Päikesepaneelide ja kontrolleri valimine matkaautosse
Sissejuhatus
Matkaauto või haagissuvilaga reisides on väga oluline hoida silm peal oma elektrivarudel. Akusid võib panna nii palju kui hing ihkab, kuid üks hetk need ikkagi tühjaks saavad. Seetõttu on väga oluline läbi mõelda ka akude laadimine. Üks populaarne variant akude laadimiseks on päikesepaneelid. Nende suurimaks eeliseks võrreldes teiste laadimismeetoditega on fakt, et nad töötavad koguaeg kui päikest on ning peale esmast paigaldust pole vaja millegi eest maksta. Olles laadimisvõimalusega karavaniplatsidest eemal on see igaljuhul suur pluss, kui saad mitu päeva kohapeal olla ilma, et peaks akude tühjenemise pärast muretsema või laskma vahepeal autol akude laadimiseks tühja käia.
Suurimaks miinuseks on kindlasti suur sõltuvus ilmast. Pilves ilma korral langeb paneelide tootlus kordades, mistõttu ei tohiks akude laadimiseks ka vaid nende peale lootma jääda.
Sisukord
Paneelide valimine
Päikesepaneelide valmimisel on paar erinevat otsust, mis on vaja vastu võtta. Kas valida jäigad või painduvad paneelid? Kas polükristall või monokristall päikesepaneelid? Kui palju/võimsaid paneele vaja on? Kuidas paneelid kinnitada/omavahel ühendada? Hakkame järjest neid küsimusi lahkama, võttes esimesena ette jäigad/painduvad paneelid.
Jäigad paneelid on neist kahest populaarsem variant. Nendel paneelidel on üldjuhul alumiiniumraam ja päiksepaneeli moodulite peal ka kaitsev klaasikiht, tänu millele on nad ilmale ja muudele kahjustustele palju vastupidavamad. Oma olemuselt on nad efektiivsemad ja pikema elueaga kui painduvad paneelid. Seevastu on paigaldus natuke keerulisem, vajades spetsiaalseid kinnitusi.
Painduvad päikesepaneelid on kordades kergemad ning ka madalama profiiliga, tänu millelel jäävad nad auto või haagise katusel palju vähem silma. Kindlasti suurim eelis on võimalus paigaldada paneele kumeratele pindadele, kuhu tavalisi paneele on raske paigaldada. Lisaks on ka paigaldamine lihtne. Teibi või liimiga saab paneelid kinnitada otse vastu haagise/auto keret. Küll aga on otse vastu kere liimimisel ka miinuspool. Paneeli alt ei saa õhk läbi käia ning selle tulemusel tekkiv kehv jahutus mõjutab negatiivselt tootlikust. Samuti on painduvad paneelid ise tihtipeale madalama efektiivsusega ning puuduv kaitseklaas teeb ka paneeli tundlikumaks mehaaniliste vigastuste osas.
Meie soovitame võimalusel kasutada siiski jäikasid paneele, suuresti pikema eluea ja parema efektiivsuse tõttu. Kui aga auto/haagise kuju ei võimalda jäikasid paneele paigaldada või on soov ehitada “stealth camper” siis painduvate paneelide madal profiil on kindlasti abiks.
Lisaks painduvusele saab paneele liigitada ka nende kvaliteedi/kasutatud materjalide suhtes. Peamised variandid siinkohal on polükristall ja monokristall paneelid. Nende peamine vahe on just efektiivsus. Polükristall paneelid on veidi odavamad, aga nende tootlikus ruutmeetri kohta on madalam. Monokristall paneelid on seevastu veidi kallimad, aga efektiivsemad. Matkaauto/haagise katusel on üldjuhul niigi vähe ruumi, seepärast soovitame võimalusel ikkagi kasutada monokristall paneele, et kasutatud ruumist maksimaalne kätte saada.
- Väga efektiivsed
- Pikem eluiga
- Vastupidavamad kahjustustele
- Rasked
- Keerulisem paigaldada
- Raskemini märgatavad
- Kerged
- Lihtsam paigaldada
- Madalam efektiivsus
- Võivad kergelt viga saada
- Üleüldiselt lühem eluiga.
Järgmine oluline samm on selgeks teha kui palju ning kui võimsaid paneele tarvis läheb. Sõltuvalt matkamise stiilist võib olla päiksepaneelide vajadus kindlasti väiksem. Näiteks, kui sõita palju ringi ja akusid saab laadida autogeneraator või on tihti peatumisi matkaplatsidel, kus saab pistikust akusid laadida. Samas mõni päiksepaneel võiks igaks juhuks varuvariandina ikkagi olemas olla. .
