Porady praktyczne i możliwe problemy

Montaż paneli. [26.12.2022]

Montaż paneli jest bez wątpienia kluczowym momentem uruchamiania instalacji. To w jakich godzinach i pod jakim kątem panele będą zbierać światło będzie rzutowało na sprawność instalacji i zysk energetyczny. Jeśli jest możliwość zamocowania panela w nachyleniu pionowym, przed montażem panela warto sprawdzić pod jakim kątem będzie on mieć najlepszą wydajność. Jak testować panel? W zależności od napięcia jakie daje na wyjściu, warto zaopatrzyć się w kilka żarówek samochodowych po parę zł za sztukę. Jest to jedno z bezpieczniejszych i prostych obciążeń. Popularne żarówki np. H4 są na 12V i mają włókna na 60W i 55W mocy. Łącząc dwie takie żarówki szeregowo można uzyskać bezpieczne obciążenie dla pracującego panela z napięciem 18-22V w celach pomiarowych. Można też łączyć włókna szeregowo w jednej żarówce (ciągle chodzi o napięcie ~22V z panela, nie należy żarówki z szeregowo połączonymi włóknami podłączać do 24V). Można więc albo włączyć miernik w szereg i mierzyć chwilowy prąd przepływający przez żarówki lub podpiąć woltomierz równolegle i mierzyć napięcie. Przy stabilnej słonecznej pogodzie można zobaczyć jak zmienia się moc panela w zależności od nachylenia. Amatorskie konstrukcje balkonowe zwykle opierają się na pionowo zamocowanych panelach, często też zamocowane w ten sposób panele widoczne są na ścianach elewacji budynków jednorodzinnych. Nie jest to złe i na pewno jest to proste, ale nawet niewielkie nachylenie pod dobrym kątem w stronę słońca może spowodować kilkuwoltowy wzrost napięcia. Jeśli z panela płynie prąd 4A przy 18V a po ustawieniu pod lepszym kątem 4.7A przy 21V to wzrost mocy wynosi aż 37%! Szkoda tracić taką wartość, dlatego trzeba nachylenie przetestować i jeśli ma to sens - użyć odpowiednich mocowań kątowych. Panele obudowane są zwykle w aluminiową ramkę (wewnątrz ramki jest podwójna blacha) aby nie były zbyt ciężkie, mimo to panel 110W waży ok. 7kg. Mocowanie nie może być liche, co więcej, podczas mocowania trzeba się dobrze zabezpieczyć aby panel nie poszybował nagle w kierunku ziemi. Do mocowania paneli można użyć gotowych ram / uchwytów montażowych, jednak szybki rzut oka na ceny może ostudzić zapał. Przy odrobinie umiejętności typu przycinanie i skręcanie metalowych listewek można samodzielnie złożyć całkiem porządną konstrukcję nośną. Należy tylko unikać listewek aluminiowych - są one odporne na warunki atmosferyczne lecz zbyt kruche aby zapewnić bezpieczny montaż. Grubsze są z kolei znacznie droższe. Lepiej także unikać zwykłych listw stalowych, w sklepie wyglądają one ładnie lecz rdzewieją po miesiącu. Pozostaje więc rozejrzeć się za solidnymi listwami perforowanymi, które zostały poddane procesowi ocynkowania i z takich listw skonstruować stelaż nośny dla paneli. W przypadku montażu na ścianie w grę wchodzi wykonanie ramy, która będzie przykręcona do elewacji oraz listw, które będą mocować panel do tej ramy. Dachowe instalacje są bardziej skomplikowane ze względu na różnorodność pokryć dachowych i nie będą tutaj szczegółowo omawiane. Dla paneli 110W wystarczą 4 listwy po dwie na górę i na dół aluminiowej ramki panela. Dla 380W lepiej użyć 6 listewek (dodatkowe dwie w środkowej części). Jeśli ma być zachowany odpowiedni kąt to listwy muszą być przycięte od najkrótszych na górze do najdłuższych na dole. W przypadku balkonów, można listwy przymocować do barierki balkonowej. Jednak w przypadku budynku wielorodzinnego, spółdzielczego, lepiej zorientować się co spółdzielnia sądzi na temat balkonów. Może być bowiem w regulaminie zakaz przykręcania "nieznanych" konstrukcji do barierek. Mimo że sąsiedzi mają po 3 anteny satelitarne przymocowane właśnie do barierek, inaczej sprawa wyglądać będzie z panelami. Anteny bowiem podpadają pod ustawę o wolności dostępu do mediów (a odbiór fal radiowych jest właśnie takim dostępem), trudno będzie udokumentować, że panel solarny jest anteną odbierającą fale elektromagnetyczne. W takim wypadku można próbować zainstalować panel na stelażu / stojaku stojącym bezpośrednio na podłodze balkonu, wówczas nie ma żadnych ingerencji w elewację budynku i jej części składowe. Jeśli już zdecydowano, że panele można i będą przykręcone do barierki balkonowej warto stosować specjalne obejmy aby nie uszkodzić lakieru na barierkach - zaczną bowiem szybko rdzewieć. Zarówno jeden panel jak i więcej warto uziemić (chodzi o metalowe obramowania). Dlatego poza właściwymi kablami solarnymi trzeba użyć osobnego kabla, najlepiej w innym kolorze, który będzie przykręcony za pomocą mosiężnego oczka do aluminiowej ramy tak aby zapewnić przewodnictwo prądowe. Najlepiej oczyścić z czarnej farby miejsce wokół otworu na śrubę, a po przykręceniu - zalakierować całość. Przy kilku panelach można łączyć uziemienie szeregowo (od jednego do drugiego), a końcowe połączenie należy przyłączyć do uziomu. W przypadku braku chęci do samodzielnego składania stelaży i mocowań można skorzystać z gotowych rozwiązań, trzeba jednak wziąć pod uwagę, że te gotowe konstrukcje kosztują zwykle tyle co sam panel, a czasem więcej. Przykładowy stelaż do instalacji na gruncie może kosztować nawet 2300 zł, stelaże na ścianę kosztują w okolicach 300-400 zł, a na dach ok. 700 zł. Zakup kątowników ze stali nierdzewnej, przycięcie ich do odpowiednich odcinków i skręcenie śrubami M6-M8 będzie znacznie tańsze. Przy montażu i łączeniu elementów konstrukcyjnych nie wolno używać popularnych trytytek czy taśm izolacyjnych. O ile taśmy widać jak się rozsypują to trytytki zużywają się w sposób niewidoczny i nie wiadomo w jakim momencie mogą pęknąć. Amatorska konstrukcja mocowania potężnego panela na barierce balkonowej na 8 piętrze za pomocą trytytek to skrajny brak odpowiedzialności. Zamiast taśm izolacyjnych warto używać rurek termokurczliwych zawierających wewnętrzną warstwę kleju - taki klej pod wpływem gorąca uszczelnia chronioną powierzchnię.

