Zde se můžete přihlásit k odběru novinek

Váš průvodce na cestě k nezávislému a soběstačnému bydlení.

V případě zájmu nás neváhejte kontaktovat na Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.,  Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.

středa, 27 srpen 2014 11:44

Náš zdroj energie II.

Ohodnotit tuto položku
(0 hlasů)

Celkový pohled na panely
V minulém článku o našem zdroji elektřiny chyběli fotografie. Ještě jsem nevěděl jak fotografie vkládat na web. Teď už to vím, tak je čas pro další článek o našem zdroje elektřiny tentokrát včetně podrobné fotodokumentace. Popis je laický, tak jak to vidím jako uživatel – laik v elektrotechnice. V žádném případě si nedělám nárok na odborný popis. Věřím, že většině z budoucích možných vlastníků ostrovní FVE je takový laický popis bližší než záplava parametrů a technických údajů.

Fotovoltaické panely.

Energii ze slunce zachycují a zpracovávají fotovoltaické panely na střeše domu a na zahradním přístřešku. Přeměňují energii ze slunce na stejnosměrné napětí. Každý panel má napětí cca 30V. Toto napětí udává výrobce na štítku, ale platí jen při přesně daných podmínkách. Ve skutečnosti se mírně liší. Tento údaj je pro mě jako pro laika v podstatě zbytečný. Mnohem důležitější je údaj o výkonu panelu v tzv. Wp – wattpeak, což je špičkový momentální výkon panelu za ideálních podmínek. Naše panely jsou značky Schutten a mají nominální výkon 240 Wp, což znamená, že za ideálních podmínek by měly vytvořit energii 240 Wh. Nevytvoří. Proč? Důvodem jsou ty ideální podmínky – přímý kolmý sluneční svit, stejný na všechny panely ve všech strincích a zároveň ne moc horko, aby se panely nepřehřívaly. Takové podmínky v našem případě nenastanou nikdy. 

Panely jsou zapojeny do tzv. stringů po třech, čímž dávají napětí celkem cca 90 V. V našem případě máme celkem 24 panelů.

Panely na střeše
Máme 15 panelů orientovaných na JV (70 % odklon od jihu). Panely na střeše jsou osvícené od 9:30 do 15:00, ale ráno a odpoledne již hodně ze strany což snižuje jejich výkon. Největší výkon tedy dávají zhruba kolem 10:00 až 11:00, kdy slunce na ně svítí v nejlepším úhlu. Mimo první uvedený časový interval jsou panely zastíněné vysokými stromy v okolí, a pozdě odpoledne již slunce svítí na severozápadní  štít domu, který je zcela zastíněn stromy.

Dalších 9 panelů je umístěno na zahradním domku a jsou orientovány směrem na jih. Slunce na ně svítí od 11:00 do 16:00. Mimo tento čas jsou zcela zastíněny již zmíněnými vysokými stromy. I během uvedených časových intervalů jsou občas panely částečně stíněné. Vzhledem k tomu, že máme polykrystalické panely, tak i malé zastínění jednoho panelu způsobí velmi prudký pokles výkonu celého stringu (3 panely).

Zastínění bereme jako daň za bydlení v lese a rozhodně nemáme v úmyslu kácet či ořezávat stromy pro získání více energie. Není to v souladu s naší filosofií přizpůsobení se možnostem, které nám příroda poskytuje. Navíc v létě máme energie dost a v zimě je stejně většina panelů trvale stíněných vzrostlými duby, když je slunce nízko.

Zastínění a orientace panelů snižuje v našem případě možný teoretický výkon 24 panelů x 240 Wh což je 5760 Wh na něco málo přes 3 KW. To je, důvod proč máme tolik panelů, v případě nezastínění a lepší orientace by jich na stejný výkon stačilo něco přes polovinu stávajícího počtu. Problematice výběru, umístění, orientaci a množství panelů se budu věnovat v samostatném článku- v třetím bodu desatera energetického ostrovníka.

Panely na zahradním domku
Celkově jsou panely rozděleny na tři okruhy, z nichž každý má samostatný odpínač (něco jako jistič) takže v případě nutnosti či selhání regulátoru napětí z panelů do baterek, můžeme alespoň částečně výkon panelů ručně regulovat jejich ručním odpínáním či zapojováním. Ale za celý rok jsme to nevyužili, je to řešení jen pro nouzovou situaci. Využíváme to pouze pro testování, kolik která větev dává energie, pro případné budoucí přeskupení panelů.

 

Solární regulátor.

