Majstor, travanj, 4/04

MAJSTOR – Stručni časopis * broj 4, travanj 2004.

Stand-alone sustavi

Kad je riječ o iskorištenju solarne energije, najprije valja razlučiti solarne kolektore za pripremu tople vode i fotonaponske panele za dobivanje struje, lako su tamne ploče na krovu na prvi pogled slične, riječ je o bitno različitim tehnologijama, namijenjenim zadovoljavanju različitih potreba. Osim toga, učinak solarnih kolektora umnogome ovisi o vedrom i sunčanom danu, a fotonaponski paneli proizvode struju po svakom vremenu, od zore do mraka. Pri postavljanju fotonaponskih uređaja za individualnu primjenu, najčešći izbor su fotonaponski moduli. No, ljudi kojima je takva proizvodnja vlastite struje idealno rješenje, najčešće pitaju koliko košta fotonaponski komplet i koliko im je modula potrebno da pokriju sve energetske potrebe. Naime, kuća opremljena s dovoljno fotonaponskih modula može vam osigurati potpunu energetsku neovisnost.

Pitanja o konkretnoj računici odjek su na članak objavljen u Majstoru 06/03, u kojemu smo prikazali nekoliko manjih fotonaponskih sustava u kitu, namijenjenih obiteljskoj kući ili vikendici s manjom potrošnjom struje. Ovaj put pozabavit ćemo se projektiranjem, dimenzioniranjem i objašnjenjem naj-traženijeg solarnog sustava od 3 kW koji može zadovoljiti potrebe prosječnog domaćinstva. Bitno je napomenuti, a to je uglavnom i najčešće pitanje, kako veličina foto-naponskog sustava ne ovisi o kvadraturi kuće, već isključivo o broju trošila koja namjeravate prikopčati na solarni sustav, odnosno o prosječnim dnevnim potrebama za električnom energijom.

Valja znati da pri takvom planiranju treba unaprijed isključiti zagrijavanje sanitarne vode, jer je grijanje vode strujom najneracionalnije trošenje energije. Za toplu vodu su najprikladniji solarni kolektori, a funkcioniranje nužnih uređaja takvog zasebnog sustava fotonapon osigurava bez ikakvog problema. U našem primjeru govorimo o tzv. stand-alone sustavima.

Stand-alone instalacije su fotonaponski sustavi koji omogućuju autonomno napajanje električnom energijom u situacijama kad je priključenje na električnu mrežu skupo ili nemoguće. Kod stand-alone sustava sva se električna energija proizvedena u fotonaponskom modulu pohranjuje u akumulatore. Da bi se osiguralo optimalno punjenje, struja u akumulator dolazi preko regulatora. Kod. jednostavnih sustava struja se iz akumulatora usmjeruje izravno na istosmjerna trošila. No, ako istosmjerna struja iz akumulatora treba napajati trošila prilagođena izmjeničnoj struji (napon 220 V), najprije se vodi do invertera (pretvarača) koji je pretvara u izmjeničnu struju potrebnog napona. Kalkulacija veličine sustava i generirane struje jednog stand-alone kompleta nije uvijek jednostavna, jer točni meteorološki podaci ponekad nisu dostupni, a neuobičajena razdoblja lošeg vremena ne možete predvidjeti.

Drastično predimenzioniranje sustava nije dobro, jer povećanje bilo koje komponente zahtijeva povećanje ostalih. Time rastu ukupni troškovi, a krajnji učinak ne mora uvijek biti i proporcionalno bolji.

Pokušate li povećati autonomiju sustava isključivo većim kapacitetom akumulatora, treba znati da to nije pouzdano rješenje. Naime, ako se akumulator isprazni do kraja, teško ga je potpuno napuniti strujom iz fotonaponskih modula. To je pogubno i skraćuje im vijek trajanja.

No, krenimo s izračunom našeg sustava. U ovom primjeru opisat ćemo izvedeni sustav solarnog napajanja obiteljske kuće električnom energijom proizvedenom u fotonaponskom generatoru.

Prije izračuna solarnog sustava treba znati osnovne parametre:

• mjesto instalacije: sustav se instalira u primorju, uz more, jer za tu lokaciju imamo sve potrebne meteorološke podatke, tj. sunčanost u satima prema statističkom praćenju od 1984. do prošle godine. Podaci otkrivaju da se na tom mjestu dnevni prosjek sunčanih sati u zadnjih 10 godina kretao od 3 do 4 sata u najnepovoljnijem prosincu, do 11,5 sati u srpnju.
• razdoblje (ljetno, zimsko, cjelogodišnje) i vrijeme rada sustava (preko vikenda ili stalno). U ovom slučaju treba nam sustav koji je u stalnom pogonu tijekom cijele godine.
• napon napajanja trošila (12 V ili 220 V).
• broj trošila, prosječno vrijeme rada pojedinog uređaja i njihova potrošnja.

