Elektrifikuoti sodo namelių sistemų sprendimai
Šiomis dienomis vis daugiau laiko norisi praleisti sode, tačiau tavo namelis neprijungtas prie miesto elektros energijos tiekimo? LEMONA electronics specialistai paruošė gidą, padėsiantį įsirengti tavo poreikius atitinkančią autonominę energijos tiekimo sistemą. Jos sudėtingumas priklausys nuo to, ką sodyboje nori veikti: pakanka tik apšvietimo ir kartais įkrauti mobilųjį telefoną, ar mėgsti meistrauti ir energijos reikia daugiau.
Pakanka tik apšvietimo ir galimybės įkrauti el. prietaisus
Jei sodo namelyje ar sodyboje užtenka tik apšvietimo ir galimybės pasikrauti telefoną ar planšetinį kompiuterį, pilnai pakaks 1-oje schemoje pateikto sprendimo.
Apšvietimui LEMONA electronics specialistai siūlo panaudoti efektyvią 12 V LED juostelę. Jos galia yra 9,6 W, o efektyvumas siekia 115 lm/W. 1 m tokio apšvietimo gali suteikti apie 1100 lm šviesos srautą – panašų sukuria 75 W kaitrinė lemputė. Sodo namelio apšvietimui galima įsirengti kelias zonas. Naudojant įkrovimo valdiklį, tiesiogiai prijungta trumpalaikė apkrova neturėtų viršyti 10 A. Naudojant ilgiau rekomenduojame neviršyti 5 A (arba ne daugiau nei 6 m 12 V LED juostos). Apšvietimą galima įjungti arba išjungti įkrovimo valdiklyje sumontuotu jungikliu arba įrengti papildomus paprastus jungiklius atskiroms apšvietimo zonoms valdyti. 1-oje schemoje pavaizduotoje sistemoje panaudota 20 W saulės baterija, kurios tikrai pakaks per savaitę įkrauti 7,2 Ah talpos akumuliatorių. Prie pilnai įkrauto akumuliatoriaus prijungus 5 m 12 V LED juostos (viso 48 W galios), šviesa mėgautis bus galima apie 1 valandą; prijungus 1 m – apie 7 valandas. Norint turėti daugiau energijos, reikėtų sumontuoti didesnės talpos akumuliatorių bei jam įkrauti skirtą didesnės galios saulės baterijos modulį.
Lietuvoje 20 W saulės baterija, nukreipta pietų kryptimi su 36° posvyrio kampu nuo balandžio iki rugsėjo mėnesio vidutiniškai per parą gali sugeneruoti apie 60 Wh energijos. Žinoma, jei bus apsiniaukę ar lis lietus, energijos generavimas ženkliai kris. Prie įkrovimo valdiklio maksimaliai galima prijungti 175 W saulės modulį: šiuo atveju minimali akumuliatoriaus talpa turi būti 30 Ah, o maksimali akumuliatoriaus talpa neribojama.
Įkrovimo valdiklyje sumontuoti du USB lizdai, 5V, 2A.
Sodo namelyje reikia galimybės įkrauti elektrinius įrankius
Jei sodo namelyje meistraujate, kartais prireiks įkrauti ar maitinti elektrinius įrankius, tad patogiau turėti 230 VAC elektros energijos tiekimą.
Tokios sistemos realizavimui reikalingas DC/AC keitiklis. Žemiau pateiktoje schemoje Nr. 2 panaudotas 800 VA, 500 W sinusinės srovės keitiklis. Tokios galios keitiklio pilnai pakaks elektrinių įrankių įkrovimui ar maitinimui.
Apšvietimui, kaip ir 1-oje schemoje, LEMONA electronics specialistai siūlo naudoti DC tiesiogiai jungiantis prie įkrovimo valdiklio.
Jei vartotojui atrodytų, kad 175 W saulės baterijos galia yra nepakankama, ir reikia instaliuoti daugiau galios, tektų keisti įkrovimo valdiklį. Prie analogiško, tik didesnės galios įkrovimo valdiklio, galima prijungti du 175 W saulės modulius.
