Energetski neovisni – osnove solarnog sustava

Ne kupujem električnu energiju iz mreže. Spajanje na mrežu mi je bilo suviše skupo i komplicirano, čak i kad bi zanemarili mjesečne račune za struju. Jednostavnije mi je bilo instalirati vlastiti sustav za proizvodnju električne energije. Svoj sustav (na naslovnoj slici) sam samostalno projektirao i postavio 2015. godine. Od tada, redovito vršim mjerenja i promatranja i povremeno radim izmjene na sustavu kako bih ga uskladio sa potrebama. Ako vas zanimaju detalji i upute kako da sami napravite nešto slično, čitajte dalje. Potruditi ću se da opišem svoja iskustva i sve objasnim što jednostavnije.

Ovaj tekst je namijenjen za one kojima električni sustavi nisu struka. Meni jesu, profesionalno se bavim elektronikom, automatikom i bliskim područjima preko 20 godina. Također, permakulturom se bavim preko 10 godina i smatram bi svako domaćinstvo trebalo biti barem djelomično energetski neovisno. Da bi to bilo, u njemu mora biti netko s poznavanjem osnova proizvodnje električne energije. Bez toga, ako naručite da vam netko drugi dizajnira i postavi sustav, niste mnogo napravili po pitanju neovisnosti. Samo ste jednu (ovisnost) zamijenili drugom.

Off-grid (otočni) ili on-grid (mrežni) sustav?

Rekao bih da je ovo prva odluka koju netko mora donijeti prije nego nastavi sa planiranjem sustava. Ova dva sustava su toliko različita da ih je gotovo nemoguće zajedno obraditi u jednoj temi. Ovdje će zato biti riječ uglavnom o off-grid tj. otočnom sustavu jer je riječ o energetskoj neovisnosti. On-grid sustave spominjem samo kako bih na početku raščistio neke zablude.

Mrežni solarni sustav proizvodnje električne energije

Da bi mogli uopće razmišljati o mrežnom sustavu, objekt nam mora biti priključen na mrežu (opskrbe električnom energijom). Ovo nije sustav o kojem razmišljate ako imate “ilegalnu” kućicu u šumi ili vikendicu daleko od infrastrukture. Ovo nije sustav koji vam donosi bilo kakvu neovisnost, zapravo povećava vašu ovisnost o dobavljaču, ali uz neki profit.

Ovaj sustav nema mogućnost lokalne pohrane električne energije (baterije). To u prijevodu znači da ako ulica (ili regija) ostane bez struje, ostajete i vi. Nebitno koliko panela imate na krovu, vi ste “u mraku” dok se kvar ne otkloni. Sva energija koju proizvedu vaši paneli isporučuje se u mrežu. Sva energija koju koristi vaše kućanstvo, dolazi iz mreže.

Dugoročno, ovo može biti veoma isplativo, a profit je praktički jedini razlog zašto bi netko trebao razmišljati o ovakvom sustavu. Jednostavno rečeno, umjesto da novac držite “u čarapi”, vi investirate u solarnu elektranu. Kada ona proizvodi energiju, novac vam se pomalo vraća. Nakon nekoliko godina povratite investiciju, i onda sve što proizvedete to vam je zarada. Dok god sustav radi, a očekuje se da radi 30-ak godina. Ovu temu je već sjajno obradio Ivan Zoković u svom predavanju, pa pogledajte snimku.

Otočni ili off-grid solarni sustav proizvodnje električne energije

Osnovna karakteristika ovog sustava jest da nije spojen na elektroenergetsku mrežu. To ne znači da vaš objekt nema priključak električne energije, nije problem ako imate. U tom slučaju, imate dva odvojena izvora i birate koje ćete trošilo spojiti na koji izvor. Ako nemate priključak, onda je sve mnogo jednostavnije. U ovom drugom slučaju, solarni (fotonaponski) sustav je jedini izvor za napajanje domaćinstva. Vi ste jedini koji odgovarate za njega, ali to vas čini posve neovisnim o dobavljaču. Ovisite, naravno, jedino o vremenskim uvjetima. Ako su uvjeti očekivani, onda uživate u “neograničenom” izvoru električne energije koju ne morate nikome platiti.

Kod ovog sustava, sva energija koju proizvedete pohranjuje se u vaše baterije (akumulatore). Koliki kapacitet imate, to ovisi o vašim željama i mogućnostima. Sva energija koju koristite dolazi iz vaših baterija. Dalje će biti govora samo o off-grid solarnom sustavu.

Osnovne komponente off-grid solarnog sustava

• Fotonaponski paneli
• Regulator punjenja baterija
• Baterije (jedna ili više baterija)
• Inverter
• Vodiči (kabeli, žice), osigurači, konektori

Fotonaponski paneli

Ovo je jedina komponenta sustava koja mora biti izložena suncu, obično se postavlja na krov kuće ili u dvorište. Fotonaponski paneli pretvaraju sunčevu energiju u električnu. Postoji više tipova (vrsta) fotonaponskih panela, te mnogo veličina, snaga ili proizvođača. U vašem sustavu, morate imati barem jedan fotonaponski panel, a često ih je i više.

Regulator punjenja baterija

Primarni zadatak fotonaponskih panela je da pune akumulatorske baterije. Energija koju proizvode paneli nije posve spremna da se direktno “ubacuje” u baterije. Osnovna razlika je u naponu, o čemu će biti govora kasnije. Napon fotonaponskih panela je suviše visok da bi se spojio direktno na akumulatorske baterije. Zbog toga se koristi regulator punjenja. On pretvara energiju koju solarni paneli proizvedu u oblik koji odgovara punjenju akumulatora. Također, regulator punjenja brine o tome da se akumulatori pune na odgovarajući način. Postoje određene faze u punjenju akumulatora i ako ih se ne pridržavamo može doći do kvara ili zakuhavanja, eksplozije. Regulator punjenja je, dakle, posrednik između panela i akumulatora.

