Coraz ważniejszym tematem są dzisiaj systemy zasilania wykorzystujące energie odnawialne, np. fotowoltaikę, na kamperach, samochodach terenowych, jachtach, łodziach i innych pojazdach rekreacyjnych oraz specjalnych.

System zasilania na pojeździe rekreacyjnym czy specjalnym to zawsze duże wyzwanie dla osób budujących taki system we własnym zakresie. Jest to na tyle trudne zadanie, że większość firm, które zajmują się zabudową pojazdów, także potrzebuje wsparcia. Specjalistów zajmujących się projektowaniem systemów zasilania wykorzystujących energie odnawialne jest na naszym rynku jak na lekarstwo i będziemy mieli duże szczęście, jeżeli trafi my na odpowiednią osobę, będącą w stanie nam pomoc w zaprojektowaniu i skonfigurowaniu systemu zasilania dla naszych potrzeb.

Przedstawiamy więc najważniejsze spekty budowy autonomicznego systemu fotowoltaicznego, różne możliwości i najlepsze urządzenia wchodzące w skład autonomicznego systemu fotowoltaicznego oraz technologie służące do budowy tego typu systemów wyspowych.

Podstawowe pojęcia

System zasilania niemal w każdym pojeździe rekreacyjnym to system autonomiczny, nazywany popularnie wyspowym. Niezależność jest w przypadku takiego systemu niezbędna, gdyż wszystkie odbiorniki muszą być w stanie poprawnie funkcjonować bez dostępu do teoretycznie ciągłego źrodła zasilania, jakim jest sieć elektroenergetyczna. Proszę też pamiętać, że w naszym kraju, jak i na świecie, jest budowanych coraz więcej domów, większych obiektów a nawet całych wysp, wsi czy miast z zasilaniem autonomicznym, zupełnie bez dostępu do sieci publicznej.
W wielu wypadkach zasilanie wyspowe, pomimo kosztów budowy takiego systemu, to jedyna alternatywa. Budowane są te pojazdy zaprojektowane bez autonomii, tak, że ich część wypoczynkowa działa tylko z dostępem do sieci. Tego typu pojazdów możemy używać pod warunkiem, że zawsze planujemy pobyt w miejscu, gdzie będzie można podłączyć je do sieci. Wypoczywając, możemy również w ogóle nie używać energii elektrycznej, co ma swoje uroki, ale obecnie funkcjonowanie bez energii jest bardzo trudne i jeśli często wybieramy się naszym pojazdem w naprawdę piękne, ale odosobnione miejsca to jest mało prawdopodobne, aby była tam obecna publiczna sieć elektroenergetyczna. Często okazuje się, że własna energia jest tańsza od energii z zewnątrz, szczególnie jeśli wystarcza energia odnawialna.

Komponenty systemu

Autonomiczność pojazdu uzyskujemy poprzez odpowiednie zaprojektowanie jego systemu zasilania/systemu fotowoltaicznego. A ten składa się z:

• baterii akumulatorów

Sercem każdego systemu wyspowego jest bateria akumulatorów najczęściej na napięcie 12V lub 24V. Bateria akumulatorów jest magazynem energii. Na pojeździe rekreacyjnym lub specjalnym powinny być zainstalowane dwie baterie akumulatorów. Każdy pojazd posiada baterię rozruchową, ktora w żadnym wypadku nie powinna być używana do innego celu niż zapewnienie najważniejszych funkcji pojazdu, a przede wszystkim rozruchu silnika. Druga bateria akumulatorów to tzw. bateria rekreacyjna, która służy do zasilania systemu wyspowego pojazdu.
Bateria rekreacyjna ma zwykle większą pojemność od baterii rozruchowej. Pojemność ta ściśle zależy od naszych potrzeb i wielkości odbiorników podłączonych do systemu zasilania/systemu fotowoltaicznego.

• generatora PV/generatora fotowoltaicznego

Generator PV, czyli generator fotowoltaiczny jest to jeden lub wiele modułów fotowoltaicznych, które wyeksponowane na Słońcu wytwarzają energię elektryczną. Moduły fotowoltaiczne często nazywane są bateriami słonecznymi.
Choć na świecie fotowoltaika rozwija się dynamicznie od kilkudziesięciu lat, jest ona często uważana za nowość. Przekonanie o tym, że fotowoltaika jest droga wzięło się stąd, iż kilkanaście lat temu ta technologia była niezmiernie kosztowna. Od kilku lat sytuacja się diametralnie zmieniła i koszt modułów fotowoltaicznych/baterii słonecznych jest niski w stosunku do kosztu reszty systemu.
Moc modułów fotowoltaicznych wyrażamy w Wp, watt peak – jest to maksymalna wartość mocy modułu PV/modułu fotowoltaicznego zmierzona w warunkach normalnych, tj. w temperaturze 25oC, przy natężeniu oświetlenia 1000W/m2, przy widmie promieniowania AM1.5. W przypadku modułów PV/modułów fotowoltaicznych najważniejsza jest jakość jaką oferuje producent, którego moduły używamy, a ponieważ jest to inwestycja na długie lata, należy wybrać najlepszy dostępny produkt. Najtańszą opcją są zawsze wysokiej klasy moduły PV/moduł fotowoltaiczny w ramie aluminiowej lub sztywne typu laminat.
Najdroższe są wysokiej klasy moduły fotowoltaiczne giętkie wykonane w technologii monokrystalicznej, w przypadku niektórych pojazdów, ze względu na specyficzne warunki i wymagania są one jedyną alternatywą.

