Sončni izkoristek v primerjavi s kapaciteto baterije

Čas branja 4 minute

Koliko sončne energije potrebujete in kakšno zmogljivost baterije, da boste lahko pokrili svoje potrebe? To vprašanje se postavlja nekaterim ljudem, ki želijo biti samozadostni v svojem avtodomu ali pa želijo vzpostaviti sistem off-grid, da bi bili neodvisni od (morda neobstoječega) javnega električnega omrežja na oddaljenih območjih.

Zdaj lahko seveda načrtujete veliko zmogljivost baterije, vendar je prostora premalo, zlasti v primeru mobilnih aplikacij, možna moč fotovoltaičnih modulov pa je omejena na približno 1 200 ... 1.725 Wp, ob predpostavki 2 ... 3 modulov s 575 Wp. Tudi teža glede na število akumulatorjev žal ni zanemarljiva, razen če imate vozilo s skupno maso nad 7,5 tone in ustrezno vozniško dovoljenje.

Zato je pomembno, da čim bolj zmanjšate porabo, če želite biti resnično samozadostni. Toda kako dolgo sije sonce v različnih delih dneva in meseca, na različnih geografskih lokacijah, in kakšni donosi izhajajo iz statistično povprečnega trajanja sončnega obsevanja? Ali je mogoče baterije kadar koli napolniti?

Visokonapetostna in nizkonapetostna tehnologija

12 V baterije so splošno znane. 24-voltne so nameščene v tovornjakih. 48-voltne pa so v avtodomih, čolnih in jahtah. Vse to so nizkonapetostne tehnologije.

Visokonapetostni sistemi delujejo z napetostmi nad 60 V DC, vendar običajno med 100 in 200 V DC(!).

Zakaj te razlike? To hitro postane jasno, če upoštevate tekoče tokove: Pri delovanju inverterja in nazivni izmenični moči 5.000 VA bi 12-voltne baterije porabile kar 400 A, kar je 62 mm² debel in zato težak kabel, pri uporabi 48 V baterij in 104 A le 4 mm.²pri napetosti 200 V je to še vedno 25 A pri preseku kabla le 0,25 mm.².

Vendar pa razmeroma tanki kabli ne smejo voditi k neprevidnosti pri ravnanju z visokimi enosmernimi napetostmi: vse sisteme, ki prenašajo enosmerne napetosti, večje od 60 V, morajo - IZKLJUČNO - vgrajevati in vzdrževati usposobljeni strokovnjaki!

Podatki pretvornika, ki se uporablja na vhodni strani, torej določajo konfiguracijo baterije. Višja kot je vhodna napetost, npr. 48 V namesto 12 V, nižja je cena.

24-voltni enosmerni pretvornik z močjo 5 kVA stane 1.500 evrov, 48-voltna različica pa približno 700 evrov.

V visokonapetostni različici stane trifazni pretvornik z močjo 5 kW in vhodno napetostjo 150 V DC približno 1.200 EUR, pretvornik z močjo 8 kW in vhodno napetostjo 180 V DC pa približno 1.400 EUR.

Visokonapetostna različica je zato za stacionarno uporabo vsekakor bolj ekonomična.

Relativnost polnjenja pri uporabi mobilnih naprav

Zdaj avtodom ni le parkiran, temveč tudi vozen. To pomeni, da se akumulatorji polnijo z električno energijo iz alternatorja prek ojačevalnika polnjenja. Seveda je to težko vključiti v izračun, saj je čas vožnje težko statistično zabeležiti in ga zato ni mogoče vključiti v izračun. Vendar je dobro vedeti, da ...

Občasno boste lahko uporabili tudi povezavo z električno energijo z obale za polnjenje akumulatorjev.

Izračunljiva doslednost v stacionarnem polju

Izračunati ga je mogoče, saj je zdaj po vsem svetu na voljo dovolj statističnih podatkov, ki ob upoštevanju vseh ustreznih dejavnikov zagotavljajo informacije o pričakovanih sončnih donosih.

Izkušnje kažejo, da se teorija in praksa kljub vsem statističnim podatkom razlikujeta, vendar je koristno, da si ustvarite predstavo o tem, kje ste pri načrtovanju, če imate prostor x in zmogljivost baterije y na lokaciji z.

Tu je mednarodno spletno orodje PVGIS ( PhotoVoltaika Geografski Informacije System), ki ga je razvil Evropska komisijaSkupno raziskovalno središče, Enota za energetsko učinkovitost in obnovljive vire energije, via E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

Spletna stran Dokumentacija spletnega orodja, ki je tudi intuitivno za uporabo, je zelo izčrpen in zajema vsa vprašanja, tudi tista, ki se nanašajo na razumevanje in nomenklaturo.