Prie keitiklio prijungtas akumuliatorius gali turėti jungiklį J2, kurio pagalba galima atjungti keitiklį nuo akumuliatoriaus. Jungiklis turi būti rekomenduojamo modelio arba bet kuris kitas, gebantis komutuoti ne mažesnę nei 75A srovę. Keitiklio prijungimui prie akumuliatoriaus rekomenduojama naudoti kaip galima trumpesnius prijungimo laidus, o laido skerspjūvio plotas turėtų būti ne mažesnis kaip 10 mm2. Keitiklį patartina sumontuoti atviroje erdvėje paliekant ne mažiau nei 10 cm tarpą iki kitų objektų. Papildomai apsaugai nuo trumpo jungimo akumuliatoriaus grandinėje numatytas 200 A saugiklis. Keitiklyje yra sumontuoti du SCHUKO tipo lizdai, apsaugoti automatiniu saugikliu.
Prireikus galima sumontuoti papildomą rozetę, ir ją apsaugoti automatiniu 10A saugikliu–jungikliu. Siekiant didesnio autonomiškumo, patartina sumontuoti didesnės talpos akumuliatorių. Naudojant sistemą su 65 Ah pilnai įkrautu akumuliatoriumi, sistema 500 W apkrovą išlaikys apie 40 min.
Didesnės galios autonominė sodo namelio ar sodybos elektros tiekimo sistema
Norint užsitikrinti patogesnį autonominės elektrinės naudojimą, reikia išėjime įsirengti didesnės galios keitiklį.
3-oje schemoje pavaizduotoje sistemoje naudojamas DC/AC keitiklis jau turi įmontuotą įkrovimo iš saulės modulių valdiklį, todėl visa schema šiek tiek supaprastėja. Kadangi keitiklio galia yra didesnė, reikia naudoti 24 VDC darbinę įtampą: taip sumažinama srovė, pakanka naudoti plonesnius kabelius akumuliatorių prijungimui. Keitiklio prijungimui prie akumuliatoriaus naudoti ne plonesnius nei 35mm² skerspjūvio ploto varinius laidus. Prijungimo laidai turi būti kaip galima trumpesni. Keitiklį montuoti atviroje vietoje, netrukdant laisvai oro cirkuliacijai.
Apšvietimui taip pat numatyta naudoti DC, tik šiuo atveju apšvietimo grandis tiesiogiai jungiama prie akumuliatoriaus. Akumuliatoriaus apsaugai nuo gilaus iškrovimo naudojama apsauga BP-65. Apšvietimo grandyje LEMONA electronics specialistai pataria sumontuoti papildomą saugiklį nuo trumpo jungimo S2, 10A. DC apkrova gali būti ir didesnės galios, tačiau tokiu atveju reikėtų pasirinkti didesnio nominalo saugiklį, o viršijus 65 A – pasirinkti didesnės galios apsaugos nuo gilaus iškrovimo modulį.
Šioje sistemoje instaliuojama saulės modulių galia yra didesnė nei 1,2 kW, todėl būtina papildoma apsauga: numatytas automatinis 40 A DC saugiklis saulės modulių grandyje. Taip pat, turint tokią sistemą, apšvietimui būtina naudoti 24 VDC darbo įtampos LED juostą. 3-oje schemoje numatyta 24 V LED juosta yra itin aukšto efektyvumo, net 175 lm/W.
Jungiklio J1 pagalba valdomas apsaugos modulis BP-65, įjungiamos arba išjungiamos visos DC apkrovos. Jei reikia valdyti atskiras apšvietimo zonas, galima sumontuoti atskirus jungiklius kiekvienai zonai.
