Verkkojärjestelmät

Sähköverkkoon syöttävät aurinkosähköjärjestelmät

Tänään se on totta että pientuotanto / hajautettu energian hyödyntäminen on jo kannattava investointi pitkällä aikajänteellä. Menossa alkaa olla todellinen buumi ja siksi on syytä  tarkastella asiaa eri vaihtoehtojen valossa.

                             

Aurinkoenergian satavuus vuositasolla

Jos käytämme vertauksena kevätpäivän tasausta silloin alkaa auringon paistekulma on jo riittävän korkealla ja taas syypäivän tasauksen saapuessa painuu taas alhaiselle tasolle. Tällä aikavälillä voimme tehokkaasti hyödyntää aurinkoenergiaa ja olemme hyvin pitkälti riippuvasia jakavan yhtiön energian varassa.

 

Aurinkoenergian saatavuus alueittain vaihtelee ja myös eroavaisuuksia voi syntyä vesistöjen läheisyyteen pilvimuodostumien vuoksi. Jos otamme ns. nyrkkisäännön että jokainen paneelin nimellistehon mukainen watti tuottaa vuositasolla = 1 kWh energiaa. pohjois - suomessa hiukan vähemmän kuten yllä olevasta taulukosta käy ilmi. Jos olemme asentaneet 3.5 kW järjestelmän käyttöön keski - suomessa on oletettavaa että sen vuosituonta 3,5 kW = 3500 W = 3500 kWh / vuosi huomaa on aurinkopaneelien tuottama energia määrä vuositasolla karkeasti.

Päivittäinen energian saatavuus

     

Nyt ja tulevaisuudessa sääolosuhteet vaihtelevat ilmaston muutoksen myötä ja samoin myös auringon säteilymäärät. Jos käytämme lähtökohtana edelleen 3,5 kW järjestelmää saattaa parhaan paistepäivän tuotto olla jopa noin 24,5 kWh / vrk ja alhaisen paistepäivän tuotto noin 7,0 kWh / vrk. Lähestymme mielenkiintoista lähtökohtaa järjestelmän suunnittelua ja toteutusta kun päivittäin vaihtelu on suuri. Miten toteutamme energiatehokkaan aurinkojärjestelmän joka syöttää käytettävissä olevan energian sähköverkkoon.

Valmiin järjestelmän hankinta

Tämän hetken lähtökohdat verkkoon syöttävälle järjestelmälle ovat seuraavat: Energian omavaraisuus on tasolla ja tuontienergian osuus on noin viidennes. Energiavaje on myös mahdollistanut sen ihmeen että jakavat energiayhtiöt ovat valmiita ostamaan pientuotannonylijäämä energian. Näin ollen pienimuotoinen energiantuotanto on jo kannattavaa pitkällä aikajaksolla tämän hetkisten tukimuotojen ansiosta. Tämä on synnyttänyt ns. energiabuumin maahamme ja merkittävän poliittisen vaalikeskustelun aiheen.

Alla karkea laskelma miten järjestelmä toimii muuttuvissa olosuhteissa jos vertaamme sitä järjestelmän käyttöastetta. Käyttöaste kuinka energia jakaantuu omaan käyttöön ja mikä osuus menee jakavan verkkoyhtiön käyttöön. Takaisinmaksuaika voi muuttua melkoisesti jos järjestelmän käyttöaste 50 % oma käyttö ylimäärä 50 % myydään ulos. Laskelman lähtökohdat sähkön hinta 12 senttiä kWh ja verkkoon menevän sähkön hinta 5 senttiä kWh.  Laskelmassa voitaisiin ennakoida tuleva hinnan %  nousu samalla aikajaksolla. Mutta toinen juttu on huomaa paneelin vanheneminen on varmaan lineaarisessa suhteessa energian hinnan nousu ja paneelitehon laskee samassa suhteessa.

