12V mot 24V?

[torpjens]

Hej!


Har börjat fundera på vindkraft och/eller solkraft för ett litet eget elsystem för främst LED-lampor, liten vattenpump, radio, bärbar dator, mobil och kanske några fler småsaker.


Min första tanke har varit att planera en 12V-anläggning eftersom det finns mycket 12V-grejer på marknaden som laddare för mobiler, datorer m.m. De batterier som är lättast (och därmed billigast (?)) att få tag i är också 12V. Men så har jag sett att det är många vindkraftverk och solpaneler som levererar dryga 24V.


Nu undrar jag över varför man väljer 24V i stället för 12V (förutom det uppenbara med klenare kablar, lägre strömmar och allt gott det för med sig) och om det fungerar bra att ha en 12V anläggning trots att kraftverket/solpanelen är 24V? Jag tänker mig att det blir massa trassel med laddregulatorer och annat eller klarar modern elektronik att fixa det utan några extra förluster?


Kort sagt: Varför välja 24V istället för 12V när man planerar en liten elanläggning?


Vänligen
Jens

[sɹǝpuɐ]

Den effekt du får ut av elektricitet beror dels på strömstyrkan och dels på spänningen. P=UI.

Det innebär att om du har 12 volt så måste du ha högre strömstyrka, och därmed grövre och kortare kablar. I annat fall förlorar du för mycket effekt i form av förluster i kablar. Med 24 volt kan du använda klenare och längre kablar. Eller lika grova och slippa så stora förluster.

Om du bara skall ha korta kablar för en vagn eller liknande, och inte plocka ut så mycket effekt, har det inte så stor betydelse. Om det är ett helt hus, eller långa kablar, så kan 12 volt bli problem. Då är 24 eller 48 volt bättre. Det kan till och med bli bäst att omvandla till 230 volt växelspänning. Då kan man använda vanliga klena 2,5 1,5 mm2 nätkablar.

På laddsidan har man normalt någon form av laddningsregulator. De bästa är av typen MPPT, de kan ta emot kanske120-48 volt från seriekopplade solceller, och omvandlar det till 12 eller 24 volt för laddning, med lite ytterligare finlir för att optimera laddningen. Det innebär att man kan ha solceller uppe på taket, eller ett vindkraftverk på en hög mast, och batterierna ganska långt därifrån nere på marken eller i en källare.

Med en bra laddningsregulator som kan ta emot ett stort omfång spänning kan man utnyttja låg uteffekt från exempelvis solpaneler, och få lite laddning även om det inte är solljus, eller om en del av en solcell är skuggad.

Här kan du räkna på kabelareor och förluster: http://24volt.eu/kalkyl_kabelarea.php

Där finns en massa annat intressant också.

[Huggorm]

Om du bara skall ha korta kablar för en vagn eller liknande har det inte så stor betydelse, men om det är ett helt hus så kan det bli problem. Det kan till och med bli bäst att omvandla till 230 volt växelspänning. Då kan man använda vanliga klena 2,5 mm2 nätkablar.

Eller 1,5mm2, det är vanligare. Och ett stort problem med att använda 12V i ett hus är att det krävs rätt grova kablar för att garantera att säkringen verkligen går vid en kortslutning i ett rum långt bort. Man vill ju inte ha varmgång i kablarna där de går inne i väggarna 

[torbjorn]

Eller 1,5mm2, det är vanligare. Och ett stort problem med att använda 12V i ett hus är att det krävs rätt grova kablar för att garantera att säkringen verkligen går vid en kortslutning i ett rum långt bort. Man vill ju inte ha varmgång i kablarna där de går inne i väggarna 

En bra tumregel är att se till att kortslutningsströmmen är så hög i förhållande till vad säkringarna håller för, att säkringarna säkert löser ut inom 5 sekunder (helst 2 sekunder) vid en stum kortslutning längst bort i installationen. I databladen för säkringar finns smälttiddiagram där man kan se hur hög ström som behövs för en viss utlösningstid, sedan är det lätt att räkna ut vad det innebär att man kan tillåta för resistans från energikällan (batteri, generator, solcellsregulator etc) till felstället.

[torpjens]

Hej!

Jo, jag är medveten om spänningsfall men med låg last får man låg ström och små förluster (spänningsfallet U = roten ur (P*R)) så om vi antar 20 W (12V & 1,7A) och 30 m 4 mm2 kabel blir spänningsfallet bara 0,5 V och effektförlusten 0,9 W. (Enkel beräkningshjälp här.)

Det jag undrar är om det finns andra fördelar med 24V och om de uppväger fördelarna med 12 V? Har du någon uppfattning om förlusterna om man ska omvandla från 12/24 V till 230 och sedan tillbaka till 12 V för t.ex. LEDar och bärbar dator jämfört med om man kör 12 V hela vägen?

Vänligen
Jens

Edit: Oj, det hade tillkommit massa info medan jag satt och knåpade så mitt svar känns lite irrelevant.  

