Przyszła kolej na specjalistyczny news techniczny. Może warto go sobie wydrukować. Niedawno kupiłem baterię słoneczną o mocy 40W (500 zł). Przeglądając konkurencyjne oferty handlowe natknąłem się na reklmę "specjalnych akumulatorów przystosowanych do ładowania małym prądem" (bateriami solarowymi). Oferent tych "specjalnych" akumulatorów przestrzega przed ładowaniem "zwykłych" akumulatorów kwasowych bateriami słonecznymi, bo to niby ma skrócić ich żywot nawet o połowę.
To dla mnie nowość. Jako że nie jestem elektrykiem - zwróciłem się do dwóch moich przyjaciół tej profesji: do praktyka Mieczysława Leśniaka oraz do naukowca dr inż. Tadeusza Lisa. W odwodzie konsultantów trzymam w rezerwie jeszcze prof. dr inż. Jacka Czajewskiego.
Praktyk, po upewnieniu się, że tym solarkiem mam zamiar podładowywać akumulator o pojemnosci 225 Ah - uśmiechnęł się i zapewnił, że to tylko taki chwyt reklamowy dystrybutora owych "specjalnych" . Pisze dalej - "nawet regulator napięcia nie będzie Ci potrzebny, bo przecież tego słonia solarkiem nie zagotujesz".
Naukowiec przysłał bardziej wyczerpującą odpowiedź:
Na Boga! Don Jorge - wiem, że doktorat PAN to niezbyt nobilitująca przypadłość, ale ja przede wszystkim zajmuję się budowaniem różnych nietypowych rzeczy - pojazdy specjalne, hybrydowe napedy jachtowe itp.
Co do baterii – to oczywisty nonsens – panele słoneczne zazwyczaj idealnie wydłużają żywotność większości baterii kwasowych (typu samochodowego), gdyż kompensują ich samorozładowanie, które wynosi:
1% dziennie w temperaturze do 27 st. C (Bałtyk, zamknięta skrzynka akumulatorowa maj-wrzesień)
2% dziennie w temperaturze 38 st C (Chorwacja, Grecja, Karaiby)
Napisałem "zazwyczaj", ponieważ na małych łodziach nie ma miejsca na duże panele – a te które są, są zazwyczaj przesłaniane przez cień od olinowania, bomu, itp. – a to wbrew temu co sądzą laicy powoduje poważny spadek generowanego prądu.
Natomiast dramatyczne niezrozumienie zjawisk w systemach elektrycznych jachtów żaglowych (nie motorowych – to są zupełnie inne systemy ze względu na reżimy pracy) jest porażające – również w polskich firmach, które zawodowo trudnią się wykonywaniem takich instalacji (choć spotykamy indywidualnych artystów w tej branży – głównie starej daty. Niestety większość z nich brzydzi się elektroniki i budowa nawet najprostszego systemu zintegrowanego w oparciu NMEA 0183 – patrz http://en.wikipedia.org/wiki/NMEA_0183 - przekracza ich możliwości emocjonalne).
Dotyczy to zarówno strony podażowej – alternatory, panele słoneczne, generatory wiatrowe oraz popytowej – równoważenie instalacji po stronie odbiorów, zabezpieczenia, nie mówiąc o samym wykonawstwie okablowania.
W ciągu ostatnich 20 lat nie pływałem na żadnym jachcie, który by nie miał kłopotów z instalacją elektryczną – dotyczy to również masowo produkowanych tanich jachtów stoczniowych. Większość usterek, które usuwałem była rażącym zaniedbaniem inżynierskim – aczkolwiek trzeba jednak oddać sprawiedliwości, że spora ich część powstała jako wynik stosowania niewłaściwych technologii i/lub niewłaściwych materiałów – które być może były wtedy niedostępne lub uznane za zbędne.
Na przykład lutowanych połączeń przewodów – podczas kiedy tę gorzką lekcję w przemyśle samochodowym przerobiliśmy już 80 lat temu!
Wracając do ładowania akumulatorów zasilanych buforowo z paneli. Problem o który pyta Jurek może być obserwowany – ale jego przyczyna niewłaściwie diagnozowana przez użytkowników-amatorów.
