Elekter on kas:
Toodetud
Salvestatud
Tarbitud
Päikesepaneelid toodavad elektrit, aku salvestab elektrit ja seadmed tarbivad elektrit. Kaablid on vajalikud elektrienergia kandmiseks vahemaa taha. Vaja on 2 kaablit elektri kandmiseks ühest kohast teise.
Elektrienergiat saab edastada kahel viisil:
Alalisvool (DC): elektrivool on otsene ja voolab nagu jõgi. See tuleb sisse ühest kaablist ja voolab teisestkaablist välja. Üks kaabel on positiivne, teine on negatiivne. Positiivse ja negatiivse kaabli eristamist nimetatakse polaarsuseks ja viitab kaablites olevale elektrilaengule, mida kasutatakse elektrienergia edastamiseks.
Vahelduvvool (AC): erinevalt alalisvoolust ei toimi vahelduvvooluahela elektriline jõud voolavalt, vaid vibreerib energia kandmiseks edasi-tagasi. Vahelduvvooluahelas ei ole positiivset või negatiivset kaablit. Selle asemel on polaarsus või elektrilaeng kaablites vahelduvad pidevalt.
Vahelduvvool on pikkadel vahemaadel tõhusam kui alalisvool, kuid alalisvool on nõutav, kui plaanite elektrit akusse salvestada või kasutada DC seadmeid. Seadmed võivad olla konstrueeritud kasutama kas alalisvoolu või vahelduvvoolu. Mõningaid mootoreid ja pirne saab toita vahelduvvooluga, kuid enamik seadmeid muudava AC voolu DC vooluks.
Näiteks kuigi su telefonilaadija ja teleka voolujuhe on seinapistikus ehk sissetulev vool on AC vool, siis need seadmed muudavad selle AC voolu DC vooluks.
Päikeseenergia süsteemis:
Päikesepaneelid toodavad alalisvoolu DC, mis liigub läbi kahe kaabli ja salvestatakse akusse.
Seejärel ühendatakse alalisvoolutoitel seadmed 2 juhtmega akuga, nii et need saavad tarbida akusse salvestatud elektrienergiat.
Kui kavatsete toita vahelduvvooluseadmeid alalisvoolu akust, peate muutma alalisvoolu elektrit vahelduvvoolu elektriks seadmega, mida nimetatakse inverteriks. Sellest veidi pikemalt hiljem.
Kui kavatsete toita alalisvooluseadmeid, mis töötavad erineva pingega (näiteks 12.8V akust tahad laadida 5V mobiiltelefoni), siis vajad alalisvoolumuundurit ehk konverterit. Kuid ka sellest pikemalt hiljem
Elektrienergia mõõtmine
Elektrienergiat kirjeldamise kasutatakse kolme peamist ühikut:
Volt (V) ehk pinge: energiapotentsiaal või ka jõu suurus, mis saadab elektrit läbi juhtme. Energiapotentsiaal ehk volt on alati olemas olenemata sellest, kas elektrit kasutatakse või mitte.
Võrdlus veevoolikuga: voldid on sarnased aiavoolikus oleva vee rõhuga. Kui panna pihustusotsik aiavooliku külge ja pihustusotsik on suletud, siis rõhk on endiselt olemas.
Amper (A) ehk voolutugevus : energia tugevus ehk kaablit läbiv elektrienergia hulk. Mida rohkem ampreid kaabel peab kandma, seda jämedam kaabel olema peab. Amprid on olemas ainult siis, kui elekter liigub läbi kaabli või on seadme poolt tarbitud.
Võrdlus veevoolikuga: amprid on sarnanesed voolukiirusega. Mõelge sellele kui maksimaalsele kogusele vett, mida voolik suudab kanda. Kui voolik on paksem, võib see kanda rohkem vett.
Vatt (W) ehk võimsus: kogu toodetud "võimsus". See on mõõdik, mis ühendab voldid ja amprid kokku.
Võrdlus veevoolikuga: watt näitab, kui kiiresti saate ämbri veega täita.
Voltide, amprite ja vattide abil saame kirjeldada, kui palju elektrit mingi komponent toodab, salvestabvõi tarbib.
Kuidas me saame kasutada seni saadud teadmis päikeseenergiasüsteemides:
Nimipinge määrab ära komponentide omavahelise ühilduvuse. Kui aku on 12-voldise nimipingega, siis see saab toita ainult 12-voldiseid seadmeid ning seda akut saab laadida vaid 12V akulaadijaga või 12V päikeseenergia kontrolleriga.
Voolutugevus ehk amprite nimiväärtus määrab, kui palju elektrit on toodetud/ salvestatud/ tarbitud antud pinge juures. Päikesesüsteemis kasutatakse amprite suurust näiteks selleks, et määrata kaablite ristlõiked. Mida rohkem ampreid komponent toodab või tarbib ja mida kaugemal see on, seda suurem peab olema kaabli läbimõõt.
Vatte kasutatakse selleks, et näidata, kui palju energiat komponent toodab/ tarbib/ salvestab antud ajahetkel.
Selleks, et saada teada, kui palju energiat komponent toodab või tarbib, on vaja voldid ja amprid omavahel korrutada (võimsus = voolutugevus x pinge ehk P=I x U)
Amper x Volt = Vatt
Päikesepaneel, mis toodab 5 amprit elektrit 20 voldise pingega, toodab 100 vatti energiat.
Päikesepaneel, mis toodab 2 amprit elektrit 40 voldise pingega, toodab 80 vatti energiat.
