Autonoomne energiasüsteem aiamajale või kaugemal asuvale kinnistule

Autonoomne energiasüsteem aiamajale või kaugemal asuvale kinnistule – loodud töökindlaks ja pikaajaliseks kasutuseks

Joonisel 1 on kujutatud süsteem, mille inverter suudab pidevalt varustada 1300 W koormust, lühiajaliselt kuni 3000 W tipukoormust. Selline võimsus on piisav enamiku tavapäraste vajaduste katmiseks, sealhulgas külmkapi töö, valgustus või akude laadimine tööriistadele. Kui plaanid kasutada veekeetjat, soovitame valida madalama võimsusega mudel (mitte üle 1000 W), et jätta piisavalt võimsusvaru ka teiste seadmete jaoks.

Figure 1 – Autonomous Power System for a Garden House: 1600 VA, 1200 Wh

Toodetud energia hulk sõltub päikesepaneelide suurusest, kogusest ning kasutatavast laadimiskontrollerist.
Joonisel 2 on näidatud päikesepaneeli „TSM-450NEG9R.28A“ keskmine päevane energiatootlikkus, mis on kujutatud ka süsteemiskeemis.

Joonis 2 – 450 W päikesepaneeli keskmine energiaväljund Kaunases

Tegemist ei ole garanteeritud energiakogusega, kuid nädala jooksul salvestatud energia korral laeb süsteem 100 Ah aku kindlasti täis. Oluline on arvestada aku maksimaalset laadimisvoolu: AGM-pliiakude puhul on tüüpiline maksimaalne laadimisvool 0,3 C. Näide: 100 Ah × 0,3 = 30 A. Kui kasutada 200 Ah akut, võib maksimaalne laadimisvool olla kuni 60 A.

Süsteemi töökindluse ja stabiilsuse parandamiseks on soovitatav suurendada akumahtuvust. Seda saab teha ühendades teise CSB-GPL121000 (100 Ah) aku paralleelselt või kasutades otse 200 Ah geelakut (nt NPG12-200 Ah). Märkus: Geelakude puhul on tavapärane maksimaalne laadimisvool 0,2 C.

Kuidas saada rohkem energiat?

Kui päikesepaneelid ei tooda piisavalt energiat, on kõige lihtsam lahendus lisada olemasolevale TSM-450NEG9R.28A paneelile veel üks samasugune paneel järjestikku. Ilma muudatusi tegemata jääb laadimisvool endiselt piiratud 30 A-ni, kuid süsteem muutub tõhusamaks vähese päikesekiirguse korral. Kui kasutatakse kahte järjestikku ühendatud 450 W paneeli, on vajalik teistsugune päikeseenergia laadimiskontroller, näiteks:

VICTRON ENERGY SmartSolar MPPT 100/50 (SCC110050210)
süsteemi ümberkonfigureerimine 24 V pingele, säilitades olemasoleva SmartSolar MPPT 100/30, kuid kasutades 24 V sisendit toetavat inverterit.

Võimalikud 24 V inverteri valikud:

Phoenix Inverter Compact 24/1600 230 V (CIN241620000)
Võimsam variant Phoenix Inverter 24/3000 230 VE.Bus (PIN243020000)

Suurema võimsusega inverter pakub rohkem paindlikkust ja võimaldab kasutada võimsamaid tarbijaid.
Kui inverterit pikemat aega ei kasutata, tuleks see akust lahti ühendada, kuna see tarbib ka ooterežiimis mõned vattid (mida võimsam inverter, seda rohkem energiat kulub ka tühikäigul). Väiksem energiatarve saavutatakse siis, kui inverter töötab „ECO“ režiimis.

Lisateavet leiate kasutusjuhenditest:

https://www.victronenergy.com/upload/documents/Manual-Inverter-Compact-1200-1600-EN-NL-FR-DE-ES-IT-.pdf,

https://www.victronenergy.com/upload/documents/Manual-Inverter-3k-5k-230V-VE-Bus-enabled-(firmware-xxxx4xx)-EN-NL-FR-DE-ES-SE-IT.pdf.