Przykładowy montaż panela na balkonie widoczny jest poniżej.
Jedyny punkt styku mocowania z barierką balkonową jest na górze, taka konstrukcja będzie opierała się na mocowaniach dolnych (kierunek działania siły do środka balkonu) oraz na mocowaniu / oparciu górnym (kierunek działania siły w stronę barierki). Dolne mocowanie listwy do ramy można zrobić rozłączne, wówczas będzie możliwość składania panela do pozycji pionowej (bez nachylenia). Jako ramę można wykorzystać kątowniki aluminiowe o odpowiedniej grubości lub zaimpregnowane listwy drewniane skręcone ze sobą dodatkowymi kątownikami metalowymi. Wbrew pozorom konstrukcja ta zapewnia bardzo dobrą sztywność i odporność na silne podmuchy wiatru.

W pilotażowej konstrukcji, górny kątownik był poniżej rury stanowiącej górną krawędź barierki i opierał się dodatkowo na niższej, poziomej listwie barierki, takie rozwiązanie blokowało także możliwość szarpnięcia panela w górę. Należy też we własnym zakresie zaprojektować blokadę możliwości przesuwania się panela wzdłuż barierki, tutaj nie będą już występowały duże siły. Koszt mocowania wraz ze śrubami, podkładkami itp. zamknął się w 50 zł.

Łączenie paneli. [29.12.2022/10.06.2024]

TOP

W minimalistycznej koncepcji można oczywiście pozostać przy jednym panelu. Może to być jedyna możliwość z powodu takich a nie innych warunków montażowych. Montując jeden porządny panel, przykładowo 280W 37V o wymiarach 140cm x 100cm, można uzyskać bardzo dobry stosunek energii do ceny zakupu (ok. 750 zł). Połączenie dwóch takich paneli szeregowo, już stworzy pewien problem z urządzeniami współpracującymi bo napięcie wyjściowe będzie oscylować od 70V do 88V w obwodzie otwartym. A większość przystępnych cenowo urządzeń działa do 55V. Tutaj jest idealna sytuacja aby panele o takich parametrach łączyć równolegle. Można także zamontować dodatkowe diody Schottky'ego, blokujące przepływ prądu w niewłaściwym kierunku, jeśli jest jakakolwiek możliwość, że tak połączone panele będą mieć różne stopnie naświetlenia, ale generalnie ma to znaczenie przy większej liczbie paneli połączonych równolegle i przy dużych prądach. I tutaj także warto pomyśleć o "złapaniu" większego słońca w ciągu dnia dzięki ustawieniu jednego panela na godziny bardziej do południa, a drugiego na popołudniowe (może to być nawet lekka różnica w nachyleniu poziomym). Do łączenia paneli dobrze jest użyć specjalnych złącz MC4 ponieważ mają one dławiki uszczelniające kabel (dzięki temu zatrzaśnięta para złącz jest wodoodporna). Lepiej jednak kupić osobne złącza i osobne kable a następnie samodzielnie zacisnąć czy zalutować te wtyki ponieważ zdarza się, że ładnie wyglądające kable z wtykami MC4 są tak słabo zaciśnięte, że potrafią zjechać z kabla pod własnym ciężarem, lub po lekkim pociągnięciu. Samodzielny montaż będzie zapewne potrzebny także przy łączeniu kabli z diodami. O ile są dostępne kable z wtykami MC4 zawierające zamontowaną diodę prostowniczą, to raz, że cena takiego kabla będzie przewyższała ceny elementów składowych a dwa, że znowu będą tam diody 10A10 na 1000V o dużym spadku napięcia. Lepiej zmontować taki kabel samodzielnie z diodą 10SQ045 (w praktyce przez panel nie popłynie większy prąd niż 10A, ale można też zastosować diody 20SQ045). Wiedząc o sposobie w jaki mają być połączone panele, zmian najlepiej dokonywać w puszce instalacyjnej na panelu. Dzięki temu nie trzeba stosować żadnych przejściówek, a w puszce zazwyczaj są 3 łączniki ze śrubami (środkowy jest tylko po to aby połączyć dwie diody bocznikujące szeregowo). W przypadku paneli łączonych równolegle można usunąć te diody a środkowy łącznik wykorzystać do podłączenia jednej diody 10SQ045 szeregowo między wyjście z ogniw słonecznych, a kabel wyjściowy z puszki montażowej (końcówkę kabla trzeba sobie przelutować na środkowy łącznik).
Producent dał do puszki szeregowo dwie diody 1000V 10A (zapewne przewidując, że panel będzie pracować w stringu 80 sztuk :-)), ze spadkiem napięcia rzędu 1V - razem daje to 2000V i spadek napięcia 2V jeśli płynie prąd w okolicach 7A spowoduje 14W strat, ale to w przypadku gdyby ten panel nie był nasłoneczniony lub został uszkodzony.
W przypadku łączenia paneli szeregowo (np. 110W mają 22V, więc połączenie dwóch daje 44V) nie trzeba wykonywać żadnych dodatkowych operacji ponieważ kable przymocowane fabrycznie do paneli łączą się ze sobą właśnie w szereg (nie da się ich źle podłączyć), czyli końcówka [-] panela [A] połączona jest do kabla biegnącego do instalacji, końcówka [+] panela [A] łączy się z końcówką [-] panela [B], natomiast końcówka [+] panela [B] biegnie do instalacji (razem z kablem [-] z [A]). Po drodze, warto zamontować rozłącznik kotwicowy.
Samo doprowadzenie okablowania do paneli warto wykonać wcześniej. Odpowiednio przeprowadzone kable czy to przez ścianę czy stolarkę okienną muszą być zabezpieczone i sprawdzone po obu stronach zanim zostaną podłączone do paneli. Warto więc przygotować wcześniej na którymś z odcinków trasy kabli rozłącznik nadprądowy, dla dwóch przewodów podwójny. Ponieważ nie chodzi tylko o zabezpieczenie przed zwarciem ale o możliwość odcięcia obu żył kabla biegnącego do paneli, od reszty instalacji np. wewnątrz domu. Warto zwrócić uwagę, że o ile rozłączniki kotwicowe są bardzo wygodne to nie są wodoodporne - trzeba umieścić je w odpowiedniej skrzynce, która posiada uszczelniające tłumiki dla kabli i sama ma jakąś klasę odporności na wilgoć. Taką skrzynkę można dodatkowo uszczelnić, jeśli będzie ona w zbyt odsłoniętym miejscu i może być narażona na strugi deszczu. Jest to jednak bardzo potrzebna rzecz jeśli na etapie testów czy dostrajania instalacji wewnętrznej trzeba będzie odciąć napięcie z paneli. Na rynku jest sporo tzw. podstaw bezpiecznikowych dla instalacji solarnych (1000V 32A) jednak są one skonstruowane na zasadzie zatrzaskiwanych szufladek z bezpiecznikiem topikowym - ani to wygodne ani funkcjonalne. Dobrze zabezpieczony rozłącznik kotwicowy wydaje się lepszym rozwiązaniem.
W każdym wybranym wariancie instalacji należy wszystkie połączenia przeprowadzać bardzo uważnie, a końcówki przewodów można w części delikatnie pobielić cyną aby nie robiła się szczotka z odstającymi na bok drucikami z kabla. W przypadku przykręcania kabli do łączników śrubowych (zalecane na każdym etapie instalacji wewnętrznej lub w puszkach instalacyjnych), należy dążyć do równomiernego docisku metalowych podkładek.
Jeśli przewód zostanie włożony tylko z jednej strony śruby dociskającej podkładkę, to przekrzywi się ona na bok i może powodować, że styk elektryczny kabla nie będzie do końca pewny. Lepiej więc rozłożyć odizolowany przewód na dwie grupy, skręcić każdą osobno, pobielić końcówki cyną i tak wykonane przyłącze [ Y ] zamontować w docisku.