Wielkość generatora PV dobieramy do ilości pobieranej energii i wielkości akumulatora/baterii akumulatorów.

• solarnego regulatora ładowania/kontrolera PV

Jest to urządzenie zapewniające poprawne przekazywanie energii elektrycznej z generatora fotowoltaicznego (baterii słonecznej) do naszej rekreacyjnej baterii akumulatorów i reszty systemu. Podstawowym celem regulatora ładowania jest zapewnienie możliwie optymalnego procesu ładowania akumulatora/baterii akumulatorów oraz zabezpieczenie baterii/akumulatora przed przeładowaniem.

Z powyższych trzech podstawowych komponentów można zbudować najprostszy i tani system autonomiczny/system wyspowy. Jeśli potrzebujemy najtańszego rozwiązania to ten system, pomimo, iż niepełny, może nam wystarczyć. Taki system  fotowoltaiczny/system PV warto jednak rozbudować o dodatkowe elementy.

System profesjonalny

Do stworzenia profesjonalnego systemu autonomicznego/systemu wyspowego potrzebne są kolejne elementy:

• inteligentny separator baterii akumulatorów

Jest to urządzenie sterowane mikroprocesorowo, które w inteligentny sposób łączy akumulator rozruchowy z rozrywkową baterią akumulatorów. Separator pozwala na ładowanie baterii rozrywkowej podczas jazdy samochodu, a także na postoju pozwala na podładowanie akumulatora rozruchowego. Zastosowanie separatora baterii pozwala uniknąć ryzyka rozładowania baterii rozruchowej.

• inwerter akumulatorowy

To przetwornica napięcia stałego/inwerter akumulatorowy, np.12V lub 24V, zgromadzonego w naszej rozrywkowej baterii akumulatorow na napięcie przemienne o parametrach takich jak w sieci elektroenergetycznej, czyli w Polsce jest to napięcie 230V/50Hz. Inwerter/przetwornicę w systemie stosujemy wtedy, gdy zamierzamy używać w naszym pojeździe typowych urządzeń sieciowych na napięcie 230V/50Hz.

• monitor stanu naładowania baterii akumulatorów/akumulatora

Pozwala on na bieżąco w czasie rzeczywistym obserwować poziom naładowania baterii akumulatorów/akumulatora i odpowiednio wcześnie reagować, np. wyłączyć niektóre odbiorniki, gdy bateria osiągnie określony stan naładowania.
Monitor stanu naładowania baterii akumulatorów można porównać do wskaźnika poziomu paliwa w baku i dokładnie taka, analogiczna, jest jego funkcja.

• okablowanie, łączeniówki, zabezpieczenia i inne komponenty systemu autonomicznego/systemu wyspowego

Jakość okablowania, odpowiednio dobrane przekroje przewodów, jego odporność na czynniki środowiskowe takie jak promieniowanie UV, mróz i gorąco ma bardzo duży wpływ na niezawodność i bezpieczeństwo użytkowania systemu. W systemie muszą być zainstalowane odpowiednie zabezpieczenia nadprądowe tak, aby zabezpieczyć system zasilania na wypadek przypadkowego zwarcia czy przeciążenia.
Łączeniowki łączące moduły PV z resztą systemu fotowoltaicznego, wszelkie połączenia zaciskane i skręcane muszą być wykonane w odpowiedni sposób. Słabej jakości łączeniówki mogą skutkować chwilowymi brakami połączenia, a nieszczelne, niskiej jakości, zalane przez wodę mogą ulec korozji i w konsekwencji zniszczeniu z biegiem czasu. Źle zaciśnięte lub niepoprawnie dobrane łączenówki mogą się przegrzewać i powodować straty energii, w najgorszym przypadku doprowadzić to może do oparzenia, a nawet pożaru.

Kultura techniczna nie kosztuje wiele, ale powinna być zachowana na każdym kroku. Przy pracy z łączeniówkami zaciskanymi muszą być stosowane odpowiednie narzędzia!

• układy ładujące baterię akumulatorówi zasilające odbiorniki systemuw miejscach, gdzie jest sieć
• odbiorniki do pracy w systemieautonomicznym zasilane napięciemstałym DC

W następnych artykułach w najbliższym czasie przybliżę dokładniej poszczególne komponenty systemu, pokażę sposób tworzenia bilansu energetycznego i co z tego wynika.
Bardziej szczegółowo omówię kwestię doboru pojemności akumulatora i generatora fotowoltaicznego (baterii słonecznych).

Tekst: mgr inż. Marek Półtorak
marek.poltorak@ecosolar.pl