Akude tasakaalustamine mitme aku süsteemides

Kui pliiakusid ühendatakse järjestikku, hakkavad nende sisemised omadused (nt sisetakistus) aja jooksul erinema.
Näiteks 24 V süsteemis, kus on ühendatud 2 × 12 V akut, võib juhtuda, et üks aku saab ülelaetud, samas kui teine jääb alalaetuks. Et laadimispinge jaotuks võrdselt, on kaks võimalust:

Perioodiline kõrgepinge laadimine
Akude tasakaalustusseade, mis aktiivselt võrdsustab pinged ja pikendab akude eluiga

Joonis 3 – Tüüpiline akutasakaalustaja ühendus

Selles skeemis on kaks 24 V akuahelat (mõlemad koosnevad kahest järjestikku ühendatud 12 V akust) ühendatud paralleelselt. Vajadusel võib lisada ka rohkem ahelaid. Tasakaalustaja ühendamiseks piisab 1–1,5 mm² juhtmetest, kuna tasakaalustusvoolud on väikesed. Samuti tuleb ühendada iga akuahela keskklemmid omavahel, et tagada tõhus tasakaalustamine. Inverteri ühendamiseks tuleb kasutada võimalikult lühikesi ja jämedaid kaableid, mille läbimõõt sõltub süsteemi maksimaalsest voolust:

1500 W inverter 12 V süsteemis → ligikaudu 150 A
3000 W inverter 24 V süsteemis → samuti ligikaudu 150 A

Mõlema juhtumi korral on soovitatav kasutada vähemalt 35 mm² kaableid.

Pliiakude puhul tuleb vältida olukorda, kus akud jäävad pikemaks ajaks sügavtühjenenud olekusse. Soovitatav on, et aku laetuse tase ei langeks alla 30%, mis vastab pingele umbes 11,75 V. Lühiajalised suuremad koormused võivad pinget ajutiselt veelgi langetada, kuid pärast koormuse eemaldamist taastub pinge osaliselt.
Kriitiline piir on 10,5 V – selle taseme saavutamisel tuleb aku viivitamatult süsteemist lahti ühendada ja täis laadida.
24 V süsteemide puhul tuleb need pingetasemed korrutada kahega (st 23,5 V ja 21 V).

Aku laetuse tase, hetke laadimis- või tühjendusvool ning hinnanguline järelejäänud tööaeg on jälgitavad seadmega BMV-712 Smart. Samasuguse info saab ka SmartShunt (SHU050150050) abil, kui see asendab tavalist šunti ja BMV-712 ekraani. SmartShunt ühendatakse nutitelefoniga Bluetoothi kaudu ning andmeid saab jälgida VictronConnect rakenduses (https://www.victronenergy.com/victronconnectapp/victronconnect/downloads). BMV-712 Smart ühildub samuti Bluetoothiga ja võimaldab andmete jälgimist otse telefonist.

Kuidas kaitsta akusid süvatühjenemise eest?

Inverterid on varustatud sisseehitatud kaitsega – kui aku pinge jõuab kriitilisele tasemele, lülitab inverter end automaatselt välja, vältides aku liigset tühjenemist.
Energiasäästule aitavad kaasa LED-ribad, mida kasutatakse valgustuseks ja mis toimivad otse akutoitel.
Seade „BP-65” on loodud selleks, et lahti ühendada alalisvoolukoormused, kui aku pinge langeb alla lubatud taseme.
„CHR0006” on kompaktne muundur USB-A ja USB-C portidega, mis sobib erinevate seadmete laadimiseks ja toiteks.
„DDR-120A-12” on DC/DC muundur, mis stabiliseerib valgustussüsteemi väljundpinge – kuna aku pinge kõigub sõltuvalt tühjenemistasemest, siis ilma stabilisaatorita muutuks ka valguse heledus.
Kui kasutatakse 24 V akut, tuleks kasutada „DDR-120B-24” pinge stabiliseerimiseks ning koos sellega 24 V LED-ribasid.

LEMONA electronicsi spetsialistid soovitavad valida LED-ribasid, mis tagavad kõrgeima valgusvoo vati kohta, ning määrata valguse värvustemperatuur vastavalt vajadustele:

3000 K – hubase atmosfääri loomiseks
4000 K – tööruumidesse ja funktsionaalsemaks valgustuseks

Olulisemad paigaldussoovitused aiamaja energiasüsteemile

Süsteemi paigaldamisel tuleb aku ühendada esimesena laadimiskontrolleriga MPPT-100/30, ning alles seejärel ühendada päikesepaneel. Süsteemi lahti ühendades tuleb esimesena eemaldada päikesepaneel ja alles siis aku.
Kuna aiamajades on keskkond sageli niiske, soovitatakse paigaldada jääkvoolukaitse (RCD) 230 V vahelduvvoolu (AC) väljundisse ning ühendada inverter maandusega.
Skeemil nr 4 kujutatud süsteem sisaldab Cerbo GX sidekeskust, mis on peamine erinevus võrreldes skeemiga nr 1. Lisaks on selles skeemis kasutusel LED-valgustuse hämardusfunktsioon kontrolleriga SR-2501NS.