Autonominė energijos sistema ilgam ir patikimam veikimui
4-oje schemoje pavaizduota sistema, kurios inverteris gali atlaikyti 1300 W ilgalaikę apkrovą, o maksimali trumpalaikė apkrova gali siekti net 3000 W. Šios galios tikrai užteks daugumai poreikių, tokių kaip: šaldytuvas, apšvietimas ar el. įrankių įkrovimas. Jei norima naudoti ir arbatinuką, patariama rinktis mažesnės galios (ne didesnės nei 1000 W) paliekant galios rezervą kitų sistemų maitinimui, prieš tai įsitikinant, kad visų prie inverterio (2300 VAC) įrenginių galia neviršytų 1400 W.
Sugeneruotos energijos kiekis priklauso nuo prijungtų saulės modulių dydžio, kiekio bei įkrovimo valdiklio. Kiek elektros energijos vidutiniškai per diena gali generuoti schemoje pavaizduotas saulės modulis „TSM-425DE09R.08“ pavaizduota 5-ajame paveikslėlyje.
Tai nėra garantuotas energijos kiekis, bet jei energija yra kaupiama visą savaitę, 100 Ah akumuliatorius tikrai bus įkrautas. Reikia nepamiršti įvertinti akumuliatoriaus maksimalios įkrovimo srovės dydį: AGM technologijos švino–rūgštiniams akumuliatoriams dažniausiai maksimali leistina įkrovimo srovė yra 0,3 C, t.y. – 30 A (30A gauname jei 100 Ah x 0,3; jei bus prijungta 200 Ah akumuliatorius, maksimali įkrovimo srovė gali siekti 60 A). Norėdami padidinti sistemos stabilumą, turėtume didinti akumuliatorių talpą. Šiuo atveju galima lygiagrečiai prijungti antrą akumuliatorių „CSB-GPL121000“, 100 Ah, arba iš karto naudoti 200 Ah želinį akumuliatorių „NPG12-200 Ah“. Želinių akumuliatorių maksimali įkrovimo srovė yra 0,2 C.
Schema Nr. 4. Autonominė elektrinė sodo nameliui 1600 VA, 1200 Wh.
Pav. 5. Vidutinis energijos kiekis generuojamas iš 425 W saulės modulis Kaune.
Kaip gauti daugiau energijos?
Jei saulės modulių generuojamos energijos nepakanka, paprasčiausias būdas jos gauti daugiau – dar vieną saulės modulį „TSM-425DE09R.08“ prijungti nuosekliai prie jau esančio. Neatliekant kitų pakeitimų, įkrovimo srovė bus apribota 30 A, šiuo atveju išlošiama tik tada, kai saulės intensyvumas yra mažesnis. Naudojant du nuosekliai sujungtus 425 W saulės modulius, reikalingas kitas saulės įkrovimo valdiklis – VICTRON ENERGY „Smart Solar MPPT 100/50“ (SCC110050210) arba reikia visą sistemą konstruoti 24 V darbinei įtampai. Šiuo atveju gali likti tas pats „SmartSolar MPPT 100/30“ įkrovimo valdiklis, bet būtina pasirinkti inverterį, veikiantį nuo 24 V įėjimo įtampos. Taip pat gali būti pasirenkamas tos pačios galios „Phoenix Inverter Compact 24/1600 230 V“ (CIN241620000) arba didesnės galios „Phoenix Inverter 24/3000 230 VE.Bus“ (PIN243020000). Didesnės galios inverteris suteiks daugiau pasirinkimo galimybių, bus galima maitinti didesnės galios apkrovas. Jei planuojama sunaudoti daugiau energijos, jos reikia daugiau ir sukaupti. Taip pat patartina visai atjungti inverterį nuo akumuliatorių baterijos, jei jis nenaudojamas ir paliekamas ilgesniam laikui: net ir ramybės būsenoje inverteris naudoja keletą vatų (kuo didesnės galios keitiklis, tuo daugiau energijos suvartos ramybės būsenoje). Mažiau energijos suvartojama perjungus inverterį į „ECO“ darbo rėžimą. Daugiau informacijos galima rasti naudotojo instrukcijose: 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
Jungiant kelis švino akumuliatorius nuosekliai, palaipsniui pradeda keistis parametrai, įskaitant ir akumuliatorių vidinę varžą. Pavyzdys: 24 V sistema, kurioje nuosekliai jungiami 2 akumuliatoriai. Dėl pakitusios vidinės varžos vienas iš akumuliatorių gali būti pastoviai perkraunamas, kitas – nepakankamai įkraunamas. Akumuliatorių įkrovimo įtampą galima išlyginti periodiškai įkraunant akumuliatorius aukštesne įtampa arba naudojant akumuliatorių balansavimo įrenginį. Balansavimo įrenginys pastoviai atlieka įtampų išlyginimą, taip prailginamas akumuliatorių tarnavimo laikas.
