Napelemes rendszer méretezése

 Szigetüzemű napelemes rendszer méretezése házilag
(Sajnos az interaktív táblázatok miatt a cikk mobilra nem optimalizált, kérjük asztali gépen vagy tableten töltse ki)

Egy szigetüzemű napelemes rendszer összetevőinek a megfelelő méretezése mérnöki feladat, de egy kis odafigyeléssel sokan megközelítő képet kaphatnak a szükségleteiknek megfelelő napelemes rendszer paramétereiről, ha megvan hozzá a segítség. Reméljük, hogy nem vágtuk túl nagy fába a fejszénket, amikor úgy döntöttünk, hogy elkészítünk egy részletes online interaktív tervezési segédletet, amely a szükséges paraméterek megadása után automatikusan kiszámolja, hogy mekkora napelemre, akkumulátorra és inverterre lesz szükség.

A lenti tervezési segédlet 12V-os vagy 24V-os akkumulátor-csoport használatához készült, mivel cégünk ezekhez a feszültségekhez tud napelemes szabályozókat vagy invertereket biztosítani.

Az utasításoknak megfelően töltse ki a méretezési táblázatokat és így egy átfogó képet fog kapni az ön szigetüzemű napelemes rendszeréhez szükséges napelemekről, akkumulátorokról és inverterről.

AC és DC Fogyasztók
Az elektromos áramot felhasználó berendezéseket és készülékeket (TV, számítógép, lámpák, vízszivattyú, porszívó, stb.) Fogyasztóknak nevezzük. Az AC (Alternating Current) fogyasztók 230V-os váltakozóáramot (inverter szükséges), a DC (Direct Current) fogyasztók az akkumulátor feszültségével (többnyire 12 vagy 24V) megegyező egyenáramot igényelnek működésükhöz. Nagyon fontos, hogy alaposan kiszámoljuk a szükséges energiafogyasztást és a lehető legkisebbre csökkentsük energiaigényünket.

Fogyasztói energiaigény kiszámítása
Ahhoz, hogy elkezdje a napelemes rendszerének méretezését, meg kell határoznia a tervezett energiafogyasztást. Készítsen egy listát azokról a berendezésekről, amelyeket a napelemes rendszeréről kíván üzemeltetni, működtetni. Állapítsa meg, hogy az egyes készülékeknek mekkora a névleges üzemi teljesítményfelvétele, a legtöbb berendezés hátoldalán található egy címke a teljesítmény értékével (Watt - W). Ez az információ a készülék gépkönyvéből, forgalmazójától is megtudható. Az általunk beírt értékek csak példák, ezektől az ön készülékének a fogyasztása jelentősen eltérhet és így hibás eredményt fog kapni.

Először számoljon az AC 230V-os fogyasztókkal. Ha nincs AC fogyasztó (csak 12/24V-ról közvetlenül működő berendezései vannak, pl. villanypásztor), akkor hagyja ki ezt a részt és folytassa a "DC fogyasztók energiaigénye" résznél. Tüntesse fel az egyes fogyasztókat, a teljesítményüket és hogy hány órát fogja őket működtetni egy héten (Üzemóra/Hét) a lenti táblázatokban. A heti Wattóra (Wh/Hét) értéket megkapja, ha a Teljesítmény értéket beszorozza a készülék heti használati idejével (Üzemóra/Hét). Végül adja össze az egyes Wh/Hét értékeket, hogy megkapja a teljes Wh/Hét értéket.

FIGYELEM! Csak a zöld színnel kiemelt sorok mezőibe lehet adatot bevinni, a többi mezőt a táblázat magától kiszámolja. A már példaként beírt fogyasztói adatok felülírhatók/kitörölhetők a zöld színnel kiemelt sorok mezőiben. Javasoljuk, hogy a hibák elkerülése végett a tervezés megkezdése előtt töröljön ki minden értéket a zölddel jelzett cellákból! Tizedespont megadásánál vessző helyett használjon pontot, különben a rendszer hibásan számol!