Joonis 4. Isetoimiv energiasüsteem – 3000 VA, 2400 Wh

Kaugjälgimise võimaldamiseks on vajalik internetiühendus. Selle tagamiseks soovitavad LEMONA electronicsi spetsialistid kasutada mobiilset ruuterit „RUT-241”, mis on mugav, kuna töötab laia pingevahemikuga.
Ruuterit saab toita otse toitejaotusliinilt VBB115060020 läbi 1 A kaitse, kuid tähtis on jälgida õiget polaarsust. Ruuter ja Cerbo GX tuleks ühendada otse akudega (pärast šunti), et ka kriitilise tühjenemise korral jääks süsteem jälgitav ja juhitav ning saaks saata olulist olekuteavet. Stabiilse ühenduse ja väiksema energiakulu saavutamiseks on soovitatav kasutada suunatud GSM-antenniga „A7041”. Cerbo GX seadmega saab ühendada täiendava ekraani, kuid see ei ole vajalik, kui jälgimine toimub mugavalt nutitelefoni kaudu rakenduses.
Cerbo GX-ile pääseb ligi ka Bluetoothi kaudu. GSM-side mooduli abil saab kasutada VICTRON ENERGY "VRM" platvormi, mis võimaldab energiasüsteemi jälgimist ja juhtimist kaugteel, sõltumata asukohast – peaasi, et olemas on internetiühendus. Lisainfo VRM platvormi kohta: https://www.victronenergy.com/panel-systems-remote-monitoring/vrm

Internetiühenduse abil saab automatiseerida aiamaja funktsioone ilma suurte kuludeta, näiteks paigaldades automaatse kastmissüsteemi või valvesüsteemi. Peamine on valida just sinu vajadustele vastavad komponendid, mis pakuvad kõige suuremat kasu ja mugavust.

Joonis 5. Turva- ja kastmissüsteemi komponendid aiamajale

Skeemil nr 5 on kujutatud mitmeid olulisi komponente, mis on vajalikud tüüpiliste tööde jaoks aias. Süsteemi tuumikuks on TUYA väravaseade „GW16-BLUE”, mis ühendab kõik ülejäänud seadmed ühtseks süsteemiks. Need komponendid ei kasuta juhtmega ühendust, vaid suhtlevad omavahel juhtmevabalt, turvalise Zigbee protokolli abil. Lisaks vahendavad seadmed üksteise sõnumeid, mis suurendab tööraadiust ja süsteemi töökindlust – iga seade aitab tugevdada võrku.

Skeemi ülaosas on kujutatud jälgimissüsteem:

„NOUS-E3” saadab häiresignaali, kui anduri ja põhiseadme vaheline kaugus suureneb – sobib uste ja akende kaitseks.
Kaks erinevat PIR liikumisandurit – mõeldud siseruumide turvamiseks.
Valvekaamera, mida saab paigaldada välitingimustesse ja mis toetab kahesuunalist helisidet – võimaldab nii reaalajas jälgimist kui ka sissetungihäirete edastamist.

Skeemi alumises osas on kujutatud komponendid, mis on mõeldud kastmise automatiseerimiseks ja muude seadmete juhtimiseks:

„R7060” – elektriajamiga veeventiil, mida saab avada automaatselt või käsitsi.
See võimaldab vee eelvarumist mahutisse, mida saab kasutada vahepealseks kastmiseks. Mahuti võib täituda ka katuse kaudu kogutud vihmaveest. Automaatne kastmine on juhitav muldade niiskustaseme alusel, kasutades mullaandurit „BSS-YC-STH-A-EN” või keskkonna niiskusandurit „NOUS-E5” – kastmine käivitub kriitilise niiskustaseme saavutamisel. Muude elektriseadmete (nt tiigipumba) juhtimiseks saab kasutada nutika pistikuga lülitit „NOUS-B2Z”, näiteks vee pumpamiseks tiigist mahutisse.

Energiasalvestussüsteem (ESS)

Kui soovid oma kodus elektrit säästa, on lihtsaim viis kasutada päeval akudesse salvestatud energiat – seda süsteemi nimetatakse energiasalvestussüsteemiks (ESS). Selline lahendus on eriti kasulik püsivalt asustatud kodudes, kus energiakasutus on pidev. ESS võimaldab:

Tarbida elektrit siis, kui see on odav
Müüa ülejäävat energiat võrku ajal, mil hind on kõrge
Tagab varutoite, kui elektrivõrk katkeb.

