O solárnu energiu som sa začal zaujímať už v časoch, keď to bol len zbytočne drahý koníček. V nedávnych časoch, keď ceny energií prudko vzrástli, som sa s myšlienkou energetickej nezávislosti začal zaoberať intenzívnejšie. Dnes už moja FVE stojí a vyrába, ale kým som sa dostal k funkčnému stavu, prešlo veľa času, ktorého časť som trávil prerábaním už hotového. Možno vám moja anabáza pomôže vyvarovať sa svojich zbytočne drahých omylov.
Keď sa ma dnes niekto opýta, akú veľkú solárnu elektráreň si má postaviť, tak mu väčšinou odpoviem, že to nie je na dvadsať minút rozhovoru, ale dve hodiny počítania. Pretože je potrebné zobrať do úvahy mnoho faktorov, veľa údajov a počiatočné nástrely neskôr korigovať a prepočítavať. No dobre, možno to nie je na dve hodiny, ale aj tak, ak sa už skúsený solárnik baví s niekým, kto solárnu elektráreň chce, ale nič o nej ani o jej využívaní nevie, je to vždy ťažké a na dlho. Dnes sa mi to hovorí, ale ešte v nedávnej minulosti som bol sám ten neskúsený a preto som svoju elektráreň trikrát prerábal. Našťastie väčšina zmien bola robená ešte vo fáze návrhu, skutočných prerábok bolo minimum.
Kedysi sme pre informácie chodili do knižnice, dnes stačí otvoriť webový prehliadač v smartfóne. A prebrať sa tým balastom reklamných článkov. Človek bez skúseností hltá všetko, po určitom čase už vie oddeliť zrno od pliev. Najviac užitočných dostupných informácií som získal na solárnickom fóre. A dnes už tam aj sám prispievam. No a ešte od svojho kamaráta a bývalého kolegu, majiteľa elektrikárskej firmy. Odporúčam si takého konzultanta nájsť, ušetríte.
Moja fotovoltická elektráreň mala stáť na chalupe, kde trávime väčšinu času. Mojou doménou tu nie sú záhradnícke práce, skôr tie kutilské. A motiváciou bolo ušetriť. Takže aj k návrhu FVE som najprv pristupoval tak „aby to veľa nestálo“. A v ostrovnej solárnej elektrárni, teda nepripojenej k distribučnej sústave, je najdrahšia asi baterka. Pretože v rámci istých mantinelov je solárny regulátor napätia z panelov a menič na 230 V stále ten istý, mení sa len počet a výkon panelov a veľkosť akumulátora, teda ovplyvniť rozpočet sa dá najviac týmito dvomi položkami. Samozrejme, že aj výkon celej elektrárne a jej využiteľnosť v praxi.
Solárna elektráreň nie je zadarmo
Ja som si pre seba zvolil chémiu LiIon ako úložisko energie a vzhľadom na predchádzajúce skúsenosti som si chcel svoju prvú solárnu baterku poskladať sám z jednotlivých článkov veľkosti 18650, ktoré sú dostupné v kapacitách od 2,0 do 2,7 Ah pri napätí 4 V. Než som si naštudoval všetky detaily, cena jednotlivých článkov vzrástla na viac ako dvojnásobok. Ďalší problém bol, že som nevedel zaistiť v našej chatke celoročne teploty nad nulou, teda aby nedošlo k nabíjaniu LiIon akumulátora zo solárneho panelu v teplotách pod bodom mrazu, čo možno nevadí pri jednoduchom solárnom senzorovom svetle, ale pri väčšom akumulátore by to mohlo znamenať riziko jeho zničenia a poškodenia aj samotného objektu. Takže idea prvého malého akumulátora „na hranie“ a nabíjanie mobilov či lampášov pomocou malého solárneho panelu padla.
