1. Malá solární elektrárna

Články na webu » Win10/Mobil/Elektro/Solar » 1. Malá solární elektrárna

  • Připravený regulátor nabíjení
    Připravený regulátor nabíjení
  • Panel 18V/0,25A
    Panel 18V/0,25A
  • A jedeme...
    A jedeme...
  • Zapojeno včetně střídače
    Zapojeno včetně střídače

Autor: Petr Pilný, Poslední změna: 18.4.2016

Úvodem

Docela se v poslední době zajímám o tenhle zelený nesmysl - tedy solární elektrárny. Celkově vzato si myslím, že v aktuálním podání (tedy černá místo zelená pole) je to řešení vhodné tak akorát k vycucávání veřejných rozpočtů, nicméně v podobě malé asistující elektrárny na rodiném domku/paneláku/zastavěné ploše mi to už přijde vcelku rozumné. A tímto směrem bude také směřovat tento text.

Jak to funguje

Na tohle téma je na webu sepsáno nemalé množství dobrých/špatných textů a já se zde nebudu pouštět do velkých podrobností. Ze všech variant mne nejvíce zaujala (mám ji jako jedinou realizovatelnou) možnost výroby energie a ukládání do baterií a následná přeměna na 220V. Nebudu zabíhat do přílišných detailů, nicméně výhodou je určitá energetická nezávislost (když vám vypbnou elektřinu, máte nezávislý zdroj), největší nevýhodou je potřeba baterií, které jsou stále poměrně drahé nebo prozměnu s neoptimální životností/výkonem.

Součásti

Z čeho to celé poskládat? Je i jednoduchá varanta, tedy "samostatný" okruh v domě, který jede jen na "slunce" + baterie + když není ani jedno, tak se přepne na síť. Skládá se zjednodušeně z následujícího: solární panely, baterie, chytrá krabička (redulátor nabíjení, střídač atd) a tuny kabelů po celém domě i střeše :-). Funguje to poměrně snadno a bez zásahu uživatele - při svitu slunce se nabíjejí baterie, případně se mohou i spotřebovávat přebytky, při poklesu slunečního svitu se jede z baterií. Pokud v nich dojde šťáva, tak se přepně na rozvodnou síť.

Tahle varianta se mi ne až tak docela zamlouvá - je třeba dimenzovat výkon panelů/střídače/baterií na celý dům a v případě většího domku/potřebného výkonu se především díky bateriím dostanete do částek, které nechcete vidět a především - nevyplatí se to provozovat (=budete rádi, když budete na nule, spíš ale o hodně hůř). Po docela dlouhém hledání jsem našel pro mé potřeby optimálnější variantu. Ona chytrá krabička má o jednu důležitou funkci navíc - dokáže si přidávat proud ze sítě. Funkce se výrazně změní - v případě slunečního svitu jde vše do baterií/pro aktuální spotřebu a co nepokryje slunce, to se dobírá ze sítě. Současně. Pokud se pak překročí určitý výkon, celý systém se "vypne" a bere se jen ze sítě. Výhoda je, že k vypnutí dojde až při výkonu, který je na úrovni (u nalezeného řešení) 5kW. Díky této asistenci sítě si myslím půjde osadit podstatně menší baterie - samozřejmě s tou nevýhodou, že při výpadku eletřiny budete mít velmi limitovaný zdroj (časově) a zároveň úspora energie se bude rovnat především spotřebované energii "když to zrovna zasvítí". Celková investice ale bude o dost nižší a předevší více "konečná", baterie se sice budou nadále měnit po 6-8 letech (trakční Pb), ale bude jich o nemalé množství méně.

Na zkoušku

Ač bych chtěl ve finále stavět elektrárničku s celkovým výkonem okolo 1,4-2kW a měničem poskytujícím maximum 1,3kW + dobírání ze sítě, zkusil jsem si udělat i o hodně menší variantu. Celkový maximální výkon bude 32-25Wp (8x panel 18V/0,25A), pouze PWM regulátor (který asi značně ukousne z teoretického výkonu), baterie 12V/40Ah a k tomu 100W měnič. Vše díly z Číny (DX.com) a už dopředu píši, že všechny fungují po měsíci naprosto bez problémů, dokonce i panely podávají očekávaný výkon. Celková cena včetně kabelů/diad a dorbností je 3700Kč a většinu dílů hodlám dále používat/prodat.