Predpostavke proizvajalca

Proizvajalci baterij ali baterijskih sistemov želijo svoje sisteme dobro predstaviti, zato potencialnim strankam zagotovijo približne primerjalne podatke, da si lahko ustvarijo predstavo o zmogljivosti shranjevanja. Na primer izjava: "Naš 10 kW modul za shranjevanje je primeren za štiričlansko gospodinjstvo, vključno z delovanjem toplotne črpalke in električnega vozila.

Sama trditev je celo zelo zlagana, saj dobavitelji električne energije navajajo povprečno letno porabo takega gospodinjstva v višini približno 5 ... 7 kW na leto.

To pozitivno predpostavko lahko zmoti le dejstvo, da je treba shranjeno in s tem razpoložljivo energijo tudi obnoviti: pozimi sonce seveda sije le del poletnega časa, kar pomeni, da donos ni niti približno enak porabi.

Poskusi z različnimi parametri v zgoraj omenjenem orodju PVGIS, ki kot primer prikazuje vpliv spreminjanja različnih parametrov za domnevno lokacijo, zagotavljajo nekoliko več jasnosti.

Primeri konfiguracij in njihovi rezultati

Geolokacija za vse naslednje primere je Düsseldorf-Volmerswerth s koordinatami (WGS84) 51.188 (N), 6.749 (E).

Uporaba mobilnih naprav

Zaradi omejenega prostora, ki je na voljo za fotonapetostne module, se predvideva uporaba dveh modulov z močjo 575 Wp. Kapaciteta baterije služi kot spremenljivka, ki omogoča daljša obdobja nizkega sončnega obsevanja s povečevanjem velikosti, vendar zahteva tudi daljša obdobja sončnega obsevanja, da se zaključi celoten cikel polnjenja.

Stalna najmanjša možna poraba se šteje za konstantno vrednost, ki jo je treba navesti. Ozadje: vsi porabniki, ki MORAJO biti vedno zanesljivo oskrbovani z zadostno količino energije (npr. tudi medicinska oprema, kot so perfuzorji, prezračevanje itd.), pa tudi razsvetljava, usmerjevalniki in drugi porabniki se seštejejo in rezultat se opredeli kot najmanjša vrednost, ki je vedno in pod vsemi pogoji zanesljivo na voljo.

Stacionarna uporaba

Pri tem sta površina modula in zmogljivost baterije obravnavani kot spremenljivki, le poraba je statična.

Najmanjša in največja dnevna poraba, določena na podlagi dnevnih odčitkov števca v zimskih mesecih, je lahko groba smernica. Pri minimalnem scenariju je treba zagotoviti delovanje naprav, ki se čez dan uporabljajo stalno ali pogosteje, medtem ko se naprave, ki so posebej potratne z električno energijo, uporabljajo previdno. S tem se prihranijo finančna sredstva pri zasnovi shranjevanja.

Največji možni scenarij omogoča delovanje vseh naprav v običajnem obsegu, brez omejitev. To bi bilo mogoče razumeti kot neobvezen cilj, čeprav z uporabo večjega kapitala.

Kaj če ...?

Simulacija - uporaba mobilnih naprav

Ob predpostavki ravne namestitve PV-modulov (kot nagiba 0°) dobimo naslednje podatke:

500 Wh zagotovljen donos v zimskih mesecih s 1 150 Wp in zmogljivostjo baterije 1 120 Ah, kar ustreza 14 336 Wh, z največjim praznjenjem 85 %.

Pri dnevnem odvzemu več kot 500 Wh obstaja nevarnost, da se baterije popolnoma izpraznijo, saj dnevno sončno sevanje ne zadošča več za polnjenje.

Povečanje na 850 Wh je mogoče le s štirikrat(!) večjo zmogljivostjo baterije in povzroči do 71-odstotno izpraznitev.

Simulacija - stacionarna uporaba

V stacionarnem položaju je kot nagiba optimiziran v položaju, obrnjenem proti jugu: tako se donos poveča do 50 %. Standardni naklonski kot je 35°. Ker je pozimi sonce nižje, je pri bolj strmem kotu 39° v zimskih mesecih donos večji. Po drugi strani pa je zaradi bolj strmih kotov pridelek manjši.

750 Wh dnevna poraba je mogoča pri naklonu 39°, pri čemer so podatki sicer enaki.

Za primerjavo: Österby - Gotlands län, Švedska (51.188, 6.749) - tu je samo zaradi kota naklona 69° možen dnevni izpust 500 Wh pri 85-odstotnem izpustu.
Zmanjšanje kota nagiba na 39° pa povzroči manjši izkoristek, in sicer le 10 %.
Na območjih z veliko količino snega je strmejši položaj smiseln že zato, ker zmanjšuje kopičenje snega na modulih.