Skutočná veľká elektráreň sa začala rodiť vtedy, keď som dostal ponuku na staršie, ale kvalitné články 18650. Ako som písal v úvode, nechcel som investovať veľa peňazí. Kúpil som niekoľko sto kusov článkov a cieľom bolo postaviť akumulátor o napätí 24 V. Uvažované neznačkové meniče napätia z 24 na 230V nemajú možnosť nastavovať parametre, napríklad pri akom napätí akumulátora prerušia výrobu, aby akumulátor zbytočne nevybili. Je to dané napevno. A tak mi vyšlo, že moja baterka bude zložená zo šiestich sériových článkov. A každý takýto článok bude obsahovať 48 paralelne zapojených článkov. Teda 4 rady po 12 článkov v špeciálnych plastových držiakoch z Aliexpress.com. Keďže kapacita článkov bola 2,4 Ah a napätie 3,6V nominálne, 4 V maximálne, mal vzniknúť akumulátor 6S48P s napätím 21,6/24 V a kapacitou 115 Ah, celkom teda 2,5/2,7 kWh.
Na prvý pohľad pekné čísla. No využiteľnosť akumulátora LiIon je povedzme 60% kapacity, podľa záťaže. No a zatažiteľnosť je kapitola sama o sebe. Článok 18650 znesie záťaž 1C, teda hodnotu kapacity v Ampéroch, takže 2,4 A. 48 článkov znesie 115 A. No ako dlho? Jednak bude za menej ako hodinu baterka prázdna a jednak jej to na životnosti nepridá. Aby LiIon dlho a verne slúžili, mali by byť zaťažované v rozmedzí 0,1 až 0,3 C, teda v mojom prípade prúdom 0,24 až 0,72 A na článok, teda 11 až 34 A. To pri 24 V dáva 800 W príkon spotrebiča.
Čo by mala napájať solárna elektráreň?
Takže čo môžem na našej chalupe poháňať, aby to „žralo“ medzi 300 až 800 wattmi? Mimochodom skutočnú spotrebu elektrospotrebiča si môžete skontrolovať wattmetrom za pár eur. Rýchlovarná konvica na vodu má u nás „len“ 1000W, čerpadlo na vodu v studni 1100 W. Často používaná tesárska ručná kotúčová píla 1300 W. Elektrická kosačka 1800 W.
Samozrejme, že z akumulátora ide energia, len keď nesvieti slnko. Inak ide všetko z panelov. Ale malá lacná FVE má možno len dva panely, dohromady niečo okolo 500 Wp, aj to len v ideálnom prípade. Pri väčšom počte aj výkone panelov by bolo energie priamo zo slnka dosť, ale malá baterka by degradovala celý systém a silne obmedzovala jeho využitie. Čo do času a čo do výkonu.
Takže malá a lacná FVE s malým akumulátorom je mi v podstate na nič. V mojom prípade s mojimi potrebami príkonu elektrických strojov a prístrojov. A na svietenie dvomi žiarovkami zase zbytočne drahá. Takže moja elektráreň ešte bola len na papieri a baterka vo výstavbe a už som ju prvý raz musel prerobiť.
Najviac spotrebičov, ktoré by mohla moja fotovoltická elektráreň napájať, malo príkon medzi 1000 a 2000 W a nedal sa vylúčiť súbeh jedného veľkého stroja s nejakými menšími. Takže logickým vyústením tejto časti úvah bol „dospelý“ menič 24 V na 230 V s výkonom 3 kW. A aby tento menič mohol ťahať z 24 V akumulátora 100 až 125 A, musí mať tento kapacitu 125 * 3,3, teda aspoň 400 Ah, radšej viac. Pri kapacite článku LiIon 18650 2,4 Ah prichádzame k počtu článkov 166 a viac.
No ale nabiť solídne veľkú baterku vyžaduje aj solídne dosť výkonu v paneloch. Pri šiestich paneloch 285 W (v čase konštrukcie mojej FVE asi najbežnejšie a najdostupnejšie panely) po dvoch v sérii a troch paralelne sa bavíme o prúde do 70A do akumulátora, čo by malo byť tiež v rozsahu 0,1 až 0,3 C. Takže kapacita zase aspoň 230 Ah až 700 Ah. Čím menší prúd, tým dlhšia životnosť akumulátora.
No a samozrejme chceme, aby akumulátora dodával energiu čo najdlhšie, aj keď nesvieti slnko, tedy večer alebo za šera či dažďa. Skrátka som dokúpil ďalšie články a vo výsledku staval akumulátor 6S3P, teda sériových šesť článkov a tri rady spojené paralelne, pričom jeden „článok“ mal byť zo sto kusov 18650 LiIon. Spolu 300*2,4 Ah = 720 Ah, pri 24 V 17 kWh. Nakoniec to ale vydalo len na 12 ks po 100 článkov a 6 ks po 80 článkov.
