Zestaw solarny do kampera / na przyczepę / domek letniskowy - przewodnik

Tego lata postanowiłem spędzić kilka tygodni off-grid, pracując zdalnie w przyczepie kempingowej, zasilając laptopa z małej instalacji fotowoltaicznej. W ramach przygotowań do tej wyprawy zdobyłem nieco wiedzy i przetestowałem na własnej skórze pewne niecodzienne rozwiązania.

Co jest ogólnie potrzebne?

Do założenia małej instalacji off-grid potrzebujesz:

• Ogniwa fotowoltaicznego - koszt zwykle 100 - 600 PLN, ale wszystko zależy od mocy
• Akumulatora - koszt minimum 100, zazwyczaj 200 - 500 PLN, ale możesz też korzystać z akumulatora samochodu lub kampera
• Regulatora ładowania - koszt 50 - 500 PLN
• Przewodów (+ ew. peszla) - koszt 20 - 60 PLN
• Złączek MC-4 damskich i męskich (tak po 3, na zapas, są tanie) - ~ 30 PLN
• Praski do złączek MC-4 (kombinerkami raczej się to nie uda) - ~70 PLN albo pożycz od znajomego
• Elementów do montażu

Jeśli planujesz montaż na dachu kampera / przyczepy, niezbędna jest też przelotka dachowa. Dzięki niej puścisz przewody przez otwór w dachu, który pozostanie szczelny. Kosztuje około 50 PLN.

Jeśli chcesz mieć 230V, jak w domu, potrzebujesz też przetwornicy. Przetwornica IPS kosztuje co najmniej 150 PLN, a sinusowa - minimum 450 PLN. Zwróć uwagę, że dużo przyczep kempingowych ma małą przetwornicę w wyposażeniu.

Jeśli chcesz wyposażyć domek letniskowy, ale wystarczy Ci 12 / 24V, przyda Ci się jeszcze samochodowe gniazdo zapalniczki, do którego będziesz mógł podłączyć ładowarki i inny sprzęt przystosowany do zasilania z niskiego napięcia. Koszt do 10 PLN.

Omówmy zatem kolei poszczególne elementy.

Ogniwo fotowoltaiczne

Twoje źródło prądu pośród dziczy. Najważniejszy element instalacji. Panel fotowoltaiczny.

Cały ten serwis poświęcony jest panelom, nie będziemy się tutaj więc zanadto rozpisywać. Musisz jednak znać kilka faktów:

Im mniejsza moc paneli, tym droższe są w przeliczeniu moc / koszt. To naprawdę dość bolesne, jeśli zależy Ci na niewielkiej instalacji.

Dobór napięcia ogniwa fotowoltaicznego

Najważniejsza sprawa, napięcie ogniwa musi mieścić się w parametrach regulatora ładowania. Uoc powinno być niższe od maksymalnego, a Ump wyższe od minimalnego napięcia pracy regulatora dla danego napięcia akumulatora.

JEŚLI UŻYWASZ REGULATORA PWM, to celem uzyskania najwyższej wydajności napięcie dawane przez moduł Ump (lub Vmp) nie powinno przekraczać poniższych wartości.

• Dla akumulatora 12V - max napięcie 18V
• Dla akumulatora 24V - max napięcie 32V
• Dla akumulatora 36V - max napięcie 46V
• Dla akumulatora 48V - max napięcie 60V

Jeśli przekracza, koniecznie rozważ kupno regulatora MPPT. Ta kwestia jest dokładniej wyjaśniona poniżej, w sekcji Regulator ładowania PWM czy MPPT?

Czy mogę użyć paneli cienkowarstwowych?

Panele cienkowarstwowe oferują bardzo dobry stosunek ceny do mocy dla niewielkich instalacji, stąd może pojawić się pokusa zainwestowania w tę właśnie technologię. Trzeba przy tym wziąć pod uwagę jeden bardzo ważny czynnik - ogniwa cienkowarstwowe wytwarzają dużo większe napięcie niż ogniwa krystaliczne podobnej mocy. Jest ono na tyle duże, że często wykracza poza zasięg pracy regulatorów ładowania. Szczególnie podstawowe regulatory PWM albo nie będą działać w ogóle, albo będą bardzo obniżać wydajność. Przed zakupem zawsze dokładnie porównaj specyfikacje. Więcej na temat różnicy między regulatorami PWM i MPPT znajdziesz w dalszej części artykułu.

W mojej instalacji zastosowałem właśnie panel cienkowarstwowy od Hanergy. Powód prosty - był bardzo tani i bardzo solidny, kryty szybą z przodu i z tyłu. Przy okazji był, jak na swoją moc, wielki, ciężki i nieporęczny, ale nie stanowiło to przeszkody, bo nie przenosiliśmy się z miejsca na miejsce. I tak miałem panel o mocy 85Wp za 100 PLN.

W jaki sposób wybrać dobrać moc instalacji?