Solarne baterije

Nalik su akumulatoru u automobilu, a slična im je i funkcija. Ipak, akumulatori iz automobila nisu odgovarajući za solarne sustave. Akumulator u automobilu (ako nije riječ o električnom) služi samo za pokretanje motora. To znači da on radi najviše nekoliko sekundi, i tijekom tih par sekundi on daje izuzetno veliku struju. Automobilski akumulatori su dizajnirani samo za taj posao. U vašem solarnom sustavu vi imate drugačije zahtjeve. Potrebno vam je da akumulator pruža manju struju tijekom duljeg vremenskog perioda. Tipično, tijekom cijele noći, a ponekad i više dana bez potrebe za punjenjem. Zato je akumulator za solarne sustave dizajniran na drugi način. Iznimno, u nuždi, automobilski akumulator može poslužiti, ali pravi sustav imate jedino sa odgovarajućim solarnim akumulatorom.

Inverter

Energija koja je pohranjena u akumulator odgovara samo rijetkim trošilima. Možete ju koristiti, primjerice, za pogon potrošača namjenjenih automobilima. Imate li rasvjetu za mali istosmjerni napon, ili automobilski usisivač, to možete spajati direktno na akumulator. Za sve ostalo, potreban je uređaj koji se zove inverter.

Inverter se spaja direktno na akumulator, odnosno grupu akumulatora. Napon akumulatora koji je tipično nizak (12-24V) pretvara u 220-230V kakav imamo u utičnicama. Ovo je potrebno za sva trošila koja su predviđena za tipičnu kućnu instalaciju. Punjači mobitela, računala, kućanski aparati, električni alati, standardna rasvjeta, sve treba inverter. Iznimno, ako opremate objekt samo za kratak boravak i možete bez ovakvih potrošača, inverter možete izostaviti.

Vodiči i ostala oprema

U solarnom sustavu imate komponente koje rade sa visokim naponom i malom strujom, te sa niskim naponom i velikom strujom. Ove veličine direktno određuju koje ćete kabele i druge elemente gdje koristiti.

Debljine žica

Žice koje povezuju solarne panele sa regulatorom punjenja moraju biti razumno kratke i odgovarajuće debljine. Ovo ovisi o snazi vašeg sustava, ali računajte na žice debljine 6 ili 10 mm2, možda i deblje. Ovo je potrebno radi gubitaka koje ima svaka bakrena žica. Primjerice, ako vaši paneli proizvode 500W energije, do regulatora punjenja možda stigne samo 450W. Ovo ćete izbjeći tako što su žice duge samo koliko je zaista potrebno, i dovoljno debele.

Žice od regulatora punjenja do akumulatora obično i jesu kratke, uz pretpostavku da su ove komponente blizu jedna druge. Debljina ovih žica ne bi trebala biti manja od ranije spomenutih.

Žice od akumulatora do invertera moraju biti daleko najdeblje, i vrlo je važno da su kratke. Ovdje se očekuju najveće struje i sukladno tome najveći gubici. Debljina od nekoliko desetaka mm2 je dobar izbor. Takve se žice obično koriste i kod kabela za pokretanje auta kojem se ispraznio akumulator. Inverteri obično dolaze sa odgovarajućim žicama za spajanje na akumulator. Ne koristite ništa tanje niti dulje žice.

Ako imate više akumulatora, onda vam trebaju i žice koje ih međusobno povezuju. Može ih se povezati na više načina, ali vodiči ne bi smjeli biti tanji od upravo spomenutih. Žice koje koristite za spajanje akumulatora na inverter, dobre su i za međusobno spajanje akumulatora.

Spojevi

Svi spojevi moraju biti izuzetno čvrsti, kvalitetno napravljeni. Spojevi se često zanemaruju kod ovakvih sustava i tu obično dolazi do problema. Loš spoj predstavlja gubitak energije. Također, loš spoj se zagrijava i može dovesti do požara. Spojeve treba redovito i provjeravati, obratiti pažnju na vidljive promjene ili zagrijavanje.

Dio sa visokim naponom

Na izlazu iz invertera tipično dolazi cijela kućna elektroenergetska instalacija. Ako vam elektrika nije struka, ovaj dio ostavite maksimalno jednostavnim. Radi se o visokom naponu koji nestručnu osobu može teško ozlijediti. Na inverteru možete naći klasičnu “šuko” utičnicu, uz pretpostavku da ste kupili tipični inverter. Ova utičnica je sve što vam treba da tu priključite televizor, punjač, bušilicu, sušilo za kosu i sl. Po potrebi, koristite produžni kabel sa više utičnih mjesta.

Ako ste sposobni odraditi jednostavnu kućnu električnu instalaciju, onda vjerojatno znate što treba dalje. Umjesto spajanja razvodne ploče sa osiguračima na priključak gradske mreže, spajate se na inverter. Za te potrebe, inverter niti ne mora imati ugrađenu utičnicu. Ako ima, kabel sa utikačem spajate na razvodnu ploču i utikač priključite u utičnicu.

Kako dizajnirati vlastiti off-grid solarni sustav

Kada ste upoznali komponente od kojih se sustav gradi, vrijeme je da odaberete prave komponente za svoje potrebe. Ovaj dio može biti prilično kompliciran. Vaš sustav može koštati od nekoliko stotina eura do više desetaka tisuća eura. Naravno, sustav mora biti brižljivo dizajniran kako bi zadovoljio vaše potrebe, a da ne bude prevelik / preskup. Također, vaše potrebe su također parametar na koji morate utjecati. Mislim da nije pametno da sve svoje želje smatrate potrebama. Ako se sada opskrbljujete iz gradske mreže, možete početi računati kolika vam snaga sustava treba. Koliko vam treba akumulatora za 7 dana bez sunca. Ako krenete na taj način, računajte na sustav od par desetaka tisuća eura.

