Dieseldrivet elverk - batteripool och solceller

[fäbodbrukare]

Hej,

har en kompis som har ett dieseldrivet elverk som ger 30 Amp på en fas. Det dricker ungefär en liter i timmen vid normal drift vintertid. Huset värms upp med ved.

Nu vill han komplettera med en 12 volts batteripool och ev även solpanel och vindsnurra, för att kunna köra på när det stora dieselelverket inte behöver gå för tvättmaskin/ugn mm.

Då uppstår frågan: Hur stor batteripool kan han tänkas behöva för ljus och ett 400 watts kylskåp, samt ev även en enfas vattenpump som bara går någon minut per dygn.

Tanken är att ha en omformare som omvandlar batteripoolens 12 volt till 220 volt, för att han skall slippa dra 12-voltsystem i huset. Han kan alltså fortsätta använda 220 volt "som vanligt" om än med förstånd.

Samtidigt skall han kunna ladda batteripoolen när dieselelverket ändå måste gå. Ja, det blir egentligen flera frågor:

X  Vad kan batteripoolen tänkas behöva ha för kapacitet för hushållet som består av två personer?
X  Hur stora solceller behövs?
X  Är det egentligen någon ide att satsa på en vindsnurra?
X  Vilken laddare är den bästa för att snabbt överföra stora mängder energi från 220 volts elverket till batterpoolen?
X Tips på de mest kostnadseffektiva lösningarna önskas!

//Den lille elektrikern 

[torbjorn]

Sikta hellre på en högre spänning än 12 V för batterierna - t ex 24 eller 48 V. Med högre spänning kan man vänta sig bättre verkningsgrad hos växelriktaren och klarar sig med klenare area på ledningarna utan att få alltför mycket spänningsfall och förluster.

Ur verkningsgradssynpunkt är det inte bra att snabbladda batterierna, de har relativt hög inre resistans vid laddning så om man försöker ladda dem med hög ström blir det onödiga förluster. Det är inte lämpligt att använda högre laddström än C/10 (alltså en ström som är lika med en tiondel av batteriets kapacitet i Ah). Dessutom förkortas batteriernas livslängd av snabbladdning.
Å andra sidan har dieselelverket ganska stora tomgångsförluster - det har ju en viss bränsleförbrukning per timme även om det inte levererar någon ström alls.

400 W låter mycket för ett kylskåp, min uppfattning är att normal förbrukning för ett sådant är 100-150 W när kompressorn är igång, och medeleffekten räknad på lite längre tid blir omkring 25 W. De kylskåp som har asynkronmotor i kompressorn kräver bra sinusform hos nätspänningen, medan de som har inbyggd frekvensomriktare (inverter) borde fungera även med trappstegsspänning (som växelriktarsäljarna brukar kalla "modifierad sinus") och som man får ut ur billiga växelriktare.

En pumpautomat för dricksvatten kan dra uppåt 2 kW, ska man kunna mata den från växelriktaren så innebär nog det en onödigt stor och dyr växelriktare som dessutom troligen får stora tomgångsförluster. Då är det nog bättre att satsa på en så stor hydrofortank att man bara behöver köra vattenpumpen då dieselelverket är igång.

Låt oss anta att medeleffekten för kylskåp och lyse, räknat på lite längre tid, blir 100 W. Det innebär alltså att det går åt 2,4 kWh per dygn. Tänker man sig att ladda batterierna med dieselelverket och kan tänka sig att köra det dagligen, så måste batterierna kunna lagra 2,4 kWh. Vid 12 V innebär det 2400/12 = 200 Ah, vid 24 V blir det 100 Ah, vid 48 V 50 Ah.
Om vi antar att dieselelverket bara ska gå en gång i veckan så behövs det såklart 7 gånger så hög batterikapacitet.