Mis on ESS?

Energiasalvestussüsteem (ESS) on elektrisüsteemi tüüp, mis ühendab võrgutoite, Victroni inverter/laadija, GX-seadme ning akupanga ühtseks lahenduseks. Päeval salvestatakse päikesepaneelide toodetud energia akudesse, et seda saaks kasutada hiljem – näiteks õhtul või pilvise ilmaga.

ESS võimaldab:

Nihutada energiatarbimist ajas
Laadida akusid päikeseenergiaga
Toetada elektrivõrku
Müüa ülejääv energia võrku tagasi.

Kui süsteem toodab rohkem energiat, kui tarbida või salvestada jõutakse, saab ülejäägi võrku suunata.
Kui aga tootmisest või akudest ei piisa, hangib süsteem vajaliku energia automaatselt elektrivõrgust

Millised on ESS-süsteemi miinimumnõuded?

Energiasalvestussüsteem (ESS) vajab toimimiseks vähemalt ühte inverter/laadijat (näiteks MultiPlus või Quattro) ja ühte GX-seadet (näiteks Cerbo GX või Ekrano GX). Ülejäänud komponendid vastavalt kasutaja vajadustele ja süsteemi eesmärgile.

Millal on mõistlik kasutada ESS-süsteemi?

ESS sobib kasutamiseks enesetarbelistes süsteemides, päikeseenergial põhinevates varutoitelahendustes või hübriidlahendustes, mis ühendavad mõlemad. Näiteks on võimalik seadistada süsteem nii, et 30% aku mahutavusest kasutatakse igapäevaseks tarbimiseks, samas kui ülejäänud 70% jääb varuks elektrikatkestuste tarbeks.

ESS-süsteemi saab seadistada vastavalt eesmärgile:

Enesetarbe optimeerimiseks – kasutatakse võimalikult palju oma toodetud energiat
Täislaetud akude säilitamiseks – süsteem hoiab akud pidevalt täis juhuks, kui võrguühendus katkeb.

ESS kasutusvõimalused ja konfiguratsioonid

Enesetarve optimeerimine:

Kui päikesepaneelid toodavad rohkem energiat kui tarbitakse, salvestatakse ülejääk akudesse. Salvestatud energiat kasutatakse hiljem – näiteks õhtul või pilves ilmaga. Aku mahutavuse protsent, mida kasutatakse enesetarveks, on konfigureeritav:

Kui võrguühenduse katkestused on harvad, võib määrata 100% aku mahutavusest enesetarveks.
Kui katkestused on sagedased (nt Aafrika piirkondades), võib kasutada ainult 20% tarbeks ja jätta 80% varuks järgmise katkestuse tarbeks.

Akude pidev täislaadimine:

ESS-i saab seadistada ka nii, et akud püsivad alati täis. Sellisel juhul kasutatakse akuenergiat ainult elektrikatkestuse korral ning pärast võrgu taastumist laetakse akud uuesti täis kas võrgust või päikesepaneelidest (kui päikeseenergiat on saadaval).

ESS süsteem koos generaatoriga:

ESS sobib ka süsteemidesse, kus varutoiteks kasutatakse diiselgeneraatorit. Sellisel juhul tuleb seadistada võrgukoodid ja määrata, kuidas süsteem käitub võrgu kadumisel. GX-seadmes vali:
Settings → System setup → AC input type: Generator. Süsteem lubab laadimise generaatorist, tagab õige koormustaseme ja lülitab generaatori automaatselt välja, kui määratud laadimisparameetrid on täidetud.

Millal ESS-i ei soovitata kasutada?

ESS ei sobi järgmistele süsteemidele:

Võrguvabad süsteemid (off-grid), sõltumata sellest, kas generaator on olemas või mitte
Mere- ja laevasüsteemid
Sõidukites kasutatavad süsteemid

Joonis 6. Tüüpiline ESS-süsteem koos võrguühendusega inverteriga

Need on vaid mõned lihtsad ja suhteliselt taskukohased lahendused, mida saab rakendada kodus või aiamajas. Kui sul on erinevad vajadused või keerukam süsteem, on LEMONA electronicsi spetsialistid alati valmis aitama ning leidma just sinu vajadustele sobivaima lahenduse. Täpsemat teavet ESS-süsteemide kohta leiad järgmises artiklis.