AC váltóáramú fogyasztók energiaigénye

Berendezés

Watt

×

Üzemóra/Hét

=

Wh/Hét

LED televízió

×

=

Hűtőszekrény

×

=

230V-os világítás

×

=

Mikrohullámú sütő

×

=

Porszívó

×

=

Vasaló

×

=

Számítógép, laptop

×

=

Vízforraló

×

=

Szivattyúk

×

=

Audio/video eszközök

×

=

Egyéb gépek 1

×

=

Egyéb gépek 2

×

=

Egyéb gépek 3

×

=

Egyéb gépek 4

×

=

Váltóáramú AC fogyasztók teljes Wh/Hét energiaértéke:

Wh/hét

1. Az inverter vesztesége miatt beszorozzuk a teljes Wh/Hét értéket 1,2-vel:

2. Írja be az inverter és egyben az akkumulátor csoport feszültségét ide (12 vagy 24V):

V

3. Elosztjuk az 1. sor értékét a 2. soréval:

Ah

Ezzel megkapta a teljes heti Ah (amperóra) igényét a váltóáramú fogyasztóinak. Most számolja ki az egyenáramú fogyasztói energiaigényét is, amennyiben van ilyen. Ha nincs, akkor ugorja át ezt a részt.

DC egyenáramú fogyasztók energiaigénye

Berendezés

Watt

×

Üzemóra/Hét

=

Wh/Hét

Világítás (12 vagy 24V-os)

×

=

Egyéb gépek 1

×

=

Egyéb gépek 2

×

=

Egyéb gépek 3

×

=

Egyenáramú DC fogyasztók teljes Wh/Hét energiaigénye:

Wh/hét

1. Az akkumulátor, s egyben az inverter feszültsége (a fent megadott érték):

V

2. Elosztjuk a DC fogyasztók teljes Wh/Hét értékét az akkumulátor feszültségével (a teljes heti Ah (Amperóra) igénye a DC fogyasztóknak):

Ah

3. Az AC fogyasztók teljes heti Ah (Amperóra) igénye a fenti táblázatból:

Ah

4. Összeadjuk a 2. és a 3. sort, ez lesz az összes fogyasztó (AC és DC) teljes heti Ah (Amperóra) igénye:

Ah

5. Elosztjuk a 4. sort héttel. Ez a napi teljes Ah (Amperóra) igény:

Ah

Akkumulátor méretezés
Először válassza ki az akkumulátort, amit használni szeretne, a fenti Ah-számból a nagyságrend már megállapítható. Nagyobb rendszerek esetében célszerű nagyobb kapacitású (pl. 92Ah-ás) akkumulátorokat választani, így kevesebbet kell párhuzamosan (és sorba) kötni és a költségek is alacsonyabbak lesznek. Habár kapható kifejezetten napelemes rendszerekhez kifejlesztett és ajánlott "Solar" akkumulátor is, mégis sokan hagyományos AGM savas vagy lúgos ólomakkumulátort, illetve targonca akkumulátorokat használnak erre a célra a költséghatékonyság miatt. Másodszor el kell döntenie, hogy mennyi időn keresztül kell az akkumulátoroknak táplálnia a fogyasztókat újratöltés nélkül olyan esetekben, amikor például napokon keresztül nincs napsütés. Ezt az időt gyakran "áthidalási időnek" is nevezik. Tehát az áthidalási idő azt írja le, hogy hány napig kell az akkumulátorainknak ellátnia a fogyasztókat anélkül, hogy a napelemek vagy egyéb áramforrások az akkumulátort újratöltenék (az egymás utáni esős, borús napok száma).

Ugyancsak ebben a lépésben kell eldöntenie, hogy 12V-os vagy 24V-os akkumulátor-csoport mellett teszi-e le a voksát. Ez egy fontos döntés, mivel a későbbiekben már ezen nem lesz könnyű változtatni (pl. a 12V-os inverter nem lesz jó a 24V-os rendszerhez és fordítva, 12V-on a napelemes töltésvezérlők fele annyi töltőáramot adnak le, mint 24V-on, kábelkeresztmetszet, stb.). Általában nagyobb napelemes rendszereknél (pl. 3 db 280W-os napelem) mi javasoljuk a 24V-os akkucsoportot, de ebben az esetben mindenképpen használjon akku töltéskiegyenlítést az akkumulátorok élettartama végett: 24V-os akku töltéskiegyenlítő. A fenti "AC váltóáramú fogyasztók energiaigénye" résznél a 2. pontban ne felejtse el módosítani a példában megadott 24V-ot, ha 12V-os rendszert szeretne!

