W tym wątku chciałbym poruszyć kłopot z zasilaniem w energię elektryczną. Chodź ten problem dotyka nie dużej liczby działkowców to jednak występuje i moim zdaniem warto zagłębić się w tą tematykę.
Na początku chciałbym pokazać skąd i jak można uzyskać energię elektryczną:
1. fotoogniwa
2. turbiny wiatrowe
1. Fotoogniwa - to rozwiązanie dość rzadko spotykane w Polsce i stosunkowo nie znane. Takie fotoogniwo jest bardzo dobrym źródłem energii dla działkowca bo właśnie w okresie wiosenno-letnim wyprodukuje najwięcej energii w ciągu całego roku(czyli wtedy kiedy jest nam najbardziej potrzebna).
Zasada działania fotoogniwa najlepiej pokazuje filmik na reklamowanie się na forum przedstawia REGULAMIN
zapraszam do zapoznania się z powyższymi zasadami . KaRo
Światło, które dociera do ziemi składa się z cząstek nazywanych fotonami. W momencie, gdy światło trafia na powierzchnię baterii słonecznej fotony wnikają w strukturę krystaliczną krzemu. Atomy krzemu natomiast rozbijają padające na nie promienie słoneczne na ładunki elektryczne, które z kolei zaczynają tworzyć zamknięty obieg w baterii słonecznej. Uzyskany w ten sposób prąd wyprowadza się z Modułu dwoma kablami (jeden to + ,drugi -).
Jakie urządzenia są potrzebne aby stworzyć własny system zasilania z baterią słoneczną?
Do stworzenia własnego systemu zasilania opartego o ogniwa fotowoltaiczne potrzebne są poza samymi modułami także akumulatory, których zadaniem jest magazynowanie energii wyprodukowanej w dzień dla odbiorników energii pracujących o różnej porze dnia i nocy. Między akumulatorem a panelem PV musi znaleźć się urządzenie zwane regulatorem ładowania. Jego zadaniem jest zabezpieczenie akumulatora przed przeładowaniem oraz przed zbyt głębokim rozładowaniem ze strony odbiorników działających na napięcia stałe 12/24V. Jeżeli chcemy zasilać odbiorniki na 12/24V podłączamy je bezpośrednio do regulatora, natomiast jeżeli chcemy zasilać urządzenia na ~230V należy do akumulatora podłączyć inwerter, który zmieni napięcie z akumulatora na ~230V.
System autonomiczny(inaczej wyspowy) produkuje energię dla wyszczególnionych odbiorników prądu.
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 tego jaki mamy miesiąc będziemy uzyskiwać z jednego panelu różną moc(różne nasłonecznienie). Panele słoneczne są jednak tak skonstruowane, że swoje napięcia(V) osiągają przy stosunkowo nie dużym 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 kilkudziesięcio 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 drgowe 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) poznac 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/r ... ap=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 względam kierunków świata. Następnie klikamy przycisk Submit. Pod spodem uzyskujemy wyliczenie oraz wykres słupkowy prezentujący wartość produkcji energii w kWh/miesiąc z naszego systemu PV. Poniżej zdjęcie z wyniku dla miasta Gdyni i systemu PV o mocy 0.8kWp położonym pod kątem 30stopni w stronę południową:
Z wykresu możemy odczytać, że dla naszego systemu średnio najwięcej energii możemy uzyskać w maju ok. 110kWh/miesiąc czyli ok. 3,6kWh/doba.
Obliczenia. Wiem już jak obliczyć produkcje z fotoogniw, nie wiem 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 nastomiast 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.
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 żywotnośc w warunkach 20stopni celcjusza 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 zabzepiczać akumulator przed przeładowaniem ze strony fotoogniw oraz przed zbyt głębokim rozładowaniem ze strony odbiorników prądu. W ofercie są regulatory 12/24V oraz 12/24/48V przy czym te drugie są głównie potrzebne tylko w przypadku systemu opartego o moduły firmy Kaneka. 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.
Schemat. Jak podłączyć system autonomiczny?
