Rozwiązanie krok po kroku: Instalacja fotowoltaiczna domków letniskowych

W kolumnie „Symbol” rysuję symbol z rysunku 1, a obok wpisuję nazwę. Na rysunku dopisałem numery wierszy tabeli A, żeby było widać, który symbol opisuje każdy wiersz.

1. Prostokąt z trójkątem wpisanym od górnych narożników to moduł fotowoltaiczny - cztery takie stoją po lewej stronie schematu.
2. Dwie równoległe kreski (dłuższa i krótsza) pod inwerterem to akumulator - dłuższa kreska oznacza biegun dodatni.
3. Kwadrat przekreślony po przekątnej, z „=” w jednym rogu i „~” w drugim, to inwerter (falownik) - zamienia prąd stały na przemienny.

1. Okrąg z krzyżykiem za rozdzielnicą to żarówka (lampa) - odbiornik energii.
2. Półokrąg z grubą kreską na wejściu inwertera to złącze wtykowe (rozłączalne połączenie przewodów DC z inwerterem).

Przy rozdzielnicy jest jeszcze jeden symbol (gniazdo wtyczkowe dla odbiorników) - klucz go nie wymienia, więc w tabeli A wystarcza dziesięć wierszy, które ona ma.

1. Wąski pionowy prostokąt, z którego wychodzą obwody lamp, to rozdzielnica.
2. Pojedyncza linia łącząca elementy to przewód.

1. Prostokąt ze strzałką, wpięty między przewód DC a ziemię, to ogranicznik przepięć - odprowadza do ziemi przepięcia (np. od wyładowań atmosferycznych).
2. Kreska z trzema coraz krótszymi poziomymi liniami to uziemienie (ochronne).
3. Prostokąt, przez który przechodzi linia przewodu, to bezpiecznik topikowy w przewodzie „+” modułów.

Tabela 1 miesza czynności dla różnych urządzeń OZE: kolektorów słonecznych, pomp ciepła i fotowoltaiki. Wybieram tylko te, które dotyczą elementów z rysunku 1 (moduły, przewody DC, zabezpieczenia, uziemienia, inwerter, akumulatory):

• test wyłączników i zabezpieczeń (poz. 2) - bezpiecznik i ogranicznik przepięć,
• sprawdzenie wizualne uziemień wszystkich metalowych elementów (poz. 3),
• przegląd stanu przewodów i pomiar biegunowości po stronie DC (poz. 8).

• pomiar napięcia obwodu otwartego łańcuchów modułów (poz. 9) - porównanie z sumą Uoc modułów pokazuje uszkodzony moduł lub połączenie,
• sprawdzenie zadziałania odłącznika DC inwertera (poz. 10),
• konfiguracja regulatora ładowania (poz. 17) - instalacja jest wyspowa, z akumulatorami, więc ładowanie ma swój regulator.

Pozostałe czynności z tabeli 1 dotyczą innych instalacji: izolacja termiczna, naczynie przeponowe, strumień przepływu, płyn i połączenia rurowe, zbiornik c.w.u., mocowanie kolektorów - to kolektory słoneczne; krzywa grzewcza, górne i dolne źródło ciepła - pompy ciepła. Oświetlenie pomieszczenia inwertera i otwory odpowietrzające to nie czynności przeglądu instalacji PV.

Klucz ma osobne kryterium za to, że w tabeli są wyłącznie czynności dotyczące fotowoltaiki - pozostałe wiersze zostawiam puste.

Dobowe zużycie energii odbiornika to moc razy dobowy czas pracy (tabela 3), w watogodzinach:

• pokój: 16 W · 4 h = 64 Wh,
• kuchnia: 6 W · 4 h = 24 Wh,
• łazienka: 6 W · 1 h = 6 Wh.

Przepisuję też moc i czas pracy - kolumny tabeli C są puste.

• lampka nocna: 5 W · 1 h = 5 Wh,
• TV: 50 W · 4 h = 200 Wh,
• ładowarka do telefonu: 15 W · 3 h = 45 Wh.

• lodówka: 30 W · 10 h = 300 Wh,
• zasobnik c.w.u. (bojler): 600 W · 3 h = 1800 Wh.

Bojler zużywa prawie trzy czwarte całej energii - to on decyduje o wielkości instalacji.

64 + 24 + 6 + 5 + 200 + 45 + 300 + 1800 = 2444 Wh na dobę, czyli Qd = 2,444 kWh - ta wartość wchodzi do wzorów z tabeli 8.

Domek jest użytkowany w czerwcu, lipcu i sierpniu (tabela 2, pkt 1), a moduły będą na dachu 30° skierowanym na południowy wschód (pkt 3). W tabeli 4 biorę więc kolumnę „Południowy wschód 30°”:

• VI: 162360 Wh/m²,
• VII: 150634 Wh/m²,
• VIII: 140032 Wh/m².

Nas = (162360 + 150634 + 140032) / 3 = 453026 / 3 = 151008,67 → zaokrąglenie w górę do jedności: 151009 Wh/m².