[sɹǝpuɐ]

Nej, inte för en liten anläggning och kortare avstånd. 12 volt är enklast och smidigast. På laddsidan, om man har en bra laddningsregulator, är det bättre med högre spänning.

[torpjens]

Ok, så det ställer inte till något att ha 24 V paneler och 24 V vindkraft för att ladda 12 V batterier då?


Vänligen
Jens

[sɹǝpuɐ]

Det förutsätter att du köper en laddningsregulator som kan hantera det. Då är det bara fördelar. Regulatorn omvandlar till optimal spänning för laddning. I annat fall förorsakar det mycket stora problem.

För solceller finns det många bra laddningsregulatorer som kan hantera detta, jag vet inte hur det är för vindkraft.

[torbjorn]

En sak att tänka på är att om man använder blybatterier så bör man undvika att parallellkoppla dem. Ska man ha högre batterikapacitet än man kan få i ett "block" är det alltså bättre att t ex seriekoppla två 12 V-batterier till 24 V än att parallellkoppla dem och fortsätta med 12 V.
Anledningen till detta är att om en cell i ett blybatteri får kortslutning så kommer det felaktiga batteriet att sänka spänningen i hela systemet, och har man då ett annat batteri parallellt blir även det urladdat och förstörs ganska snart om ingen kompetent person snabbt är framme och gör något åt saken.

Växelriktare, switchade spänningsomvandlare och sånt brukar bli bättre om de konstrueras för 24 V än för 12 V. Såväl beträffande verkningsgrad som tillförlitlighet och livslängd.

[torpjens]

Hej!


Anders: Varför kan man inte använda en solcellsladdare för vindkraftverket? För stora strömmar från vindkraften gissar jag, korrekt?

Växelriktare, switchade spänningsomvandlare och sånt brukar bli bättre om de konstrueras för 24 V än för 12 V. Såväl beträffande verkningsgrad som tillförlitlighet och livslängd.

Ursäkta att jag är lite trög men... Syftar du då på 24V drivspänning eller 24V laddspänning? F.ö. intressant om det med parallellkopplade batterier, hade jag inte tänkt på.


Hur lämpligt är det i så fall att ladda två seriekopplade batterier med 24 V och sedan ladda ur dem ett i taget för att få 12 V till elsystemet?


Eller kan man göra det lätt för sig genom att hitta massa 24 V-grejer? Var? Alla mest vanligt förekommande prylar är för 12 V.


Vänligen
Jens

[sɹǝpuɐ]

En regulator för solceller respektive vindkraft fungerar helt olika i samband med att batterierna börjar bli fulla. En solregulator kan då bara stänga ner, medan det är då en vindregulator börjar arbeta på allvar. För att vindturbinen inte skall skena och blåsa sönder så måste strömmen kortslutas över en last. Då bromsas turbinen. Lasten kan vara en elpatron i en varmvattenberedare eller ett luftkylt shuntmotstånd.

http://24volt.eu/shuntregulatorer.php

[torbjorn]

Ursäkta att jag är lite trög men... Syftar du då på 24V drivspänning eller 24V laddspänning? F.ö. intressant om det med parallellkopplade batterier, hade jag inte tänkt på.

Jag tänkte på 24 V som inkommande spänning till växelriktare och liknande. Riktigt små enheter, storleksordning 100 W eller mindre, blir dock bra även för så låg spänning som 12 V.

Hur lämpligt är det i så fall att ladda två seriekopplade batterier med 24 V och sedan ladda ur dem ett i taget för att få 12 V till elsystemet?

Det blir ju ganska opraktiskt att koppla om i systemet mellan laddning och urladdning. En möjlighet skulle förstås kunna vara att göra ett treledarsystem - 24 V med jordad mittpunkt så att man så att säga har två 12 V-system. Men då måste man hela tiden övervaka att man tar ut lika mycket energi från båda halvorna av systemet, så att de två batterierna håller samma laddningstillstånd. Det blir förresten precis samma lösning som användes för ca 100 år sedan då många stadselverk arbetade med treledarsystem för likström, då vanligtvis 2 x 110 eller 2 x 220 V.

Eller kan man göra det lätt för sig genom att hitta massa 24 V-grejer? Var? Alla mest vanligt förekommande prylar är för 12 V.


Vänligen
Jens

Alla prylar som används i samband med tunga fordon (lastbilar, bussar osv) är ju avsedda för 24 V. Det finns också ett ganska stort utbud av likströmsutrustning för ännu högre spänningar om man vill det. 48 V är vanligt inom t ex telekommunikation och järnvägsfordon, och olika spänningar från 48 till 120 V används t ex i eltruckar.
Det finns ju också switchade spänningsomvandlare från t ex 24 till 12 V som man kan använda lokalt för de prylar som överhuvudtaget inte går att få tag i för annat än 12 V.

De flesta laptop- och mobiltelefonladdare för bilbruk brukar klara både 12 och 24 V in. Det går att köpa nätdelar till stationära PC som klarar 48-120 V, kanske även ner till 24 V.