Umjesto toga, vi možete prvo vidjeti što se može dobiti uz sustav od recimo 1000€. Sustav koji mene osobno zadovoljava, u grubo se sastoji od ovih komponenti.

Moj primjer

• Fotonaponski paneli ukupne snage 500W
• MPPT regulator punjenja za struje do 50A
• Akumulatorske baterije kapaciteta 500 Ah
• Inverter snage 1500 W

Što dobivam ovakvim sustavom? Veći dio godine, energije ima više nego dovoljno za tipične potrošače. Najveći potrošač je frižider, to je jedino što radi danju i noću. Punimo mobitele, laptop. Kuća je osvjetljena štednom LED rasvjetom na 12V. Povremeno se koristi mikser ili blender za hranu. Radio prijemnik radi dobar dio dana. TV se rijetko pali, ponekad prije spavanja na pola sata do sat. Koriste se električni vrtni alati poput kosilice za travnjak i škara za živicu. Često se koriste električni alati poput bušilice, brusilice, cirkulara (kružne pile) za drva.

Ne koriste se nikakvi električni grijači. Vodu u bojleru grijemo na drugi način. Nemamo električnu grijalicu, grijemo se na drva. Kuhamo na plinsku bocu, ili na drva kada je zima. Nemamo perilicu rublja. Za grijanje kuće ili vode na struju, pročitajte ovaj tekst.

Kolika nam je autonomija?

Kao što sam rekao, veći dio godine sustav sve ovo podnosi. Problemi se javljaju ljeti kada je u kući jako vruće i frižider troši mnogo više energije nego je uobičajeno. To je kratak period jer je kuća u planinama i vrućine nisu baš dugotrajne. Problemi se javljaju i za duljeg oblačnog, kišovitog ili maglovitog razdoblja. Nakon 2-3 dana “bez sunca”, sustav se već približava rezervi.

Što tada radimo? Ne gledamo televiziju, ne palimo radio, ne koristimo računalo nego samo mobitele. Ne kosimo travu kada je ružno vrijeme. Radovi sa električnim alatima se odgađaju ili se koriste ručne zamjene. Na ovaj način, autonomija se značajno produlji. Ako ipak uđemo u rezervu, dakle stanje kada bi možda morali gasiti struju, radije ugasimo frižider. Loše vrijeme se obično javlja kada je vani hladno, pa se neka hrana iznese u auto, ili drži u podrumu. Na taj način bez problema dočekamo sunčano vrijeme, 10 ili više oblačnih dana nije problem. Možete li tako živjeti? Iznenadili bi se, ali neke se navike brzo mijenjaju.

Vaš primjer solarnog sustava

Do gore opisanog sustava, ja sam došao računanjem, i kasnije ga minimalno doradio na temelju iskustva. Kako bi vi pristupali računanju vašeg sustava? Krenimo “unatrag”, od potrošača, invertera pa do panela na kraju.

Inverter

Inverteri se razlikuju prije svega po snazi, pa onda i po obliku tj. kvaliteti napona koji proizvode. Potrebnu snagu dobivate tako što zbrojite snage svih potrošača koje planirate koristiti istodobno. U mom primjeru, ja nemam strojeva jačih od 1000 W, pa je inverter snage 1500 W bio dobar izbor. Ipak, kada radi frižider, a ja pokušavam pokrenuti snažniji stroj, nastaju problemi. Ja na par minuta isključim frižider, odradim posao i onda ponovno uključim frižider. Možete li živjeti na taj način ili bi radije veću snagu? Potražite invertere od 3, 4 ili 5 kW (kilovati, tisuće vati).

Inverteri se deklariraju kao oni sa modificiranim sinusom ili pravim sinusom. Sinus je zapravo oblik napona gradske elektroenergetske mreže. Pravi sinus je ono što dobivate iz elektrane. Inverteri mogu stvarati napon koji više ili manje sliči tom pravom sinusu. Oni sa pravim sinusnim naponom su prilično skupi. Modificirani sinus je mnogo jeftiniji i dovoljno dobar za većinu potrošača. Ima potrošača koji će loše raditi sa modificiranim sinusom, ali analiza tog problema prelazi okvir ovog posta. Preporučam modificirani sinus (jeftinije invertere) ako niste sigurni što trebate. Također, preporučam što kvalitetniji inverter, u smislu kvalitete izrade. Jeftini (kineski) modeli su ipak suviše loši, možda i opasni, za tipičnog korisnika.

Inverter može primati napon iz baterije veličine 12 ili 24 V, rijetko oba. Za sustave veće snage, poželjno je da se ide na sustav od 24 V. U tom slučaju ne možete koristiti npr. rasvjetu za 12 V, ali će sve ostalo raditi mnogo bolje. 12 V je u redu za sustav koji sam gore dao kao moj primjer.

Akumulatorske baterije

Radi se vjerojatno o najskupljoj komponenti sustava i potrebno je dobro procijeniti broj i kapacitet baterija. Što se tiče tipa baterija, preporučam litijeve solarne baterije (LiFePO4). Kada sam ja “gradio” svoj sustav, olovne baterije su bile mnogo povoljnije od litijevih, tako da sam odabrao olovne. Ako želite koristiti olovne, imajte na umu da neke od njih ispuštaju otrovne i eksplozivne plinove prilikom punjenja. To su tzv. VRLA baterije (valve regulated lead acid) kakve se koriste u automobilima. Ovakve baterije nikako ne bi trebale biti u prostoru u kojem se živi. Sigurnije olovne su one AGM baterije ili GEL baterije. One su potpuno zatvorene, ne ispuštaju ništa, a također u njima kiselina nije u tekućem obliku. Jedini nedostatak AGM ili GEL baterije je što ih najjeftiniji punjači “ne znaju” puniti. Njih ne bi smjeli puniti običnim punjačem za auto akumulatore.