Näite lihtsamaks tegemiseks võtame eelduseks, et päikesepaneelid on ainuke akude laadimise viis. Mis on vägagi tõenäoline olukordades, kus peatutakse mitu päeva või isegi nädalaid looduses ilma pikemaid sõite tegemata. Vajalike paneelide koguse arvutamiseks kasutame valemit:
Wh / W = h
kus,
- Wh = aku mahutavus vattides
- W = paneelide koguvõimsus vattides
- h = mitu tundi kulub akude täis laadimiseks
Kujutame ette, et meie matkaauto/haagise akupangas on 200ah kasutatavat mahtu (NB! kasutatav maht ja aku peal kirjas olevad Ah ei ole sama asi). Et saada teada mitu Wh on meie aku kasutatav maht korrutame ampertunnid aku pingega (üldjuhul 12V/24V/48V … oma näiteks kasutame 12V) 200ah x 12V = 2400Wh.
Kuna päikesepaneelid ei tööta päev läbi täisvõimsusel (hommikul/õhtul vähem, keskpäeval rohkem) siis arvestame ka sisse selle ebaefektiivsuse. Võtame eelduseks, et 40% potensiaalsest maksimumvõimsusest läheb päeva jooksul kaduma.
See tähendab, et akude täis laadimiseks läheb meil vaja 2400Wh x 1.4(40% kadu) = 3360Wh energiat.varu
Päikesepaneelide tootlikus päeva lõikes
Päikesepaneeli tootlikus kuude lõikes (maja näitel)
Seda arvu võime nüüd hakata jagama paneelide võimusega. Näiteks ühel 100W paneelil kuluks akude täis laadimiseks aega 3360Wh / 100W = 33,6 tundi. Ideaalis võiks aga paneelid suuta akud täis laadida ühe päeva jooksul, ehk võimsust oleks veidi juurde vaja. Paigaldades kolm 100W paneeli on olukord juba palju parem 3360Wh / 300W = 11,2 tundi. Ehk akude täis laadimiseks kulubki terve päev. Tasub aga arvestada, et sellised arvutused kehtivad vaid suvel. Talvel võiks rusikareegliks võtta, et sama koguse energia saamiseks läheb vaja vähemalt 2 korda rohkem päikesepaneele.
Kui vajalik võimsus on teada, siis lisaks on tähtis teada ka, et tihtipeale on 1 suur ja võimas paneel kehvem kui kaks väiksemat paneeli (kehtib üldjuhul kuni 200W paneelide puhul). Näiteks üks 200W paneel toodab perfektse päikese korral voolu pinget 20V (sõltuvalt paneelist). Mida aga hommiku/õhtu poole seda madalamaks pinge läheb ja kui tulevenalt päikse nurgast on paneeli võimsus kukkunud 35% on pingest alles jäänud vaid 13V. Siit aga tulebki välja probleem, kus ühe paneeli pinge on liiga madal, et akusid laadida. Enamus kontrollerid vajavad, et paneelidest tulev pinge oleks vähemalt 1V suurem kui aku enda pinge (meie näite puhul 12V+1V=13V). Hommikul esimest korda laadimist alustades peab pinge olema lausa 5V suurem. See tähendab, et 12V aku korral peab laadimise toimumiseks tulema päikesepaneelidest vähemalt 17V, ehk paneel peab töötama üle 80% efektiivsusega, et laadimine üldse toimuma hakkaks. Nagu näha siis ühe paneeliga toimuks tegelikult laadimine vaid perfektse päikese ajal.
Muudame nüüd aga olukorda ja paneme ühe 200W paneeli asemel kaks ühesugust 100W paneeli, millel on samuti maksimaalne pinge 20V. Saame, et perfektse päikese korral on paneelidest tulev pinge kokku 40V (jada ühenduse korral.. vt ka peatükki “ühendamine”), mis tähendab et paneelide võimsus võib kukkuda peaaegu 70% enne kui laadimist enam ei toimu. Tänu sellele toimub laadimine ka varahommikul ja hilisõhtul, kus päikese nurk on paneeli suhtes kehvem ja efektiivsus madalam. Seepärast soovitame sõltumata vajalikust võimsusest panna ühe võimsa päiksepaneeli asemel kaks lahjemat.
