Off grid-lösning solceller

[Jollen]

Jag tänker sätta upp en off grid-solcellssystem i min stuga och tar gärna lite input.

Panelen är inköpt (fick den mkt billigt) 320 W, monokrystall, 24 V.

Till det tänker jag Clas Ohlsons batteriregulator 12/24V, med max 10 A och max 50 V spänning.

SMF batteri 80 Ah, 50% DOD, 12 V

Äkta sinus spänningsomvandlare, Tectake, 12 V till 230 V, 1500 W (kortare perioder 3000 W).

Frågan är om det blir problem med att ha 24 V panel då både batteri och spänningsomvandlare är för 12 V, eller löser sig allt tack vare regulatorn?

Hur stora säkringar tror ni skulle vara bäst och var i systemet ska de placeras (Solcell > regulator > batteri > spänningsomvandlare)?

Om det finns någon som har installerat en liknande off grid-lösning så är jag idel öra.

[torbjorn]

Förmodligen har regulatorn en inbyggd DC/DC-omvandlare, så att solcellen belastas till dess optimala arbetspunkt oavsett vad det råkar bli för spänning över den, och så ser regulatorn till att hålla lämplig spänning för batteriet på andra sidan.

Om du tänker utnyttja växelriktaren fullt och ta ut så mycket som 1500 W, så bör du nog ha större batterikapacitet så det inte blir så (förhållandevis) hög urladdningsström, på så sätt ökar batteriets livslängd och du kan få systemet att fungera drägligt även då batteriet börjar vara gammalt och i dåligt skick.
Ännu bättre är det om du går upp till en högre spänningsnivå på likspänningssidan, så blir det också mindre problem med spänningsfall, du klarar dig med mindre kabelareor osv. T ex 48 eller 110 V istället för 12 V.
Ta också en funderare på om du har någon växelströmsdriven utrustning som verkligen kräver ren sinusspänning.  En enklare växelriktare som lämnar trappstegsspänning brukar både ha bättre verkningsgrad och vara billigare, driftsäkrare och lättare att reparera än en sinusväxelriktare för samma effekt.

När det gäller avsäkring av systemet så bör du i första hand följa anvisningar som följer med spänningsregulator, växelriktare mm.  I övrigt gäller samma regler som i alla elinstallationer - välja säkring med hänsyn till kabelarea och utlösningsvillkor (i varje punkt måste kortslutningsströmmen vara tillräckligt hög för att en stum kortslutning ska lösa säkringen inom 2 sekunder).

[torbjorn]

Följdmoderering. 


En kabeldiameter anges i mm, medan area anges i mm². En som inte kan skilja på de två begreppen ska man inte ta på alltför stort allvar. För övrigt är ju det inget problem i praktiken, man kan mycket väl göra areaändringar t ex genom skarvning längs vägen.

[torpjens]

   Städat bort inlägg utanför ämnet. /Torpjens

[Jollen]

Tack torbjorn för utförligt svar!
Jag behöver äkta sinusvåg, då jag tänker kunna jobba i stugan och behöver min dator inkopplad, likaså ladda telefon.

Utöver det är det mest till belysning. Inga planer på att ha kyl eller micro. Kaffebryggare vore gött dock.

Fick för övrigt kommentar från annat håll om att regulatorn klarar max 240 W. Men kan det stämma? Regulatorn har 10 A,

Om uppgiften stämmer. Kan det bli ett problem utifrån att panelen går upp till 320 W?

[JohanGunnar]

Du kan ju fundera på om du verkligen behöver 230V och sinusvåg.
Kan du istället omvandla direkt från 24V till apparaternas spänning så borde det bli mer energieffektivt.
Bara en tanke.

[Själv är bäste dräng]

Det är ju trevligt att kunna använda 230 V för möjligheten att använda utrustning som tillverkas i stora serier. Det jag skulle tänka på är tomgångsförluster och backup. Om man kör en liten, t ex 300W inverter som grund för laddning och lyse, och har en 1500W som bara slås på då mer kraft behövs så räcker batteriet längre. Och skulle den klena gå sönder så går det ju att köra på den kraftigare.

Om man skall få batterier att hålla länge så skall man titta noga på laddregulatorn. Kan vara värt att gå upp lite i pris om den laddar snällt.

[torbjorn]

Tack torbjorn för utförligt svar!
Jag behöver äkta sinusvåg, då jag tänker kunna jobba i stugan och behöver min dator inkopplad, likaså ladda telefon.

Utöver det är det mest till belysning. Inga planer på att ha kyl eller micro. Kaffebryggare vore gött dock.