Ładowarki solarne. [03.01.2023]

TOP

Decydując się na zastosowanie w układzie ładowarki solarnej trzeba wziąć pod uwagę kilka zagadnień. Najbardziej popularne ładowarki występujące w opisie jako PWM/MPPT z gniazdem USB i trzema wejściami (z paneli, na akumulator, na obciążenie np. żarówkę oświetleniową), zwykle są po prostu ładowarkami PWM.
Prawdziwe ładowarki MPPT są dużo droższe, różnica polega na tym, że PWM to jest tylko sposób ładowania akumulatora natomiast MTTP jest to sposób pobierania prądu z paneli. I tak, ładowarka MTTP automatycznie sprawdzi przy jakim napięciu w danej chwili panel ma największą wydajność i utrzyma takie napięcie na swoim wejściu tak aby na akumulator trafiało najwięcej mocy.
Zbyt duże obciążenie paneli solarnych spowoduje na nich znaczny spadek napięcia i przesunięcie poza efektywny obszar pracy. Będzie większy prąd ale niższe napięcie, razem przemnożone dadzą mniejszą moc niż jakby było napięcie wyższe (z optymalnego zakresu) i nieco niższy prąd.
W praktyce rynek zalany jest tanimi ładowarkami w cenach od 25 do 100 zł i wszystkie one nie obsługują MTTP czyli w danej chwili obciążają panele zawsze do takiego napięcia, jakie jest na ładowanym akumulatorze, przepuszczając do niego maksymalny prąd jaki panel jest w stanie wyprodukować przy tak niskim napięciu (ponieważ tranzystory przełączające wewnątrz ładowarki pracują tylko w dwóch stanach – włączone i wyłączone, regulacja prądu odbywa się przez kluczowanie tymi tranzystorami - zmiana szerokości impulsu sterującego).
Drugie istotne zagadnienie praktyczne to możliwość uszkodzenia takiej ładowarki jeśli zostanie ona podpięta do paneli bez podłączonego wcześniej akumulatora. Prawie zawsze uszkodzeniu ulegnie mini przetwornica zasilająca gniazda USB ponieważ otrzyma zbyt wysokie napięcie wejściowe. Efekt może być taki, że na gniazdach USB pojawi się pełne napięcie z paneli, generalnie lepiej nie używać tych gniazd do niczego, bo można niechcący uszkodzić sobie ładowany smartfon czy inną zabawkę.
Kolejne zagadnienie, które nie wynika ani z instrukcji ładowarki ani z opisu sprzedawcy to fakt, że wszystkie te przetwornice posiadają obwody przełączające na biegunie ujemnym. Jest to niesamowicie ważne gdyż stosując taką przetwornicę nie można mieć wspólnej masy dla paneli, akumulatora i obciążenia.
Te przetwornice posiadają bowiem wspólny [+] a za pomocą tranzystorów przełączających dołączają urządzenia do obwodu [-]. Nie stanowi to problemu tylko w prostych układach.
Czwartym zagadnieniem, o którym nie sposób nie wspomnieć to maksymalne napięcie wejściowe ładowarek. Bardzo trudno zdobyć tanią ładowarkę, która obsługuje napięcie wyższe niż 45V. Dlatego nie nadają się one do zasilania z 3 podłączonych szeregowo paneli, które bez obciążenia dadzą napięcie wyjściowe w okolicach 66V (dla popularnych paneli 18V 110W).
Bardzo dobrymi, ale drogimi rozwiązaniami są przetwornice hybrydowe. Jeszcze do niedawna można było nabyć takie urządzenie o mocy wyjściowej 1500W za 1200 zł. Obecnie ceny poszybowały w okolice 3 lub 4 tys. zł. Przetwornica hybrydowa łączy w sobie ładowarkę solarną na stosunkowo wysokie napięcia wejściowe (80V i więcej), ładowarkę sieciową (ładowanie akumulatora z gniazda sieciowego) oraz przetwornicę z czystą sinusoidą. Od mocy 2500W wzwyż, trzeba podłączyć dwa akumulatory szeregowo (napięcie 24V). Mając takie jedno urządzenie można zapomnieć o wielu problemach konstrukcyjnych niskiego budżetu. Zaletą nowszych urządzeń tego typu jest możliwość ustawienia priorytetu ładowania akumulatora. Można ustawić tak, aby ładował się tylko z paneli solarnych, a jeśli nie ma słońca - ładuje się z sieci energetycznej. W tej sposób akumulator jest zawsze gotowy do pracy. Ale te przetwornice mają też swoje wady, np. mają duży prąd biegu jałowego, więc jeśli mają działać przy różnych obciążeniach domowych od 50 do 500W, to przy tych niskich obciążeniach będą spore straty energii, które zapewne będą rekompensowane przez panele, ale wtedy daleko do bilansu na plus. Poniżej widoczna jest przykładowa, wydawało by się bardzo solidna, ciężka, z porządnym transformatorem toroidalnym, przetwornica 12V - 230V w czystym sinusie. Widoczne 800W to moc chwilowa, standardowa moc tej przetwornicy to 500W. Działa cicho, ma czytelny wyświetlacz i wszystko byłoby super gdyby nie dwie sprawy:

• po uruchomieniu bez obciążenia przetwornica pobierała aż 50W mocy z akumulatora 12V (!)
• przy próbie uruchomienia na niej niezbyt dużej lodówki 100W (znamionowa moc pracy 66W, moc uruchomieniowa do 800W), wyłączała się za każdym razem gdy lodówka próbowała wystartować, miała więc mały margines chwilowego przeciążenia.

W rezultacie okazała się nieprzydatna w niewielkiej instalacji, gdzie każdy [W] traconej gdzieś mocy jest istotny.

Ładowarki sieciowe. [10.01.2023]

TOP

Aby nie pominąć całkowicie tematu ładowania akumulatorów z sieci 230V, za pomocą specjalnych ładowarek, warto zwrócić uwagę na fakt, że mają one dosyć małą sprawność konwersji. Całościowy problem jest o tyle istotny, że po pierwsze, aby akumulator naładować do 100% trzeba zużyć co najmniej 110% energii, po drugie, proces ładowania jest zazwyczaj kilkustopniowy i na różnych etapach jest różne zużycie energii i różna sprawność przetwornicy ładującej. Po trzecie - ostatni etap podtrzymywania napięcia na akumulatorze w dłuższym okresie czasu może wykazać spore straty energii.

Jako ciekawostkę można przytoczyć fakt, że w przypadku akumulatorów i ładowarek dużej mocy wprowadzono dodatkowe parametry (normy) ograniczające zużycie i straty energii. Należą do nich współczynnik zwrotu ładunku elektrycznego CRF (charge return factor), pokazujący ilość energii dostarczonej do akumulatora w odniesieniu do energii pobranej (≤ 1.10 przy 80% rozładowaniu akumulatora i ≤ 1.15 przy 40% rozładowaniu) oraz sprawność konwersji mocy (power conversion efficiency), o wymaganej wartości co najmniej 89%, która pozwala określić straty mocy podczas ładowania.
Można przyjąć, że ładowarki akumulatorów mają niestety niewielką sprawność. Badania przeprowadzone ok. 2014r. w USA przez firmę Ecos Consulting na wielu typach akumulatorów pozwoliły ustalić, że ich sprawność w cyklu 24-godzinnym utrzymuje się w przedziale 10–70%.
Aby samodzielnie przekonać się jaka jest wydajność procesu ładowania akumulatora można włączyć wtyczkę ładowarki do popularnego miernika energii, a pomiędzy ładowarkę i akumulator włączyć miernik mocy prądu stałego. Taki miernik jest bardzo przydatny gdy trzeba zobaczyć ile faktycznie Ah zostało do akumulatora dostarczone (pokazuje także czas ładowania).
W testowanych przypadkach pomiarowych okazywało się, że dobrej jakości ładowarka impulsowa pobierała 450W mocy z sieci, a na akumulator w tym czasie trafiało 330W (prąd ładowania 24A).
Problem ten nie omija wcale solarnych przetwornic hybrydowych. Testowana przetwornica 1000W producenta Powland, podczas ładowania akumulatora LiFePo4 (12.8V) prądem 10A wykazywała 100W strat! To motywuje aby w projektowanych instalacjach bardziej skupić się na ładowaniu akumulatorów z energii słonecznej i minimalizować konieczność ładowania ich z sieci. Więcej informacji w temacie sprawności ładowarek można znaleźć na portalu: ElektronikaB2B.

Przewody elektryczne. [15.01.2023]

TOP

Nie może być instalacji elektrycznej bez przewodów łączących wszystkie elementy, co do tego nie ma wątpliwości.
Jednak dzisiejsze czasy obfitują w zaskakujące zmiany na rynku, szczególnie jakościowe.
I tak, bardzo ładnie wyglądające grube kable przyłączeniowe, mogą okazać się aluminiową zmyłką, która będzie powodować nawet 50% strat w przepływie prądu. Pozostałe procenty będą wydzielać się w cieple (kable będą się grzać).
Aby cała instalacja była efektywna należy skupić się na dobrych kablach miedzianych, sprawdzać dobrze u sprzedawcy, u źródła i unikać kabli CCA. Kabel CCA to kabel z żyłami aluminiowymi pokrytymi bardzo cienką warstwą miedzi. Często w opisach sprzedawcy podają właściwości przewodników miedzianych, nie wspominając o tym, że kabel z rdzeniem aluminiowym ma zupełnie inne właściwości. Kabel taki jest oczywiście dużo tańszy w produkcji, ma dużo gorsze przewodnictwo prądowe, łatwiej się łamie (kruszy) i ze względu na cienką warstwę miedzi – kiepsko się lutuje.
Nieco mocniejsze przygrzanie takiego kabla lutownicą spowoduje przepalenie cienkiej warstwy miedzi pokrywającej aluminium i cyna lutownicza już się z takim przewodem nie zwiąże. Można je, w związku z tym, stosować ewentualnie tam gdzie nie ma znaczenia jaki płynie prąd a montaż odbywa się przez zaciskanie. Tutaj mała uwaga – z niewiadomych przyczyn takie kable dołączane są także do prawie każdego multimetru, mają grubą giętką izolację a wewnątrz kilka cieniutkich żył CCA – pomiar prądu za pomocą takich kabli mija się całkowicie z celem.
Identyczna sytuacja jest w przypadku kabli CCS (zamiast aluminium na rdzeń żył stosuje się stal – są one odporniejsze na zginanie ale jeszcze gorzej przewodzą prąd).