För svenska förhållanden är nog små vindelverk och solceller ungefär lika - mer eller mindre - kostnadseffektiva. De kompletterar varandra - det kan ju blåsa även när det är som mörkast på vintern och under långa gråvädersperioder där solcellerna inte ger något alls. Men man får räkna med mer krångel med vindelverk än med solceller.

[fäbodbrukare]

Mycket intressant, jo problemet är ju att den stora dieselgeneratorn tyvärr har stora tomgångsförluster, som borde utnyttjas. Samtidigt kan den ju inte gå hur länge som helst för att ladda batterierna långsamt. Så vilken är bästa medelvägen tro?

Någonstans läste jag att ett normalhushåll förbrukar snarare 10 kWh per dygn. Eller?

[fäbodbrukare]

Ja, och nästa fråga är ju hur mycket 30 Amp vid 220 volt motsvarar i kWh? Vad blir maxbelastningen?

[torbjorn]

Ja, och nästa fråga är ju hur mycket 30 Amp vid 220 volt motsvarar i kWh? Vad blir maxbelastningen?

220 V 30 A blir ju 6600 W. Om elverket belastas för fullt så producerar det 6,6 x 24 = 158,4 kWh per dygn eller om man så vill 6,6 kWh per timme.

[torbjorn]

Någonstans läste jag att ett normalhushåll förbrukar snarare 10 kWh per dygn. Eller?

10 kWh per dygn blir ju 3650 kWh per år, och det verkar väl vara en ganska rimlig, kanske något låg, siffra för hushålls-el för ett fullständigt elektrifierat hushåll.
Men i det här fallet kan vi ju räkna med en betydligt lägre förbrukning, i synnerhet för den del av förbrukningen som måste gå via batteribanken. De stora effektförbrukarna som ugn, värmeelement i tvättmaskin mm kan vi bortse från helt och hållet, och man är säkert betydligt mer sparsam än ett normalhushåll med belysning och sånt. Jag kan tänka mig att en hel del av matlagningen sker med ved eller gasol. Att använda gasol för matlagning, vattenvärmning mm blir för övrigt betydligt billigare (och mindre klimatpåverkande) än att använda el från ett dieselelverk för samma ändamål.

[fäbodbrukare]

6,6 kWh per timme - vad skulle en batteripool av lämplig storlek orka ta emot tro? Kanske hela effekten, om batterierna skall ladda med 10 procent per timme? Eller....

[torbjorn]

6,6 kWh per timme - vad skulle en batteripool av lämplig storlek orka ta emot tro? Kanske hela effekten, om batterierna skall ladda med 10 procent per timme? Eller....

I så fall innebär det ju att batteriet skulle kunna lagra minst 6,6 x 10 = 66 kWh. Och det slutar ju med ett orimligt stort och dyrt batteri, skulle du arbeta med 12 V blir ju kapaciteten 66000/12 = 5500 Ah. Med andra ord skulle banken behöva bestå av storleksordningen 100 bilbatterier eller fritidsbatterier och den kommer att väga 1,5-2 ton. En sådan batteribank lär nog kosta minst 100000 kr i inköp, och bara skrotvärdet på blyet rör sig om 5000-10000 kr.
Räknar man grundligt på det hela kommer man säkerligen fram till att det är mer lönsamt med ett mindre batteri och så får man finna sig i att antingen köra dieseln på lägre effekt (med åtföljande lägre verkningsgrad) under laddning eller att ta energiförluster och minskad batterilivslängd pga snabbladdning.
När du bedömer ekonomin i det hela, så räkna inte med mer än 5 års livslängd för batterierna. Det är möjligt att de kan hålla upp till 10 år med exemplarisk skötsel men allt över 5 år får man ta som bonus.

[fäbodbrukare]

Japp, men går man upp i spänning så blir ju batterierna också dyrare, relativt sett. Eller....

[fäbodbrukare]

Ja, egentligen är frågan - vad föreslår du som är erfaren på området?
 