Naš sustav omogućuje napajanje raznih potrošača naponom od 220 V i to: 15 štednih žarulja rasvjete (upotreba štednih žarulja, ukupno 15 komada), hladnjaka sa zamrzivačem (180 I + 40 I), usisavača, glačala, perilice rublja, televizora, radioaparata… i ostalih kućanskih uređaja – osim termičkih trošila kao što je štednjak ili električne grijalice. Dakako, pri odabiru trošila treba posebno obratiti pozornost na njihovu potrošnju. Za rasvjetu treba odabrati isključivo štedne žarulje, hladnjak i perilicu A-klase, što znači da je riječ o uređajima male energetske potrošnje. Naprimjer, perilica A-klase potroši zajedno pranje oko 0,9 kWh.

Strojeve i uređaje poput perilica, glačala i usisavača treba uključivati kad fotonaponski sustav daje najviše energije, znači po sunčanom vremenu od 10 do 16 sati. Treba pripaziti da istodobno ne uključujete više od jednog jačeg trošila, npr. glačalo, perilicu, usisavač i si., jer u suprotnom vam treba još jači inverter i više baterija, a time se povećavaju i gubici.

Očito, proizvodnja vlastite struje i visoka energetska neovisnost zahtijevaju i nužne prilagodbe u svakodnevnom životu. No, praksa pokazuje da ukućani u kratkom vremenu prihvaćaju nove navike, pa život s vlastitim izvorom struje ne zahtijeva više pažnje i znanja od, recimo, upotrebe plinske instalacije.

solarna energija

Autonomija sustava u no-sun razdoblju

Pod izrazom autonomija sustava podrazumijevamo koliko dana može potpuno napunjen akumulator, bez dodatnog punjenja, osiguravati normalnu potrošnju. Za vikendice je dovoljna dvodnevna autonomija, a za stalnu upotrebu u obiteljskoj kući treba unaprijed odrediti koliko dana ružnog vremena želite da sustav funkcionira bez punjenja akumulatora, dakle s konzerviranom energijom. Ako uvodite solarni sustav u stambeni objekt u kojemu živite cijele godine, treba vam veća i jača konfiguracija negoli u vikendici ili kući na moru u kojoj boravite samo tijekom ljetnog razdoblja, u povoljnim klimatskim uvjetima i s dužim razdobljem dnevnog svjetla.

Kad skupite sve potrebne parametre, prosječne dnevne potrebe možete izračunati na temelju potrošnje – prema formuli:

broj trošila x potrošnja u A x dnevno u upotrebi (sati) = dnevna potrošnja (Ah).

Kad zbrojimo dnevnu potrošnju pojedinih trošila, dobijemo ukupnu dnevnu potrošnju u ampersatima (Ah).

Taj podatak je osnova za određivanje potrebnog broja fotonaponskih modula modula i kapaciteta akumulatora – ovisno o potrebnoj autonomiji sustava.

Kako bi sustav sigurno radio i kroz duže razdoblje oblačnog vremena uz povećanu potrošnju, u sustav je kao rezerva uključen i benzinski agregat 2,5 kWA. Trošila se napajaju preko preklopke kojom se bira napajanje iz solara ili agregata. Čim uključite agregat, baterije se pune preko snažnog punjača koji radi potpuno automatski, što znači da sam kontrolira proces punjenja i smanjuje struju punjenja ovisno o napunjenosti baterija. Izveden je u takozvanoj switch-tehnologiji daje potpuno glatki istosmjerni napon, čime baterijama osigurava duži vijek trajanja.

Najveća struja punjenja kod praznih baterija je 80 A, a puni ih do napona od 14,4 V, kad prelazi u režim dopunjavanja.

Ako imate agregat s elektropokretačem, cijeli sustav možete automatizirati. U tom slučaju sustavom upravlja kontroler koji uključuje agregat kad je napon baterija nizak, oko 10,8 V, a isključuje ga kad dosegne namještenu vrijednost na kontroleru – obično 13.8V.

Regulatori, punjač, pretvarač i preklopnik ne zauzimaju mnogo prostora, nečujni su i ne zahtijevaju složeno održavanje.

POKRETNA ELEKTRANA ZA KAMP-KUĆICU

Sve više je onih koji provode ljeto putujući u kamp-kućici s potpunim komforom. A to zahtijeva uvođenje autonomnog, tihog i ekološki čistog sustava napajanja električnom energijom. Tehničke osobine Solarisovih FN-modula (visoka učinkovitost, otpornost/robusnost, dugovječnost) te posebno za tu namjenu razvijena dodatna oprema i pribor svrstavaju ih među vodeće na tom specifičnom području u većem dijelu Europe.

Solarisovi FN-sustavi jamče visoki učinak, pravilno uskladištenje električne energije, a omogućuju i visok komfor. U tomu najvažniju ulogu imaju regulator punjenja GENIUS i dodatni displej MAESTRO.solarna energija

Ovisno o individualnim potrebama i osobitostima zgrade, takav sustav košta od 40.000 do 50.000 kuna, a upraksi se dokazao kao vrlo stabilno i komforno, a financijski vrlo prihvatljivo rješenje.

Napokon, za vlastitu vam struju nitko neće poslati račun.