Faktycznie akumulator może być uszkodzony w przypadku niewłaściwych nastaw regulatora panelu – punkt odcięcia (na zacisku akumulatora) powinien wynosić 14.2 V, ale niekiedy jest fabrycznie w regulatorze ustawiany na 14.8 V – a to oczywiście wygotuje baterię w dłuższym czasie (każdego typu). Wyższe ustawienia są stosowane w niektórych regulatorach paneli dla skompensowania cienia i podniesienia dziennej produkcji energii użytecznej w godzinach rannych oraz popołudniowych. Niestety zła wiadomość jest taka, że przy dużych panelach i prawidłowo ustawionym punkcie odcięcia (ang. Trip point) również można uszkodzić akumulator – zapobiegają temu jedynie tzw. regulatory próbkujące, które analizują w czasie rzeczywistym krzywe wzrostu napięcia na zaciskach akumulatora (nie panelu!) i po zadanym czasie utrzymywania się napięcia maksymalnego odcinają ładowanie do czasu osiągnięcia dolnego progu załączenia (ustawianego zazwyczaj na 13,7-13,8V). Bardziej zaawansowane modele pobierają dodatkowo sygnał temperaturowy z zacisku akumulatora wprowadzając poprawkę kompensacyjną. Ma to sens zwłaszcza przy zasileniach wieloźródłowych – np. z kombinacji panel słoneczny + generator wiatrowy.
Ale w praktyce małych jachtów - słuchajcie zawodowców „Słonia solarkiem nie zagotujesz”. Oto dowód, że ML ma całkowitą rację:
Sprawdźmy najpierw, ile możemy średnio uzyskać z darmowego słońca na powierzchni 1 m2 Ziemi (u nas). Tak na marginesie panel słoneczny o powierzchni 1 m2 rozwija u nas moc około 140-160 W (jest to moc bliska maksymalnej – ostrożnie w kalkulacjach! – patrz dalej.) Jurek ma panel 3 x mniejszy – stąd wyniki jak w dolnym wierszu tabeli.
|
Styczeń
|
Luty
|
Marzec
|
Kwiecień
|
Maj
|
Czerwiec
|
Lipiec
|
Sierpień
|
Wrzesień
|
Październik
|
Listopad
|
Grudzień
|
|
0,67kWh
|
1,68kWh
|
2,45kWh
|
3,73kWh
|
4,96kWh
|
5,13kWh
|
5,16kWh
|
4,45kWh
|
2,96kWh
|
1,9kWh
|
0,86kWh
|
0,51kWh
|
|
Ale, z panelu o mocy maksymalnej 50W uzyskamy dziennie tylko tyle - założyłem, że Jurek miał szczęście i kupił bardzo sprawny panel n=15% (wartość w kWh)
|
|
0,03
|
0,08
|
0,12
|
0,19
|
0,25
|
0,26
|
0,26
|
0,22
|
0,15
|
0,10
|
0,04
|
0,03
|
Teraz jako inżynierowie bierzemy pod lupę miesiąc najintensywniejszym promieniowaniu – czyli czerwiec lub lipiec. Policzymy, ile potrzeba, aby doładować wspomniany akumulator. Ponieważ Jurek jest doświadczonym i oszczędnym inżynierem nigdy nie dopuści, aby rozładować akumulator samochodowy poniżej 50% (dlaczego – o tym w innym artykule) więc musi w niego włożyć tyle ile wyjął czyli:
Miał 112,5 Ah. Załóżmy, że Jego oszczędne oświetlenie na diodach LED + nawigacja o nieprzesadnie dużym ekranie (ot, taki Garminek 5,5-6 cali) pożerają 1 A prądu. Jak długo? Teoretycznie przez 112,5 godziny. Zatem jaka energia zostanie pobrana?
112,5h * 1A * 12,8 V (średnio) czyli 1440 Wh = 1,44 kWh
Sprawność ładowania akumulatora ołowiowego (kwasowego) jest na poziomie 80%, czyli nasz panelek musi dostarczyć:
1,44 kWh/0.8 = 1,8 kWh.
Zatem w wariancie optymistycznym, nasz panelek musi w lipcu pracować nieprzerwanie przez
1,8 kWh/0,26 = 6,92 dnia ~ 7 dni (słonecznych).
A co potem? Nic - regulator napięcia odetnie ładowanie. Z tym uproszczonym rozumowaniem powinniście się zgodzić po lekcjach fizyki ze szkoły średniej.
