Sådan fungerer et solcelleanlæg

Et solcelleanlæg er opbygget af få enheder, derfor har anlægget en høj driftsikkerhed.


Solcellepanelerne (1)

Et solcellemodul består af en samling glasagtige plader, der er opbygget af silicium-lag med hhv. positiv og negativ ladning. Disse plader kaldes solceller eller fotovoltaiske celler
(foto = lys og voltaisk = elproducerende).Når sollyset opfanges af solcellemodulerne, produceres jævnstrøm, hvis styrke afhænger af størrelsen på solcellemodulet og sollysets intensitet. Strømmen ledes via laderegulatoren til batteribanken eller direkte til forbrug. Den elektricitet, der ikke forbruges direkte lagres i batterierne og kan anvendes, når der er behov for det.

Solcelleanlægget kan udstyres med en vekselretter, der omdanner jævnstrøm fra solcellerne til f.eks. 220 Volt vekselstrøm. De nuværende vekselrettere giver dog et energitab på ca. 10%

Laderegulatoren (2)
Laderegulatoren er solcelleanlæggets styresystem, og har til opgave at:

  • sikre batteribanken mod overbelastning ved for kraftig opladning eller afladning
  • sikre en optimal indladningsstrøm
  • administrere de enkelte forbrugs- og indladningsstrømme
Batteribanken (3)
Batteribanken skal sikre optimal udnyttelse af den producerede strøm, ved at

  • oplade selv små strømme
  • tåle mange op- og afladninger
  • tåle frost
  • have lille selvafladning

Batteriet er det følsomme element i anlægget, og fås normalt i 3 typer:

• Alm. Solar fritidsbatterier der har en estimeret levetid 300 Cykles (ca. 2,5 – 3 år)
• Solar Gel batterier er fulsstændige vedligeholdelses frie og har en estimeret levetid på 500 cykles (ca. 5 år). Disse batterier er de eneste godkendte batterier til luftfragt og anvendes bla. på både og i køretøjer med meget variende hældninger.
• Solar rørplade batterier som har en estimeret levetid på 1000-1200 cykles (ca. 10 år). Normalt har disse batterier tjent sig hjem efter 5 år. i forhold til alm. Solar fritidsbatterier.

Batteribanken
Batterierne dimensioneres normalt til at lagre en ekstra uges forbrug, for således at have elektricitet til at dække
spidsbelastninger og en eventuel regnvejrsperiode på op til 7 dage. Dette kaldes batteribankens back-up periode.
Batteribanken må ikke aflades helt, da det vil medføre en kraftig reduktion af batteriernes levetid.Man må derfor kalkulere med en overskudskapacitet (restkapacitet) på 30%. Batteribankens størrelse beregnes således:Døgnforbrug x back-up periode : spænding x restkapacitetsfaktor = Batteristørrelse139 (Watt) x 7 (døgn) : 12 (Volt) x 1,3 = 105 Ampere-timerEt 12 Volts batteri med en kapacitet på 105 At (Ampere-timer) vil være nok til at dække behovet.Vekselretteren omdanner jævnspændingen (12 eller 24 Volt) fra solcelleanlægget til 220 Volt vekselspænding. De
eksisterende vekselrettere har både fordele og ulemper. Fordele: Der kan benyttes almindelige 220 V installationer
(kabler, stik, kontakter o.l.) og der kan benyttes almindeligt 220 V eludstyr. Ulemper: Vekselrettere giver et energitab,
der reducerer anlæggets samlede effekt med ca. 10-20 %.
Laderegulator
Laderegulatoren skal vælges efter optimal sikring mod overlast af batterierne, herefter indladnings ydelse i Ampere
og ønsket forbrug.
Billigere typer er forsynet med primitive ladestyringer og kan i værste fald, reducere levetiden eller direkte ødelægge
batteribanken.
Vekseretter/inverter/omformer fra 12/24 Volt DC til 230 VAC
Princip

Skal anlægget benyttes til almindelige 220V vekselstrømsinstallationer eller tilsluttes elnettet, skal det forsynes med en vekselretter. Vekselretteren omdanner jævnspændingen (12 eller 24 Volt) fra solcelleanlægget til 220 Volt vekselspænding.
De eksisterende vekselrettere har både fordele og ulemper.
Fordele: Der kan benyttes almindelige 220 V installationer (kabler, stik, kontakter o.l.) og der kan benyttes almindeligt 220 V eludstyr.
Ulemper: Vekselrettere giver et energitab, der reducerer anlæggets samlede effekt med ca. 10-20 %

 