Az áthidalási idő mellett szintén figyelembe kell vennie az ön felhasználói szokásait is. Ha például a napelemes rendszer egy hétvégi házba kerül beépítésre, akkor célszerű nagyobb, "túlméretezett" akkumulátor-csoporttal tervezni, mivel a napelemek egész héten át tölthetik az akkumulátorokat és tárolhatják az energiát, amit a hétvégén fel lehet használni. Ellenben ha aggregátor mellé építjük be a napelemes rendszert, akkor az akku-csoportot (és az invertert is) egy kicsit kisebbre is méretezhetjük, mivel az aggregátorral is rásegíthetünk a rendszerre, ha szükséges. Amikor eldöntötte, hogy a rendszer akkumulátorainak mekkora tárolókapacitásra (áthidalási időre) van szüksége, készen áll arra, hogy az alábbi táblázat segítségével meghatározza a napelemes rendszer akkumulátorainak a pontos számát.

Akkumulátor méretezési táblázat

1. A napi teljes Ah (Amperóra) igény (a Fogyasztói táblázatból):

Ah

2. Írja be a szükséges áthidalási időt napokban (például 2 nap):

nap

3. Összeszorozzuk az 1. sort a 2. sorral, s így megkapjuk a szükséges összes Ah kapacitást a megadott napok időtartamára:

Ah

4. Írja be az akkumulátorok kisüthetőségét ( 0.2 - 0.8 közötti érték ). Általában a legtöbb ólomakkumulátor fajtát nem szabad teljesen kisütni, az általánosan elfogadott kisütés mértéke százalékban kifejezve 50%, vagyis 0.5-ös kisüthetőség.

5. Elosztjuk a 3. sort a 4. sorral:

Ah

6. Válassza ki a lenti táblázatból és írja be ide a legközelebbi szorzószámot arra az átlagos téli hőmérsékletre vonatkozóan, amelyben az akkumulátora tárolva lesz:

szorzószám

Hőmérséklet (Celsius)

Szorzó

26,7 C

1.00

21,2 C

1.04

15,6 C

1.11

10,0 C

1.19

4,4 C

1.30

mínusz 1,1 C

1.40

mínusz 6,7 C

1.59

7. Összeszorozzuk az 5. sort a 6. sorral. Így alacsony hőmérsékleten is valósak lesznek a számított adatok. Ez a szükséges teljes akkumulátor kapacitás Ah-ban kifejezve:

Ah

8. Írja be az egyes 12V-os akkumulátoroknak az Ah kapacitás értékét (pl. 92Ah). Ez az érték a fenti Ah értéknél értelemszerűen kisebb kell, hogy legyen. Olyan boltban kapható akkumulátornak a kapacitását kell ide beírnia, amelyből, ha szükséges, esetleg majd többet kell párhuzamosan vagy/és sorba kötnie:

Ah

9. Elosztjuk a 7. sort a 8. sorral:

db

Majd a fent kijött számot kerekítse felfelé. Ez a párhuzamosan kötendő akkumulátorok (csoportok) száma. Ha a 8. sorban megadott érték megegyezik a 7. sorban kiszámolt értékkel, akkor nyilvánvalóan csak 1 db ilyen akkumulátorra lesz szüksége:

kerekítés

10. Ossza el az akkumulátor-blokk feszültségét (pl. 24V) az egyes akkumulátorok feszültségével (pl. 12V). Ez a sorba kötendő akkumulátorok száma. Ha csak 12V-os akkukat kötünk össze párhuzamosan, akkor ez az érték 1 lesz:

db

11. Összeszorozzuk a 9. sort a 10. sorral. Ez a szükséges akkumulátorok száma:

db

Napelemek méretezése

Ahhoz, hogy napelemeinkből az akkumulátorok töltésére alkalmas feszültséget és az elegendő teljesítményt megkapjuk, sok esetben azokat párhuzamosan (néha sorba) kell kötnünk. Az egyes napelemek párhuzamosan kötésével a kapocsfeszültség nem változik, ellenben az egyes napelemek áramai összeadódnak. Ha a napelemeket sorba kötjük, az összáramuk változatlan marad és a kapocsfeszültségeik összeadódnak. Erről bővebben a Napelem panelek összekötése cikkünkben olvashat. Töltse ki a napelemek méretezési táblázatát, hogy megkapja az ön rendszeréhez szükséges napelemek számát. Kezdjük a már kiszámolt napi Ah igény megadásával.