Trocha čísel: Při 36Wp výkonu panelů bez započítání ztrát při nabíjení, na regulátoru a na měniči (započteny 11% ztráty, co nabízí kalkulačka jako "běžné") se dá za rok v našich podmínkách vyrobit za rok průměrně 3,41kWh/měsíc, respektive 0,11kWh/den. Toto množství se velmi liší dle měsíců - kdy prosinec/leden odpovídá zhruba 1kWh/měsíc, naopak květen-srpen dosahuje až k 5kWh/měsíc a docela použitelné hodnotě 0,16kWh/den. Na rovinu, není to zrovna dvakrát moc, ale je to vyrobené z malé plochy solárních panelů a například osvětlení/provoz počítače v našem krámku s občasným provozem by to dokázalo zabezpečit bez problémů (běžný odběr tam mám 20W notebook + 10W LED světla). Hodnoty jsem spočítal oblíbenou kalkulačkou zde: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php .

Jak to bude ve skutečnosti uvidíme, už teď je jasné, že čísla budou o dost menší. Budu si ale stavět (a bude to druhý článek zde) automatický DC-DC měnič s možností sledování napětí/proudu, který mi zaprvé poskytne lepší náhled na výkon a za druhé vyřeší nevýhodu PWM regulátoru tím, že bude vstup ze solárních panelů automaticky převádět na výstupních 14,5V, ať už budou panely dávat 12V nebo 17V. To by mělo umožnit využití výrazně vyššího množství energie. Měnič stejně budu stavět pro jiný účel, tak ho alespoň vyzkouším.

Použité produkty

Zde najdete všechny použité součásti - použitý panel 18V/4.2W, střídač 100W, regulátor nabíjení baterie 12V/24V/10A a ukazatel napětí.

(produkty již nebyly dostupné)

Použité panely jsou docela dobře udělané, pájecí místa parádní, velikost 20x13cm. Překvapil mne střídač, který je opravdu malinký a při dostatečně nabité baterii mu nedelá problém ani plné zatížení. Dlouhodobě jsem ho zkoušel zatížit 30-40W po dobu 5 hodin - výsledek lepší, než jsem čekal. Díky hliníkovému tělu se nepřehříval. Výstup samozřejmě není SIN, nicméně dle měření napětí odpovídá a žádný "spotřebič" se netvářil nespokojeně.

(produkty již nebyly dostupné)

Regulátor nabíjení baterie v této ceně je pouze PWM, nicméně na "pokusy" to stačí určitě a na drobný rpovoz (jako třeba zahradní osvětlení) určitě také. Provedení je dobré, zadní stěna kovová, při zatím provozovaném výkonu nebyl ani náznak zahřívání, na 10A to bude asi jiné. Na závěr měřák napětí - mimochodem docela přesný, napajený z měřené baterie.

Realita testovacího provozu

Zde budu postupně přidávat nějaké ty naměřené hodnoty, výkon nemonitoruji neustále, tak tam asi budou chybět úplná maxima atp. Nicméně pro orientaci to stačí.

  • Druhá polovina března, poledne, skoro jasno, 15°C, nabíjení baterie, 8.4Wp, 13.31V/0.25A/3.33W - tedy 39.6% teoretického výkonu.
  • První polovina dubna, poledne, jemná oblačnost/opar, 15°C, nabíjení baterie, 16.8Wp, 13.43V/0.28A/3.76W - tedy 22.4% teoretického výkonu.
  • Polovina dubna, 14:00, polojasno, 15°C, nabíjení baterie, 29.4Wp, 13.71V/0.63A/8.64W - tedy 29.4% teoretického výkonu.
  • Začátek května, 13:30, jasno, 22°C, nabíjení baterie + instalovaný DC-DC měnič pro lepší využití výkonu panelů, 33,6Wp, 6.79V/1.98A/13.44W - tedy 40% teoretického výkonu.

Prozatím tedy maximální naměřený výkon k 9W, uvidíme, až někdy bude končně úplně jasno.

Na ostro?

Na ostro uvidíme, tenhle rok chci testovat a počítat, příští rok snad už stavět. Trocha teorie: Při 2000Wp nám stejná kalkulačka bez započtení dalších ztrát dává následující údaje - průměrně 6,2kWh/den, tedy 189kWh/měsíc, celkem 2270kWh/rok. Důležitější je hodnota okolo 60kWh/měsíc v prosinci/lednu a také okolo 280kWh/měsíc v květnu-srpnu. To už jsou docela rozumné hodnoty. Uvidíme, v článku budu pokračovat dál.