Ladetekniker

Temperatur kompensering Batteri Cyklus
Batteri kapacitet Ampere timer Batteri spændinger
Lade tilstanden kan måles ved at måle spændingen eller ved at anvende et hydrometer. Dette vil dog ikke fortælle noget om batteriets mængde af oplagret energi eller kapaciteten i At. For at disse oplysninger kræves en periodisk test med belastning. Nedenstående tabel er for 12 Volt batterier ved 25 grader C og er tilnærmet værdier uden forbrug.Værdierne i tabellen er for batterier der har været uden forbrug (belastning) i nogle timer eller derover. Er batterierne under opladning vil tabelværdierne være højere. Ved 24 volt system ganges værdierne med en faktor to.
Vægtfylde ved +25 Gr. C Hvilespænding 12 Volt batteri Hvilespænding pr. celle Ladningsgradt i %
1,28 12.72 2.12 100%
1,25 12.54 2.09 85%
1,22 12.36 2.06 70%
1,18 12.12 2.02 50%
1,16 12.00 2.00 40%
1,13 11.82 1.97 25%
1,00 11.06 1.84 0%
Temperatur kompensering
Batteri kapaciteten reduceres når temperaturen falder og forøges når temperaturen stiger. Derfor er det nødvendigt at kompensere for temperatur ved dimensioneringer af batteribanker. Standard værdierne for batteri kapaciteter er normalt angivet ved stuetemperatur 25 grader C. Ved ca. -18 grader falder batteri kapaciteten med 50% og ved frysepunktet falder kapaciteten med ca. 15-20%. Ligeledes stiger batteriernes kapacitet ved høje temperaturer.
Ved opladning skal der altså kompenseres for temperatur svingninger. Dansk Solenergi RI’s laderegulatorer er derfor forsynet med to typer sensorer, en intern og en eksternt. I tilfælde af at batterierne ikke er placeret samme sted som laderegulatoren, skal den eksterne monteres direkte på den positive pol, for at kunne måle syre temperaturen. Laderegulatorerne kan præcis beregner de optimale lade niveauer.

Levetid og temperaturer
Batterier der konstant udsættes for kulde får forlænget levetid. Ved ovenstående eksempel på – 20 grader C bliver levetiden forlænget med ca. 50-55%. Ligeledes vil batterier, der konstant udsættes for høje temperaturer få reduceret levetiden. Ved ca. 40-50 grader C reduceres levetiden med op til 50%. Dette forhold er gældende for alle standard syre batterier.
For geografiske områder med meget høje eller lave temperaturer, kan der kompenseres for ovenstående ved at anvende specielle syreblandinger. Ved høje temperaturer laves elektrolytten kraftigere og ved lave temperaturer, skal der anvendes svagere elektrolyt.

Batteri Cyklus
Levetiden for et batteri er defineret som et antal cyklus. En cyklus er, når et batteri er blevet fuldstændigt afladet og opladet igen. En batteri cyklus svarer til en afladning fra 100% til 20% og tilbage til 100%. Som det fremgår af ovenstående, er det vigtig at kende forholdene for opgivet batteri cyklus, da nogle fabrikanter anvender forskellige definitioner for afladnings niveauet, og derfor kan opnå betydelig “højere opladnings cyklus”.
Levetiden for batteriet er meget afhængig af, hvad afladnings niveauet er. Et batteri der aflades daglig til 45% vil leve længere, end et batteri der aflades til 80%.

Batteri spændinger
Standard syre batterier leverer ca. 2.14 volt pr. celle (12.6 til 12.8 for et 12 volt batteri) fuldt opladt. Batterier der er opmagasineret i længere tid vil aflades helt. Dette kaldes selvafladning. Selvafladningen varierer, afhængigt af batteriets alder, type og temperatur, fra 1% til 15% pr. måned. For batteribanker, der kontinuert er tilkoblet et solcelleanlæg eller anden lader, er dette uden betydning, men batterier der delvis opmagasineres nogle få måneder uden en vedligeholdelses strøm, får levetiden reducere kraftigt. Batteriers selvafladnings hastighed forøges ved højere temperaturer.

Kapacitets fejl
Et batteri kan umiddelbart virke som fuldt opladt udfra målinger og alligevel have en betydelig lavere kapacitet end oprindeligt. Dette kan skyldes en række faktorer. Blandt de hyppigste faktorer kan nævnes ødelagte plader (sulfateret) eller plader ætset bort på grund af alder. Dette kan også forekomme for gel batterier, hvis de overlades.

Kapaciteten i Ampera timer (At)
Batteriers kapacitet angives ved At. 1At svarer til, at batteriet leverer 1 Ampere i en time. Har man eksempelvis en forbruger, der anvender 5 Ampere i en halv time bliver forbruget 5 x 0,5 = 2,5 Ampere-timer.
Kapacitet angives med en standard ved 20 timer kapacitet (K20) for solcelleanlæg. K20 svarer den konstante strøm, hvormed batteriet kan aflades i 20 timer, uden at slut spændingen kommer under 1,75 volt pr. celle eller10,5 Volt for et 12 volt batteri.
Grunden til at kapaciteten måles i Ampere timer over en periode skyldes Peukert effekten. Peukert effekten er direkte relateret til den indre modstand i batteriet. Høje modstands størrelser giver større tab ved op- og afladninger specielt ved større strømstyrke. Dette betyder, at jo hurtigere et batteri aflades, jo lavere bliver At kapaciteten og omvendt desto langsommere et batteri aflades desto højere kapacitet. Dette er vigtigt fordi batterier, der anvender K100, 100 timer periode kapacitet umiddelbart ser ud til, at de har en “bedre karakteristik”.

Spænding og strøm – ladning på batterier
De fleste lukkede batterier bør lades med mere end “C/18”. “C/8” batteri altså kapaciteten ved (K20) 20-timer divideret med 8. For et 220 At batteri, svarer det til 26 Ampere. Gel celler skal lades med maks. C/20, eller 5% af deres At kapacitet.
Ved ladning med 15.5 volts vil man kunne oplade batteriet til 100%. Efter at celle spændingen er opnået (2.583 volt pr celle), afbrydes opladningen.
NB. På markedet er der solgt mange laderegulatorer til solcelleanlæg, som ikke sikrer fuldt opladt batteri – se efter specifikationerne først.