Wprowadzenie mamy już za sobą, czyli wiedzą Państwo z jakich urządzeń komponujemy system autonomiczny/system wyspowy i mają podstawowe pojęcie do czego służą poszczególne elementy systemu fotowoltaicznego.
Przejdźmy zatem od razu do tworzenia bilansu energetycznego i sposobu doboru jednego z najważniejszych komponentów systemu fotowoltaicznego, jakim jest bateria akumulatorów.

Aby dobrze dobrać wielkość generatora PV/generatora fotowoltaicznego i akumulatora rekreacyjnego dla systemu autonomicznego/wyspowego w naszym pojeździe, musimy poznać dokładną ilość energii jaką zużywa część rekreacyjna/mieszkalna naszego pojazdu na dobę. Ilość energii pobieranej przez system wyrażana jest najczęściej w watogodzinach (Wh), kilowatogodzinach (kWh) lub amperogodzinach (Ah).

Pobór energii przez odbiorniki pojazdu – bilans energetyczny

W celu poznania ilości energii jaką pobiera system naszego pojazdu można zrobić jedną z dwóch rzeczy:

1. Wykonać precyzyjne pomiary dobowego zużycia energii w czasie kiedy używamy nasz pojazd, oczywiście najlepiej w warunkach rzeczywistych.

Żadna wartość wyliczana teoretycznie nie będzie bardziej dokładna niż prawdziwy pomiar. Coś takiego możemy zrobić tylko jeśli mamy już pojazd i planujemy doposażenie pojazdu w wyspowy lub hybrydowy system fotowoltaiczny.

System hybrydowy to taki, który, oprócz fotowoltaiki, będzie wykorzystywał jeszcze inne źródła zasilania, np. alternator silnika pojazdu, generator spalinowy czy sieć. Pomiary trzeba prowadzić przez kilka dni tak, aby były jak najbardziej wiarygodne. Pomiarów w systemie, w którym posiadamy rekreacyjną baterię akumulatorów można dokonać, używając precyzyjnego monitora baterii np. BMV-600 firmy Victron Energy lub jeśli pojazd jest zasilany tylko z sieci lub dodatkowego generatora spalinowego, pomiaru dokonać możemy przy użyciu prostego licznika energii elektrycznej.

2. Wyliczyć ilość energii pobieranej dobowo przez nasz pojazd.

Wyliczenia robimy zawsze w przypadku projektowania nowego pojazdu lub w każdym innym przypadku, jeśli nie mamy możliwości wykonania pomiarów. Aby wykonać obliczenia, musimy zgromadzić wiarygodne i precyzyjne informacje o wszystkich odbiornikach jakie posiadamy. Tylko w przypadku niektórych odbiorników będziemy mieli gotową informację na temat dobowego poboru energii.

Informacje jakie musimy zgromadzić dla większości odbiorników to:

• nominalna moc odbiornika
• wartość prądu pobierana przez odbiornik przy jego napięciu znamionowym.

Musimy także dokładnie założyć ilość godzin przez ile każdy odbiornik będzie pracował w ciągu doby.
Aby pokazać tworzenie bilansu, posłużę się przykładem i w tabeli pokazuję jak wykonuje się odpowiednie wyliczenia.

Przeliczanie z Wh na Ah jest niezmiernie proste, ponieważ:

EAh=EWh/12

w systemie z baterią akumulatorów na napięcie 12V oraz

EAh=EWh/24

w systemie z baterią akumulatorów na napięcie 24V. Przeliczanie w drugą stronę jest tak samo proste:

EWh=EAh*12
systemie 24V, gdzie:

• EAh to zużycie energii wyrażone w amperogodzinach [Ah],
• EWh to zużycie energii wyrażone w watogodzinach [Ah].

Jeśli bateria akumulatorów naszego pojazdu jest na inne napięcie systemowe to wstawiamy wartość tego napięcia do powyższych wzorów. Jeśli mamy podaną moc znamionową odbiornika 70W, przypadek „oświetlenie LED” z tabeli, to, zakładając 4h świecenia źródło takiej mocy sumarycznej na dobę zużycie energii przez oświetlenie w ciągu doby (24h) wyniesie

E=70W*4h=280Wh=0.28kWh=23.33Ah

Jeśli mamy podany prąd znamionowy odbiornika, np. 2A, przypadek „radio” z tabeli, to, zakładając 6h działania radia na dobę zużycie energii przez radio w ciągu doby (24h) wyniesie

E=2A*6h=12Ah

Dla niektórych odbiorników możemy mieć gotowe, podane przez producenta średnie lub jeszcze lepiej – maksymalne dobowe zużycie energii, wtedy wpisujemy właściwą wartość dobowego zużycia energii do tabeli bez robienia dodatkowych wyliczeń.

UWAGA!
Niektóre odbiorniki, takie jak np. lodówka, mogą w ciągu doby zużyć więcej energii niż wszystkie pozostałe odbiorniki w systemie. Nieduża lodówka zasilana elektrycznie może zużyć od 0.6 do ponad 1kWh energii na dobę. Dołożenie lodówki zasilanej elektrycznie do systemu autonomicznego kampera w większości przypadków powoduje konieczność rozbudowy systemu zasilania co najmniej o połowę.