Tretia verzia elektrárne
Samozrejme panely treba niekam umiestniť. Priamo na strechu chalupy som ich dávať nechcel (mali sme s ňou iné plány) a stavbu veľkej terasy sme museli odložiť. Takže náhradné riešenie bola malá terasa, čo ale znamenalo menšiu plochu pre panely. Ale to nebolo všetko. Pri finálnom teste hotových článkov pre akumulátor ma čakalo nemilé zistenie. Dva články po 80 ks boli nepoužiteľné. Zostava 6S3P sa zredukovala na 6S2P, kapacita 2/3 z plánovanej. Ďalšie články na náhradu vyradených neboli k dispozícii.
Čo s takým problémom? Už dlhšie mi vŕtalo hlavou, či by nebolo predsa len lepšie postaviť akumulátor 48 Voltový. Nie len, že by klesli prúdy, ťahané z akumulátora aj klesol nabíjací prúd, teda zvýšilo by to životnosť akumulátora, ale dovolilo by to zvýšiť výkon meniča a tým aj celkovú použiteľnosť elektrárne, zvažoval som 5 kW menič zo 48V na 230V. Tento problém sa teda ukázal ako príležitosť na zmenu k lepšiemu.
Chcelo to len dve veci. Zrušiť držiak akumulátora a vyrobiť nový. A objednať nový menič 48/230 V namiesto už kúpeného 24/230V. Lebo nakúpené regulátory nabíjania z panelov dovoľujú pripojiť akumulátory ako 24V tak 48V.
Postavil som tedy nový držiak akumulátorov a zapojil ho 14S, pričom z tých štyroch slabších článkov som vyrobil paralelne zapojené dvojice. Výsledná kapacita 240 Ah, 56 V, 13,4 kWh. Zo solárnych panelov musí do regulátora prichádzať napätie aspoň o 5 V vyššie, ako je napätie akumulátora. V mojom prípade aspoň 61 V v záťaži. Dva sériovo zapojené panely to nedajú… A panely už boli namontované. Našťastie stačilo pri ich zapájaní zmeniť 2S3P na 3S2P, kombinerbox v tom čase ešte nebol osadený, tak nešlo o nijaké straty či výdavky navyše.
Je dobré myslieť perspektívne
Na našej chalupe trávime stále viac a viac času. A prespávame aj v jeseni či skoro na jar. To predstavuje potrebu kúrenia. Aj plyn propan-butan vo fľašiach je čím ďalej drahší. A v zime elektrinu z elektrárne na svoje stroje nepoužívam. Takže by mohla slnečná energia pomôcť s kúrením aj po zotmení. Ak nahradíme časť plynu elektrinou „zadarmo“ bude nám prevádzka chalupy pohodlnejšia. A to sme ešte nevedeli, že príde možnosť ešte výhodnejšia.
Nakoniec sa ukázalo ako veľmi pravdivé tvrdenie skúsených solárnikov, že ak akumulátor do svojej elektrárne, tak od začiatku uvažovať o 48V systéme. Keby som nebol najprv zvažoval len lacnú elektráreň, ušetril by som stovky eur a desiatky hodín času.
Ani teraz nie je naša fotovoltická elektráreň definitívna. Len už ju nebudem prerábať. Mám všetko pripravené na pridanie ďalších panelov a tiež na pridanie ďalšej sady 14S LiIon akumulátora paralelne k súčasnému. Aby som sa vyhol práve tomu prerábaniu, už sú natiahnuté potrebné vodiče, vynechané potrebné miesto na ďalšie regulátory a meniče, osadené poistky a ističe.
Takže teraz už, dúfam, nebudem musieť elektráreň prerábať, len dorábať. Osadiť ďalší regulátor, pre ktorý je vynechané miesto, zapojiť krátke vodiče, lebo poistky už sú na mieste aj s prívodmi od hlavnej DC zbernice, rovnako je vynechané miesto pre prípadný druhý menič. A voľná je aj ďalšie strecha na ďalšie panely.