Zadnjih godina, ipak, sve je više razloga za litijeve baterije. LiFePO4 su prilično sigurne u odnosu na klasične litijeve kakve ponekad planu na kakvom električnom skuteru ili automobilu. Cijena ovakvih baterija je značajno opala i postale su konkurentne, ili čak jeftinije od olovnih. Olovne su sve skuplje zbog globalne potražnje i nestašice olova, vjerojatno. Također, ako uspoređujete cijene i kapacitete jednih i drugih, obratite pažnju na sljedeće. Litijeve baterije možete potpuno isprazniti i onda potpuno napuniti. Olovne ne bi smjeli. Ako olovnu potpuno ispraznite, možda ju više nećete moći napuniti. Ako i napunite, njen se vijek trajanja značajno skratio. Vijek trajanja litijevih baterija je dvostruko dulji nego olovnih.

Koji kapacitet akumulatorskih baterija vam treba? Koliko baterija?

Vašu buduću potrošnju je teško izračunati. Koliko troši frižider? Obično je potrošnja deklarirana na godišnjoj bazi, ali ovisi i o broju otvaranja vrata te temperaturi u prostoru. Koliko ćete gledati tv svaki dan? Koliko ćete često usisavati kuću? Bojim se da to možete samo nagađati, ali ako imate volje i vremena, računajte. Na vašem usisivaču piše snaga, ali, to je snaga motora. Motor ne radi maksimalnom snagom ako nije preopterećen, npr. kao kada je cijev začepljena. Isto vrijedi za sve strojeve, oni ne rade maksimalnom snagom gotovo nikada. Ipak, procijenjenu snagu pomnožite sa vremenom koliko traje taj rad. Stroj od 100W koji radi 1h, potrošio je 100 Wh. Stroj od 500W koji radi 5h potrošio je 2500 Wh. Koliku autonomiju želite iz svojih akumulatora? 5 dana? Zbrojite svu potrošenu energiju tijekom tih 5 dana.

Kako dobiti potreban kapacitet akumulatora?

Recimo da tijekom tih 5 dana vi izračunate ili izmjerite potrošnju od 10,000 Wh. Vaši akumulatori rade na naponu od prosječno 12,2 V (neovisno koliko ih je i kako su spojeni). Za litijeve, napon je čak nešto viši. Izmjerenu potrošnju podijelite sa naponom akumulatora. 10,000 / 12,2 iznosi 819,67 Ah. Za usporedbu, akumulatori u autu imaju 50-80 Ah. Znači, računajte na 10-12 akumulatora te veličine u vašem sustavu. Ili 4 akumulatora od 200 Ah. Kapaciteti se zbrajaju, pa kombinirajte kako vam treba. To je u slučaju litijevih baterija. Olovne bi bilo dobro ne prazniti više od polovice kapaciteta, pa zapravo trebate dvostruko više. Naravno, ako želite da traju 8-10 godina.

Što se broja akumulatora tiče, bolje je dva manja nego jedan veći. Ako imate inverter veće snage (više od 1000 W) postoji mogućnost da jedan akumulator neće moći isporučiti dovoljno snage. Osim kapaciteta, akumulator ima i snagu, odnosno maksimalnu struju. Možete se ponovno dati u računjanje hoće li vam akumulator moći pružiti dovoljno energije, ili radije idite na dva manja. Ili više.

Spajanje akumulatora u solarnom sustavu

Spajanjem više akumulatora vi dobivate veći kapacitet grupe akumulatora. Kapacitet se zbraja, a zbrajaju se i struja ili napon. Ili jedno, ili drugo.

Serijski spoj akumulatora koristite kada želite dobiti viši napon. Napon jednog akumulatora je obično 12V, iako postoje akumulatori i mnogo nižeg napona. Ako želite da ukupni napon bude 24V, vi ćete dva akumulatora od 12V spojiti serijskom vezom. Ako imate akumulatore od 1,2V, za 24V ćete spojiti 20 takvih akumulatora u seriju. To izgleda kao kad učiteljica vodi djecu u šetnju, svako dijete pruži jednu ruku onom ispred, a drugu onom iza.

Paralelni spoj akumulatora koristite kada želite povećati kapacitet bez povećanja napona. Ako su akumulatori 12V, a vama upravo 12V odgovara, dva ili više akumulatora spajate paralelno. Pomalo nalik grupi ljudi koji prelaze uzak most ili stepenište. Sve lijeve ruke drže lijevi rukohvat. Sve desne drže desni rukohvat. Na ovaj način, umjesto povećanja napona, dobili ste povećanje struje. Ako vam jedan akumulator može dati maksimalno 100 A, dva će zajedno dati 200 A. To je potrebno ako imate nizak napon, a trebate veliku snagu invertera. Također, na ovaj je način lakše proširivati sustav kasnije. Možete krenuti sa jednim akumulatorom, pa kasnije dodavati još.

Mješoviti spoj je moguć uz veći broj akumulatora, međutim, ovo navodim samo radi potpunosti teksta. Ne preporučam pretjerano kompliciranje sa spojevima. U ovakvom spoju, možete 10 akumulatora od 1,2V spojiti u seriju kako bi dobili 12V. Takvih serija možete imati i dvije ili više, koje onda međusobno spajate paralelno. Paralelni spoj dvije serije akumulatora. Nadam se da vam ovo ima smisla. Ako nema, zanemarite mješoviti spoj. Ipak, ako vam se pruži mogućnost da iskoristite veliku količinu akumulatora koje je netko odbacio, ne propuštajte ju. Možda ćete tada morati raditi čudne kombinacije kako bi donirane akumulatore prilagodili svom sustavu.