Šioje schemoje lygiagrečiai sujungtos dvi 24 V akumuliatorių grandys (12 V + 12 V), tokių grandžių gali būti sujungta ir daugiau. Balansavimo įrenginio prijungimui pilnai pakaks ir 1–1,5 mm² skerspjūvio laidų, nes išlyginimo srovės nėra didelės. Akumuliatorių grandžių vidurio taškai taip pat sujungiami. Akumuliatoriai prie inverterio jungiami storais ir kaip galima trumpesniais kabeliais. Kabelio storį reikia pasirinkti pagal maksimalią srovę: jei turime 1500 W inverterį, kuris maitinamas iš 12 V, įvertinus inverterio efektyvumą turėsime apie 150 A srovę, jei naudosime 3000 W inverterį ir 24 V akumuliatorių įtampą turėsime analogiškai apie 150 A srovę, tačiau šiuo atveju patartina naudoti bent 35 mm² skerspjūvio prijungimo kabelius.
Eksploatuojant švino akumuliatorius svarbu juos nuolat palaikyti įkrautus ir nepalikti ilgesniam laikui giliai iškrautų. Rekomenduojama, kad minimalus įkrovimo lygis nenukristų žemiau 30 % arba apie 11,75 V. Trumpalaikės didesnės apkrovos gali iškrauti akumuliatorius ir daugiau, jas atjungus įtampa šiek tiek atsistato. Kritinė riba yra 10,5 V. Pasiekus šią ribą, akumuliatorius turi būti nedelsiant atjungtas ir pradėtas įkrauti (naudojant 24 V sistemą įtampas dauginame iš dviejų).
Schema Nr. 6. Tipinė akumuliatorių balansavimo įrenginio jungimo schema.
Informaciją apie akumuliatorių įkrovimo lygį, įkrovimo arba iškrovimo srovę esamuoju laiku bei apskaičiavimus, kuriam laikui pakaks energijos, suteikia matavimo įrenginys „BMV-712 Smart“. Tuos pačius duomenis galima gauti vietoj paprasto šunto ir „BMV-712 Smart“ matavimo prietaiso naudojant VICTRON ENERGY „SmartShunt“ (SHU050150050). Informacija bus pasiekiama per Bluetooth sąsają susiejus „SmartShunt“ su savo mobiliuoju telefonu. Telefone būtina instaliuoti „VEconnect“ programėlę: https://www.victronenergy.com/victronconnectapp/victronconnect/downloads. Prie „BMV-712“ įrenginio taip pat galima prisijungti per Bluetooth sąsają.
Kaip apsaugoti akumuliatorius nuo gilaus iškrovimo?
- Inverteriuose yra įdiegta apsauga nuo akumuliatorių gilaus iškrovimo – jis automatiškai atsijungs pasiekus kritinį akumuliatorių iškrovos lygi.
- Energiją taupyti padeda apšvietimui naudojamos LED juostos, kurios yra tiesiogiai maitinamos iš akumuliatorių.
- „BP-65“ įrenginys skirtas DC apkrovų atjungimui, jei bus pasiekta kritinė akumuliatorių įtampa.
- „CHR0006“ – tai mažas keitiklis su USB-A ir USB-C jungtimis, skirtas įvairiai įrangai įkrauti ir pamaitinti.