Solární regulátor je zapojen mezi panely a akumulátory a má v podstatě dvě základní funkce. První je maximalizace zisku energie z panelů. V pravidelných krátkých intervalech vyhledává a vyhodnocuje napětí a proud na panelech a zajišťuje jejich maximální využití. Druhou funkcí je automatické dobíjení akumulátorů. Reguluje tok proudu do akumulátorů na základě míry jejich nabití.  Jakmile jsou akumulátory plně nabité, odpojí od nich regulátor panely. Tím zajišťuje částečně jejich ochranu proti přebití a tím je chrání před poškozením a prodlužuje jejich životnost. My používáme regulátor Morningstar TriStar TS-MPPT-60A. Naše panely vzhledem k jejich orientaci nikdy nedají vyšší výkon než něco přes 3 kW, takže regulátor 60A nám postačuje.  Hodnota 60 A značí maximální proud, který je schopen regulátor zpracovat. Druhým důležitým údajem je napětí. V našem případě máme systémové napětí ostrovní elektrárny 48 V, takže zmíněný výkon 3 kW náš regulátor zvládne. Regulátor běží zcela automaticky.

Součástí regulátoru je i software pro sledování činnosti FVE. Má samostatnou IP adresu a lze sledovat vývoj využité výroby, denně i v historii.

Akumulátory.

Akumulátory
Klíčová součást ostrovní FVE. Akumulátory jsou zapojeny za solárním regulátorem. V akumulátorech ukládáme energie v době, kdy vyrobíme více, než spotřebujeme a využíváme ji přes noc, nebo v době, kdy vyrobíme méně, než spotřebujeme. Akumulátorů je více typů dle použité technologie. V zásadě jsou nejpoužívanější dva druhy. Prvním jsou olověné akumulátory, které jsou relativně levné, ale mají nízkou živostnost (reálně cca 700 cyklů, což je reálně maximálně 3 roky), nízkou míru využití kapacity energie v nich (20 % až 50 %) a nutnost pravidelné údržby. Druhým základním typem jsou akumulátory LIFEPO 4. Jsou dražší (cca dvojnásobně než olověné), ale s vysokým počtem cyklů (minimálně 2000), odolné proti podbití a vysokou mírou využití energie v nich – 80%. Není třeba je nijak udržovat. Podrobněji se budu problematice baterií věnovat v samostatném článku.

V našem případě jsme zvolili baterie technologie LIFEPO 4 a to hlavně z důvodu jejich bezúdržbovosti, vysoké možnosti využití energie v nich a dlouhé životnosti. Dalším důvodem je také to, že nemáme přípojku elektřiny a všechny komponenty FVE musí být maximálně spolehlivé, neboť jsou pro nás jediným zdrojem energie. Také se snažíme žít všestranně soběstačně a nemáme čas se o akumulátory starat, měřit je, hlídat je, dolévat destilovanou vodu apod, což olověné vyžadují. Nejsem odborník a o olověné akumulátory bych se neuměl starat, ani kdybych měl na to čas. Navíc chci, aby elektrárna sloužila mě a ne já jí.

Kapacita našich akumulátorů je celkem 15 kWh. Vyčerpatelných je bez problémů 80 % což je minimálně 12 kWh energie k dispozici. Při naší průměrné spotřebě 3 Kwh plus cca 1 Kwh vlastní spotřeby a ztráty systému máme v akumulátorech energii na tři dny i při nulové výrobě. Při uskrovnění máme energii i na delší dobu.

Naše akumulátory jsou značky Winston, systémové napětí 48V, 300Ah. Celkem máme 16ks článků.

Aktivní balancéry.

Aktivní balancéry
Aktivní balancéry jsou takovými ochránci akumulátorů. V zásadě mají dvě funkce. Omezují horní napětí akumulátorů při jejich nabíjení na 3,6 V a tím je chrání proti přebíjení. Zároveň srovnávají napětí jednotlivých článků a tím zajišťuje jejich rovnoměrné nabíjení. Aktivní balancování umožňuje udržovat články srovnané, i když nedochází k úplnému nabití (např. v zimním období). Aktivní balancování chrání baterie a prodlužuje jejich životnost. V ostrovním systému ho považuji za naprosto nezbytné. Naše akumulátory LIFEPO 4 tvoří asi 40 % ceny celé FVE, takže si péči aktivních balancérů opravdu zaslouží.