Regulator punjenja solarnih baterija

Ovisno o sustavu akumulatorskih baterija, morate odabrati odgovarajući regulator punjenja. Prije svega, on mora biti predviđen za vaš tip akumulatora. Također, mora podržavati rad na naponu koji ste odabrali. Ako se vaš sustav sastoji od olovnih AGM baterija spojenih za 24V, regulator punjenja mora podržavati upravo to. Ne smijete koristiti regulator koji puni baterije od 12V. Ne smijete koristiti regulator koji puni automobilske ili kamionske akumulatore, koji su sa tekućom kiselinom i odušnikom (VRLA). Većina regulatora ima nekoliko načina rada, često podržavaju više tipova akumulatora, a ponekad i dva osnovna napona (12 i 24V). Kasnije, prilikom puštanja u rad, pazite da odaberete odgovarajuće postavke.

Brzina punjenja

Osim tipa akumulatora, važan podatak je i brzina punjenja. Akumulatore ne treba puniti suviše brzo. Preporuka je da je punjač u stanju napuniti ih u potpunosti za 10 sati. Ako imate akumulatore kapaciteta 500 Ah, punjač ne treba puniti strujom većom od 50 A. Uz veći kapacitet akumulatora, koristiti ćete veći punjač, ili će punjenje trajati dulje. Ipak, struja punjenja ne ovisi samo o snazi punjača, nego i o snazi fotonaponskih panela. Kada počinjemo govoriti o snazi, ne možemo se više držati ampera (A), treba prijeći na vate (W). Akumulator od 12 V zapravo ima 13 ili više volti prilikom punjenja. Taj napon pomnožimo sa strujom da dobijemo snagu. 50 A uz 13 V znači snagu od 650 W. Sada možemo prijeći na panele.

Ako vaši paneli mogu isporučiti maksimalno 500W, svejedno je ako regulator punjenja radi do 650 ili 1000 W. On će u najboljem slučaju puniti snagom 500 W, koja god struja bila uz tu snagu. I to je u redu, sporije punjenje nema negativnih posljedica. Šteta bi bila da paneli mogu pružiti 500 W, akumulatori mogu primiti toliku snagu, a regulator radi do 200 W. Tada bi više od polovice proizvedene energije ostalo neiskorišteno, u idealnim uvjetima. Ipak, čak ni ti gubici nisu toliko strašni. Paneli gotovo nikad ne rade maksimalnim kapacitetom. Uz blagu naoblaku, intenzitet sunca je manji. Snaga panela je manja. Ujutro i uvečer, kut upada sunčevih zraka nije idealan. Isto vrijedi za nepovoljna doba godine kada je sunce pod različitim kutem. U svim tim slučajevima, paneli od 500 W zapravo pružaju mnogo manje. Manji regulator tada i nije tako velik problem.

PWM ili MPPT regulatori punjenja

PWM je skračenica za Pulse Width Modulation. To je najjednostavniji način pretvorbe višeg napona u niži. Ako treba napon od 50 V pretvoriti u 12 V, jednostavno će se odbaciti veći dio napona. Napon solarnih panela tipično jest mnogo viši od napona akumulatora i ovo odbacivanje viška nije najsretnije rješenje. Pri maksimalnoj snazi panela, gubici uslijed pretvorbe napona su ipak značajni.

MPPT označava Maximum Power Point Tracking. Kod ovih punjača, napon se ne odbacuje nego elektronički pretvara u neki drugi. MPPT punjači imaju ugrađene logičke sklopove koji mogu prilagođavati opterećenje solarnih panela. Ukratko, koliko god paneli bili osvjetljeni, MPPT punjač će uvijek tražiti točku najveće snage. Opteretiti će panel, odnosno iz njega vući onoliku struju koja pruža najveću učinkovitost. Gubici kod MPPT punjača su mnogo manji, čak i kada je napon panela višestruko veći od akumulatora.

Ako vam je sustav veoma dobro balansiran, pa uz njega vrlo povoljno dobijete i PWM regulator punjenja, nije to loše. Većinu vremena sustav će raditi zadovoljavajuće, a ušteđeni novac radije iskoristite za nešto drugo. Ako pak sklapate komponente koje se značajno razlikuju po naponu, MPPT punjač će se isplatiti, iako je mnogo skuplji.

Fotonaponski (solarni) paneli

Sva energija koju pretvarate, pohranjujete i koristite u svom sustavu, na kraju, dolazi iz ovih panela. Ako do sada već imate ideju kolika će biti dnevna potrošnja, paneli moraju svaki dan proizvesti barem toliko energije. Uzimajući u obzir i sve gubitke koje ne možete izbjeći, paneli moraju biti u stanju da osiguraju barem 20-30% više. Ako ste računali sa onih 10,000 Wh za 5 dana, 2,000 Wh svakog dana, neka paneli pružaju barem 2,500 Wh.

Fotonaponski paneli imaju izraženu snagu, a ne energiju. Vi kupujete panel snage 250 W ili 300 W. To je snaga. On će raditi tom snagom kada je optimalno osvjetljen, znači vedro nebo, panel okrenut prema suncu. Kada bi panel neprestano okretali prema suncu, veći dio dana bi i imali tu snagu. Za većinu, okretanje panela nije prihvatljivo. Zadovoljavamo se time da je panel na krovu, prati nagib krova, poželjno u smjeru juga. Ljeti, jedan dio dana vam sunce uopće ne osvjetljava panel, izlazi i zalazi negdje prema sjeveru. Sredinom dana je možda pod nepovoljnim kutem, ili zbog temperature panela postoje dodatni gubici. Zimi, imate problem sa kraćim periodom dnevne svjetlosti, možda i više oblaka u atmosferi.