Porównanie kabli CCA i miedzianych

Do instalacji solarnych należy, więc stosować dobre kable miedziane, mogą to być też kable OFC (z miedzi beztlenowej). Paradoksalnie może okazać się bardziej opłacalny zakup kabli głośnikowych OFC zamiast kabli solarnych, które mogą być po prostu oszukane, mimo że są „solarne”. Audiofile mają niski próg tolerancji na kiepskie kable, więc tutaj mamy prawdziwą miedź i dobre przewodnictwo prądowe (należy uważać na ładne kable głośnikowe CCA bo są też i takie).
Jakie przekroje stosować przy łączeniu paneli solarnych? Maksymalny prąd paneli można odczytać na tabliczce/nalepce znamionowej i najlepiej zakupić kable, które mieszczą się w tym zakresie prądowym. Przykładowo dla panela 110W 18V prąd zwarcia to 6,5A – tutaj wystarczy przewód miedziany o przekroju 2.5mm². Kabel o takim przekroju na 10m długości, przy prądzie 6A spowoduje zaledwie 0.4V spadku napięcia (na kablu wydzieli się 2.4W mocy).
Przy tych połączeniach istotniejsza będzie więc jakość izolacji oraz odporność kabla na czynniki zewnętrzne. Przy łączeniu wielu paneli szeregowo ważne będzie także napięcie przebicia izolacji kabla, ale tutaj jest mowa o instalacjach niskonapięciowych, praktycznie każdy kabel elektryczny, instalacyjny, ma napięcie przebicia w okolicach 600V i więcej.
Jeśli więc w instalacji połączeniowej paneli zastosowany zostanie porządny gruby kabel o przekroju 4mm² (cena za 1mb ok. 3 zł) to straty napięcia będą pomijalne w skali całości projektu.
Poniżej podane są parametry wysokiej jakości kabla solarnego (cena za mb ok. 5 zł), którymi warto się posłużyć szukając czegoś na własną rękę:

• Napięcie znamionowe: 1,0/1,0 kV AC
• Napięcie pracy: 1,5kV (1,8kV) DC, zgodny z EN 50618
• Rezystancja izolacji: ok. 1000 MΩ/km
• Napięcie probiercze badania 50Hz: 6500V (AC)
• Znamionowy przekrój żyły: 4,00 mm²
• Średnica zewnętrzna przewodu: 5,35 mm
• Największa dopuszczalna średnica drutu w żyle: 0,31 mm
• Nominalna grubość ścianki izolacji: 0,7 mm
• Nominalna grubość ścianki powłoki: 0,8 mm
• Max. rezystancja żyły przy 20°C: 5,09 mΩ/m
• Min. rezystancja izolacji przy 20°C: 580 MΩ/km
• Obciążalność prądowa: test zgodny z EN 50618
• Odporność na ozon oraz warunki atmosferyczne: test zgodny z EN 50618
• Odporność na promieniowanie UV: test zgodny z EN 50618
• Płomienioodporność: PN-EN 60332-1, LSOH
• Reakcja na ogień: PN-EN 13501-6:2019, klasa Dca
• Przewidywany okres eksploatacji: 25 lat.

Bardzo dobre są także kable SIF w izolacji silikonowej, składające się z dużej liczby cienkich żył miedzianych pokrytych cyną. Przykładowe parametry poniżej:

• Rodzaj przewodu: SIF
• Liczba i przekrój żył: 1 x 4,0 mm²
• Przybliżona średnica zewnętrzna: 4,00 mm
• Napięcie pracy (Uo/U): 300/500 V
• Napięcie testowe: 2000 V
• Napięcie zwarcia: 5000 V
• Temperatura pracy: -60 do +180°C
• Temperatura przechowywania: max. +40°C
• Indeks miedzi: 31,5 kg/km
• Żyła: giętka, wielodrutowa, wykonana z miękkich drutów miedzianych ocynowanych, klasy 5-6 według EN 60228
• Izolacja: silikon bezhalogenowy według EN 50267-2-1 i EN 50267-2-2
• Wysoka temperatura zapłonu
• Testy elektryczne według EN 50395
• Właściwości mechaniczne izolatora: EN 50363-1 / EN 60811-1-1 / EN 60811-1-2 / EN 60811-2-1
• Odporny na wielkocząsteczkowe oleje, tłuszcze roślinne i zwierzęce, alkohole, plastyfikatory i klofeny, rozcieńczone kwasy, ług i roztwory soli, utleniacze, wodę, tlen i ozon.

Osobnym tematem jednak są kable połączeniowe między przetwornicami a akumulatorami.
Tutaj należy szczególnie zadbać o dobrą jakość miedzianych kabli gdyż przy dużych prądach zasilających są naprawdę widoczne straty.
Nawet w UPSie mogą się zdarzyć kable CCA między akumulatorem a płytką z elementami elektronicznymi, najczęściej taki kabel jest zagniatany w mosiężnej tulejce i dopiero ona jest przylutowana do obwodów.
Przy mocy wyjściowej 150W, prąd pobierany z akumulatora jest rzędu 17A, nawet 20cm odcinki kiepskich kabli będą się grzać i wprowadzać niepotrzebne straty.
Tak więc, dla świętego spokoju, przy połączeniach między akumulatorem i przetwornicą ,lepiej nie schodzić poniżej 6 mm² przekroju kabla miedzianego lub SIF. Można też stosować kilka żył równolegle, trzeba pamiętać, że jeśli system działa z akumulatorami na 12V to przy mocach wyjściowych 500W i napięciu 230V przez kable popłynie 50A prądu. To naprawdę sporo.
A są przetwornice, które z 12V dostarczają nawet 4000W przy czystej sinusoidzie (400A prądu – zalecany przekrój to 150 mm² – 14mm średnicy żył miedzianych).