Dobór wielkości akumulatora/baterii akumulatorów

Mając zmierzone lub wyliczone zużycie energii pobieranej przez odbiorniki, możemy dobrać akumulator rekreacyjny o odpowiedniej pojemności. Od razu informuję, że dobór baterii akumulatora/ akumulatorów jest to zagadnienie bardzo złożone, dlatego pokażę uproszczoną procedurę, która pozwoli Państwu z wystarczającą dokładnością dobrać baterię akumulatorów o odpowiedniej pojemności przy założeniu pewnych zasad użytkowania tejże baterii.
Dobierając baterię akumulatorów, musimy pamiętać o tym, że w systemie fotowoltaicznym lub jakimkolwiek innym systemie autonomicznym/systemie wyspowym energia wytwarzana jest tylko przez kilka godzin dziennie, oraz że akumulatory AGM muszą mieć pojemność wystarczającą do zasilenia odbiorników w czasie, gdy system fotowoltaiczny/system PV, czy dowolne inne źrodło energii, nie pracuje lub pracuje z mniejszą mocą niż moc pobierana przez odbiorniki.

Założenia są następujące:

• przynajmniej raz na dobę będziemy w stanie doładować naszą baterię akumulatorów/akumulator do poziomu około 80 proc.stanu naładowania.

Jeśli system fotowoltaiczny/system PV nie jest w stanie tego zrobić, to doładowujemy ją alternatorem silnika naszego pojazdu lub zewnętrznym agregatem spalinowym lub/i dodatkowo oszczędzamy energię tak, aby ten warunek był spełniony;

• nie będziemy rozładowywać baterii akumulatorów/akumulatora poniżej 30proc. stanu naładowania.

Dwa powyższe założenia pokazują nam, iż użyteczna dla nas pojemność baterii będzie to 80-30 proc.=50 proc. pojemności baterii. Musimy jeszcze założyć margines na możliwość sporadycznego czasowego wzrostu obciążenia, np. chwilowo używany dodatkowy odbiornik energii w naszym pojeździe. Na taką ewentualność nie ma żadnej reguły, ale załóżmy, że będzie to dodatkowe 12 proc. pojemności (jeśli wiemy, że będzie to więcej to zakładamy większą wartość).
Po tym założeniu użyteczna pojemność baterii akumulatorów/akumulatora spada nam do 38 proc. (50-12 proc.).

Niestety, nasza bateria akumulatorów zużywa się, zatem uzyskaną użyteczną pojemność musimy w każdym przypadku
pomnożyć przez około 0.8 biorąc pod uwagę 20 proc. spadek pojemności z upływem czasu. Zostaje nam zatem 38 proc.*0.8=30 proc. pojemności.

Wiemy już zatem, że realna ilość energii jaką codziennie możemy czerpać z baterii akumulatorów/akumulatora wynosi ok. 30 proc. jej pojemności znamionowej. Z tego faktu wynika reguła, którą możemy stosować: minimalna pojemność rozrywkowej baterii akumulatorów/akumulatora powinna być przynajmniej 3.3 razy większa niż jej przewidywane rozładowanie w czasie, gdy nie jest ona ładowana. (100 proc./30 proc.=3.3).

Jak Państwo widzą, im większy będzie margines na nieprzewidywany dodatkowy odbiornik lub im mniej będzie doładowywana bateria w ciągu doby, tym większa powinna być jej pojemność.

Zakładamy, że latem system fotowoltaiczny/system PV ładuje baterię przez około 5h dziennie, zatem pozostałe 19h w ciągu doby to okres czerpania energii z baterii akumulatorów/akumulatora. Zakładając, dla uproszczenia rachunków, liniowy rozkład zużycia energii, w czasie gdy bateria nie będzie ładowana, system zużyje 19h/24h całkowitego dobowego zużycia energii. W przypadku systemu z naszej tabeli będzie to 19h/24h*75.33Ah=197Ah.

Patrząc na różne modele akumulatorów, możemy wybrać w tym przypadku akumulator żelowy 220Ah, np. Victron Energy, Sonnenschein, Hoppecke czy Trojan (wymieniam dobre i pewne marki akumulatorów).

Uczymy się i uczyć będziemy

Jak Państwo zauważyli, dobór odpowiedniej baterii akumulatorów/akumulatora, nawet przy znacznych uproszczeniach, wymaga wielu założeń i spełnienia określonych warunków. Pojemność baterii akumulatorów zawsze zależy od:

• ilości energii jaką będziemy zużywali
• od ilości czasu przez jaki będzie ładowana do stanu pełnego naładowania
• starzenia i nieprzewidywalności
• zużycia energii, które musimy założyć.

Im dłuższą chcemy osiągnąć autonomię systemu, tym większa musi być pojemność baterii akumulatorów/akumulatora. Pojemność nie powinna być mniejsza niż minimum jakie wynika z praktyki, którą opisałem w tym artykule.

Tym razem na warsztacie było trudniej niż poprzednio, ale mam nadzieję, że trochę przybliżyłem Państwu temat doboru baterii akumulatorów. Proszę mi wierzyć, że sposób użytkowania i monitorowania baterii akumulatorów/akumulatora to także złożony temat, który będziemy musieli w końcu omówić, odłożymy go jednak na później. W następnej części będziemy kontynuowali przygodę z doborem i przybliżaniem kolejnych komponentów autonomicznego systemu fotowoltaicznego/fotowoltaicznego systemu wyspowego.

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