Jeśli akurat świeci słońce, to:

• 10-30 Wp starczy, by ładować kilka komórek
• 50-80 Wp starczy, by ładować laptop
• 100-200 Wp jest potrzebne, by zagrzać wodę w małym czajniczku
• 800-1200 Wp przyda się do zasilenia żelazka
• 1500-3000 Wp potrzebujesz, by wydajnie ogrzewać wodę w bojlerze i systemie ogrzewania

Pamiętaj przy tym, że gdy pogoda jest zła, panele pracują dużo słabiej, a gdy zmierzcha, przestają pracować w ogóle. Wtedy ładujesz urządzenia prądem z akumulatora. Przez jakiś czas nie stanowi to problemu, ale kilka dni niepogody może go wyładować. Bezpiecznym rozwiązaniem jest zatem kupić mocniejszy panel, tak by naładować akumulator w krótszym okienku czasowym, gdy słońce wyjrzy zza chmur.

Jeśli myślisz o urlopie w zimie, to potrzebna Ci jest kilkukrotnie większa instalacja. Chodzi o to, że panel wyprodukuje tyle samo w ciągu godziny latem, czy zimą, ale zimą tych godzin jest pięć razy mniej. Rzecz jasna konieczny jest też dużo większy akumulator. Auć.

Skoro o akumulatorach mowa...

Akumulator

Akumulator jest niezbędny. Magazynuje on energię, dzięki czemu możesz korzystać z prądu wieczorami i w deszczowe dni.

Jeśli chodzi o niewielkie instalacje off-grid, w Polsce istnieją obecnie dwie opcje - akumulatory kwasowo-ołowiowe samochodowe, oraz akumulatory kwasowo-ołowiowe głębokiego rozładowania (tu mamy dwa podtypy, żelowe i AGM). Inne rozwiązania są zwyczajnie zbyt drogie, by zdobyły popularność.

Właściciele kamperów i przyczep kempingowych mogą ominąć tę sekcję, jako że do podstawowych zastosowań polowych w zupełności wystarczy akumulator samochodowy.

Jaka pojemność akumulatora jest Ci potrzebny?

Od pojemności akumulatora zależy to, jak długo będziesz miał prąd, gdy nie będzie świecić słońce. Przede wszystkim więc odpowiedz sobie na pytanie, jak często takie okazje będą miały miejsce?

Jeśli chcesz po prostu zasilać telefony komórkowe i laptopy i okazjonalnie z nich skorzystać, wystarczy Ci nawet aku 5-10Ah. Po prostu będziesz ładował te urządzenia wtedy, gdy będzie słońce.

Jeśli chodzi o mnie, to ponieważ pracowałem podczas wyjazdu, mój dostęp do energii musiał być niezawodny, nawet jeśli zawiodłaby pogoda. Skorzystałem więc z akumulatora AGM polskiej marki AZO Digital o pojemności 40Ah i sprawił się bardzo dobrze. Normalnie pracowałem na laptopie nawet gdy kilka dni pod rząd było pochmurno i deszczowo. A na początku, gdy nie mieliśmy jeszcze podłączonego panelu, ten akumulator, uprzednio naładowany, ładował nam trzy komórki i tablet. Przez półtorej tygodnia. I nawet wówczas nie wyczerpał się w 100%, chociaż było blisko.

Jeśli chcesz dokładniej obliczyć wymaganą pojemność swojego akumulatora, może ta tabelka okaże się pomocna:

Pojemność akumulatora	Zasilanie komórki Xiaomi Mi 8		Zasilanie laptopa Lenovo Legion Y540 17"
	rozł. bezpieczne	rozł. pełne	rozł. bezpieczne	rozł. pełne
5 Ah	2 cykle	4 cykle	30 min	1 h
10 Ah	4 cykle	8 cykli	1 h	2 h
40 Ah	38 cykli	76 cykli	4 h	8 h
60 Ah	57 cykli	-	6 h	12 h
80 Ah	-	-	8 h	16 h

Czy do instalacji fotowoltaicznej można stosować akumulatory samochodowe?

Można, ale nie jest to optymalne rozwiązanie.

Akumulatory samochodowe zaprojektowane są, by dawały silny impuls prądu do zastartowania silnika i generalnie powinny być cały czas naładowane. Taki akumulator można bezpiecznie rozładować tylko do ok. 90% pojemności. Gdy korzystasz z akumulatora do instalacji fotowoltaicznej, bardzo często rozładowujesz akumulator poniżej tej wartości, co skraca jego żywotnośći pogarsza parametry użytkowe.

Akumulatory AGM i żelowe natomiast można rozładowywać bezpiecznie do 50% pojemności, w związku z tym zużywają się znacznie wolniej.

Uwaga, do instalacji domowych zwykle używa się akumulatorów, które można rozładowywać do ok. 10% pojemności. Więcej na ich temat przeczytasz w artykule o akumulatorach do fotowoltaiki.

