Siin on sulle 2 peamist meetodit, kuidas päikeseenergiasüsteemi suuruse arvutamine ja komponentide leidmine käib.
1) Tarbimisest lähtuv süsteemi suurus
Tarbimisest lähtuva süsteemi suuruse meetodi kasutamisel peaksid sa teadma, kui palju sa ööpäevas energiat tarbid.
Tavasuuruses külmkapp tarbib ca 600-700Wh, ruuter 480Wh, 5 h teleka vaatamist koos digiboksiga 700Wh, 6h läpaka kasutamist 250Wh, lambib samuti põlevad, korra keedad vett või teed kohvi (150Wh). Oletame, et see number on 2500Wh ehk 2.5kWh (see on väga kokkuhoidlik kulu. Tegelikult on see siiski sinna 8-10kWh lähedale, sest tahaks ka ennast pesta, nõusid ja pesu pesta).
Jääme lihtsuse huvides selle 2.5kWh juurde. Lisaks tahad sa, et oleks reserv juhuks, kui päikest pole. Jääme kolme päeva juurde, seega kokku akupank võiks olla 10kWh.
Kui kasutad LiFePO4 akusid, siis 10kWh on piisav, kui AGM akusid, siis neid peab olema 2 korda rohkem ehk 20kWh, kuna nende akude DOD on 50%, LiFePO4 omadel 80-90%.
Nüüd saame arvutada, kui palju on meil on vaja päikesepaneele, et hoida see 10kWh päeva jooksul laetuna. Eestis on kevadest kuni varasügiseni parimat aega 4-5h, mitte rohkem. Kõik oleneb paljuski paneelide paigutamise nurgast päikese suhtes. Mina jääks 4 juurde, sest seda parimat aega, mil päike on täpselt paneelide kohal, on siiski vaid loetud tunnid. Seega 10kWh / 4h = 2500Wp paneele ehk 2.5kWp paneelivõimsust.
Nüüd saame teada, millist kontrollerit ja nominaalsüsteemi suurust vajame.
2500Wp / 12V = ca 200A - sellist kontrollerid ei ole olemas. Seega 12V süsteem jääb ära
2500Wp / 24V = ca 100A - see on juba tehtav, kuid tuleviku laienduseks ruumi ei ole enam.
2500Wp / 48V = ca 60A - see on mõistlik, kuid ka siin laienduseks ruumi ei ole.
Antud juhul valiks mina 80A MPPT. Sellega saad 24V süsteemis kasutada 2400Wp paneelivõimsust, 48V süsteemi korral lausa 4800Wp paneelivõimsust ehk ruumi on ka laienduseks. SAMAS... paneele ei saa lihtsalt niisama üksteise otsa ühendada. Kontrolleritel on lisaks maksimaalsele võimsusele oluline ka VOC ehk paneelide kogupinge avatud ahelas. Ka see peab jääma kontrolleri parameetrite sisse. Kindlasti tekib vajadus sul paneele ühendada mitme stringi ehk seeriana, mille enne kontollerisse jõudmist ühendad paralleelselt, aga see on natuke teine teema.
Paneelidest tuleb energia suunata enne kontrollerisse jõudmist kaitsmesse, mis lisaks paneelide ja kaabli kaitsmisele võimaldab paneele ka lihtsalt järelt ära lülitada- ära unusta, et kontroller ei tohi olla paneelidega ühenduses, kui akut ei ole - see kärssab läbi. Kaitse sõltub paneelide maksimaalselt lühisvoolust. Kui sul on paneelid, mille lühisvool on 10A ja oled paigaldanud oma paneelid kahte stringi (näites on meil paneelivõimsust kokku 2400Wp, see võrdub 6 x 400Wp ja kuna kontrolleri VOC ei võimalda kõiki seeriasse ühendada, siis ühendad paneelid kolme kaupa seeriasse ja need kolmesed seeraid omavahel paralleelselt). Seega sul on 2 paralleelühendust, kus iga ühenduse lühisvool on 10A ehk kokku 20A. Kaitse peaks olema 25% suurem, seega 20A * 20% = 25A. Ehk saime teada, et paneelide ja meie 80A kontrolleri vahele läheb 25A kaitse.