- „DDR-120A-12“ – DC/DC keitiklis, stabilizuoja išėjimo įtampą, kuria yra maitinama apšvietimo sistema (akumuliatoriaus įtampa keičiasi priklausomai nuo iškrovimo lygio, nenaudojant šio keitiklio kistų apšvietimo intensyvumas). Norint naudoti 24 V akumuliatorių bateriją, apšvietimo įtampos stabilizavimui reiktų naudoti „DDR-120B-24“ ir apšvietimui naudoti 24 V LED juosteles. LEMONA electronics specialistai pataria rinktis tas LED juostas, kurios iš 1 W energijos generuoja didžiausią šviesos srautą, o šviesos atspalvį – pagal poreikį: 3000 K tiks jaukiam pasibuvimui, 4000 K – darbo aplinkai.
Sodo namelio sistema su Cerbo GX ryšio centru
Montuojant sistemą pirmiausia prie „MPPT-100/30“ įkrovimo valdiklio turi būti prijungtas akumuliatorius ir tik po to saulės modulis. Atjungiant, pirmiausia atjungiamas saulės modulis, po to – akumuliatorius. Sodo namelyje aplinka dažniausiai būna drėgna, todėl išėjimo (230 VAC) grandyje patartina įsirengti srovės nuotėkio rėlę, o inverterį – įžeminti.
Žemiau esančioje 7-oje schemoje pavaizduota sistema su „Cerbo GX“ ryšio centru. Tai yra esminis skirtumas nuo 4-oje schemoje pavaizduotos sistemos. Taip pat šioje schemoje numatytas šviesos pritemdymas per LED valdiklį „SR-2501NS“.
Schema Nr.7. Autonominė energijos sistema 3000 VA, 2400 Wh.
Nuotoliniam sistemos stebėjimui būtinas internetas. Ryšio palaikymui LEMONA electronics specialistai siūlo naudoti mobilaus ryšio maršrutizatorių „RUT-241“. Jis yra parankus tuo, kad gali būti maitinamas plačiame įtampų diapazone. Maršrutizatoriaus maitinimą per 1 A saugiklį galima tiesiogiai prijungti prie maitinimo magistralės „VBB115060020“, tik labai svarbu nesumaišyti prijungimo poliarumo. Maršrutizatorius ir „Cerbo GX“ įrenginys jungiamas tiesiogiai prie akumuliatorių (po šunto) tam, kad net kritiniu akumuliatorių iškrovimo atveju sistema gebėtų pateikti informaciją apie savo stovį ir išliktų valdoma. Stabiliam ryšiui ir mažesniam energijos naudojimui pasiekti, patartina naudoti GSM kryptinę anteną „A7041“. Papildomas ekranas gali būti jungiamas prie „Cerbo GX“, tačiau nėra būtinas, jei bus patogu viską stebėti mobilaus telefono ekrane per programėlę. Prie „Cerbo GX“ įrenginio taip pat galima prisijungti per Bluetooth ryšį. Turint GSM ryšio modemą galima išnaudoti VICTRON ENERGY „VRM“ platformą ir stebėti bei valdyti namelio energetinę sistemą iš bet kurios pasaulio vietos, jei tik ten yra internetas. Daugiau informacijos apie „VRM“: https://www.victronenergy.com/panel-systems-remote-monitoring/vrm.
Turint interneto ryšį, net ir be didelių išlaidų galima automatizuoti savo sodo namelį, įsirengti automatinę laistymo ar apsaugos sistemą. Pasirinkti reikia tokius komponentus, kurie bus naudingiausi ir atitiks asmeninius poreikius.
Pav. Nr. 9. Apsaugos ir laistymo komponentai sodo nameliui.
