Ľudia tak nejak tušia, že solárna elektráreň by im mohla pomôcť znížiť účty za elektrinu. A sú miesta, kde elektrina nie je privedená, a hoci by sa to dalo, náklady, čo na to treba vynaložiť, pre dodržanie často nezmyselných nariadení a podmienok, sú nezmyselné, takže aj drahá FVE začína dávať aj ekonomický zmysel. Pred odpoveďou na otázku z nadpisu si ale najskôr odpovedzte na otázku, či FVE chcete alebo FVE potrebujete.
Lebo ak „len“ chcete, tak si ju spravíte, bez ohľadu na to, čo to stojí. No ak ju skutočne potrebujete, tak je matematika úplne iná. A cena závisí od toho, na čo ju potrebujete. A tu sa oplatí trochu rozmýšľať a veľa počítať, lebo chyby potom bývajú veľmi drahé.
Pre ďalší text použijem ako modelový príklad skutočnú udalosť.
Bol som oslovený s prosbou o pomoc pri výbere a dimenzovaní solárnej elektrárne pre malú záhradu v záhradkárskej kolónii naprostým laikom.
Začnem tým, že moje skúsenosti v záhradkárskej osade sú veľmi tristné. Ja by som tam, kde trvale nebývam a nachádzam sa možno len cez víkendy, solárne panely a drahú elektráreň nedával. Lebo by nemusela ostať len moja. A nechoďte na mňa s kamerami a poplašným zariadením. To ešte nikoho nezabilo a živý zlodej ujde.
Keď prekonáme tento emocionálne-morálny problém, potom pristupuje druhá otázka, na ktorú je treba si s plnou vážnosťou odpovedať. Koľko miesta na panely je k dispozícii, ako sú sklonené a orientované a kedy sú na nich tiene. Lebo tiene na rohu jedného panelu dokážu „zabiť“ výrobu na všetkých v jednom stringu. A jeden panel v stringu málokedy stačí, aby sa vyrábalo. A keď sú dva, tak vyradené sú oba. To by nemuselo byť problém, keď vieme, kedy a na ako dlho.
Pre „dospelú“ fotovoltickú elektráreň je dobré, keď počet panelov, ktoré hodláme namontovať a ktoré sa zmestia na strechu/strechy, je deliteľný dvomi alebo tromi. A ak sa vám zmestí do záhrady šesť solárnych panelov, tak potom sa s elektrárňou už ani veľmi obmedzovať nemusíte 😉
Tretia otázka znie, na čo chcete elektráreň. Nie „načo“ ale „na čo“. Teda čo s ňou plánujete napájať. Aké elektrospotrebiče, aký majú príkon, koľko času každý deň pobežia a ktoré môžu (aj náhodou) pracovať spolu, teda aký maximálny príkon budú spolu mať. Teda aký minimálny výkon musí elektráreň poskytnúť. Čas chodu jednotlivých spotrebičov a ich príkon zase dáva celkovú požadovanú zásobu energie, akú musí elektráreň poskytnúť. Lebo spotrebiče nefungujú z panelov, ale z akumulátora. Panely len tie akumulátory dobíjajú. Niekedy viac, niekedy menej, podľa počasia a ročnej doby, podľa sklonu a uhla orientácie panelov. A niekedy ani nesvieti slnko cez deň – prší.
A tu sme narazili na vážny problém v tomto skutočnom modelovom príklade. Záujemca vedel (skôr tušil), že bude používať elektrickú dvojplatničku a najviac hodinu denne. Pri používaní len jednej platne na zohrievanie nám vychádza výkon elektrárne/meniča minimálne 1500 W a energia 1,5 kWh. No keby niekto z rodiny zapol aj druhú platničku, čo sa nedá vylúčiť, lebo ľudia si nepamätajú a nerozmýšľajú, tak potrebujeme výkon 2500 W a energiu v zásobe 2,5 kWh.
No a potom čerpadlo v studni. Ktorá sa len bude robiť a nevie sa, v akej hĺbke bude voda a aké silné čerpadlo bude potrebné na čerpanie vody zo studne do nádrží, aby sa dala záhrada zavlažovať, prípadne používať užitková voda. A bez týchto technických údajov nevieme ďalej pokračovať v návrhu elektrárne.