Nüüd arvutame välja kaitse kontrolleri ja aku vahele. See on õnneks lihtne - kontrolleri amprite arv * 25% = 80*1,25 = 100A.
Nüüd peame valima inverteri. Kui me jääme 24V süsteemi juurde, siis maksimaalne inverter võiks olla mitte rohkem, kui 3500W. Voolutugevused lähevad väga suureks. Hea oleks, kui voolutugevused ei ületaks 150A sest koormus elektroonilistele komponentidele on väga suur. Müüjad väga tahaks, et sa nende tooteid tihedamini ostaks. Isegi 3500W inverteri korral on see 24V süsteemis 146-150A.. Nt 48V süsteemi korral saaksid sa kasutada 7000W inverterit, kui jääda 150A juurde.
Jääme selles näites 24V süsteemi ja 3500W juurde. Nüüd peame endalt küsima, millised energiatarbijad korraga töötavad. Veekeedukann on 1200W, kohvimasin ubadega 2400W (lühikest aega). Seega neid kahte me koos kasutada ei saa. Väike induktsioonpliit 750W, mikrolaineahi 800W, külmik 35W töötab 24/7 (külmikul on sulatus- hoidmise- jahutuse režiimid, mis võivad korraga vajada ka 200W), ruuter 20W. Minu 120l veeboiler võtab peale vanniskäiku 1400Wh, pesumasin 1 tsükkel 40 kraadi juures 700Wh ilma tsentrifuugita.
Oletame, et 3500W inverter meid rahuldab. Nüüd me jõuame tagasi akude juurde, sest LiFePO4 akud on targad akud, mida kaitse BMS ehk akuhaldussüsteem. Nendel BMSidel on samuti näitarv, mida väljendatakse amprites ehk millise voolutugevusega saab akud laadida või sealt maha laadida. Kuna meil on kasutusel 24V süsteem ja vajame 3500W inverterit, siis meie minimaalne BMS suurus peab olema 3500 / 24 = 150A. Ehk me vajame sellist akut, mille BMS kas üksikuna või siis kahe aku paralleelühendusena oleks vähemalt 150A.
Ehk on aeg hakata planeerima akupanka, mis meie näite puhul PEAB olema 10kWh. Oletame, et tahame kasutada 12V 100Ah akusid. Nende akude BMS on 100A, seega peame kasutama vähemalt kahte akut paralleelselt (kokku siis 200A). Samas ei tõsta kahe aku paralleelühendus nominaalpinget ehk kahe 12V aku paralleelühendusel ei muutu 12V meile vajalikuks 24V süsteemiks. Seega peame kasutama vähemalt nelja 12V 100Ah akut ehk tegema neist 2S2P seadistusega akupanga - kahe kaupa seeriasse (ehk tõstame pinge 24V peale) ja need seeriad omavahel paralleelselt (ehk tõstame amprote arvu 200A peale, et saaks kasutada 3500W inverterit). KUID....kokku on ikka ainult 5kWh akupanka ja kuna üldjuhul üle 2S2P seadistuse 100Ah akusid kasutada ei tohi, siis võime tõdeda, et 12V 100Ah akusid me kasutada ei saa.
Aga mis oleks 12V 200Ah LiFePO4 akuga? Selle aku BMS on 150A, seega juba palju parem. Kui me nendes akudest teeme 2S2P akupanga, on meil kokku ka 10kWh akupank ehk selline aku sobib väga hästi, kuid 4 eraldi akut võtavad pärasi palju ruumi.
