Zabezpieczenia techniczne

W lipcu 2011 roku poszerzyliśmy naszą ofertę o kompleksową usługie związaną z montażem i sprzedażą ogniw fotowoltanicznych.

Współpraca z firmą WORLD WINDOW S.C.  pozwala nam na utrzymanie konkurencyjnych cen i wysokiej jakosci produktów.

Co wpływa na produkuję prądu z paneli fotowoltaicznych?

Ilość energii produkowanej przez fotoogniwa zależy głównie od nasłonecznienia baterii słonecznych. W różnych okresach roku mamy w Polsce różne nasłonecznienie na płaszczyznę w kWh/m2. Od pory roku zależy ile mocy będziemy uzyskiwać z jednego panelu (różne nasłonecznienie). Panele słoneczne są jednak tak skonstruowane, że swoje napięcia(V) osiągają przy stosunkowo niedużym nasłonecznieniu, natomiast moc(W) jest zależna od nasłonecznienia. Przyjmuje się, że najlepszy okres w Polsce to od początku marca do końca września. Ponadto panel pv może być różnie nakierowany w stosunku do słońca. Najbardziej optymalnym położeniem paneli to kierunek południowy pod kątem 30stopni(dla okresu letniego) lub 60stopni(dla okresu zimowego). Położenie paneli w innym kierunku może spowodować nawet kilkudziesięciu procentowy spadek produkcji prądu z fotoogniw. Jeżeli tworzony przez nas system ma zasilać odbiornik prądu 24h na dobę przez cały rok(np. nadajnik telekomunikacyjny, znaki drogowe itp.) musimy dopasować baterie słoneczne do okresu grudnia i stycznia(najmniejsze nasłonecznienie). Wówczas panele powinny znaleźć się pod kątem ok.60 stopni. Należy tu również zaznaczyć, że na panele nie powinien padać cień. Zacieniowanie paneli znacznie wpływa na produkcję energii. Nawet najmniejsze zacieniowanie (np. z pobliskiego słupa, komina dachu, budynku sąsiada, drzewa itp.) może skutkować spadkiem produkcji o 50% lub więcej. Jak już ustalimy okres roku, w którym panele będą używane oraz ustaliliśmy ich położenie, powinniśmy (jeżeli nie znamy) poznać różnicę między mocą urządzeń(W) a zużyciem prądu(Wh). 

Jednostki miary. Czym różni się kWh od kW?

Produkcję lub zużycie energii podaje się w jednostce Wh lub kWh, natomiast moc urządzeń podaje się w watach W lub kW. Watogodzina(Wh) - jest to nic innego jak moc (W) * godziny (h). Dla przykładu mając odbiornik prądu o mocy ciągłej 100Wat i używając go 4godziny na dobę, uzyskujemy zużycie prądu na poziomie 400Wh/doba. 

Obliczenia. Jak obliczyć produkcję prądu z paneli słonecznych?

Znając już położenie paneli słonecznych możemy wyliczyć produkcję energii dla przykładowego systemu PV. Panele PV występują obecnie o różnej mocy. W ofercie są panele 50Wat, 130Wat, 200Wat i inne. Przyjmując, że chcemy 4szt. paneli 200Wat uzyskujemy elektrownię o mocy 800Wp = 0.8kWp (Wp to wat peak-moc szczytowa modułu fotowoltaicznego w Standardowych Warunkach Badania). Aby poznać dokładne dane odnośnie produkcji z przykładowego systemu PV dla konkretnego miasta posłużymy sie ogólnie dostępnym kalkulatorem systemów PV dostępnym pod linkiem: 

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/radmonth.php?lang=en&map=europe 

W oknie po lewej stronie u dołu ekranu, wybieramy Country/region: Poland oraz poniżej interesujące nas miasto. W nowo otwartym oknie klikamy na: 2) Estimate the PV electricity generation. Następnie w polu: "Enter installed peak PV power kWp" podajemy moc naszej elektrowni słonecznej w kWp. W naszym przypadku podajemy wartość 0.8kWp. Poniżej podajemy straty jakie mogą wystąpić na przewodach, inwerterach itp. W tym miejscu możemy zostawić wartość 14%. Poniżej podajemy także nachylenie w stopniach modułów oraz orientację paneli względem kierunków świata. Następnie klikamy przycisk Submit. Pod spodem uzyskujemy wyliczenie oraz wykres słupkowy prezentujący wartość produkcji energii w kWh/miesiąc z naszego systemu PV. 

Obliczenia. Wiem już jak obliczyć produkcje z fotoogniw i jak obliczyć zużycie moich odbiorników prądu?