Powyżej znajduje się przykładowy schemat podłączenia systemu PV. W tym przykładzie jest to system o napięciu 12V. Dla zasilania odbiorników 24V należałoby podłączyć szeregowo drugą, taką samą baterie słoneczną oraz drugi ,taki sam akumulator. Dla baterii słonecznych o mocach powyżej 140Wat napięciem nominalnym będzie zawsze 24V dlatego do jednej baterii o mocy np.180W należy podłączyć dwa akumulatory połączone szeregowo, aby ich napięcie również wynosiło 24V.
Stworzyłem system autonomiczny 12V. Jak mogę do niego podłączyć odbiorniki na ~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.
To by było na tyle jak dobrze wyliczyć i dobrać urządzenia potrzebne aby stworzyć własną małą elektrownie słoneczną.
2. Elektrownie waitrowe
Turbina wiatrowa jako dodatkowe źródło prądu
Bardzo dobrym i co raz częściej stosowanym rozwiązaniem jest łączenie baterii słonecznych i małych turbin wiatrowych w jeden system zasilania zwany systemem hybrydowym. Dla małych systemów PV zalecamy turbinę wiatrową Air Breeze lub Air X. Dzięki nim system będzie produkować prąd nie tylko ze słońca ale także z wiatru. Taka konfiguracja pozwala na zwiększenie efektywności systemu szczególnie jesienią i zimą gdy występuje bardzo duże zachmurzenie a co za tym idzie zwiększona siła wiatru. Turbinę również zaleca się wszędzie tam gdzie występują silne wiatry w ciągu całego roku. Trudno jednak oszacować ile turbina wiatrowa wyprodukuje energii ponieważ jest to uzależnione od wielu czynników jak: ukształtowanie terenu, bliskość zabudowań lub dużych obiektów, wysokość masztu, średnich prędkości wiatru na danym terenie itd. Generalnie turbiny wiatrowe sprawdzają się na otwartych, rozległych terenach o częstym i silnym wietrze. Nie znaczy to jednak że nie sprawdzą się na terenach o nieco gorszych uwarunkowaniach. Na pewno będą dobrym dodatkowym źródłem zasilania dla baterii słonecznych przez cały rok. Jeżeli chodzi o dobór turbiny to zalecamy turbiny o najszybszym starcie czyli takie których rozruch następuje przy jak najmniejszej sile wiatru. Do takich należy np. Turbina GreenTech S600 o mocy maksymalnej 600W i rozpiętości skrzydeł ok. 1,2m lub Air X/Air Breeze
Turbina Air Breeze i Air X są małymi turbinami o wadze ok.6kg i średnicy łopat 1,17m co sprawia że można je montować w wielu miejscach bez konieczności budowy masztu. Turbinę mocuje się na rurce o średnicy 1,5cala. Jeżeli turbinę mocuje się do ściany lub komina budynku i łączna wysokość nie przekracza 3m nad budynek to niewymagana jest żadna zgoda na budowę ani nawet zgłoszenie. Turbinę podłącza się pod akumulator(nie może być mniejszy niż 25Ah, zalecany jak największy np.: 200Ah). Między turbiną a akumulatorem należy zastosować bezpiecznik(50A dla turbiny 12V lub 30A dla turbiny 24V) oraz przełącznik stop aby możliwe było zatrzymanie turbiny-zdjęcia poniżej:
Powyżej znajdują się części, z których składa się turbina oraz potrzebne elementy do podłączenia turbiny pod akumulator. Przełącznik stop pozwoli w przyszłości zatrzymać turbinę gdy konieczne będzie jej zdemontowanie. Turbina posiada ostre łopaty więc nie zastosowanie przełącznika może spowodować groźne obrażenia przy demontażu turbiny. Poniżej przedstawiony jest schemat podłączenia systemu PV i małej turbiny wiatrowej w jeden system zasilania:
Chyba temat wyczerpałem w pełni. Jeżeli ktoś ma pytania proszę pisać, w miarę możliwości odpiszę. Wyprzedzając pytanie "Gdzie to można kupić i ile kosztuje". Kupić można w sklepach internetowych, które można znaleźć szukając np. w google po słowach: fotoogniwa sklepy, turbiny wiatrowe, elektrownie wiatrowe itp. Koszt małego systemu PV z fotoogniwem 55W to ok. 1300zł, koszt małej turbinki 2-3tys. zł
Ponieważ miałem z tymi urządzeniami do czynienia, nie polecam najtańszej chińszczyzny...