Zbog toga, postoji neka gruba procjena kako je panel tijekom ljeta osvjetljen 6 sati dnevno. U proljeće i jesen 3 sata dnevno, a zimi 1,5 sat dnevno. Procjena je prilično gruba, iako moja iskustva nisu bitno različita. Pa sad, želite li da paneli pružaju dovoljno energije i u najnepovoljnijem razdoblju? Računajte da će raditi 1,5 sat na dan. Za količinu energije od 2,500 Wh, koju dijelimo sa 1,5, dobivamo snagu panela od 1700 W. Međutim, ne postoji panel upravo snage 1700 W. Ako ste dobili neku manju snagu, možda se i posreći da nađete panel upravo te snage. U protivnom, koristite više panela.

Spajanje više panela

Bilo bi dobro kombinirati panele potpuno jednakih karakteristika. Tada vam je na raspolaganju, kao i kod akumulatora, više načina spajanja. Dva ili više panela možete povezati paralelno kako bi zadržali deklarirani napon. Ovo će vjerojatno biti slučaj kod manjih i jeftinijih sustava. Manji paneli obično pružaju napon od 12 V, dok oni veći pružaju 24 V. Ako želite koristiti jeftini PWM regulator i vaš sustav je na 12 V, ne pomišljajte na panele od 24 V. Također, male panele od 12 V spajajte paralelno kako bi zadržali napon od 12 V.

Za veće sustave, ekonomičnije je koristiti panele što veće snage. Možete odabrati panele snage 300 – 350 W ili više, pa onda većim brojem postići potrebnu snagu. Recimo da se radi o 5 panela snage 350 W. To je 1750 W, otprilike koliko vam treba. Kako ćete spojiti tolike panele na jedan regulator punjenja? Sljedeći važan podatak je napon panela uz otvoreni strujni krug (Voc). Za panel napona 24 V, napon otvorenog kruga je 30 ili više volti. Spajanjem 5 takvih panela u seriju, postižete napon od 150 volti. Provjerite smijete li toliki napon spojiti na regulator punjenja. Naravno, za ovakve sustave se podrazumjeva da ste odabrali kvalitetan MPPT punjač dovoljne snage.

Ako se pokaže da je napon previsok za regulator punjenja, morati ćete panele povezati paralelno. Ukupni napon neće prelaziti 30 V, ali će ukupna struja iznositi oko 60 A. To je prilično velika struja, i ako ne osigurate prilično debele kabele, imate velike gubitke. Ako odlučite vezati panele dva po dva u seriju, za napon od 60 V, onda ih ne može biti 5. Mora ih biti 4 ili 6.

Kabeli, spojevi i ostala oprema

Debljine i duljine kabela

Kako je ranije spomenuto, poželjno je da su sve komponente sustava nedaleko jedna od druge. Nastojte sve kabele održati što je moguće kraćim. Konkretne debljine (presjeci žica) je teško procjeniti bez prethodne procjene struje koja njima teče. U pravilu, što je veća struja, to vam trebaju deblji kabeli. Ako su kabeli suviše tanki, ili suviše dugi, dolazi do nepotrebnih gubitaka. Poslužite se sljedećim kalkulatorom kako bi kontrolirali gubitke:

Za duljinu kabela, unosite ukupnu duljinu za obje žice zajedno. Primjer, ako je solarni panel udaljen 5 metara od regulatora punjenja, duljina kabela je 10 metara.

Spojevi

Svaki solarni panel dolazi sa komadićem kabela na kojem su konektori, različiti za pozitivni i negativni vodič. Kada provučete kabele koje ste kupili za spajanje panela na regulator punjenja, morate na krajeve postaviti iste takve konektore. To znači da će vam trebati barem jedan par ovih konektora, tip MC4.

Ako imate više panela i spajate ih serijski, ne treba vam ništa od dodatne opreme. Uz pretpostavku da paneli stoje jedan uz drugi, njihove kabele priključujete jedan u drugi. Ako panele trebate spojiti paralelno, onda vam trebaju posebne spojnice u obliku slova Y.

Za spajanje na regulator punjenja, obično ne treba nikakva dodatna oprema.

Za spajanje akumulatora sa regulatorom punjenja i inverterom, trebati će vam stopice. Isto vrijedi ako imate više akumulatora, trebaju vam gotove spojnice sa stopicama ili ih morate sami izraditi. Oko (rupa) na stopici mora odgovarati vijku na akumulatoru. Također, stopice moraju biti predviđene za debljinu kabela koji koristite.

Oprema za montažu

Veći dio sustava nije problem montirati. Uređaji su ili predviđeni da stoje na podu, polici, ili imaju rupe za pričvršćenje na zid. Izuzetak su solarni paneli. Za njih ćete trebati neki sustav za montažu koji može biti prilično skup. Standardna oprema za montažu panela na kosi krov može biti skupa skoro kao i sami paneli. Ako želite panele montirati na neku drugu površinu, u dvorište ili ravni krov, nosači će biti i skuplji. Ako želite da se paneli sami okreću prema suncu kao suncokret, ne mogu niti zamisliti cijenu takvog sustava. Preporučam ipak najjednostavnija rješenja.

Dragi ljudi, to je praktički to što vam treba za gradnju vlastitog sustava. Izračunajte, isplanirajte, spremite novce i iskeširajte. Slijedi ugradnja i spajanje sustava.