Łączenie akumulatorów. [20.01.2023]

TOP

Po co w ogóle łączyć akumulatory? Przecież można kupić od razu gotowy, z dużą pojemnością na odpowiednie napięcie. To prawda. Jednak jest to duży wydatek na start, a wszelkie obliczenia dotyczące instalacji mogą się zupełnie minąć z rzeczywistością gdy ta zacznie już pracować. Dlatego ekonomicznie jest minimalizować wydatki startowe, a w miarę rozwoju pracującej instalacji uzupełniać ją o kolejne elementy. I dlatego możliwość łączenia akumulatorów ma tutaj duże znaczenie.

Przykładowo - jeden akumulator LiFePo4 o pojemności 100Ah i napięciu pracy 12.8V może kosztować nawet i 2200 zł. Może się okazać w trakcie uruchamiania instalacji solarnej, że korzystniej aby pracowała ona przy napięciu 25V. Wtedy trzeba by dokupić kolejny akumulator 12.8V aby połączyć go w szereg z posiadanym. Oczywiście, moc takiego zestawu rośnie, ale trzeba z kieszeni wyciągnąć kolejne 2200 zł. Lepiej więc kupić na początku akumulator o mniejszej pojemności (pojemność dostosowujemy do zakładanego obciążenia pracujących urządzeń, które mają być przez przetwornice zasilane z akumulatora), a w trakcie uruchamiania i pomiarów instalacji zdecydować czy korzystniejsze będzie podłączenie kolejnego akumulatora równolegle (zachowane napięcie pracy 12.8V), czy szeregowo i zmiana napięcia całej instalacji na 25V.

Nie ma co ukrywać, że wyższe napięcie całej instalacji to większa sprawność przetwornic i mniejsze straty przetwarzania energii. Nawet urządzenia UPS od mocy ok 800W wzwyż są już na wyższe napięcia akumulatorów, mimo tego, że akumulatory są połączone w szereg i zwiększa się wypadkowa rezystancja wewnętrzna to zmniejsza się prąd konieczny do uzyskania dużej mocy na wyjściu 230V. Profesjonalne UPSy o mocach 3kW często są zasilane z zabudowanych baterii akumulatorów o napięciu wyjściowym 72V (mowa o akumulatorach żelowych). Te rozwiązania mają swoje wady - praktycznie żaden UPS nie posiada wbudowanego balansera w takiej baterii i akumulatory bardzo często rozładowują się nierównomiernie skracając czas życia całego zestawu. Dlatego przy łączeniu akumulatorów w instalacji solarnej trzeba pamiętać o dwóch rzeczach:

• przy łączeniu równoległym akumulatory muszą mieć identyczne napięcia i najlepiej aby były jednakowo naładowane
• przy łączeniu szeregowym warto zadbać o balansery, które będą wyrównywać zarówno proces rozładowania jak i ładowania zestawu

Przypadek pierwszy z listy powyżej jest o tyle ważny, że akumulatory o większych pojemnościach mają bardzo duże prądy znamionowe, podłączenie dwóch akumulatorów o nierównomiernym naładowaniu i różnych napięciach spowoduje, że popłynie pomiędzy nimi potężny prąd, mogący osiągać nawet powyżej 100A dla akumulatorów 50Ah. Akumulatory będą dążyć w niekontrolowany sposób do wyrównania napięć i może to spowodować ich uszkodzenie. Jeśli jest naprawdę taka potrzeba, a nie ma możliwości doładowania po równo obu akumulatorów to warto połączyć je na start za pomocą szeregowego opornika (wystarczy 1Ω / 10W, dla różnicy napięć 3V popłynie prąd o wartości max. 3A). Taki opornik można potem (gdy napięcie się wyrówna) zbocznikować właściwym przewodem przyłączeniowym.
Przy łączeniu szeregowym problem wysokiego prądu wyrównawczego nie występuje, jednak nie oznacza to, że akumulatory nie muszą być równomiernie naładowane. Jeśli będzie inaczej może nastąpić sytuacja, że słabszy akumulator będzie bardziej obciążony co jeszcze pogłębi dysproporcje między nimi. Takie nierównomierne rozładowywanie / ładowanie akumulatorów jest dla nich niekorzystne, dlatego przed podłączeniem kilku akumulatorów w wybranej konfiguracji warto je naładować za pomocą mikroprocesorowej ładowarki, która doprowadzi je do faktycznie pełnej pojemności, a nie tylko do odpowiedniego napięcia znamionowego.
Warto zwrócić uwagę na fakt, że przy połączeniu równoległym sumują się pojemności wyrażone w Ah, natomiast przy połączeniu szeregowym nie. Jednak ogólna pojemność wyrażona w Wh (watogodzinach) podwaja się w obu przypadkach. Przykładowo dwa akumulatory 12V 12Ah przy połączeniu szeregowym dadzą jeden akumulator 24V 12Ah (288Wh), natomiast połączone równolegle dadzą jeden akumulator 12V 24Ah (także 288Wh). To oznacza m.in., że z równolegle połączonych akumulatorów można pobierać dwukrotnie większy prąd (np. dla przetwornicy DC-AC o dużej mocy wyjściowej). Łączenie szeregowe akumulatorów zwiększa wypadkową rezystancję wewnętrzną, ale w przypadku zasilania awaryjnego nie ma to wielkiego znaczenia (ma przy urządzeniach rozruchowych). Reasumując - należy podłączać ze sobą porównywalnie naładowane akumulatory o tych samych parametrach napięciowych i pojemnościowych. Różnice w parametrach bez zastosowania odpowiednich (drogich) separatorów spowodują dużo szybsze zużycie najsłabszego ogniwa w łańcuchu i spadek wydajności całej instalacji.