Järgmine lahendus on kasutada kohe 24V akusid. 24V 100Ah LiFePO4 aku BMS on 100A, seega peame kasutama vähemalt kahte akut paralleelselt, kuid kuna me vajame 10kWh, siis peame kasutama nelja akut paralleelselt. Nüüd tuleb hoolega lugeda, kas aku tootja lubab nelja akut paralleelselt ühendada. Isegi, kui lubab, siis ruumipuudus jääb ikka alles.
Minu jaoks kõige mõistlikum lahendus on kasutada kahte 24V 200Ah akut paralleelselt. Võtab vähe ruumi, on lihtne ühendada ja näeb ilus välja.
Viimase asjana arvutame välja kaitsme aku ja inverteri vahele. Kuna inverter on 3500W ja süsteemi nominaalpinge 24V, siis kaitse suurus on 3500 / 25 * 1,25 = 183A = 200A.
2) Inverterist lähtuv süsteemi suurus
See on hea neile, kes juba teavad, millised on need seadmed, mis korraga töötavad. Oletame, et see on 3500W ja see on piisav. Enese ja pesu pesemisel küll peab jälgima, et muid suure tarbimisega seadmeid järel ei oleks, kuid suvilas saab hakkama.
Loogika on ikka sama, kuid natuke teises järjestuses. Kuna sa juba tead, et vajad 3500W inverterit, siis 12V süsteemi juurde pole mõtet isegi piiluda. Küsimus on, et kas 24V või 48V. Oletame, et see inverter rahuldab sinu vajadusi ja tulevikus ja seda sa suurendada ei soovi. Seega valime 24V süsteemi.
Selleks, et sa saaksid 3500W inverterit kasutada, peab su aku BMS olema vähemalt 150A. Kuna me sellega eelmise punkti alles lõpetasime, siis leidsime, et see aku võiks olla 24V 200Ah ehk 5kWh energiat ja kuna selle akupanga BMS on 150A, siis toidab see inverteri ilusti ära.
Nüüd läheb asi edasi täpselt samamoodi, kui eelise meetodi puhul. 5kWh akupanga laadimiseks vajad sa vähemalt 1200Wp paneelivõimsust. Seega vajad sa vähemalt 1200/24 = 50A kontrollerit ehk valikusse jääb, kas 60A või 80A kontroller. Oletame, et oled otsutanud, et sa laiendada kindlasti ei soovi ja 5kWh akupank on rohkem, kui küll, siis on mõistlik valik 60A MPPT, mille maksimaalne paneelide võimsus on 1440W ehk saad panna isegi rohkem, kui 1200W.
Kaitsmete arvutamine käib sama valemi järgi ja seda ehk enam kajastada pole vaja.
Aga oletame, et sa siiski leiad, et tahad tulevikus laiendada oma akupanka 10kWh peale, siis sa pead kasutama 80A MPPT-d, kuna 10kWh akupanga laadisemiseks on kindlasti vaja vähemalt 2400W paneelivõimsust. 2400 / 24= 100A, kuid kuna 80A MPPT lubab samuti ühendada järgi 2400Wp paneelivõimsust, siis on win-win. Hoolikalt tuleb kontrollerite juhendit lugeda.
Kokkuvõte
Mina eelistan pigem tarbimisepõhist lähenemist, kuid see on palju raskem, sest tarbimise välja arvutamine on keeruline. Lihtsam on jääda inverteripõhiseks ja seda ka põhjusel, et puhtalt off-grid lahenduse peal olles sa generaatorist niikuinii ei pääse - oktoobrist märtsini meil päikest väga palju siiski ei ole.
Aga ega mu postituse eesmärk ei olnudki mingi superlahenduse välja pakkumine, vaid aidata lugejal mõista komponentide ja süsteemid nominaalpingete omavahelist sõltuvust. Kuidas keegi arvutab on maitse asi, kuid iga komponent mõjutab teisi ja hilisemad muudatused lähevad kalliks.