Jadaühendus kahe paneeliga
Jadaühendus nelja paneeliga
Paraleelühendus kahe paneeliga
Paraleelühendus 4 paneeliga
Paraleel ja jadaühendus segamini
Ühendamine
Eelnevas peatükis jäi aga mainimata üks oluline asi. Kahe paneeli eelis ühe ees tuleb esile ainult siis kui ühendame nad omavahel jadasse. Alternatiivne variant on nad panna paraleeli, räägime nüüd ühe ja teise meetodi eelistest. Kõikide ühenduste puhul on oluline, et kasutataks sama tüüpi paneele. Erinevate paneelide kombineerimine viib suure tõenäosusega olukorrani, kus ei saada päikesepaneelidest maksimumi kätte. Tihtipeale on aga tulenevalt ruumi puudusest vaja kasutada erinevate mõõtmetega päikesepaneele ning sellises olukorras on soovituslik kasutada mitut erinevat kontrollerit (järgmises peatükis kontrolleritest veidi põhjalikumalt).
Päiksepaneelide ühendamine jadasse:
Päikesepaneele jadasse ühendades jääb ahela voolutugevus (A-amprid) samaks ning tõuseb pinge (V-voldid). Tänu kõrgemale pingele ja madalale voolutugevusele on võimalik kasutada peenemaid kaableid ning nagu eelmises peatükis räägitud sai on võimalik muuta paneelid kehvema ilma/madalama päikse korral efektiivsemaks. Miinuseks on aga, et kui üks paneel on varjus või kahjustada saanud siis see mõjutab kogu paneelide ahela tootlikust.
Selline ühendamine on populaarne külmemates kliimades ning kohtades kus on ilm tihtipeale pilves (näiteks meil Eestis 😀 ).
Päiksepaneelide ühendamine paraleeli:
Päikesepaneele paraleeli ühendades jääb ahela pinge (V-voldid) samaks ning tõuseb voolutugevus (A-amprid). Paraleeli ühendatud paneelid on on efektiivsemad olukorras, kus üks paneelidest on varjus, kahjustatud või must. Ühe paneeli kehvem tootlikus ei mõjuta paraleelühenduse korral teisi. Miinuseks on aga, et kaablite/süsteemi ühendamiseks on vaja kasutada oluliselt jämedamaid juhtmeid kui jadaühenduse korral.
Selline ühendamine on üldjuhul soovituslik ainult olukorras, kus elatakse/reisitakse peamiselt väga hea ilmaga regioonides. Seda põhjusel, et pilves ilma või madala päikese korral on tootlikus võrreldes jada ühendusega märgatavalt kehvem.
Päikesepaneelide ühendamine paraleeli ja jadasse:
Suuremate päikesepaneelide süsteemi korral on võimalik paraleel ja jadaühendusi omavahel kombineerida, et saada kasu mõlema variandi eelistest.
Päikesepaneeli kontrolleri valimine
Kui on selge kui palju ning võimsaid paneele soovid ja kuidas need omavahel ühendada kavatsed (jada või paraleelis) siis viimane samm on sobiva kontrolleri valimine. Räägime siinkohal just MPPT kontrolleri valimisest. Eksisteerivad ka PWM tüüpi kontrollerid, mis on küll odavamad kui MPPT omad kuid selle võrra ka vähem efektiivsed. Suurepärane abistav tööriist kontrolleri valikul on ka Victron Energy “MPPT Calculator“
Kontrolleri valimisel on eriti oluline pöörata tähelepanu kahele numbrile. “Maximum PV open circuit voltage” ehk päikesepaneelide ahela maksimaalne avatud ahela pinge ja “Max. PV short circuit current”, ehk maksimaalne päikesepaneelide ahela lühisvool.
Jadaühenduse korral:
Oletame, et soovime paigaldada endale kolm 175W paneeli (Victron Energy Monokristall paneelid). Paneelide infolehelt näeme, et antud paneeli puhul “Max-Power Voltage”, ehk maksimaalne pinge on 19.4V ja “Short-Circuit Current”, ehk lühisvool on 9.89A. Kuna ühendame paneelid jadasse siis tõusevad ainult ahela voldid, ehk kogu ahela maksimaalne pinge on 19,4V x 3 = 58,2V ja lühisvool jääb 9,89A juurde. Neid numbreid vaadates saamegi sobiva kontrolleri välja vaadata. Näeme, et nendele numbritele vastab Victron Energy kõige lahjem kontroller Smartsolar 75/10. Kuigi teoreetiliselt on antud kontroller sobiv, siis praktikas on lood teised. Antud kontrolleri maksimaalne laadimisvõimsus on 12V aku puhul vaid 145W ning 24V aku puhul 290W. Meie paneelid suudavad perfektse päikesega aga toota lausa 175W x 3 = 525W. See tähendab, et suur enamus võimsusest läheb lihtsalt raisku. Seepärast võiks vaadata siiski veidi võimsamaid kontrollereid. 12V aku puhul võiks sobida näiteks Smartsolar MPPT 100/30, mille laadimisvõimsus on 12V aku puhul juba 440W. Kuigi laadimisvõimsus on endiselt veidi alla meie paneelide võimsuse on see vahe juba aksepteeritav kuna tõenäoliselt ei saa me oma paneelidest 100% kunagi kätte. Maksimaalne lubatud pinge ja lühisvool on samuti üle meie poolt vajaminevate numbrite. Juhul kui meil on 24V aku saaksime kaaluda Smartsolar MPPT 100/20 valimist. Laadimisvõimsus 24V juures on 580W mis on isegi üle meie paneelide koguvõimsuse. Samuti jäävad muud parameetrid ilusti piiridesse.