Fick för övrigt kommentar från annat håll om att regulatorn klarar max 240 W. Men kan det stämma? Regulatorn har 10 A,

Om uppgiften stämmer. Kan det bli ett problem utifrån att panelen går upp till 320 W?

En dator eller telefonladdare bryr sig inte om kurvformen hos växelspänningen. De har alltid switchade nätdelar, där spänningen först likriktas och glättas innan den hackas upp igen. De fungerar till och med bättre på fyrkantvåg eller trappstegsspänning med en plan "topp" på kurvan, än på en ren sinusspänning.
Om du inte använder stationär dator utan laptop, så är den bästa lösningen att du skaffar en billaddare till den (alltså 12 V DC in, och den spänning datorn ska ha (vanligtvis omkring 19 V DC) ut.  Samma sak med mobilladdare.

De prylar som verkligen kräver sinusspänning, är vissa slags elmotorer (framför allt enfas asynkronmotorer med startkondensator), samt utrustning som regleras på ett eller annat sätt med tyristorer eller triacs (dimmers för glödlampor, en del elverktyg och dammsugare som är varvtalsreglerade eller har mjukstart, vissa svetsar, en del tjock-tv från 70-talet). Gammaldags lysrörsarmaturer med drossel och glimtändare brukar också gå bäst på sinusspänning. Moderna armaturer med elektroniskt drivdon bryr sig vanligtvis inte om kurvformen. Men i ett offgrid-sammanhang är ju LED ändå att föredra för belysning, och i den världen är tillgången på drivdon för 12 V-matning mycket god.

Troligen sköter regulatorn om att strömbegränsa sig själv så det inte är något problem. Det är dock en sak som nasaren som säljer regulatorn förmodligen inte har en aning om, man måste själv plocka isär den och undersöka konstruktionen för att avgöra den saken. Det gäller dock att solcellen, då den är obelastad, aldrig kan lämna högre spänning än vad regulatorns ingång tål.  Typiskt är en solcells tomgångsspänning maximalt ungefär dubbla märkspänningen, och man kan räkna med att dess kortslutningsström är ungefär dubbla märkströmmen.

[JohnA]

Jag hakar på då tråden passar mina egna funderingar.  -Drömmer om att göra mig fri från livets olika abonnemang och avtal, där elektriciteten är både det största och knepigaste att bli av med. Har än så länge inte förutsättningarna att "klippa kabeln", men heller inte kunskaperna och rutinen för att våga. Mitt mål är därför att bygga upp en experimentanläggning att köra parallellt med vanliga hushållselen. Budgeten tillåter inga stora investeringar, det får bli skrot och annat jag har turen att komma över billigt.

Vill man inte leva 1800-tals torparliv med hink i brunnen, torrdass och jordkällare, ser jag den största utmaningen i att driva kyl och frys. Därefter kommer färskvattenpump, cirkulationspump i värmeanläggningen, belysning, datorer och överig lyx. Kyl och frys är extra knepigt i det att deras kompressorer kan kräva så mycket som 10x driftströmmen precis i uppstarten, samt det som Torbjörn påpekade ovan - att kompressorerna kan må dåligt av andra vågformer än äkta sinus. Utmaningen kompliceras av att invertern inte har en aning om när en kompressor ska starta, så den måste vara i aktiv drift dygnet runt. En inverter som klarar uppemot 2000W induktiv last brukar ha betydande tomgångsförluster. 10-20W är vad jag sett inte helt ovanligt, samtidigt som ett bättre kylskåp sägs snitta på 40W. Har man både kyl och frys på samma inverter blir förstås tomgångsförlusten inte högre för det, och då ser det ju lite bättre ut. Har man äldre kyl/frys utan elektronisk magi med automatisk avfrostning m.m. finns förstås möjligheten att bygga om dessa så att termostaten startar och stoppar invertern.

En mindre inverter brukar ha mindre tomgångsförlust men sämre verkningsgrad vid samma högre uttagna effekt som med en större inverter. Jag har själv bara jämfört två "skräp-invertrar" med s.k. modifierad sinusvåg, vilket i praktiken är fyrkantvåg som vilar en stund i nollgenomgången. Den ena är en 150-wattare från Biltema, den andra en 400-Wattare från Jula. Båda invertrarna kan nog ge ungefär påstådd maxeffekt, men bara vid rent resistiv belastning. Transformatorer, elmotorer och liknande får dem att ge upp långt tidigare.