Môžeme skúsiť to tipnúť. Bežne dostupné záhradné čerpadlo bez tlakovej nádoby so sacou výškou max. 7,5 metra má príkon 1100 W. Ponorné čerpadlá, ktoré môžu pracovať aj z väčšej hĺbky a vodu tlačiť do nádrže, môžu aj pri väčších hĺbkach pracovať s menším príkonom, ale aj s menším dopravným množstvom vody. Čo nemusí byť pri čerpaní do zásobníkovej nádrže IBC s objemom 1000 litrov problém, voda sa púšťa z nádrže, čerpadlo ju len dopĺňa. Pokiaľ však nevieme, aká bude denná spotreba vody v záhrade, nevieme odhadnúť, ako dlho pobeží každý deň čerpadlo a koľko energie spotrebuje.
Zostaňme však s tipom na príkone 1100 W a dobe chodu jedna hodina. Potom celkový výkon elektrárne musí byť 2500+1100= 3600 W a sme na 5 kW meniči, aby mal aj nejakú rezervu, teda nebežal na hranici svojich možností, čo by sa výrazne podpísalo na jeho životnosti. Ak by sa podarilo presvedčiť domácu pani na jednoplatničku s príkonom 1500 W a čerpadlo by postačovalo s príkonom 500 W, tak by celkový požadovaný výkon elektrárne 2000 W s prehľadom zvládol menič s výkonom 3000 W a mohol to vydržať dosť dlho.
Celková potreba energie 2500+1100 = 3600 Wh by sa asi so slabšími spotrebičmi nemenila, len by sa nižší výkon natiahol na dlhšiu dobu. Takže ak uvažujeme, že cez deň nesvieti slnko, tak zo včera nabitý akumulátor musí dodať tých 3,6 kWh energie. A aby neostal úplne prázdny (technicky by mal byť LiIon alebo LiFePo akumulátor využívaný tak na 70-80% svojej štítkovej kapacity), tak 3,6/0,7 = 5,14 kWh by mala byť minimálna kapacita akumulátora. A druhý deň ráno musí zasvietiť, aby ho dobilo, alebo sa nebude čerpať voda zo studne…
Aké napätie má mať akumulátor?
Pri elektrárňach s výkonom do 3000 W si pokojne vystačíme s akumulátormi o napätí 24V, také sa dajú nabíjať aj po jednom zapojenými solárnymi panelmi. Ovšem pri výkonoch 2000 W sa bavíme o prúdoch z akumulátora 84 A, pri 3000 W je to už 125A! A to si vyžaduje patrične hrubé káble od baterky k meniču, presný prierez závisí aj od ich dĺžky, ale 10 mm2 rozhodne stačiť nebude!
Akumulátor s napätím 48 V bude mať pri rovnakých výkonoch polovičné prúdové zaťaženie, avšak v budúcnosti nebude problém využívať plných 5000 W výkonu, teda cca 105 A prúdu z baterky, keď sa použijú rovnako hrubé káble.
Akú kapacitu má mať akumulátor
Túto otázku sme čiastočne zodpovedali pri vyratúvaní toho, čo všetko bude elektráreň napájať a ako dlho to bude napájať. Teda sme niečo nad 5 kWh. Čo pri siedmych článkoch v 24 V systéme predstavuje silu jedného LiIon/LiFePo (4V) článku 180 Ah, pri štrnástich článkoch 48V systému postačujú články o sile cca 90 Ah.
Do hry ale vstupuje aj schopnosť článkov dodávať maximálny prúd (aby neboli preťažovaním a teplom zničené podstatne skôr, ako je ich optimálna životnosť – a tým aj návratnosť a cena elektrárne). Tá sa obvykle udáva ako 0,3 C, teda číselne tri desatiny hodnoty kapacity. 180 Ah článok teda bez problémov dodá prúd 54 A, 90 Ah článok 27 Ampérov. Lenže my potrebujeme tých ampérov 125, resp 105 pri 48 Voltovom akumulátore. Riešením je zvýšiť silu článkov. Buď kúpením väčších článkov alebo zapojením viacerých akumulátorových sád paralelne. Každé riešenie má svoje výhody, ale aj komplikácie. Pre záhradu by bolo pre jednoduchosť riešením kúpiť väčšie články.