Wzór z tabeli 8: PPV = Qd · GSTC / (Nas / 30 · η). Jednostki muszą się zgodzić z objaśnieniami wzoru: Qd = 2,444 kWh, Nas = 151009 Wh/m² = 151,009 kWh/m², GSTC = 1000 W/m², η = 0,75.

Nas / 30 = 5,0336 kWh/m² na dobę, a z η: 3,7752.

PPV = 2,444 · 1000 / 3,7752 = 647,38 → 647,4 W.

Sens wzoru: Nas / 30 to średnia dobowa energia słońca na 1 m², a moduł o mocy 1000 W „na każde 1000 W/m²” w ciągu doby wytworzy tyle kWh, ile wynosi to nasłonecznienie (w kWh/m²), pomniejszone o straty η.

Wzór z tabeli 8: L = PPV / Pmpp, wynik zaokrąglam w górę do całego modułu. Tabela 2 (pkt 5) wymaga jak najmniejszej liczby modułów, więc sprawdzam wszystkie trzy z tabeli 5:

• M1 (300 W): 647,4 / 300 = 2,16 → 3 szt.,
• M2 (315 W): 647,4 / 315 = 2,06 → 3 szt.,
• M3 (330 W): 647,4 / 330 = 1,96 → 2 szt.

Najmniej modułów daje M3: L = 2 szt. (2 · 330 = 660 W ≥ 647,4 W).

Wzór z tabeli 8: C = Qd · k / U, rezerwa na k = 3 dni (tabela 2, pkt 5). Żeby wynik wyszedł w amperogodzinach, Qd podstawiam w watogodzinach (2444 Wh):

• U = 12 V: 2444 · 3 / 12 = 611,0 Ah,
• U = 24 V: 2444 · 3 / 24 = 305,5 Ah,
• U = 48 V: 2444 · 3 / 48 = 152,75 → 152,8 Ah.

Napięcia 12, 24 i 48 V to napięcia akumulatorów trzech inwerterów z tabeli 6 - wybór inwertera w tabeli F zdecyduje, która pojemność jest potrzebna.

Dobieram moduł M3, bo daje najmniejszą liczbę modułów (2 szt., poprzedni krok), o mocy maksymalnej 330 W.

Tabela 2 (pkt 6) wymaga stabilizacji napięcia AVR - odpada Inw2. Zostają Inw1 (600 W) i Inw3 (1000 W). Suma mocy wszystkich odbiorników z tabeli 3 to 16 + 6 + 6 + 5 + 50 + 15 + 30 + 600 = 728 W - więcej niż 600 W, więc Inw1 nie zasili domku przy włączonym bojlerze z resztą odbiorników.

Dobieram Inw3: moc znamionowa 1000 W, akumulatory 24 V (to napięcie wpisuję w wierszu „Napięcie ładowania dobranego inwertera”).

Inw3 pracuje z napięciem 24 V, więc potrzebna pojemność to 305,5 Ah (tabela E). Oba akumulatory z tabeli 7 mają 12 V, więc na 24 V trzeba połączyć dwa szeregowo; pojemność gałęzi to pojemność jednego akumulatora.

• Ak2 (160 Ah): 305,5 / 160 = 1,91 → 2 gałęzie · 2 akumulatory = 4 szt. (320 Ah),
• Ak1 (100 Ah): 305,5 / 100 = 3,06 → 4 gałęzie · 2 = 8 szt.

Tabela 2 wymaga jak najmniejszej liczby akumulatorów, więc dobieram Ak2, 4 szt. Pojemność 320 Ah spełnia też minimum 80 Ah dla Inw3.

Z tabeli 7 dla Ak2: pojemność 160 Ah, napięcie znamionowe 12 V - wpisuję parametry jednego akumulatora, a nie całego zestawu.

Uwaga pod polem schematu każe użyć symboli z rysunku 1. Rysuję cztery symbole akumulatora (dłuższa kreska = biegun dodatni) i jeden symbol inwertera (kwadrat z przekątną, „=” i „~”). Przy każdym akumulatorze zaznaczam „+” i „-”.

• W każdej gałęzi łączę szeregowo dwa akumulatory: minus górnego z plusem dolnego. Napięcia się sumują: 12 + 12 = 24 V - tyle wymaga Inw3.
• Obie gałęzie łączę równolegle: plusy gałęzi razem i minusy gałęzi razem. Napięcie zostaje 24 V, a pojemności się sumują: 160 + 160 = 320 Ah ≥ 305,5 Ah.

Wspólny biegun dodatni zestawu prowadzę do zacisku „+” inwertera, a wspólny ujemny do zacisku „-”. Zaciski inwertera też opisuję znakami „+” i „-”, jak każe uwaga pod polem schematu.

Na koniec sprawdzam, czy tabele mówią to samo:

• tabela E: liczba modułów policzona dla tego modułu, który jest w tabeli F (M3),
• tabela F: napięcie inwertera (24 V) = napięcie, dla którego liczyłem pojemność; 4 akumulatory · 12 V / 160 Ah dają 24 V / 320 Ah,
• schemat: tyle akumulatorów i taki inwerter, jak w tabeli F, wszystkie zaciski opisane „+” i „-”,
• tabela B: wyłącznie czynności dotyczące fotowoltaiki.