Znając już metody obliczeń produkcji prądu z modułów fotowoltaicznych oraz rodzaje systemów PV możemy przystąpić do wyboru odpowiedniej ilości paneli do naszych potrzeb. Jeżeli tworzymy system autonomicznym bez dostępu sieci publicznej dla odbiorników prądu działających cały rok należy system skalkulować dla okresu o najmniejszej produkcji prądu z fotoogniw czyli dla grudnia i stycznia. Jeżeli natomiast interesuje nas zasilanie odbiorników tylko w okresie wiosenno-letnim (jachty, wozy kempingowe, altanki i domki letniskowe) wówczas pod uwagę bierzemy miesiące odpowiadające temu okresowi, np. kwiecień-sierpień. Wyliczamy dla tych okresów średnią produkcję dzienną z fotoogniw. Mając z jednej strony wyliczoną średnią dzienną produkcje z fotoogniw potrzebujemy z drugiej strony średnie dzienne zużycie energii przez nasze odbiorniki prądu. Jeżeli zużycie energii będzie równe produkcji energii z fotoogniw wówczas nasz system będzie skalkulowany poprawnie. Jeżeli zużycie będzie większe niż produkcja wówczas nasze odbiorniki prądu będą pracować krócej niż byśmy tego chcieli. Obliczanie zużycia prądu jest w większości przypadków proste. Jeżeli odbiornikiem prądu jest np. 10szt. żarówek LED o mocy 3Wat każda to wówczas moc pobieranego prądu wynosi 10*3=30Wat. Jeżeli świecimy 4h/doba wszystkimi żarówkami to zużycie wyniesie 30W*4h=120Wh/doba. Inaczej sprawa wygląda dla odbiorników, których moc jest różna w zależności od sposobu używania. Takim przykładem może być np. komputer lub pompa wodna. Żeby znaleźć odpowiedź ile naprawdę zużyje nam prądu dany sprzęt możemy posłużyć się statystycznym kalkulatorem energii dostępnym na stronie: 

http://www.vattenfall.pl/kalkulatorenergii/?WT.srch=1

Kalkulator jest przygotowany w oparciu o dane statystyczne na temat zużycia energii dla 4wariantów rodzin: 1-,2-,3-,4-osobowa. Po wybraniu odpowiedniego scenariusza kalkulator zostaje załadowany. Jeżeli wybierzemy z listy dostępnych urządzeń np. komputer to po prawej stronie wyświetlone zostanie zużycie dobowe w kWh dla tego sprzętu. Możemy także zwiększyć lub zmniejszyć czas funkcjonowania i ilość danego sprzętu w naszym przypadku. Na koniec sumujemy zużycie energii z naszych odbiorników. W przypadku systemów autonomicznych z podłączeniem sieci publicznej nie jest wymagane, aby system PV produkował dokładnie taką ilość energii jaką potrzebujemy. Jeżeli nasz system wyprodukuje mniej energii niż byśmy tego chcieli, ponieważ np. znacznie zwiększyliśmy pobór energii(dłuższa praca odbiorników energii niż przyjęliśmy do obliczeń) lub jest akurat miesiąc zimowy, wówczas nie musimy obawiać się sytuacji że zostaniemy bez prądu. Specjalny inwerter tworzący taki system automatycznie przełączy na zasilanie z sieci publicznej aż do momentu doładowania akumulatorów ze słońca. 

Obliczenia. Jak dobrać odpowiednią ilość i pojemność akumulatorów do fotoogniw?

Jeżeli ustaliliśmy jakiej mocy potrzebujemy baterie słoneczne oraz ile wyprodukują one energii dla konkretnych warunków, możemy przystąpić do doboru akumulatorów do naszych potrzeb. Książkowy wzór na obliczenie pojemności akumulatorów jest następujący: 

produkcja dzienna (Wh) / napięcie systemu (V) = ilość prądu (Ah) 

ilość prądu (Ah) * 1,5 = pojemność akumulatora (Ah) 

Współczynnik 1,5 służy po to aby akumulator nie został rozładowany przez odbiornik do zera, ponieważ głębokie rozładowania znacznie skracają żywotność akumulatorów. We wzorze dzielimy produkcje z fotoogniw w Wh przez napięcie systemu. UWAGA! Panele słoneczne o mocach do 140Wat działają na napięcie nominalne 12V, natomiast panele o mocach powyżej 140Wat działają na napięciach 24V. Wyjątkiem są panele Kaneka (napięcie 48V). Tak więc mając do dyspozycji 4szt. paneli 200Wat i produkcję w lato z systemu 3,6kWh/doba wyliczenie wygląda następująco: 

3600Wh / 24V = 150Ah 

150Ah*1,5= 225Ah 

W wyniku otrzymujemy pojemność akumulatora 225Ah 24V. Pojemność akumulatora zawsze można zaokrąglać w górę lub w dół. Na rynku są dostępne modele akumulatorów MK 225Ah 12V lub HZY 230Ah 12V. Zakładamy model MK 225Ah 12V. Aby uzyskać napięcie 24V należy zastosować dwa akumulatory MK 225Ah 12V i połączyć je szeregowo dzięki czemu napięcie zwiększamy do 24V. Akumulatory można łączyć razem szeregowo oraz równolegle. Warunkiem jest stosowanie tych samych typów akumulatora o tej samej pojemności i rodzaju. Do systemów PV zalecane są akumulatory żelowe, czyli takie w których elektrolit jest unieruchomiony w postaci żelu. Są one szczelne, zupełnie bezobsługowe, a ich żywotność w warunkach 20stopni Celsjusza to 10-12lat. W naszej ofercie są to akumulatory firmy HAZE modele HZY oraz MK Batter. 