Napelemek méretezési táblázata

1. A napi teljes Ah igény ( A DC Fogyasztói méretezés táblázatának 5. sora):

Ah

2. Megszorozzuk az 1. sort 1.2-vel az akkumulátor veszteségek miatt:

Ah

3. Adja meg az átlagos napi napsütéses órák számát. Átlagosan 5,2 óra / nap Magyarország területén, ez nyáron több, télen kevesebb. Ha télen is azonos működést szeretne, akkor írjon be pl. 3 órát.

óra

4. Elosztjuk a 2. sort a 3. sorral, hogy megkapjuk a napelemek által szolgáltatott óránkénti összáramot az akkumulátor oldalon. Ha ezt az áramértéket összeszorozza az akkumulátor feszültségével, akkor megkapja a szükséges napelem teljesítményt, amely alapján már nagyságrendileg tud napelem panel méretet választani a lenti sorhoz.

A

Adja meg a kiválasztott napelem táblájának a teljesítményét. Kezdje kisebb teljesítményű napelemmel és növelje, ha túl sok napelem összekötésére lenne szükség:

W

5. Az ön napelem modulja által szolgáltatott max. töltőáram a fent megadott akkufeszültségre vonatkozóan (Pl.: egy 240W-os napelem 24V-on max. 10A leadására képes.)

A

6. Elosztjuk a 4. sort az 5. sorral:

db

Majd a fenti számot kerekítse felfelé, így megkapja a szükséges párhuzamosan kötendő napelemek számát.

kerekítés

7. Határozza meg a szükséges napelemek számát az egyes soros ágakban. A 12V-os akkumulátorok töltésére alkalmas napelem üresjárati feszültsége (Voc) min. 18-20V. A 24V-os akkumulátorok töltésére alkalmas napelem üresjárati feszültsége min. 36-40V. A 7-es sor értéke akkor lesz 2, ha pl. önnek Voc=22V paraméterű napelemei vannak, amellyel 24V-os akkucsoportot akar tölteni, vagyis sorba is kell kötni őket. Ha nem kell sorba kötnie napelemet, akkor ez az érték maradjon 1-es.

db

Szorozza össze a 6. sort a 7. sorral, ennyi napelem modulra lesz szükség összesen:

db

Inverter méretezése

Az inverter az akkumulátorokban tárolt egyenáramot (DC) átalakítja olyan felhasználható váltóárammá (AC), amely a legtöbb háztartásban használt készülék, berendezés működéséhez szükséges. FIGYELEM! Bizonyos induktív (motorikus) fogyasztók indulásakor jóval nagyobb áramok szükségeltetnek, mint amire számítani lehet (pl. hűtőszekrény, klíma, szivattyúk, stb.), ezért az inverter méretezését az adott fogyasztók teljesítménytényezőjének az ismerete nélkül nem lehet táblázatból kiszámolni. Javasoljuk, hogy pontos információért vegye fel velünk a kapcsolatot vagy olvassa el az alábbi vonatkozó szakcikkünket: Hogyan válasszunk invertert?

ÖSSZEGZÉS

Ha fenti példában beírt adatokat vesszük alapul, akkor a "nehezebb" AC fogyasztók (hűtőgép, szivattyú, porszívó) esetleges egyidejű indulása miatt 2 db SW2000-24-SYNC invertert, 8 db 92Ah-ás akkumulátort 24V-os blokkba kötve, 2 db párhuzamosan kötött 240W-os napelemet javasol a rendszer 2 napos áthidalási idővel számolva (2 napig bírják az akkumulátorok napsütés/újratöltés nélkül). Vegyük figyelembe, hogy az összes AC fogyasztó nem is tudna mind egyszerre üzemelni 4000W-ot bíró inverterről!

Az egyenáramú vezeték méretezési táblázat (napelemes szabályozó bekötéséhez)