Łączenie ogniw w baterię (akumulator). [21.01.2023]

TOP

W zdecydowanej większości przypadków okaże się, że lepiej samodzielnie zbudować akumulator LiFePo4 niż kupić gotowy. Gotowy akumulator wygląda ładnie, ma solidną obudowę, solidne styki (śruby) i dużo fajnych napisów, jednym z najfajniejszych jest pojemność, która rzadko będzie się zgadzać z rzeczywistością. Przetestowanie kilku akumulatorów od "znanych polskich producentów", którzy są po prostu importerami produktów zamówionych w Chinach (B2B, np. Alibaba), pokazało, że ich pojemności rzeczywiste nie mają nic wspólnego z deklarowanymi. Dlaczego więc te firmy w ogóle funkcjonują? Świadomi użytkownicy albo godzą się z faktem, że pojemność jest np. 20% niższa niż powinna być, albo korzystają z prawa konsumentów do zwrotu towaru bez podania przyczyny. Większość jednak jest nieświadoma i cieszy się, że akumulator w ogóle działa, wystawiając pięciogwiazdkowe opinie.
Niestety realia są inne. I tak np. akumulator który ma mieć 60Ah, oddaje tylko 40Ah przy obciążeniu ciągłym 20A po czym wewnętrzny BMS odcina zasilanie i akumulator trzeba naładować. I okazuje się, że do pełnego naładowania było mu potrzebne 41Ah. Czyli wszystko się zgadza i kropka.
Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy może być kiepski BMS, który zadziała przy zbyt wysokim napięciu wyjściowym (np. przy 11V zamiast przy 10.5V). Inną będą po prostu ogniwa (jedno może być gorszej jakości), które będąc zabudowane stanowią tajemnicę producenta. A "polska" firma w niczym nie pomoże bo tylko sprowadza ów produkt. Jeszcze gorzej ma sprzedawca, bo musi się bujać z odsyłanym przez nabranych nabywców towarem i głupio tłumaczyć, że towar na pewno jest ok, no a co mają mówić? I tak wszystko sprowadza się do kupienia porządnych ogniw, kupienia porządnego balansera (niekoniecznie z BMS) i zmontowanie wszystkiego samodzielnie. Koszty zwykle są do 30% niższe, a pojemność (jeśli ogniwa są sprawdzone) w 100% zgodna z deklarowaną.
Padły tutaj dwa określenia - balanser i BMS. Na czym polega ich działanie?
Balanser jest specjalnym urządzeniem mierzącym napięcie na poszczególnych ogniwach zmontowanego akumulatora. Ma on więc tyle wejść ile jest ogniw (oraz [-]). Na kolejnej ilustracji widoczny jest balanser działający w oparciu o kondensatory elektrolityczne, operujący prądem rzędu 5A i obsługującym aż 8 ogniw (bateria 25.6V dla LiFePo4).
W momencie jeśli występują nierównomierności oddawanej mocy przez poszczególne ogniwa (a więc pojawia się na nich różny spadek napięcia) balanser przerzuca część obciążenia na pozostałe ogniwa. Bez tego działania, słabsze ogniwo byłoby jeszcze bardziej obciążone aż do jego uszkodzenia. Podobnie wygląda to podczas ładowania, jeśli jakieś ogniwo ładuje się szybciej, nadwyżka energii rozkładana jest na pozostałe ogniwa.
Balanser nie zabezpiecza ogniw przed nadmiernym rozładowaniem ani przed przeładowaniem, dba jedynie o równomierny rozkład dostarczanej lub pobieranej energii. I tutaj ważnym parametrem jest prąd jakim balanser potrafi manipulować aby zrównoważyć rozkład tej energii.
Natomiast BMS (Battery Management System) działa na nieco innej zasadzie. Monitoruje on napięcie na poszczególnych ogniwach oraz prąd jaki przepływa przez całość i jeśli przekroczone zostaną zadane wartości wówczas odłącza ogniwa od obciążenia (i zostaje w takim stanie, albo przez jakiś czas albo do momentu podłączenia zewnętrznego źródła zasilania). Dzięki temu, jeśli w akumulatorze występuje słabsze ogniwo i zostanie ono szybciej rozładowane, BMS zabezpieczy go przed uszkodzeniem odłączając cały układ (co oznacza, że pozostałe, lepiej naładowane ogniwa, też). Dla pobieranego prądu działa to podobnie, jeśli akumulator ma dopuszczalny prąd 60A to jego przekroczenie również spowoduje odłączenie obciążenia. To samo dzieje się dla zbyt niskiego napięcia sumarycznego na wszystkich ogniwach.
Tutaj warto wspomnieć, że układy BMS mogą zawierać balanser ale nie muszą. Jest to bardzo ważny parametr ponieważ, mimo że BMS zabezpiecza akumulator, to nie dba o to aby działał on jak najdłużej z maksymalną wydajnością (każda bateria w smartfonie ma BMS bez balansera bo jest tam tylko jedno ogniwo, zabezpiecza więc on tylko przed przeładowaniem, zwarciem i nadmiernym rozładowaniem baterii).
Warto także zauważyć, że te BMSy, które mają wbudowany balanser operują na prądach wyrównawczych rzędu 60-100mA co jest przydatne tylko przy niewielkich obciążeniach (czytaj - ma niewielką skuteczność).
Przykładowe parametry BMSa widocznego na obrazku:

• Zakres napięcia zabezpieczenia pojedynczego ogniwa : 2.72-2.88V
• Szybkość zadziałania zabezpieczenia przeładowania : 1.5-2.5s
• Maksymalny prąd ciągły : 100A
• Szybkość odcięcia po przekroczeniu maks. prądu : 0.5-1.5s
• Zabezpieczenie temperaturowe : Tak
• Odłączenie obciążenia przy przekroczeniu parametrów : Tak
• Zabezpieczenie przeciwzwarciowe : Tak
• Szybkość zabezpieczenia przed zwarciem : 0.1 do 0.6ms
• Powrót do działania po usunięciu zwarcia : TAK
• Dopuszczalny prąd ładowania : 60A
• Równoważenie prądowe i napięciowe : Tak
• Prąd balansowania między ogniwami : 60mA
• Różnica balansowania napięciem na ogniwach : 4.14-4.24V

Czy jest więc możliwe połączenie zalet dobrego balansera operującego prądem balansowania rzędu 5A i zabezpieczeń, które oferuje BMS? Tak, nic nie stoi na przeszkodzie aby układy te połączyć ze sobą i nie będą się one wzajemnie zakłócać. W takim wypadku można kupić tańszy BMS, który nie posiada układów balansowania napięciowo-prądowego między ogniwami, a mierzy jedynie napięcia na poszczególnych ogniwach i prąd całości aby w sytuacji krytycznej odłączyć obciążenie / ładowanie.