W powyższym wyliczeniu dajemy bateriom słonecznym tylko jeden dzień na naładowanie akumulatora. Jeżeli mielibyśmy wyliczyć pojemność akumulatora dla domku letniskowego użytkowanego tylko w weekendy, na którym zamocowane mają być 4szt. paneli 200Wat wówczas wyliczenie wyglądałoby następująco: 

3600Wh*5dni=18000Wh 

18000/24=750Ah 

750Ah*1,5=1125Ah 

Należałoby użyć 10szt. akumulatorów 225Ah 12V. Podłączenie 5 akumulatorów w jeden string byłoby równoległe, dwa stringi połączone szeregowo. 

Obliczenia. Jak dobrać regulator ładowania do mojego systemu PV?

Jeżeli dobraliśmy już ilość i moc baterii słonecznych do systemu autonomicznego, kolejnym krokiem jest wybór regulatora ładowania. Regulator ładowania to niewielkie urządzenie, którego zadaniem jest zabezpieczać akumulator przed przeładowaniem ze strony fotoogniw oraz przed zbyt głębokim rozładowaniem ze strony odbiorników prądu. W naszej ofercie są regulatory 12/24V. Dla paneli mono i polikrystalicznych wykorzystuje się regulatory 12/24V. Oznaczenia te informują o napięciu nominalnym systemu PV. Jeżeli podłączamy do regulatora np. 2 baterie 100Wat równolegle wówczas napięcie systemu jest 12V, dla podłączenia szeregowego dwóch modułów 100Wat napięcie systemu wyniesie 24V. Regulatory automatycznie odczytują napięcie systemu i na takim napięcie pracują. Oczywiście ważne jest, aby napięcie na akumulatorach było takie jak na panelach (12 lub 24V) inaczej regulator sygnalizować będzie błąd podłączenia. Dobierając regulator musimy zwrócić uwagę na parametr "prąd zwarciowy (A)" przy opisach paneli PV. Jeżeli podłączamy 3szt. paneli 130Wat wówczas prąd zwarciowy jednego panelu to 8,02 dla trzech paneli to 24,06A Należy więc wybrać regulator min. 24,06A np. model 30A lub 40A. 

Budowa systemu autonomicznego 12V. Jak podłączyć odbiorniki na prąd zmienny ~230V?

Do zmiany napięcia z 12V, 24V lub 48V prądu stałego na ~230V prądu zmiennego służy urządzenie zwane inwerterem lub przetwornicą. Inwerter podłącza się bezpośrednio pod akumulator. Wszystkie inwertery w naszej ofercie posiadają zabezpieczenie przed całkowitym rozładowaniem akumulatora. Na wyjściu inwerter posiada zazwyczaj standardowe gniazdko prądu AC, do którego podłącza się urządzenia na ~230V. Inwertery dobiera się wg mocy ciągłej zasilanych urządzeń np.: TV LCD 100Wat + Laptop 60Wat + oświetlenie 100Wat = 260Wat, z naszej oferty należałoby wybrać przetwornice 300Wat mocy ciągłej(chwilowa moc 600Wat) 12/230V. Jeżeli mamy system o napięciu 24V należałoby wybrać inwerter 24/230V 300Wat. 

System autonomiczny z dodatkowym przyłączem sieci publicznej. Jaki inwerter wybrać?

Aby stworzyć system na potrzeby np. domu mieszkalnego, całorocznego należy zaopatrzyć się w inwerter, który daje możliwość podłączenia sieci AC na wejściu inwertera. Do tego inwertera podłącza się bezpośrednio panele PV, akumulatory, zasilanie z sieci AC oraz odbiorniki prądu na ~230V. Inwerter ma wbudowany regulator ładowania oraz specjalny mikroprocesor, który steruje energią w taki sposób, że energia z paneli słonecznych ładuje akumulatory. W przypadku poboru prądu, akumulatory są rozładowywane. Gdy akumulatory wyładują się do 20% swojej pojemności inwerter przełączy się automatycznie na sieć publiczną do momentu aż akumulatory zostaną doładowane energią z paneli PV. Chcąc tak zbudować system, możemy dopasowywać moc paneli do okresu letniego gdzie produkcja energii jest największa, natomiast zimą inwerter będzie pracować częściej na zasilaniu z sieci publicznej. 

Jak mogę zwiększyć wydajność paneli PV?

Popularną metodą zwiększania wydajności systemów PV u naszych zachodnich sąsiadów to montaż baterii słonecznych na systemach nadążanych za słońcem. Taki ruchomy stelaż, na którym zamocowane są fotoogniwa, sam nakierowuje się do słońca w zależności od pory dnia. W słoneczne dni wydajność systemu pv może wzrosnąć o kilkadziesiąt procent. Niestety systemy nadążane za słońcem są jeszcze stosunkowo drogie w Polskich realiach.