[fäbodbrukare]

ja, vi har nu pratat med en leverantör som föreslår en 24 volt batteripool på 1000 amperetimmar, samt en solcellspanel på totalt 750 watt. Detta kompletterat med en 3 kw omformare borde ge tillräcklig marginal för ett ganska "normalt" leverne. Frågan är till och med om inte brunnspumpen skulle kunna fungera, om ingen annan stor elförbrukare är på.
Om man låter dieselelverket ladda 50 A under 1-2 timmar någon gång per vecka, i samband med tvätt, eller matlagning, så borde systemet kunna dra ner dieselkörning till kanske 5-10 procent, undantaget de mörkaste vintermånaderna. Vad tros? 

[ollebolle]

Blybatterierna får mycket kort livslängd om man laddar ur dem fullt. Risken är att man behöver byta batterier flera gånger per år.

Vanliga blyackar bör man helst inte ta ur mer än 25 % av kapaciteten och enstaka gång 50 %. Dessutom ska man genast ladda upp när man förbrukat energi. Batterierna förstörs annars av att blyplattorna täcks av blysulfat och blir overksamma. Detta startar redan när man laddat ut lite grann men en snar laddning fixar det. Batteriet ska då laddas fullt och koka en stund vilket bränner bort sulfatiseringen. Spänningen bör ligga på c:a 14,4V.

Det innebär att man bör köra elverket varje dygn och ladda med en tiondel av batteribankens kapacitet, dvs 100 A=2,5 timmar plus lite kemiskelektriska förluster på c:a 10 %. Verket går då på lagom last c:a 3 kW dvs knappt halva generatorns märkeffekt. Tillkommer laddningen soliga dagar från solcellerna. Tillskottet under mulna dagar är inte stort. 10-20 % kanske dvs kring 100W. Riktigt soliga dagar får man ut c:a 400W från 750W paneler om de är fasta. Sommartid förstås. November till mars ungefär som mulen sommardag. Det finns tabeller på detta att googla fram.

Det är värt mycket att slippa köra verket mer än ett par timmar per dygn. Möjligheten finns kanske att ordna med en uppvärmning av vatten i elverket och värma huset. Elverket har väl en total verkningsgrad på c:a 25 % så det finns mycket värme att hämta. 75 % går bort i avgaser och kylning. 

Kan vara bra att veta att en liter diesel energimässigt innehåller 10 kWh. Kan stämma rätt bra med att 3 kW nyttig laddning (100A vid 28V=2,8kWh) ger c:a 9 kW värmeförluster och verket drar 1,2 liter på en timme. Man har då laddat in c:a 100Ah på en timme eller 2,5kWh. Två timmar =5 kWh.

Batterikapaciteten behövs som synes och det är inte fel att öka den till det dubbla. Större batteribank ger längre livslängd och bättre energiutnyttjande. Batterier är dyrt så en lämplig kompromiss är nog 1000Ah. Möjligen kan några kontakter med truckindustrin lösa den saken. Kan man komma över uttjänta ackar billigt kan man skaffa extra stor batteribank. En truck ska gå hela dagen och kräver mycket av batterierna vilket gör att de måste bytas när de gått ned sig lite. I denna tillämpning skulle sådana batterier göra tjänst några år till.

Batteribanken på 1000 Ah 24V vi räknar på här klarar alltså att spara lika mycket som 2,5 liter diesel. För att slippa byta batterier så ofta tar man ut motsvarande en halv liter diesel eller knappt 25% av 1000Ah. 

Som synes är det ett tungt arbete att göra ström och diesel innehåller väldigt mycket energi. För att göra lika mycket energi som en liter diesel skulle jag behöva sitta på en cykel i 100 timmar och trampa. Jag orkar alltså inte mer på en timme än den energi en centiliter innehåller. Ändå blir man varm.

Kroppen är heller inte utan energiförluster. Är man riktigt många hemma behövs ingen uppvärmning.

Förlåt det ymniga textflödet, hälften kunde ha räckt men ett intressant ämne blir det alltid mer än tillräckligt.