Ale popatrzmy na to ze zdrową nieufnością – jako inżynierowie praktycy.
Sprawdźmy zatem, czy wiosną, gdy łódka będzie zwodowana, a kamper wyciągnięty z garażu, starczy nam energii, żeby skompensować samorozładowanie akumulatora.
Tracimy dziennie 1% czyli 2,25 Ah (dla wyobrażenia sobie – jest to akumulatorek niezłej latarki ręcznej, która na diodach LED powinna przy tej pojemności świecić około 5-6 godzin – realnie). Wielkość tej straty jest naprawdę zależna od bardzo wielu czynników – potraktujcie to jako dobre przybliżenie praktyka – dla przeciętnych akumulatorów, których używacie i przeciętnych warunków ich składowania na Waszych jachtach lub samochodach kempingowych.
Powtarzamy rozumowanie, pytając – ile energii stracimy w miesiącach zimowych (uwaga: wprawdzie temperatura tutaj jest niższa niż wspomniane wcześniej 27 st. C – to jednak zachodzą inne zjawiska – które to oszacowanie czynią rozsądnym):
2,25h (tu do obliczeń bierzemy pełną pojemność – czyli 1% z 225 Ah pojemności nominalnej) * 1A (to trochę naciągane – patrz uwagi dla purystów niżej) * 12,8 V (średnie napięcie) = 28,8Wh ~ 0,03 kWh ~ 0,04 kWh (styczniowy dzień zimy – patrz tabela) L
To sprawdzenie potwierdza, że wybór Jurka jest tutaj sensowny – w zimie (o ile panelek będzie odśnieżany regularnie) będzie istotnie powstrzymywał degradacje akumulatora. A od wiosny już DUŻO LEPIEJ.
Co potwierdza tezę, która była do udowodnienia – SŁONIA SOLARKIEM NIE ZAGOTUJESZ – co najwyżej podtrzymasz przy życiu.
Teoretyków, których mój prostacki wywód poruszył do głębi pragnę uspokoić – oczywiście, że zrobiłem tutaj kilkanaście założeń i uproszczeń. Np. nic nie pisałem o upływności instalacji, niezerowym prądzie zwrotnym diody w panelu słonecznym, zmianach oporu wewnętrznego akumulatora w trakcie ładowania, zmianach jego pojemności w funkcji przepływającego prądu, itd. Ale jak mówił jeden ze słynnych profesorów fizyki – mówienie o małych wyższego rzędu – hańbi!
Zamykając temat – wybierając panel kierujcie się przede wszystkim ilością realnie produkowanej energii w naszych szerokościach geograficznych - a dopiero potem mocą nominalną. Jeśli sprzedawca nie może przedstawić takiego certyfikatu badań laboratoryjnych – to albo macie do czynienia z amatorem, albo z oszustem – ja staram się raczej ograniczać kontakty z oboma typami.
Aha! Jeśli chcecie w sposób bardzo uproszczony oszacować, ile Wasz panel dostarczy faktycznie energii (na swoich zaciskach) to dla miesięcy letnich możecie przyjąć, że:
· dla takiego panelu (50W) prąd dostarczany będzie na poziomie 2,5 A (to odczytacie z charakterystyki technicznej panelu)
· należy przyjąć, że użyteczne dla nas promieniowanie mamy przez 8 godzin letniego dnia (trochę więcej dla paneli śledzących – nierealnych do stosowania na jachcie, trochę mniej dla paneli na zacienianym dachu nadbudówki).
Zatem słoneczna elektrownia dostarczy 2,5 A * 8h * 14,2 V = 0,284 kWh – co jest prawie identyczne z danymi za tabeli (sprawność spada ze wzrostem temperatury panelu – pomińmy to).
Jaki z powyższego rozumowania wniosek? Panel tej wielkości absolutnie nie może być jedynym źródłem prądu na jachcie morskim – ale uwaga - INNYM NIŻ WEEKENDOWY (bo bilans energetyczny się nie domknie).