Měnič napětí

Měnič napětí – ta modrá bedna na zdi je klíčová součást ostrovního systému. Jeho největším úkolem je změna stejnosměrného napětí z panelů na napětí střídavé 230 V, na které fungují spotřebiče v našich domácnostech. Měniče jsou dvojího druhu, jedny, které tvoří tzv. modifikovanou – trapézovou sinusovku, ty jsou výrazně levnější než druhý typ s čistou sinusovkou, ale některé spotřebiče s takovýmto průběhem napětí mají problém. Pro ostrovní systém bez přípojky elektřiny je jediným řešením druhý typ – s čistou sinusovkou, která je pro naše spotřebiče ideální. I když jsou dražší, tak nelze jiné použít. Druhou důležitou funkcí měničů je dodávat stabilně potřebný výkon. Měnič v ostrovním systému by měl zvládnout největší možný reálný souběh výkonů více spotřebičů. Například, když budete luxovat a prát současně, tak součet výkonů vysavače a pračky je cca 4 kW. Se započtením nějaké výše stále spotřeby (například 200 W) a malé rezervy, potřebujete tedy měnič o výkonu 4,5 kW.

Výkon měniče má ovšem velký vliv na jeho cenu, takže při návrhu je potřeba velmi pečlivě zvažovat optimalizaci provozu spotřebičů a plánování jejich použití. Tím lze omezit nutnost vyššího výkonu měniče a snížit jeho cenu.

Pro náš ryze ostrovní provoz jsme zvolili výkon měniče 4.5 kW, což je dostatečná výkonová rezerva pro běžný provoz. Na plánování provozu výkonných spotřebičů jsme si brzy zvykli a vůbec nás nezatěžuje. Nemůže se například pustit najednou pračka, vařič a rychlovarná konvice, ale to není žádný problém. Problematika optimalizace skladby a provozu spotřebičů bude podrobněji popsána v bodech 2 a 9 desatera energetického ostrovníka.

solární regulátor a měnič
Konkrétně používáme měnič značky Victron Multiplus 48 V 5000VA. Vyznačuje se vysokou spolehlivostí, mnoha funkcemi a nízkou vlastní spotřebou a ztrátami. Sice patří mezi dražší značky, ale v ostrovním provozu preferujeme naprostou spolehlivost a již uvedenou nízkou vlastní spotřebu a nízké ztráty.

Jednou z mnoha funkcí měniče je například možnost nastavení odpojení všech spotřebičů při dosažení nízkého stavu baterií. U nás je to nastaveno tak, že dosáhne-li stav baterií při vybíjení 20 % kapacity, odpojí měnič domovní rozvod od baterií. Tím je chrání proti podbití. Hranici odpojení lze samozřejmě nastavit i na vyšší úrovni, když chcete mít větší pojistku. My to nevidíme jako nutné. Máme totiž ještě kouzelnou krabičku – BMV 600 o níž je psáno dále.

Monitorovací jednotka SDS micro.

Monitorovací jednotka monitoruje určité funkce ostrovní FVE. V našem případě na samostatné IP adrese monitorujeme spotřebu, a to denní, kumulovaně i historii.

SDS mikro má i řadu dalších využití. Zjistil jsem však, že uvedené měření pro naši potřebu bohatě postačuje. Nejsem programátor ani odborník IT, tak potřebuji mít vše jednoduché, přehledné.

Battery monitor BMV 600.

Battery monitor je úžasná věc. Napohled jednoduchá krabička s displejem skýtá obrovskou škálu možností řízení provozu a využití naší ostrovní FVE, tak, aby ani watt nepřišel nazmar.

Battery monitor
Asi nejdůležitější funkcí z těch mnoha, které má, je monitoring zbývající kapacity baterií. Displej ukazuje v procentech kolik energie se nachází v bateriích. 100 % je v našem případě 15 kWh. Každé procento znamená spotřebu 150 Wattů, takže na displeji vidíme, kolik wattů zbývá, podíváme-li se na výhled počasí a známe spotřebu jednotlivých spotřebičů, tak máme perfektní údaje pro plánování naší spotřeby, tak abychom využili maximum možností výroby a zároveň abychom zbytečně nezatěžovali baterie a tím nesnižovali jejich životnost.

Například ráno bude na ukazateli 85 %. Venku je pošmourno, takže vyrobíme méně a víme, že ten den budeme vařit na plynu a ne na elektřině a praní odložíme na další den, kdy má být slunečno. Pokud se během dne vyčasí a baterie se dobijí, což vidíme na displeji, změníme plány a můžeme třeba vyprat nebo žehlit. Jeví se to jako složité, ale je to velmi jednoduché a takovéto plánování se stalo přirozenou součástí našeho života a chováme se tak, jak nám umožní příroda.

Než jsme si naistalovali BMV tak jsme měli potíže se zjištěním stavu energie v bateriích. Jediná veličina, která byla k dispozici, bylo napětí baterií.  U LIFEPO4 se však napětí nemění lineárně dle vybíjení baterií, ale zůstává stabilní až téměř do úplného vybití a pak během několika hodin skokově klesne.  Bylo pro nás tedy velmi obtížné odhadovat stav energie v bateriích. Dnes stačí pohled na displej a víme. Paráda.