Kako instalirati solarni sustav za proizvodnju električne energije

Montaža solarnih panela na osunčano mjesto

Krovovi su obično dobra mjesta za montažu panela. Visoko su, nisu zasjenjeni samom zgradom, i na njima ionako ništa drugo ne može stajati. Ako krov nije dostupan, mogu poslužiti i južna dvorišta ili balkoni. Ako imate veću okućnicu, paneli mogu stajati i dalje od kuće, na krovu garaže ili drvarnice. Možete i konstruirati novi objekt samo za smještaj panela na idealnu lokaciju, ako je potrebno. Ipak, vodite računa o potrebnim duljinama kabela. Što su oni dulji, morati će biti i deblji, dakle višestruko skuplji.

Panele, osobno, volim montirati kada nije posve sunčano. Prilikom montaže može se dogoditi da priključni kabeli dodirnu neki metal, da se negdje zasjeku i sl. Panel ne možete uključiti ili isključiti. Čim je na suncu, on proizvodi energiju, radi. Ako se dogodi nezgoda, kratki spoj može izazvati iskru, možda i neku veću štetu. Ako je moguće, ja radije biram rad za oblačnog vremena. Ako nije moguće, malo više pazim kuda se “motaju” kabeli, pazim da ih negdje ne oštetim.

Kako pričvrstiti panele na odabrano mjesto, to bi do sad već trebali znati, ako ste kupili odgovarajuće nosače. Za najekonomičnije rješenje, vi možete i običnim vijcima pričvrstiti panele za drvene grede. Tu nije potrebno nikakvo “specijalno” rješenje.

Usmjerenost solarnih panela

Paneli rade maksimalnom snagom kada su okrenuti prema suncu. Tada je površina panela pod pravim kutem u odnosu na zrake sunca. S obzirom na gibanje Sunca odnosno rotaciju Zemlje, jasno je da paneli gotovo nikad nisu savršeno usmjereni. Ako ih okrenemo točno prema jugu, maksimalnom će snagom raditi točno u podne. Ili u 13h tijekom ljetnog računanja vremena. Još 2-3 sata prije i nakon toga, raditi će prilično visokom snagom. Rano ujutro ili kasno popodne, raditi će vrlo malom snagom. To je jasno iz samog shvaćanja odnosa Sunca u odnosu na Zemlju. Međutim, to možda nije slučaj za vašu lokaciju.

Kod vas, možda je tipično da je jutro jako maglovito, kada sunce teško probija prema panelima. U takvom podneblju, može biti bolje okrenuti panele 10° – 20° prema zapadu. Možda na zapadu imate visoke zgrade u susjedstvu i ne možete računati na popodnevno sunce. Tada je možda bolje okrenuti panele više prema istoku. Pokušati iskoristiti što više od jutarnjeg sunca.

Nagib solarnih panela

Nagib panela je posebna priča. Elevacija sunca je najviša za ljetnog solsticija (prvi dan ljeta). Najmanja je za zimskog solsticija (prvi dan zime). Tijekom proljetnog i jesenskog ekvinocija, kada je duljina dana i noći jednaka, elevacija sunca iznosi oko 45°. To, naravno, ovisi o vašoj geografskoj lokaciji, geografskoj širini ili udaljenosti od ekvatora. Što ste više na sjeveru, elevacija sunca je manja, i suprotno.

Meni se pokazalo dobrim izborom panele postaviti pod nagib oko 45°. Zapravo, nagib krova je 42° pa sam panelima pratio taj nagib. Tako na prvi dan proljeća i jeseni imam najveću moguću osunčanost panela. Tijekom ljeta je više sunčanog vremena i dan je dulji, pa unatoč nepovoljnom kutu sunca, struje ima dovoljno. Tijekom zime paneli rade iznenađujuće dobro. To je zbog toga što temperatura negativno utječe na panele. Što je hladnije, oni rade bolje, pa zimi u podne rade bolje nego ljeti u podne. Ipak, to ne znači da je zimi više struje. Zimi ima mnogo više oblaka, magle, a često su i paneli prekriveni snijegom.

Kada gledate komercijalne solarne elektrane, paneli su često mnogo više polegnuti. Oni su optimizirani za zaradu, a ne za autonomiju sustava. Vlasnike ne zanima što elektrane slabo rade tijekom zime, jer one ljeti imaju mogućnost mnogo veće zarade. Neka vas to ne zavara, vaše su potrebe drugačije. Ako želite autonomiju tijekom cijele godine, nagib panela 40° – 50° je optimalan. Ako sustav intenzivnije koristite samo jedno razdoblje, nagib prilagodite tome. Ili jednostavno pratite nagib krova, ako ima smisla.

Spajanje žica (solarnih kabela) na solarne panele

Solarni kabeli su zapravo bakrene žice, malo debljeg presjeka, i sa izolacijom otpornom na sunce. Ne koristite obične žice jer je velika vjerojatnost da nisu otporne na sunce. Možda su vam u trgovini na kabele već postavili konektore i objasnili koja predstavlja pozitivni, a koja negativni vodič. U protivnom, morate sami postaviti MC4 konektore na kabele. Ne radi se o zahtjevnom zadatku, poslužite se logikom ili potražite upute. Nakon što ste provukli žice i na njih postavili konektore, ne spajajte ih odmah sa panelima. Ostavite taj korak za kasnije.