Jag tror stenhårt på filosofin att inte lägga alla ägg i samma korg, d.v.s. sprida ut riskerna i flera mer eller mindre oberoende småsystem i stället för att försöka plocka ihop "DET perfekta systemet". Tekniska prylar går sönder, så är det bara, och har man då flera småsystem blir det inte totalt mörker överallt på en gång. Det blir även billigare att bygga upp, och billigare att reparera. Jag tror även på att välja prylar som tillverkas i stora volymer över de med bästa prestanda/verkningsgrad. Murphys lag säger att ditt kylskåp naturligtvis inte bara går sönder mitt i sommaren när det är som varmast, utan också på en söndag mitt i semestertider. Har man då valt en dyr batterikyl med 12V kompressor blir det inte bara mycket pengar som ska ut helt plötsligt, det blir sannolikt också mycket längre väntan på en ersättare. Kör man i stället en enkel 230V hushållskyl via inverter är problemet lätt att lösa kvickt med en titt på Blocket efter begagnad kyl hos en privatperson, åtminstone i väntan på något man hellre vill ha. Visst kan en inverter gå sönder också, men de är i allmänhet billigare än kylskåp, och lättare att få tag på än specialkylar en semestersöndag.

Jag har läst påståenden om att 12/24V kompressorkyl/-frys kan vara något mer energieffektiva än motsvarande storlek på 230V. Gissar detta beror på att lågvoltskompressorerna har borstlösa permanentmagnetmotorer, vilka bör ha något högre verkningsgrad än 230V-kompressorernas asynkronmotorer. Lägg till detta en inverters verkningsgrad på 80-90% och skillnaden ökar. Även om invertrar sedan kostar pengar blir det ändå pengar över som kan läggas på fler eller större batterier och solceller.

Tror mig ha en bra strategi i valet av utrustning enligt ovan, återstående stora fråga är 12 eller 24 volt systemspänning. 48V eller t.o.m. ännu högre spänningar kan förstås användas, men det är ju mer udda för ett litet amatörbyggt system baserat på standardprylar och klen budget. Det som talar för högre systemspänning är inte bara minskade krav på ledningsarea, utan också att batteriladdkretsar, invertrar m.m. borde kunna byggas effektivare och billigare. Det är frestande att välja 12V eftersom det är en så stor fordonsstandard med massor av billiga lampor och apparater att välja på. Utöver verkningsgrad och inköpspris på dyrare komponenter som invertrar, är tillgången förstås också viktig. Ska man ha solceller, vindturbin och kanske elverk kan det där med ledningsarea bli avgörande om anläggningen är relativt kraftig och komponenterna utspridda.

[Själv är bäste dräng]

Du är ju tillräckligt kunnig för att hantera större spänningar, så egentligen skulle du väl satsa på 230 V i batteribanken.

[torbjorn]

En möjlighet skulle förstås kunna vara en inverter per kyl- eller frysskåp, och modifiera skåpet så att termostaten får aktivera styringången för fjärrstart av invertern.
En del moderna kyl/frys med bra energiklassning har frekvensomriktarstyrd kompressor med ett DC-mellanled i omriktaren, sådana borde vara helt okänsliga för nätspänningens kurvform och till och med gå att köra på likspänning.

En nackdel med att arbeta med alltför höga likspänningar är problemet med stående ljusbågar vid missöden och att säkringar, strömbrytare mm får så dålig brytförmåga i sådana fall.
Det finns ju historier från den tid då t ex centrala Stockholm hade likströmsnät, om att man inte fick slå av en elspis direkt från 6 till 0 på vredet, då började det fräsa i strömbrytaren, utan man var tvungen att koppla ner steg för steg för att inte råka bränna sönder någonting. Det var också absolut förbjudet att dra ur en strömbelastad stickpropp, man måste stänga av lampan, dammsugaren eller vad det nu var med strömbrytaren först.

[JohnA]

Det har ramlat in lite trevliga budgetprylar till mitt eget OG-projekt. Basen blir två bättre begagnade 12V/200Ah/68kg blyackar från en serverbackup. Eftersom batterierna är av samma typ och arbetat tillsammans hoppas jag de går bra att parallellkoppla, om det nu är 12V systemspänning jag ska välja. Eftersom jag inte har någon dyrare inverter ännu är 12 eller 24 V än så länge en öppen fråga. Jag fick även tag på en Electrolux Travel Power 230V/3500W generator med tillhörande inverter. Generatorn ser ut som en helt vanlig bilgenerator, men är sannolikt lindad för betydligt högre spänning, vilket bör ge mindre förluster, inte minst i generatorns likriktardioder. Invertern är en ganska stor låda som ska ge äkta sinusvåg. Jag har även ett exklusivt switchat nätaggregat 0-30V/0-30A med fin strömbegränsningsfunktion och exakta displayer, samt en drös ca 20 år gamla personbilsgeneratorer 12V/100A, samt diverse bensin- och dieselmotorer att snurra generatorerna med. Solceller står förstås på inköpslistan.