416 Ah pre 24 V alebo 350 Ah pre 48 Voltový akumulátor. Keďže na trhu sú samostatné články k dispozícii najčastejšie s kapacitou 280 Ah alebo 315 Ah, môžeme uvažovať s nimi, s vedomím, že pri prípadnom maximálnom výkone elektrárne mierne prekročíme optimálnu záťaž batérií, avšak bez „straty desiatky“. Väčšinou aj tak elektráreň nepôjde v režime maximálneho výkonu, takže baterky budú v pohode.
Pri použití článkov 4V/280 Ah získame celkovú kapacitu 7,8 kWh pre 24 Voltový 7S systém alebo 15,6 kWh pre 48 Voltový 14S systém. Teda pri uvažovanej dennej spotrebe vypočítanej vyššie (cca 5 kWh) vydrží 24 V akumulátor jeden a pol dňa bez dobíjania, 48 Voltový vydrží tri dni. Ovšem za dvojnásobnú cenu. Na druhej strane bude mať dlhšiu životnosť, ako z rovnakých článkov poskladaný polovičný 24 V akumulátor, ale dosť často viac než slušne zaťažovaný (až k 0,5 C namiesto optimálnych 0,3C pri špičkovom odbere).
No a nesmieme zabudnúť na to, že akumulátor môže byť preťažovaný aj pri nabíjaní vysokým prúdom z panelov.
Koľko panelov namontovať
Optimálna odpoveď by bola „Koľko môžete“. A to zahŕňa ako finančné hľadisko, tak aj miesto, ktoré je k dispozícii. Na záhrade chceme predsa len niečo pestovať aj oddychovať, nemôžeme tu všade „pestovať“ solárne panely 😉 Na rozdiel od rodinných domov tu budeme však silne obmedzovaní práve tým miestom, a s prihliadnutím k stromom často nás budú pri výrobe elektriny limitovať tiene.
Tu sa sluší pripomenúť, že solárny panel vyrába maximum energie pri plnom osvite a uhle dopadajúcich lúčov na jeho povrch 90°, teda kolmo. Do odchýlky uhla (vo všetkých smeroch) 20° je pokles výroby do 5%, potom ale prudko narastá. No a Slnko je potvora, každý deň svieti z inej výšky na oblohe a ešte aj cez deň po nej pobehuje…
Ak je možnosť vybrať si uhol sklonu panelov k zemi/voči slnku, tak treba zvážiť, či chceme maximalizovať výrobu energie v lete alebo dáme prednosť vyššej výrobe na jar a na jeseň. Lebo zima je problém. Krátke dni a častá oblačnosť. Väčšinou ale už máme sklon daný nejakou strechou na záhradnej chatke či zastrešení terasy, takže musíme brať to, čo je, aj s rizikom nižšieho výkonu. Ktorý sa dá kompenzovať väčším počtom solárnych panelov. Ak je na ne miesto. Skrátka sme v začarovanom kruh a nejaký kompromis zvoliť musíme.
Musím pripomenúť, že takzvaný „štítkový výkon“, teda udávaný výkon panelov v kWp (kilowattpeak) je výkon za ideálnych podmienok. V lete bude nižší, lebo sa bude prehrievať, v zime bude nízky pre slabý osvit. Najvyšší výkon dajú panely na jar, ak bude modrá obloha, studený vzduch a ostré slnko v dobrom uhle na panely. Zvyšok roka sa musíte spokojiť s tak cca 70% výkonu za slnečného dňa, 40% za premenlivej oblačnosti a okolo Vianoc zo zatiahnutej oblohy dostanete tak 3%. Za slnka možno 10%. A dni sú krátke.