Smještaj solarnih akumulatora

Sljedeći (veći) izazov je postavljanje akumulatora na njihovu lokaciju. Akumulatori su prilično teški. Mislim da su olovni koje sam ja nosio na tavan imali blizu 70 kg. Litijevi su nešto lakši, ali to prije svega ovisi o kapacitetu. U svakom slučaju, nisu lagani, i treba ih postaviti na čvrstu podlogu. Također, provjerite smiju li vaši akumulatori biti u stambenom prostoru. Ako ispuštaju štetne spojeve, sigurno ne smiju. Također, za akumulatore je idealna ista atmosfera kao za čovjeka. Relativno topao prostor, suh, bez velikih oscilacija temperature. Akumulatori imaju nezaštićene izvode, vijke, kojih se morate dobro paziti. Ne radi se o naponu koji “trese”, ali ako netko ispusti metalni predmet na akumulator, može doći do požara. Ne postoji osigurač ili neka druga vrsta zaštite od kratkog spoja. Zato je akumulatore dobro držati na nekom zaštićenom mjestu, možda i pod ključem.

Spajanje akumulatora

Akumulatori imaju dva izvoda, označenih crvenom i crnom bojom, ili znakom + i –. To su pozitivni i negativni izvod, i morate biti 1000% sigurni koji je koji prije početka rada. Ne spajajte niti išta slično radite sa akumulatorima ako samo “pretpostavljate” koji je koji izvod. To može biti veoma opasno. Ako se slabo vidi, označite ih markerom ili nečim sličnim.

Na sljedećem videu pogledajte barem dio kako čovjek radi završetke žica, tzv. stopice. To su prsteni na krajevima žica koji osiguravaju da su svi spojevi čvrsti i sigurni. Nikako ne pokušavajte sa improvizacijom kod spajanja akumulatora, ovo nije prilika da smislite nešto novo. Spojite ih dobro, ili pozovite nekoga da vam pomogne.

Spajanje regulatora punjenja sa akumulatorom i solarnim panelima

Montaža i spajanje regulatora punjenja, nisu toliko zahtjevni. Regulator punjenja ima označena mjesta za spajanje solarnog panela i akumulatora. Često je prikazano samo slikovnim simbolom. Važno je pripaziti na pozitivne i negativne izvode. Proučite priručnik za instalaciju, možda postoje stvari koje morate napraviti a nisu ovdje spomenute.

Kada spajate regulator punjenja sa akumulatorom, preporučam da žicu prvo spojite na odgovarajuće mjesto na regulatoru punjenja. Tek kad je tu spojeno, počnite sa spajanjem na akumulator. Kada spojite sa akumulatorom, regulator bi se trebao upaliti. Na njemu ćete vjerojatno vidjeti napon akumulatora i još neke druge podatke. Koristeći priručnik, odaberite odgovarajući tip akumulatora, ako postoji ta funkcija. Za sad, punjenje još ne bi trebalo raditi, jer nije spojen solarni panel.

Žice koje dolaze od solarnih panela spojite prvo na regulator punjenja. Na krovu, ili gdje su već paneli, još uvijek nisu spojene. Tek kada su spojene na odgovarajuća mjesta na regulator punjenja, možete konačno pojiti panele.

Nakon što ste spojili panele, ako postoji barem malo sunčeve svjetlosti, na regulatoru bi trebali vidjeti i napon panela. Možda će se prikazati nekakvi simboli koji označavaju da je punjenje u tijeku. Ako se upali bilo kakva lampica upozorenja, zastanite. Ne nastavljajte dalje. Proučite priručnik kako bi doznali što bi moglo biti krivo.

Spajanje invertera na akumulator

Preostaje još jedino da na akumulator, koji bi se sad već trebao puniti, spojite inverter. Uz inverter ste možda dobili već pripremljene žice. Ako jeste, koristite njih. Ako niste, napravite ih kao što je prikazano na gornjem videu. Zapravo, cijeli video i prikazuje spajanje invertera na akumulator, pa možete slobodno slijediti video. Nakon spajanja, upalite inverter. I on će vjerojatno nešto signalizirati. Možda samo lampicom da je sve u redu (ili nije). Napredniji će možda pokazivati i stanje akumulatora te trenutnu potrošnju.

Ako je sve u redu, na utičnicu invertera možete priključiti neko trošilo. Sušilo za kosu je dobar uređaj za testiranje invertera većih snaga. Prvo uključite na “program” za hladno puhanje, kada bi opterećenje trebalo biti malo. Ako vam se čini da je sve u redu, možete pojačavati opterećenje odnosno povećavati snagu grijača. Pripazite da ono što spajate na inverter ipak nije prejako. Ako se radi o manjem inverteru, testirajte ga manjim trošilom poput punjača za mobitel.

Nadam se da ste sve korake uspješno odradili, te da zadovoljni koristite energiju iz vlastite elektrane. Ako bude problema, javite se na forumu. Ovdje nas ima mnogo koji smo prošli iste muke i znamo što napraviti kada negdje zapne.

Sustav radi, što dalje?

Briga o sustavu nikad ne prestaje. Redovito ćete morati provjeravati stanje akumulatora, visinu potrošnje, brzinu punjenja i sl. Promatrati, uspoređivati ove podatke sa onim što ste imali u planu. Postoji mogućnost da ste neki detalj krivo procijenili i da morate izvršiti neke korekcije sustava. Provjeravajte spojeve, pripazite na pojavu topline, neobičnog mirisa ili vidljivih promjena. Ako vodite brigu, očekujte da sustav radi besprijekorno još mnogo godina.

Osim brige o sustavu, sada započinje i prilagodba vaših navika onome što vam sustav pruža. Brzo ćete shvatiti kako je “jeftina struja” sada usred dana kada je sunčano. Vaše aktivnosti se sve više počinju vezati uz prirodni ritam vašeg okoliša. Vaše se raspoloženje više ne veže uz račune za struju niti uz prijetnje da neće biti struje. I dalje ste ovisni, naravno, samo je vaša ovisnost vezana uz sjajni objekt na nebu. Znate da je on uvijek negdje gore. Malo stvari na svijetu je toliko pouzdano kao naše Sunce!