Pomiędzy akumulatorami głębokiego rozładowania żelowymi i AGM występują raczej niewielkie różnice.

Dlaczego w takim razie tak wielu rozważa akumulatory samochodowe? Powodem jest niższa cena.

Instalacja solarna do kampera - tu prościej będzie skorzystać z istniejącego akumulatora samochodowego. Akumulatory do kamperów zwykle mają dużą pojemność, więc więcej trzeba, żeby rozładować je poniżej bezpiecznego poziomu.

Bezpieczeństwo

Akumulatory kwasowo-ołowiowe, gdy oddają energię, mogą wytwarzać szkodliwe gazy. Chociaż ten problem jest dużo mniejszy w wypadku akumulatorów bezobsługowych, to warto zadbać o wentylację, szczególnie gdy korzystamy z akumulatora nocą. Problem nie występuje w dzień, gdy energia pochodzi bezpośrednio z modułu fotowoltaicznego.

Solarny regulator ładowania

Podstawową funkcją regulatora ładowania jest kontrola ładowania akumulatora - tak by był ładowany prądem o odpowiednim napięciu, nie został rozłagowany zbyt głęboko ani przeładowany.

Oprócz tego może spełniać kilka innych funkcji:

• Szacuje stopień naładowania akumulatora
• Może włączać prąd o wschodze słońca, a odcinać o zachodzie
• Niektóre mogą zamienić bieguny na każdym z wejść / wyjść, na wypadek, gdybyś podłączył to na odwrót
• Mogą chronić przed prądem zwrotnym do panelu nocą
• Mogą chronić przez zwarciem
• Mogą śledzić punkt mocy maksymalnej, co może zwiększyć wydajność nawet do 30%

Ostatni punkt zasługuje na rozwinięcie. Regulatory z tą funkcją zwane są MPPT, a bez niej - PWM. Cenowo MPPT są od 50 do 100% droższe

Regulator ładowania PWM czy MPPT?

Czym się różni regulator PWM od MPPT? Otóż obydwa regulatory dbają o to, by akumulator był ładowany właściwym napięciem. Dla akumulatora 12V będzie ono wynosić od 10,8 do 14,4V.

Dokonują tego jednak na dwa różne sposoby.

Regulatory PWM zwyczajnie "odcinają" całe nadmiarowe napięcie. Regulatory MPPT natomiast konwertują nadmiarowe napięcie na natężenie, dzięki czemu się ono nie marnuje.

Jak dużą robi to różnicę? Zależy to od tego, ile tego napięcia jest nadmiarowego.

Jeśli do akumulatora 12V podepniesz panel dający 18V, różnica powinna wynosić 10-20%.

Jeśli do akumulatora 12V podepniesz panel dający 24-30V, wtedy różnica wyniesie już nawet 30-40%.

Stąd jeśli masz dobrze dobrany panel do akumulatora, możesz rozważyć PWM. W większych instalacjach często jednak opłaca się zainwestować w MPPT.

Jak wspomniałem, moją instalację zasilał panel cienkowarstwowy o bardzo wysokim napięciu. Ledwie mieściło się ono w zakresie mojego regulatora MPPT od AZO Digital - ale się mieściło. Regulator konwertował napięcie i mogłem się cieszyć z panelu o mocy 85Wp za 100 PLN. Gdybym miał regulator PWM, nie byłoby to możliwe.

Dodatkowo regulatory MPPT nieco lepiej radzą sobie przy gorszych warunkach pogodowych. W moim przypadku nawet w pochmurne dni instalacja nie była zupełnie nieaktywna, dzięki czemu zawsze miałem dostęp do prądu. Ogólnie mam też bardzo dobre wrażenia z użytkowania tego sprzętu.

Przetwornica napięcia

Przetwornica napięcia, w skrócie, przetwarza prąd stały w prąd przemienny, taki jaki płynie w gniazdkach.

Istnieją dwa podstawowe rodzaje przetwornic, IPS oraz sinusowa.

Czym się różni przetwornica IPS od sinusowej?

Przetwornica IPS (zwana też samochodową) nie daje dokładnie takiego prądu, jaki mamy w gniazdku, w przeciwieństwie do przetwornicy dającej "czysty sinus". Niektórym sprzętom to przeszkadza, innym nie.

Przetwornica IPS:	Przetwornica sinus:
Laptopów Telewizorów Oświetlenia, Małego AGD (żelazko, czajnik, toster)	Elektronarzędzi Silników Pomp Dużego AGD Świetlówek ze statecznikami Czegokolwiek z silnikiem lub transformatorem

Po co mi jakiś regulator i przetwornica? Nie wystarczy po prostu użyć mikroinwerteru?

Nie. Mikroinwertery potrzebują "wzorca" prądu z sieci, by "wiedziały" jaki prąd mają produkować. Nie mogą działać off-grid.