9-ame pav. pavaizduota schema atspindi keletą esminių komponentų, kurių reikia tipinių užduočių sode vykdymui. Sistemos esminis komponentas yra TUYA sąsaja (angl. gateway) „GW16-BLUE“. Prie šio įrenginio siejami visi kiti komponentai. Tarp komponentų nėra tiesioginio vielinio ryšio: tarpusavyje komponentai komunikuoja per radijo bangas (šiuo atveju panaudotas saugus Zig-Bee ryšio protokolas). Be to, įrenginiai vienas kitam retransliuoja pranešimus, taip padidinamas ryšio nuotolis ir patikimumas.
Viršutinėje paveikslėlio dalyje pavaizduota stebėjimo sistemos dalis:
- „NOUS-E3“ siunčia signalą, jei tarp daviklio ir pagrindinio bloko padidinamas atstumas – tinka durų, langų apsaugai;
- dviejų tipų PIR judesio davikliai – skirti patalpų aplinkai saugoti;
- stebėjimo kamera, kuri gali būti montuojame lauke, palaiko dvipusį balso ryšį. Ryšio pagalba galima gauti pranešimus apie įsibrovimus bei stebėti aplinką per kamerą.
Antroje paveikslėlio dalyje pavaizduoti komponentai, skirti laistymo automatizavimui bei kitos technikos valdymui:
- „R7060“ – ventilis su pavara, kurios pagalba galima automatiškai arba rankiniu būdu atidaryti vandens sklendę: taip galima iš anksto pasipildyti rezervuarą vandens ir panaudoti tarpiniams laistymams (rezervuarą papildyti galima ir nuo stogo nutekančiu vandeniu). Automatiniu būdu laistymą galima organizuoti per drėgmės daviklį: pasiekus tam tikrą kritinę dirvožemio drėgmę, per dirvožemio drėgmės daviklį „BSS-YC-STH-A-EN“ arba per aplinkos drėgmės daviklį „NOUS-E5“. Norėdami paleisti kitus įrenginius, prijungiamus prie elektros energijos – per valdomą jungiklį „NOUS-B2Z“ (turint vandens telkinį, galima įjungti vandens siurblį ir pripildyti vandens rezervuarą).
Tai tik keletas nesudėtingų sprendimų, kuriuos paprastai nebrangiai gali įsidiegti savo namuose ar sode. Jei reikia kitokio sprendimo, LEMONA electronics specialistai yra visuomet pasiruošę rasti geriausią sprendimą, atitinkantį kiekvieno asmeninius poreikius.
Patarimai montuojantiems savo elektros tiekimo sistemą:
- Švino–rūgštiniai akumuliatoriai tarnaus trumpiau, jei bus reguliariai giliai iškraunami.
- Ne sezono metu, jei nereikia maitinti apsaugos ar stebėjimo sistemos, akumuliatorius reikėtų pilnai įkrauti ir atjungus bet kokias apkrovas laikyti ne žemesnėje nei 0 °C, bet ne aukštesnėje nei +20 °C temperatūroje.
- Rekomenduojama tvarka instaliuojant sistemą: pirmiausiai prie įkrovimo valdiklio prijungiamas akumuliatorius, o tik po to – saulės moduliai. Išmontuojant tvarka yra atvirkštinė: pirmiausiai atjungti saulės modulius, o po to – akumuliatorių.
- Vienas iš svarbiausių saugumo reikalavimų montuojant sistemas – naudoti tinkamo diametro kabelius akumuliatorių prijungimui. Taip pat rekomenduojama naudoti kaip galima trumpesnius kabelius. 2-oje schemoje pavaizduotai elektros sistemai montuoti turi būti naudojami ne mažesnio kaip 10 mm² skerspjūvio kabeliai, o 3-oje schemoje – ne mažiau kaip 35 mm².
- Siekiant sumažinti žaibo iškrovų poveikį reikia įžeminti saulės modulių rėmelius.
Kaip visada, turinčius daugiau klausimų ar norinčius gauti specialisto konsultaciją, kviečiame susisiekti ir LEMONA electronics specialistai padės rasti tinkamiausią sprendimą tavo projektui.