Ak vás ešte myšlienka na vlastnú elektráreň na záhradke doteraz neprešla, tak si spočítajte, koľko panelov a akých silných (aj podľa rozmerov) sa vám tam vojde a z toho máte predstavu, koľko energie dokážete každý deň vyrobiť. A teda koľko jej môžete každý deň minúť. A to všetko „priemerne“, teda môže byť lepšie, ale môže byť aj horšie. Ak trávite na záhrade v sezóne len víkendy, tak potom aj menej panelov dokáže akumulátor pomaly dobiť, aby ste mali neskôr všetku ich energiu k dispozícii. Fotovoltická elektráreň totiž nefunguje z panelov, teda že by ste varili obed, len keď svieti slnko. FVE funguje z akumulátorov a keď svieti, tieto sú panelmi dobíjané.
Vzhľadom na obmedzenú plochu pre panely si nemyslím, že by ste akumulátor, dimenzovaný podľa predchádzajúcej kapitoly, preťažili jeho nabíjaním. Preto sa teraz ani týmito prepočtami nebudeme zaoberať. Len pripomeniem, že pre väčšinu regulátorov nabíjania je potrebné, aby optimálny výkon solárneho panelu bol o minimálne 5 Voltov vyšší, ako napätie nabitého akumulátora. Z toho plynie, že pre 24V systém môžete s úspechom použiť aj jeden panely, či viac paralelne zapojených panelov, ale pre 48V systém budete potrebovať zapojiť do série vždy aspoň dva panely, paralelne opäť ľubovoľne (až do max. možného počtu panelov).
Bezpečnosť na prvom mieste
Elektrina je dobrý sluha, ale zlý pán, ktorý môže škaredo ublížiť, keď s ním neviete zaobchádzať. Návrh a zapojenie fotovoltickej elektrárne vyžaduje veľké množstvo odborných znalostí, ktoré nezískate za jedno popoludnie. Preto ak nie ste „od fachu“, mal by to robiť niekto, kto je. A mal by mať aj príslušné „papiere“. Pre prípad, že sa niečo zomelie (úraz, požiar…) budú veľmi vyžadované a bez nich je to všetko „drahá sranda“.
Pri návrhu FVE musíte počítať s tým, že potrebujete uzemniť jeden pól výstupu z meniča, aby ste získali neutrálny vodič aj aby ste mohli dobre zapojiť zemniaci vodič. A na to vám jedna tyč „buchnutá“ do zeme stačiť nebude. Takže kopaniu sa nevyhnete, treba na to miesto. Ďalšou osobitnou kapitolou je bleskozvod, a ak máte plechovú strechu, tak je nevyhnutný. Neochráni vašu elektráreň pred priamym zásahom blesku, vtedy všetko v nej zhorí. Bleskozvod má chrániť pred požiarom vašu budovu.
Pred indukovanými prúdmi z bleskov v okolí vás budú chrániť zvodiče prepätia, tie potrebujú k svojej práci to uzemnenie. Okrem toho potrebujete poistkové odpínače pre panely aj pre akumulátor a nejaké tie ističe na 230V. A samozrejme aj prúdové chrániče, aby boli vaše deti aj domáce zvieratá v bezpečí, keď sa budú hrať alebo psík z roztopaše zahryzne do „povaľujúceho“ sa kábla. Alebo pri kosení elektrickou kosačkou si kábel rozseknete. Celé toto zabezpečenie môže aj pri takejto malej elektrárni dosiahnuť aj 20% z celkovej ceny. Nezabudnite na to pri kalkulácii.
Záverom
Mnoho ľudí si myslí, že niekam strčí jeden panel, k nemu pripojí starú baterku z nákladiaka a kúpi si na bazoši menič z 12 na 230 V. Môže to fungovať, straty budú obrovské a obed si na tom neuvaríte. Ale kopať vás to môže rovnako, ako „plnotučná“ elektráreň. Ak plánujete viac, ako len si svietiť jednou alebo dvomi ledkami a nabíjať mobil, tak musíte uvažovať inak. Dúfam, že vám tento článok pomohol pri rozvažovaní parametrov, výkonov a nákladov. Solárna elektráreň nie je experiment na jedno leto, môže stáť celkom dosť peňazí a podľa toho, ako ju navrhnete a postavíte, môže veľmi dobre slúžiť a ušetriť nemalé peniaze. Dokonca aj tam, kde je elektrická prípojka.
Podobné príspevky
