžiť ako približné vodítko. V minimálnom scenári by mala byť zabezpečená prevádzka spotrebičov, ktoré sa počas dňa používajú trvalo alebo častejšie, zatiaľ čo spotrebiče obzvlášť náročné na spotrebu energie sa prevádzkujú s opatrnosťou. Tým sa ušetria finančné prostriedky pri návrhu zásobníka.

Maximálny scenár umožňuje prevádzku všetkých zariadení v obvyklom rozsahu bez akýchkoľvek obmedzení. To by bolo mysliteľné ako voliteľný cieľ, aj keď s použitím väčšieho kapitálu.

Čo keby...?

Simulácia - používanie mobilných zariadení

Za predpokladu plochej inštalácie fotovoltaických modulov (uhol sklonu 0°) sú výsledkom tieto údaje:

500 Wh garantovaný výťažok v zimných mesiacoch s výkonom 1 150 Wp a kapacitou batérie 1 120 Ah, čo zodpovedá 14 336 Wh, s maximálnym vybitím 85 %.

Pri dennom odbere viac ako 500 Wh hrozí, že sa batérie úplne vybijú, pretože denné slnečné žiarenie už nestačí na pokrytie nabíjania.

Zvýšenie kapacity na 850 Wh je možné len so štvornásobne (!) vyššou kapacitou batérie a vedie k vybitiu až na 71 %.

Simulácia - stacionárne použitie

V stacionárnej polohe je uhol sklonu optimalizovaný v polohe orientovanej na juh: výsledkom je zvýšenie výťažnosti až o 50 %. Štandardný uhol sklonu je 35°. Keďže v zime je slnko nižšie, strmší uhol 39° prináša vyšší výnos v zimných mesiacoch. Na druhej strane, strmšie uhly majú za následok zníženie výnosu.

Denná spotreba 750 Wh je možná pri uhle sklonu 39°, pričom údaje sú inak rovnaké.

Pre porovnanie Österby - Gotlands län, Švédsko (51 188, 6 749) - tu len uhol sklonu 69° vedie k možnému dennému vyprázdneniu 500 Wh pri 85 % vyprázdnení.
Zníženie uhla sklonu na 39° má na druhej strane za následok zníženie výťažku len na 10 %.
V oblastiach s veľkým množstvom snehu má strmšia poloha zmysel už len preto, že znižuje hromadenie snehu na moduloch.