Utöver kyl och frys behöver jag kunna driva en djupbrunnspump på 230V/550W, och jag hoppas dessa tre kan dela på en 2000W(3000W) inverter som ger äkta sinus. Belysning, datorer och annat småkrafs får minst en lite mindre inverter av billigare modell. Det känns vettigt att ha åtminstone en del belysning på 12/24V direkt, men om grundprincipen ändå är att ha minst en inverter i drift dygnet runt är det nog ingen egentlig vinst i att dra ett nytt elsystem i huset för batterispänningen.

Solceller blir sannolikt den största inversteringen och här måste jag åtminstone till en början vara väldigt snål. Jag gissar det är värt pengarna för en riktig solcellsregulator som "impedansanpassar" solcellerna mot laddningsbehovet för att få dem att lämna maximal effekt. Alternativet är att snåla på regulatorn och lägga mer pengar på solceller. Väljer jag 12V i stället för 24V kan solpanelerna parallellkopplas och på så vis minska risken att skugga på någon liten del av dem sänker effekten i hela anläggningen...?

Jag räknar med att ett elverk kommer bli en viktig del i OG-systemet, som mer än bara backup. Detta får dock bli en separat tråd. 

[JohnA]

En nackdel med att arbeta med alltför höga likspänningar är problemet med stående ljusbågar vid missöden och att säkringar, strömbrytare mm får så dålig brytförmåga i sådana fall.

Ja det där är definitivt något att ha respekt för! Jag har micklat med bilar i 35 år och det brukar inte innebära något drama att slinta med sladdarna ett kort ögonblick. Kabelbränder i 12V-system kan vara både lömskt och otäckt, men det är enormt mycket mer drama i 24V-system i t.ex. lastbilar, det har jag lärt mig av egna erfarenheter efter många år med gammal Volvovalp. -Det fräser bara till och ledningsändor bokstavligen försvinner om man klantar till det.

För många år sedan ryckte en gång ut i tjänsten för att försöka hitta orsaken till att en nästan ny husvagn hade fattat eld på en camping. Många husvagnsägare är livrädda för gasolinstallationerna, men jag har aldrig hört talas om att någon varit rädd för 12V-systemet. I detta fall hade gasolpannan fått skulden för branden, men jag kunde ganska snart konstatera att husvagnsfabriken (tyska Hobby) varit väldigt vårdslösa med 12V-installationerna generellt. Jag hittade ett flertal allvarliga brister, däribland brandorsaken i kombinationen av kontakthylsor av usel kvalitet och att man struntat i den 4A säkring som gaspannans installationsanvisning krävde separat för denna. -Kontakthylsorna hade så dålig spänst att de ramlade ur terminalerna av sig själva, och när de sedan slog ihop blev det kabelbrand eftersom ledningarnas längd och area gav en kortslutningsström mindre än elcentralens huvudsäkringar löste ut för. Elcentralen direkt ovanför batteriet var dessutom ett bedrövligt trassel av ganska tunna ledningar, glappa flatstiftshylsor och spretiga ledningstrådar som inte klämts korrekt i donen.... USCH! Detta slarv förekom i de flesta av Hobbys husvagnar jag besökte på den tiden (20-25 år sedan). Ingen människa kom till skada här, "bara" en stackars hund som dog...

Det där med ljusbågar och likström är betydligt läskigare saker! Jag har en bekant som svetsar mobilt med en MIG för flusstråd och två 12V bilbatterier som kraftkälla. Det fungerar tydligen utmärkt. Som sagt, STOR skillnad på ljusbågsbildningen mellan 12 och 24 Volt. Då och då kan man läsa om farorna med att låta oseriösa installatörer montera solceller på hus. Installatörer utan ordentlig utbildning och respekt drar enkelisolerade DC-ledningar över skarpa kanter på plåttak, i anläggningar där det kan bli frågan om över 100V när solen bränner på ordentligt. Bara för att det är en solcellsanläggning behöver det inte vara riskfritt!

[Själv är bäste dräng]

Nä, riskfritt är det inte. Tror att de paneler jag har ger uppemot 40 volt styck, och ca 8 A om solen lyser. Så redan en panel kan få det att spraka.

Men det är frestande att hålla spänningen uppe i batteribanken. Å andra sidan är det rätt bra att parallellkoppla panelerna för att slippa skuggeffekter.