Väike ventilaator, mis tarbib 10 amprit 12 voldise pingega, tarbib 120 vatti energiat.
Väike ventilaator, mis tarbib 5 amprit elektrit 12 voldise pingega, tarbib 60 vatti energiat.
Komponendi võimsuse arvutamine on kasulik, kuid me peame sellest edasi minema. Kombineerid komponendi vatt-näitaja ajaga, siis sa saad "vatt-tundide“ näitaja-.
Vatt (W) x kasutustunnid (h) = vatt-tundide (Wh) arv
Korruta komponendi võimsus sellega, mitu tundi seda kasutatakse ja sa saad tarbimise/tootmise:
100-vatine päikesepaneel, mis on 3 tundi hea päikese käes, toodab 300 vatt-tundi ehk 300Wh
500-vatise koguvõimsusega päikesepaneelide rida, mis toodab energiat 1 tund, toodab 500Wh
1000-vatise koguvõimsusega päikesepaneelide rida, mis toodab energiat 30 minutit, toodab 500Wh.
1000-vatine mikrolaineahi, mida kasutatakse 1 tund, tarbib energiat 1000Wh
100-vatine ventilaator, mida kasutatakse 10 tundi, kasutab 1000Wh
1000-vatine mikrolaineahi, mida kasutatakse 15 minutit, kasutab 250Wh.
Akudes oleva energiahulga määramisel ei tohi sassi ajada mahtuvust ehk Ah ja akus olevat energia hulka ehk Wh.
Enamustel akudel on ära näidatud aku mahtuvus Ah. See arv näitab, mitu amprit saab ühe tunni jooksul kindlaksmääratud nimipinge juures kasutada.
Näiteks kui sa ostad aku, mille peale on kirjutatud 12V 200Ah, siis suudab aku salvestada piisavalt elektrit, et tagada 12 voldi juures 200 amprit energiat 1 tund.
Kui suurendate tarbimise kestust, vähendate aku poolt pakutavat amprite arvu:
12-voldine 200Ah aku suudab tagada 100 amprit 2 tunni jooksul
12-voldine 200Ah suudab tagada 50 amprit 4 tunni jooksul
12-voldine 200Ah aku suudab tagada 25 amprit 8 tunni jooksul
Aku vatt-tundide (Wh) väärtus on ampritunni (Ah) väärtus, mis on korrutatud aku pingega:
12-voldine 200Ah aku suudab toita võimsust 2400 vatti 1 tund (12 volti x 200 ampritundi = 2400 vatt-tundi). Selle aku vatt-tundide väärtus on 2400Wh.
Näiteks (ideaalnäide, sest akust ei saa kunagi ära võtta kogu selles olevat energiat ilma akut rikkumata, kuid selle juurde tuleme hiljem) kui sul on 600W föön, siis saad seda kasutada 4 tundi.
12-voldine 50-amprine aku (12 volti x 50 ampritundi = 600 vatt- tundi) suudab toita võimsust 600W 1 tund.
Näiteks (ideaalnäide, sest akust ei saa kunagi ära võtta kogu selles olevat energiat ilma akut rikkumata, kuid selle juurde tuleme hiljem) kui sul on 600W föön, siis saad seda kasutada 1 tund.
Nüüd, kui olulised näitajad on selged, saame hakata looma oma enda päikeseenergiasüsteemi.
Siin on näide täieliku süsteemi vattide kasutamise kohta:
Päikeseenergiasüsteemil on 4 päikesepaneeli, millest igaüks toodab 5 amprit 20 voldise pingega, mis tähendab, et iga päikesepaneel toodab 100 vatti (5 amprit x 20 volti = 100 vatti). Neid on 4 päikesepaneeli, seega on nende päikesepaneelide koguvõimsus antud hetkel 400 vatti.
4-tunnise päikese käes viibides toodavad need 400 vatti päikesepaneeel 1600 vatt-tundi energiat (400 vatti x 4 tundi = 1600 vatt-tundi).
Akupanga, mida päikesepaneelid peavad laadima, võimsus on 133 ampertundi 12voldi juures (12V 133Ah) . See tähendab, et akupank mahutab 1596 vatt-tundi (133 ampertundi x 12volti = 1596 vatt-tundi) energiat. See tähendab, et 4 tundi päikesepaistet päevas nende nelja paneeliga laevad teoreetiliselt selle aku täis (1596Wh Vs 1600Wh. Tegelik olukord nii must-valge pole, kuid selleni jõuame õigepea).
Kui kasutame akupanka 70-vatise ventilaatori toiteks, saame seda kasutada 22,8 tundi (1596 vatt-tundi jagatud 70 vatiga = 22,8 tundi). Kui selle asemel kasutame akut 1500-vatise mikrolaineahju toiteks, saame seda toita umbes 1 tund.
Nüüd, kui oled põhitõdedest aru saanud, saame hakata määrama, kui palju energiat me vajame ning kui suur peab olema päikeseenergiasüsteem.
Valemid kokkuvõtlikult:
Amper (A) x volt (V) = vatt (W)
Vatt (W) x kasutustunnid (h) = vatt-tundide arv (Wh)
Akude puhul: Ampertunnid (Ah) x Aku pinge (V) = vatt-tund (Wh)
Järgmises osas räägime seadmete ühendamise võimalustest:
- jadaühendus ehk seeriaühendus ehk string
- rööpühendus ehk paralleelühendus