Laitteiden hintataso on noin asenettuna ja siihen saatu 30 % avustus. Tärkeintä on huomata miten takaisinmaksu aika voi vaihdella eri käyttöasteila toimivissa järjestelmissä. 

  kytkentä              nimellisteho        hankintahinta        tuotto € vuosi     käyttöaste           takaisinmaksu aika

1 - vaihe 250 Wp 915,00 30,00 100 % 30,5 vuotta
1 - vaihe 1250 Wp 2970,00 150,00 100 % 19,8 vuotta
3 - vaihe 3500 Wp 6359,00 420,00 100 % 15,1 vuotta
1 - vaihe 250 WP 915,00 30,00 100 % 30,5 vuotta
1 - vaihe 1250 Wp 2970,00 123,75 70 /30 % 24,0 vuotta
3 - vaihe 3500 Wp 6359,00 346,50 70 / 30 % 18,3 vuotta
3 - vaihe 750 Wp 1920,00 90,00 100 %  *) 21,3 vuotta
1 - vaihe 1250 Wp 2970,00 106,25 50 /  50 % 27,9 vuotta
3 - vaihe 3500 Wp 6359,00 297,50 55 / 50 % 21,5 vuotta

* )  kyseessä micro invertteri joita kytketty jokaiseen vaiheeseen 1 kpl  /  250 Wp  aurinkopaneeli - voi herättää pientä mietintää mikä on pienen kotitalouden todellinen enegian tarve, kun ylimääräisen energian myyntihinta on tällä hetkellä erittäin alhainen. 

Uusituvan energian tuotantoon aluksi micro invertterillä

               

Sunny Boy micro 240 invertteri

Oma energialaitos nyt käytössä: Perustelut miksi pienellä microinvertterillä liikkeelle ?

Omakotitalo jossa suurin sähkönsyöjä suora sähkölämmitys, tosin sen tukena vanha kunnon tiiliuuni. Käytössä myös ilmalämpöpumppu, jolla myös osittain tuotetaan osa energiasta talvella lämmöksi kesällä viilennykseen. Vuosittainen kulutus  noin 10,000 - 12,000 kWh.

Tuote tutuksi ennen markkinointia

Micro inverttri on esim. USA.ssa saanut melkoisen jalansijan kun puhutaan verkkoon syöttävät järjestelmät pientuotannossa. Sen on ehdoton  etu kun puhutaan" täsmä syöttöstä"  ns. kuluttavaan sulakeryhmään. Pienimuotoisissa järjestelmissä tällä voidaan siis ohjata energia oikeaan sulakeryhmään tarkasti ja tehokkaasti sen tarpeen mukaan.

Testaus aloitettu laite asennettuna 01.02.2015  melko pilvinen päivä, lunta ja räntää taivaan täydeltä. Kelistä huolimatta mittauksissa voitiin todeta että järjestelmä toimii olemattomalla teholla  noin 7 - 10 W / h paneelin tehollinen jännite vaihteli  noin 34 - 35 V  tasolla ja virta 0,25 -0.35  A

13.02.2015 pakkasaamu  - 5 C kirkas auringon paiste. Odotettavissa oleva tapahtuma invertterin jännitevahti katkaissut paneelisyötön "häiriössä". Aivan oikein paneelilta tuleva jännite  44,4 V ja ohjekirja  sallii 45 V maksimi jännitteen  ja toiminta - alueen jännite  40 V. Asia oli tiedossa kun asennettiin aurinkopaneeli jonka maksimijännite 45,2 V.  Paljon puhuttujen ns.  jännitehäviöistä ei ollut apua matkaa paneelin  ja invertterin välillä  noin 20 m  ja  kaapelin vahvuus 2,5 mm² ? Seuraavaksi asennetaan käyttöön 250 Wp Glas / Glas Vision jossa jännitealueet kohdallaan.

14.02.2015 Glas / Gals Visio 250 Wp paneeli asenettuna räntää ja vettä riitävästi joten turha tehä mittauksia.

15.02.2015 Raikas pakkasaamu mittari lukemissa 15 C° pientä yläpilveä, Mittaustulosten aloitus aamupäivä klo 10.00 nyt aurinko saavuttanut joko riittävän korkeuden, mutta olosuhteen ei parhaat mittauksille. Naapurin puusto esteenä ja paneeli toimii ns. hajasäteilyn teholla. Paneeli asennettu noin  80 ° kulmaan

  •  klo    10,00
  • Tehollinenjännite   33,3 V      paneelin pinta pakkasen jälkeen huurassa 
  • Tehollinenvirta       0,93 A
  •   klo 12,00
  • Tehollinenjännite   32.2 V     paneelin pinta sulanut vesipisaroilla ja osittain jäinen
  • Tehollinenvirta         4,54 A
  • Klo   14,00
  • Tehollinenjännite     29,4 V      paneeliin suora säteily   pinta kuiva
  • Tehollinenvirta          7,91 A
  • klo   15,00
  • Tehollinenjännite      29,1 V     paneeliin  suuntautuva säteily sektori noin 20° kulma
  • Tehollinenvirta          6,40 A