A jak sporządzić taki bilans – to już zupełnie inna historia. Nie jest to trudne – ale też nie jest takie trywialne, gdyż musimy zamodelować równoległe reżimy pracy poszczególnych odbiorników i generatorów. Jeśli nie wierzycie – to znaczy, że nie żeglujecie z dziećmi które:
a) oglądają kreskówki na DVD,
b) słuchają muzyki (czasami głośno – bo wreszcie nie ma sąsiadów wokół!),
c) nie znoszą wysokich obrotów silnika ładującego akumulator (bo hałasuje) L,
d) a każde ma przy pasku dla bezpieczeństwa MOB małą, tanią wodoodporną UKF’kę – którą jakoś trzeba na bieżąco podładowywać …
Eh! Życie…
Ja zaprojektowałem do tego specjalne arkusze EXCEL’owe – i nie widzę problemu, żeby się nimi podzielić z kolegami z Forum.
Generalnie model doboru optymalnego reżimu pracy baterii jachtowych jest dość skomplikowany (i ich podłączenia do instalacji jachtowej) – ale sądzę, że mógłbym opisać zjawiska tu występujące prostym, żołnierskim językiem i podać praktyczne wskazówki odnośnie projektowania i stosowania mało znanych na polskich, amatorskich jachtach rozwiązań w instalacjach, jak na przykład:
a) amatorską, głęboką, ale tanią adaptację alternatorów samochodowych do potrzeb jachtu żaglowego (sam zbudowałem kilka takich – rating nominalny 130A-140 A! i bardzo wysoka serwisowalność praktycznie w każdym porcie świata),
b) układy dwu-alternatorowe i ich równoważenie w układzie odbiorczym,
c) zasadność lub jej brak użycia diod separacyjnych w bateriach akumulatorowych,
d) specjalne kontrolery alternatorów (np. xantrexa) i co dostajemy w zamian za wydane niemałe pieniądze,
e) strategie projektowania i zabezpieczeń sekcji instalacji jachtowej spełniających zasadę „soft degradation” po uszkodzeniach sztormowych lub pożarze, itd., itd.
Warunkiem koniecznym jest zainteresowanie Kolegów i determinacja Mistrza Don Jorge w dręczeniu mnie (jestem dość obciążony pracą zawodową) – dzięki, któremu zostałem właścicielem niezwykłego jachtu i zacząłem sam (a nie załogowo) żeglować w różnych ciekawych miejscach– a co oznacza, że trudno byłoby Mu odmówić napisania takiego artykułu do jego znakomitej strony.
Żyjcie wiecznie !
Tadeusz
==============================================
Co na to Praktyk ?
Witaj Jurek!
W zasadzie zgadzam się z Tadeuszem, chociaż jako praktyk podchodzę do problemu bardziej ... cynicznie.Z praktyki bowiem wynika, że wszelkie działania mające przynieśc oszczędności , poprawić komfort obsługi i bezpieczeństwo, są drogie i zwracają się dopiero w drugim pokoleniu - o ile nie zepsują się wcześniej. Z pozycji praktyka każdy problem należy rozpatrzyć indywidualnie. Na Twoim przykładzie panel 40W to przy 14.2V około 3A .
Tyle mniej więcej będzie wynosił prąd biegu jałowego baterii 225 Ah podłączonej do prostownika.
Natomiast przy mniejszych (dużo) akumulatorach, lub większej mocy bateriach słonecznych
może to być problemem. Myślę jednak , że tylko podczas kilkudniowego postoju jachtu. Wtedy jednak można odłączyć baterie słoneczne.
Myślę też że okrerślenie "regulator napięcia" dla tych urzędzeń jest rochę na wyrost..
To po prostu wyłącznik sterowany napięciem akumulatora.
Pozdrawiam
Mietek
__________________________
Niebawem Tadeusz przygotuje artykuł o akumulatorach jachtowych. Jeśli "Żagle" nie skorzystają (zaraz zaproponuję), to przeczytacie u mnie news zawierający takie oto informacje:
- typy, zalety, wady, sumaryczne koszty jednostkowe, odpornośc na ludzka głupotę (jachty charterowe)
- umieszczenie na jachcie w zależnosci od przeznaczenia danej sekcji (rozruchowe, hotelowe, obciazeń udarowych, buforowo podtrzymujace itp)
- sposoby zabudowy oraz ochrony antyeksplozyjnej
- podłączenie do instalacji
Poprosze o klik rankingowy 
(jesli news sie podobał)
Kamizelki jeszcze na pomoście !
Żyjcie wiecznie !
Don Jorge