[torpjens]

Så, om jag sammanfattar ovanstående för att se om jag förstått rätt är det ungefär såhär:


1) Det är bättre med 24 V pga ledningsdimensioner, förluster etc.
2) Det finns gott om 24 V-grejer att köpa.
3) Det är inga problem att ladda 12 V-batterier och ha ett 12 V-system trots att solcell/vindkraft ger 24 V för det fixar regulatorn.


Rätt uppfattat av mig?


Om jag nu tänker mig att köpa ett litet vindkraftverk (nominellt 1 kW) och lite solceller (nominellt 1 kW) finns det då något som talar emot att köpa 24 V-grejer?


Var på clas ohlson idag och tittade lite på LED-lampor. Väldigt många är gjorda för 12 V så det verkar ju ändå lättare att få tag i 12 V-prylar. Med stor tillverkning brukar priserna också bli bra så trots 24 V-anläggningens fördelar är jag ändå lite sugen på att köra 12 V. Går det i det läget att ha elgenereringen med 24 V och systemet med 12 V vore det väldigt bra för ledningarna från elgenereringen riskerar ju att både bli långa och behöva ta hand om stora strömmar - åtminstone med 12 V.


Vänligen
Jens

[Tickelitack]

Två st 12 V LED i serie matas om jag minns rätt med 24 V.  Jag blir nog rättad om det var fel.

[sydtobak]

Ok, så det ställer inte till något att ha 24 V paneler och 24 V vindkraft för att ladda 12 V batterier då?


Vänligen
Jens

Nej, har du en solpanel som levererar 24V så måste du ha batterier på 24V också. Men det är inget problem, bara att koppla två 12V batterier i serie.

[sɹǝpuɐ]

Rätt uppfattat av mig?

Ja.

Om jag nu tänker mig att köpa ett litet vindkraftverk (nominellt 1 kW) och lite solceller (nominellt 1 kW) finns det då något som talar emot att köpa 24 V-grejer?

Det du bör kolla upp först är hur du skall göra med laddregulatorer. Leta upp den/de regulator-er du tänker använda. Att blanda vind och sol och få bra effektivitet samtidigt för båda är inte helt lätt. Jag har inte hittat någon riktigt bra lösning iaf. Det blir kompromisser. Fundera även på vad du skall göra av överskott på el när batteribanken är full. Skall du har 1KW vind och 1KW sol så skulle du kanske överväga 48 volt?

Med en bra laddningsregulator så kan du ha (bör du ha) mycket högre spänning på inkommande el, jämfört med vad du har i batteribanken. Laddningsregulatorn känner av batterispänningen och omvandlar till optimal spänning för laddning. Men det förutsätter att du väljer en regulator som klarar av detta! Fördelen blir att solcellerna kan arbeta över ett större omfång och du tappar inte effekt på grund av att batteribanken drar ner spänningen.

Till LED-lampor använder du sedan en DC/DC spänningsomvandlare så att du får 12 Volt, eller vad du nu behöver. LED-lampor drar rätt lite ström, så kanske det räcker med en spänningsomvandlare till alla om du inte har för långa kablar.

Här hittar du några exempel på hur man kan koppla: http://24volt.eu/produkter_installation_vindkraftverk.php

Men, som sagt, inget av exemplen är riktigt optimalt. Ett alternativ kan vara att ha två helt separata system, med varsin batteribank. Men det har ju sina nackdelar det med. http://24volt.eu/el_dubblasystem.php

[Skytten]

Koppar är dyrt, gå på 24 till 48.  Det behövs inga avstånd för att en 12 v-kabel måste bli armgrov.

[torpjens]

    Jag kommer att tänka på vad hustrun brukar säga: Tycker du det verkar enkelt? Vänta så ska jag förklara detaljerna... 

Edit: Jag är inte hemma på "moderna" spänningsomvandlare utan lever i tron att varje spänningsomvandling antingen kräver växelspänning, eller har höga förluster eller är dyr. Finns det av idag alltså möjlighet att omvandla DC->DC med låga förluster och till ett rimligt pris? (Rimligt pris = max 5 kr per watt)

/Jens

[sɹǝpuɐ]

Här är ett exempel på en switchande DC/DC-omvandlare. Ca 85% verkningsgrad.

http://www.conrad.se/SP%c4NNINGSOMVANDLARE-24%2f12V%2d40A.htm?websale7=conrad-swe&pi=511533&ireusocl=1

VOLTCRAFT SDC-245

Det är naturligtvis bäst om du ser till att inte behöva en DC/DC omvandlare.

[take]

Ska du ändå omvandla spänning så gå till 240V DC, allting som går på 240V DC är massproducerat, billig och energiklassat. Ett 12/24V lastbilskylskåp brukar dra mera ström än en fullhöjds A++kyl på 240V. Förlusterna i omvandlingen ligger under 5%.