Aurinkopaneelin tekniset tiedot ja rakenne Glas / Glas Vision monikide

  • Nimellisteho 250 Wp
  • Tyhjäkäykti jännite       37,6 V
  • Tehollinen jännite        29,7 V
  • Oikosulkuvirta                8,9 A
  • Tehollinenvirta               8,4 A
  • Mitat      1677 x 990 x 40 mm

Seuraava testi kun saamme vasenettua niin tietoa tietokoneelta, mutta alustavat tulokset tosi lupaavia

           

Kyseessä on niin sanottu tutustuminen tuotteeseen ja toimintaan josta alustava kuva omasta asennuksesta. sen tärkeimmät lähtökohdat alkuun:  

  1. Aurinkopaneeli nyt alkuun Suntech 190 W jolla saadaan tekniikka haltuun, suositus 250 Glas /Gals Paneeli asennettu maastoon VAP telineeseen josta syöttö maakaapelilla sisätiloihin.
  2. Turvakytkin jolla voidaan paneelin syöttö katkaista vaaratilanteissa pois esim. ( tulipalo )
  3. Liittimet jossa maakaapeli ja invertterin johtimet liitetään invertterille sopivaksi
  4. Invertteri Sunny Boy 240
  5. Kytkentäjohto invertteriltä  Sunny Multigatelle
  6. Sulakkeet ennen Multigatea lähinnä siksi kun teemme mittauksia ja muutoksia on helppo kytkeä järjestelmä irti verkosta ja invertteristä
  7. Multikagate johon voi liittää 1 - 12 kpl aurinkopaneelia ja siihen on liitettävissä myös tietokone seuranta.
  8. Suojasulakkeet  enen verkkoa taas mittaustoimintojen takia helppo seurata ja tehdä muutoksia.
  9. Ryhmäkeskus jossa sulakkeet joihon invertteri / multigaten kautta syttö menee.
  10. Järjestelmän maadoitus eli potenttiaali piste, menee maakaapelin kautta paneelille.

                      

Oma varautuminen sähkökatkoksiin

Tällä hetkellä on käytössä myös 12 V akun kautta toimiva ulkovalaistus jota ohjataan SunLaihg säätimellä. Valaistuksen aika on määriteltävissä: kun lataus päättyy ulkovalaistus kytkeytyy päälle ja voit kellolla määritellä aikajaksot. Jos tulee sähkökatkos niin ulkovalaistus toimii ja akusta  invertterin kautta voidaan turvata kylmälaitteiden häiriötön toiminta.

 Mitä tulee huomioida asennusvaiheessa

 Tässä tulee merkittävä ero joka on monelle tuntematon tekijä. jos valtakunnan verkossa tapahtuu katkos niin samalla verkko invertteri lopettaa toiminnan. Toinen asia kun auringonpaiste päätyy, myös verkko invertterin toiminta lakkaa. Verkko invertterille on myös ominaista millä jännitteellä järjestelmä käynnistyy. Olen itse nimennyt sen kynnysjännitteeksi kun paneelilta tuleva jännite ylittä määrätyn tason järjestelmä käynnistyy. Kaamosaikaan saattaa olla aikajaksoja jolloin isommat järjestelmät eivät käynnisty lainkaan jos paneelit sattuvat vielä olemaan  lumipeitteen alla. ( Sunny Boy 240 minimijännite 23 V) Tosin kaamosaikaan säteilymäärät ovat pieniä joten  vuotuiseen kokonaistuottoon  sen vaikutus  on noin 5 - 10 % rakenteesta ja  alueellisesta  paikasta  riippuen. Tässä huomaamme että tuotto ja kulutus eivät kohtaa toisiaan.  Nyt herää  ajatus paneelin sijoittaminen ja  oikea asennustapa . Voidaanko  edes kevättalvella saavuttaa lisätehoa kun auringon säteilykulma  on erittäin alhainen alle valon taittokulman. Moniko  järjestelmä toimii ns. hajasäteilyn  tuottoarvoilla vielä helmi – maaliskuussa.

                         

Muuttuvat sää olosuhteet

Erittäin tuttu tilanne noin kolmen vuoden ajalta kun on ollut ns. muuttuvat olosuhteet, alijäähtynyttä vettä sitten päälle räntää ja lunta. Mikä on tilanne jos paneelit ovat katolla ja katon kallistuskulma alhainen ?