Jednou z dalších užitečných funkcí je třeba nastavení alarmu při poklesu stavu energie na určitou hranici nebo řízení provozu velkých spotřebičů a přebytků výroby pomocí spínacího relé. Ale o tom bude řeč brzy v samostatném článku.

Značka našeho battery monitoru je Victron– BMV 600. Má jednoduché intuitivní ovládání a skvělý český návod. Opravdu zázračná krabička. Hodně muziky za relativně málo peněz.

Elektrocentrála

Poslední součástí naší ostrovní FVE je benzínová elektrocentrála. Pro ryze ostrovní FVE naprostá nezbytnost. V té části roku, kdy slunce tolik nesvítí (listopad až leden) nastávají dny, kde prostě vyrobíme méně, než spotřebujeme a to více dnů za sebou, a pokud takové období trvá déle a k jeho pokrytí nestačí kapacita baterií, je nezbytné dobít baterie elektrocentrálou.

 

Benzínová elektrocentrála
Naše elektrocentrála je značky ITC Power GG7200LE o výkonu 4 kW. Spotřeba je 3 litry benzínu za hodinu při plném výkonu. Proto je potřeba s energií vyrobenou centrálou velmi úsporně hospodařit. Když v zimě dobíjíme baterie, je provoz nastaven tak, že při dobíjení baterií jde 2 kW do baterií a cca 1,5 kW je k dispozici pro dům. Je nutné tedy těch 1,5 kW pro dům maximálně využít a na dobu dobíjení plánovat provoz velkých spotřebičů. Takže při dobíjení baterií z elektrocentrály se například žehlí.

Prostým propočtem lze zjistit jak je energie z centrály drahá. Plánujeme tedy změnu a zakoupení centrály na plyn, u které lze jako pohon použít propan butanové lahve, které používáme v zimě i na vaření.  Takto vyrobená elektřina je asi 3 x levnější než z benzínové centrály. Bohužel není nyní k dispozici na trhu jednofázová plynová centrála od jejich jediného výrobce – společnosti Heron, takže se záměr musí odložit.

Celkový roční náklad na provoz centrály na podzim a v zimě není nijak dramatický, s přihlédnutím k tomu, že ve zbytku roku je elektřina zdarma. Pro vlastní provoz domu běžela centrály během poslední zimy max 30 motohodin což je 90 litrů benzínu. Na konci zimy jsme zvýšili počet panelů z 18 na 24 a tak předpokládám, že potřeba centrály bude v letošní zimě ještě nižší.

Start centrály je manuální, to znamená, že ji musíme startovat ručně. Existují sice možnosti automatického startu centrály na základě úrovně vybití baterií, ale tento způsob nevyužíváme. Souvisí to s naší snahou minimalizovat automatizaci na nejnižší možnou míru.
Stav disponibilní energie nám ukazuje baterry monitor, který v procentech ukazuje, kolik energie máme v akumulátorech k dispozici (jednoduše lze přepočítat na disponibilní watthodiny), tak víme, jak dlouho ještě vystačíme a jak se máme energeticky chovat v dalších dnech. Koukneme na stav akumulátorů, na výhled spotřeby a na počasí a podle se rozhodneme, zda je nutno zapnout centrálu, nebo stačí dočasně omezit spotřebu a počkat až bude svítit a baterie se dobijí ze slunce. Takovýto přístup nám umožňuje uzpůsobovat svoji spotřebu energie možnostem zdroje a žít více v souladu s možnostmi, které nám dává příroda. A navíc také ušetřit za provoz elektrocentrály.

Shrnutí

Celkově je naší snahou maximální jednoduchost, pouze nezbytná automatizace a nevyužívání žádných speciálních softwarů. Sledujeme jen parametry, co jsem uvedl v článku a bohatě nám to postačuje. Ostrovní FVE není naším koníčkem a nemáme ji pro naši seberealizaci. Je to pro nás prostě zdroj energie, který musí být spolehlivý, jednoduchý a základním věcem spojených s provozem musí porozumět i laik. Tím se myslím odlišujeme od řady jiných majitelů poloostrovních FVE, kteří ji mají jako koníčka a mohou třeba více experimentovat. My to tak nechceme a ani si to při úsilí o celkově soběstačný a nezávislý život nemůžeme dovolit.

Tak to stručný popis našeho zdroje elektrické energie. Další informace se budou postupně objevovat v obsahu dalších článků.

Energetické soběstačnosti a nezávislosti zdar

Karel Otýs

Číst 2053 krát
Pro psaní komentářů se přihlašte