Aurinkopaneelilaturin ja akun mitoitus

Ainiin.. jännite on 12V

Vastaus kysymykseesi riippuu parista asiasta:

- Millä paikkakunnalla laite sijaitsee noin niinkuin karkeasti katsottuna? Se yhdessä paikallisen sään kanssa määrää tarjolla olevan aurinkoenergian määrän.

-Minkä ajan vuodesta laitteen on toimittava? Akut ja paneelit on mitoitettava ympäristön lämpötila ja vuodenaikaan liittyvä auringonvalon määrä huomioiden. Mitä pohjoisemmassa ollaan sitä vähemmän on aurinkoenergiaa tarjolla nimenomaan talviaikaan ja sitä kylmempää talvella on.

Tehonkulutus 12 V 0.1 A tarkoittaa vuorokaudessa 1.2W*24h= 29 Wh. Vuorokaudessa laitteesi syö sähköä noin kahdeksan AA-pariston verran. Se purkaisi auton käynnistysakun nollille noin kolmessa viikossa.

Jos 12 V vapaa-ajan akun (ei käynnistysakku, eivät kestä syväpurkausta!) kapasiteetti on 120 Ah niin täyteen ladatun akun sisältämä energiamäärä on yhteensä noin 1400 Wh. Siitä riittäisi esitetyllä kuormituksella alle 50 vuorokautta sähköä laitteelle, kun akku on lämmin. Pakkasessa energiaa on tarjolla vähemmän. Täytenä lyijyakku kestää pakkasta hyvin mutta purettuna se jäätyy ja jäätyessään halkeaa. Kun akussa on varausta 50% niin se jäätyy noin -26ºC lämpötilassa ja kun varausta on enää 20% on akun jäätymislämpötila noin -15ºC.

Laite sijaitsee Oulun korkeudella. Ja tosiaan laiteen olisi toimittava 24/7 ympäri vuoden.

Oulussa vuonna 2011 tammikuun keskilämpötila oli -15.8 astetta. Tuollaiseen keskilämpötilaan mahtuu varsin kylmiä öitä. Jos käytetään lyijyakkuja niin kylmyydestä tulee todellinen ongelma.

Styroksilla lämmönjohtavuus on noin 0.02 ... 0.044 W/mK. Otetaan huono tapaus ja oletetaan että lämmönjohtavuus olisi 0.05 W/mK,. Oletetaan yksi 120 Ah akku, joka vaatii tilan mitoiltaan 450mm x 200mm x 250mm. Jos sitä ympäröi joka suunnasta 200 mm paksuinen kerros styroksia niin suojalaatikon ulkopinta-ala olisi 3 neliömetriä. Siitä lämmönjohtavuuden 0.05 perusteella tulee 0.75 W/K eli jos kotelon sisällä olisi 10 astetta lämpimämpää kuin ulkona niin lämpöä karkaisi koko ajan luokkaa 7.5 W. Akustoa ei siis tuolla tavoin saisi pidettyä lämpimänä. Laatikolla saataisiin tasattua kaikkein kylmimpien hetkien pakkaspiikkejä mutta jos tulee useamman päivän pituinen kylmä kausi niin akku siinä ajassa saavuttaa ympäristön keskimääräisen lämpötilan.

Suojaamalla akusto maakuoppaan yläpuolelta ja sivuilta lämpöeristeellä ja antamalla maan lämmön auttaa alapuolelta voisi saada hieman paremman tilanteen. Upottamalla akuston mereen jään alle tai suohon tai kaivamalla sen routarajan alapuolelle saisi sen pidettyä koko ajan jäätymispisteen yläpuolella jolloin syväpurkausakustosta saisi puristettua lähes koko kapasiteetin verran energiaa ulos.

Tarvittava akuston kapasiteetti on siis laskettava pakkaskestävyyden perusteella. Kun kolmenkymmenen asteen pakkanen ei Oulun korkeudella ole mitenkään tavaton asia niin lyijyakkujen nimellisestä kapasiteetista olisi käytettävissä vain luokkaa kolmasosa.

Keskimäärin Oulussa aurinkoista aikaa on pilvisyys huomioiden marraskuussa 28h, joulukuussa 8h ja tammikuussa 24h (wikipediasta Suomen ilmasto, Oulun lentoasema). Tuo on keskimäärin eli aivan hyvin voi olettaa ettei sään vaihtelun vuoksi joulukuussa aurinkoenergiaa saada ollenkaan ja marras-tammikuun välissäkin hyvin vähän. Yhden kuukauden kestävä akusto laskettuna korkeintaan 30% purkuasteella pitäisi olla kapasiteetiltaan (1/0.3)*30vrk*30Wh eli 3000 Wh eli 250 Ah. Tuo siis epärealistisella oletuksella, että joulukuun alussa akussa olisi vielä täysi varaus.

Routarajan alla tai suossa olevalla 120 Ah:n akulla voisi juuri ja juuri pärjätä yhden kuukauden auringottoman ajan yli. Kolmella tuollaisella akulla pärjäisi kolmen kuukauden verran talvea. Itsepurkautuminen on kylmässä niin hidasta että se ei tilanteessa haittaisi.

Paristojen hinta näyttäisi olevan noin euro per 15 Wh. Tyhjiin ajettuna yhden kuukauden talvikäytössä kuluisi 900 Wh eli 60 euroa. Jos otat pakkaselle altistuvat akut käyttöön etkä helposti pääse laitteen lähelle niin harkitse paristovarmennusta ja ainakin talvikuukausien ajan jonkinlaista varaustilan ja akuston lämpötilan etävalvontaa.

Laittaisin ison SuperElkon 10 faradia poweroimaan laitetta. SuperElkoa laittaisin lataamaan hamsterin ja sille juoksupyörän, joka on liitetty pieneen generaattoriin. Hamsteri pärjää vähällä ruualla ja tykkää juosta!

Ensimmäinen asia tuollaisessa tilanteessa olisi selvittää, voiko laitteen energiantarvetta jollakin tavalla vähentää. Mikä laite kysymyksessä? Onko sen pakko olla virrassa 24/7 vai voiko joku muu vähävirtaisempi valvoa tilannetta ja herättää tehosyöpön silloin kun sitä tarvitaan?

Paneeli voisi olla ns. 24 voltin paneeli, vaikka 270 wattinen, joka antaa pilvisenäkin päivänä voltteja senverran että pientä latausta tapahtuu vaikka aurinkoa ei näy, akku ja säädin on 12 voltin systeeeminä. Säädin kannattaa valita sellainen joka menee nukkumaan kun latausta ei esim yöllä ole ollenkaan.

Jos tämän pitää toimia talven yli luotettavasti, tulee järjestelmästä pakostikin niin hinnakas, että halvemmaksi tulee palkata joku mökkitalkkari hoitamaan paikalle täyteen varattu vaihtoakku määräajoin.