Mikroinwerter w bloku. [04.03.2023]

TOP

Aby zrozumieć sposób działania falowników czy mikroinwerterów można spróbować przeszukać wujka gugle. Niestety okaże się, że na wszystkich stronach powielany jest niemalże ten sam pakiet informacji. Czyli falownik służy do zamiany prądu stałego DC na zmienny AC oraz do monitorowania pracy instalacji solarnej, oraz do monitorowania parametrów sieci AC (jeśli jest to falownik on-grid). Proszę spróbować znaleźć informację jak to jest możliwe, że falownik oddaje energię do sieci, dzięki czemu można być, po podpisaniu odpowiedniej umowy, prosumentem. Będzie ciężko :-).
Na to pytanie mogą natomiast odpowiedzieć serwisanci sprzętu AGD - często mają oni do czynienia z uszkodzonymi urządzeniami domowymi, które były włączone w instalację solarną z falownikami on-grid.
Na czym polega proces oddawania energii do sieci? Można to porównać do naczyń połączonych, ciecz przelewać się będzie z tego o wyższym poziomie do tego o niższym, dążąc do wyrównania poziomów w obu naczyniach. Na podobnej zasadzie działają falowniki czy mikroinwertery on-gridowe. Aby mogły oddawać energię do sieci muszą podbić po swojej stronie napięcie wyjściowe tak aby jako źródło prądu były bardziej "atrakcyjne" (naczynie o wyższym poziomie cieczy). Warto więc zapamiętać (upraszczając) mikroinwerter podczas uruchamiania bada parametry sieci, synchronizuje się z przebiegiem w gniazdku i zaczyna generować nieco wyższe napięcie, dzięki czemu prąd może płynąć "w drugą stronę".
Dlaczego wyżej jest mowa o serwisantach? Ano dlatego, że gdy w okolicy jest więcej prosumentów i każdy z nich wypycha energię do sieci, napięcie w niej może wzrosnąć nawet do 250V. A przy takim napięciu wiele urządzeń AGD może "zwariować" lub po prostu się uszkodzić.
Co się, dzieje gdy mikroinwerter podłączony jest w bloku do instalacji 230V? Nadmiar wyprodukowanej przez niego energii nie wraca bynajmniej do elektrowni, owszem, nalicza się na liczniku energii (jeśli jest dwustronny to będzie widoczne ile energii wypłynęło), ale tak naprawdę rozchodzi się ona po wszystkich pozostałych mieszkaniach.
Jeden mikroinwerter krzywdy nie uczyni, ale gdyby kilkanaście mieszkań zrobiło taką samą instalację to wzrośnie napięcie w gniazdkach i mogą zacząć się problemy. Mikroinwertery i falowniki mają zabezpieczenia aby wyłączyć się gdy napięcie w sieci przekroczy 253V. Ale to nadal jest wysoka wartość, na którą mogą nie być odporne urządzenia domowe. Ponadto tanie urządzenia z niesprawdzonych źródeł mogą wcale nie uznawać tego 253V i podbijać napięcie wyżej, nawet do 260V! Jak się przed tym zabezpieczyć i jak kontrolować energię aby nie wypływała przez licznik "na zewnątrz"? Przykładowe podłączenie mikroinwertera w mieszkaniu można znaleźć w dziale Rozwiązania.

Gotowe zestawy solarne na balkon[15.06.2023/26.06.2023]

TOP

Niejako odpowiedzią na zainteresowanie klientów tematem instalacji balkonowych, pojawiły się w ofertach gotowe zestawy kuszące kompletnością i prostotą rozwiązania połączoną z aplikacją na smartfona, która pokazuje "czysty zysk".
Oferta spotkała się niemal z entuzjastycznym przyjęciem i klienci są bardzo zadowoleni bo na smartfonie mają widoczny wpływ energii ze słońca.
Zdrowy rozsądek znowu został w cieniu i trzeba go koniecznie przywołać zanim wyda się 1600 zł "na próbę aby zobaczyć jak to działa".
Elementy wchodzące w skład zestawu:

• moduł solarny 150W (107x77x3.5cm)
• falownik 300W (obsługa dwóch paneli)
• kabel i gniazdo kabla falownika
• blaszki, śrubki i objemki do zamocowania panela

To co może sprawić trudność to gniazdo, gdyż falownik nie posiada standardowej wtyczki wkładanej w gniazdo instalacji elektrycznej. Trzeba więc wymontować normalne gniazdo ze ściany i w jego miejsce zamontować gniazdo z kompletu. Dopiero do takiego gniazda wpina się kabel biegnący z falownika.
Pierwsze spostrzeżenie - jest to instalacja on-grid, a falownik to prosty mikroinwerter z modułem wi-fi, dzięki czemu można w aplikacji śledzić jego pracę.
Drugie spostrzeżenie - nadmiar energii będzie uciekać przez licznik do pozostałych mieszkań, a "szczęśliwy" właściciel instalacji będzie za to płacić. Jak już było wspomniane, bez umowy z dostawcą prądu i licznika dwukierunkowego, za wyprowadzony "na zewnątrz" prąd płaci się tak samo jakby był pobrany. Zalecana jest duża ostrożność z hurraoptymizmem tej gotowej instalacji bo nie dość, że jej koszt jest ok. 2x większy niż powinien (!) to nie ma ani słowa o tym, że zbyt duża produkcja energii spowoduje wzrost rachunku, albo w szczęśliwym wypadku nie odbije się w żaden sposób (ani na plus ani na minus).
Kolejne spostrzeżenie to deklarowany przez producenta zysk energii - 100kWh na rok. Czyli nawet jeśli cena za kilowatogodzinę wynosiła by okrągłą złotówkę, to maksymalny roczny przychód z instalacji to 100 zł. A więc co, zwrot kosztów po 16 latach? Słabo.
No i ostatnie spostrzeżenie - trzeba pamiętać, że ta instalacja działa tylko wtedy gdy jest prąd w gniazdkach. Jeśli będzie chwilowy brak prądu to panele będą się tylko opalać w pięknym słoneczku bo mikroinwerter nie będzie działać.