Paraleelühenduse korral:
Jätame oletuse samaks et soovime paigaldada kolm Victroni 175W paneeli. Paraleeli ühendades tõuseb pinge (V-voldid) asemel voolutugevus (A-amprid). Seega meie ahela puhul on maksimaalne pinge 19,4V ja voolutugevus 9,89A x 3 = 29,67A. Otsides Victroni valikust kontrollerit näeme, et esimene mille “Maximum PV open circuit voltage” oleks üle 19,4V ja “Max. PV short circuit current” oleks üle 29,67A on taaskord Smartsolar MPPT 100/30 (näitajad vastavalt 100V ja 35A). Kuigi laadimisvõimsus 12V juures on taaskord veidi madalam kui meie päikesepaneelide ahela võimsus (440W vs 525W), siis selline 20% vahe on igati okei. Tõenäosus, et paneelidest üldse 100% kätte saab on suhteliselt madal, eriti Põhja-Euroopas. Kui on aga soov, et saaks kindlalt ka perfektsetes oludes maksimumi kätte siis tasub vaadata suuruselt järgmist kontrollerit, milleks on Smartsolar MPPT 100/50, mille laadimisvõimsus on juba 700W.
Paigaldamine
Korralik paigaldamine on igati oluline apekt, et garanteerida maksimaalne eluiga nii päikesepaneelidele endile kui ka ülejäänud süsteemile.
Kinnitamine:
Painduvate paneelide puhul on kinnitamine väga lihtne. Üldjuhul on võimalik paneelid otse liimida või tugeva kahepoolse teibiga paigaldada otse auto/haagise kere külge. Hea oleks küll võimalusel jätta ka õhutusvahe päikesepaneeli ja auto/haagise kere vahele, kuid painduvate paneelidega on seda üldjuhul keeruline teha. Samuti kus seda teha võimalik on, on mõistlikum kasutada juba jäikasid paneele.
Jäikade paneelide puhul on asi natukene keerulisem. Võimalusel tuleks kindlasti paneelid tõsta kere küljest õhku, et tagada paneelidele hea jahutus. Juhul kui autol on olemas katuseraam on kõige lihtsam paneelid otse selle külge kinnitada. Juhul kui katuseraami pole võib kasutada poodides müüdavaid spetsiaalseid paneelide paigaldamise “jalgu”. Jalad liimitakse auto/haagise kere külge ning paneeli saab kruvide/poltide/liimiga panna jalgade külge. Kui pole soov spetsiaalseid jalgu osta siis võib kasutada ka näiteks tavalist alumiinium nelikanttoru ning sellest klotsid alla ehitada, mis paneeli õhus hoiaksid.
Kaabeldamine:
Paigaldamise viimane osa on kaabeldamine, selle jaoks soovitame osta spetsiaalselt päikesepaneeli kaablit, mis on võrreldes tavaliste kaablitega eriti ilmastikukindel. Lisaks on vaja ka päikesepaneeli pistikuid, millega kaablid paneeliga ära ühendada. Kaablite viimiseks läbi katuse soovitame kasutada spetsiaalseid läbiviike mis tagavad, et vesi katuselt tuppa ei jõuaks.
Aitäh lugemast!
Loodetavasti on olnud postitusest natukenegi kasu. Kui tekib küsimusi/mõtteid/muresid paneelide valimisel/süsteemi kokkupanekul või ükskõik mis muul teemal (seoses matkaautode/haagiste ehitusega) siis andke julgelt märku kas kommentaariumis või võttes meiega otse ühendust telefoni/kirja teel. Aitame meeleldi nii nõu kui jõuga!
Vaata veel
Vaata meie juures valminud matkaautosid ning teisi väiksemaid projekte