Aurinkosähkö mökille 12V ja 24V: Pienjärjestelmien perusteet
Aurinkosähkö mökille 12V sopii usein pienen ja kohtuullisesti kuluttavan mökin valaistukseen sekä puhelinten ja muiden pienten laitteiden lataamiseen. Jos kulutus kasvaa tai kaapelointimatkat pitenevät, 24 voltin järjestelmä voi olla käytännöllisempi. Ratkaisu ei kuitenkaan perustu pelkkään paneelien tai akun valintaan, vaan koko järjestelmän mitoitukseen.
Tässä oppaassa selviää, milloin 12 volttia riittää ja milloin aurinkosähkö mökille 24V on järkevämpi vaihtoehto. Lisäksi käsittelemme akun kapasiteetin ja käyttöajan arviointia, kaapelin koon vaikutusta jännitehäviöön sekä Suomen vuodenaikojen, sijoittelun ja asennusturvallisuuden merkitystä.
Aurinkosähköjärjestelmän perusteet mökillä: 12V vai 24V?
12 voltin järjestelmä sopii yleensä mökille, jossa sähkönkulutus on maltillista ja laitteet sijaitsevat lähellä akkua ja lataussäädintä. Se voi riittää esimerkiksi valaistukseen ja pienten laitteiden lataamiseen. Kaikkien komponenttien, kuten akun, latauslaitteiden, mahdollisen invertterin ja kulutuslaitteiden, on oltava yhteensopivia saman järjestelmäjännitteen kanssa.
24 voltin järjestelmä on perusteltu, kun tehoa tarvitaan enemmän tai kaapelointimatkat ovat pitkiä. Samalla teholla 24 voltin järjestelmässä kulkee puolet pienempi virta kuin 12 voltin järjestelmässä. Tämä vähentää kaapelihäviöitä ja voi mahdollistaa ohuemmat kaapelit. Tarkemman vertailun löydät Sunwindin 12 ja 24 voltin järjestelmien eroja käsittelevästä ohjeesta.
Järjestelmän mitoitus ja akun kapasiteetti
Akun mitoitus alkaa mökin todellisesta kulutuksesta. Kirjaa erikseen, mitä laitteita käytetään, kuinka pitkään ja milloin sähköä tarvitaan. Huomioi päivittäinen kulutus, vuodenaikojen vaihtelu ja se, kuinka pitkään järjestelmän on toimittava ilman aurinkotuotantoa esimerkiksi pilvisellä säällä.
Akku varastoi paneelien tuottamaa sähköä iltaa, yötä ja vähäisen tuotannon jaksoja varten. Liian pieni akku ei kata kulutusta, kun taas ylimitoitettu akku voi nostaa kustannuksia ilman vastaavaa hyötyä. Energiatehokkaat laitteet pienentävät tarvittavaa akkukapasiteettia.
Kapasiteetti ilmoitetaan yleensä kilowattitunteina (kWh), ja se kertoo, kuinka pitkään akku voi syöttää energiaa. Teholuokka kilowatteina (kW) puolestaan kertoo, kuinka nopeasti akku voi ottaa vastaan tai luovuttaa energiaa. Lyhyet, suuret kulutuspiikit vaativat riittävää tehoa, useita tunteja jatkuva käyttö taas kapasiteettia.
Pienelle, satunnaisesti käytettävälle mökille voi riittää pienempi akku, kun taas pidempi omavaraisuus edellyttää suurempaa kapasiteettia. Arvioi tarvittava nimellisenergia kaavalla:
akun kapasiteetti (kWh) = päivittäinen kulutus (kWh/vrk) × autonomiapäivät ÷ (käytettävä osuus × invertterin hyötysuhde).
Jos invertteriä ei käytetä, sen hyötysuhdetta ei tarvitse huomioida. Muunna energiamäärä ampeeritunneiksi kaavalla kapasiteetti (Ah) = kapasiteetti (Wh) ÷ järjestelmäjännite (V). Esimerkiksi 3 kWh:n päivittäinen kulutus yhdeksi päiväksi, 90 prosentin käytettävä kapasiteetti ja noin 90 prosentin invertterihyötysuhde tarkoittavat noin 3,7 kWh:n nimelliskapasiteettia. Se on 12 voltin järjestelmässä noin 308 Ah ja 24 voltin järjestelmässä noin 154 Ah.
Pienen 12 tai 24 voltin mökkijärjestelmän alustavassa mitoituksessa voidaan käyttää kemiakohtaisena esimerkkinä LiFePO4-akulle 80 prosentin ja AGM- tai lyijyakulle 50 prosentin käytettävää osuutta. Sama käyttöosuus pätee molempiin järjestelmäjännitteisiin, mutta saman energiamäärän Ah-lukema on 24 voltilla noin puolet 12 voltin lukemasta. Lopullisessa mitoituksessa on huomioitava myös akun sallittu lataus- ja purkuvirta, lämpötila, valmistajan latausohjeet ja invertterin hetkellinen huipputeho. Kylmissä oloissa akku voi antaa noin 20 prosenttia vähemmän kapasiteettia, joten tarvitaan lisämarginaalia.
Laskukaava ja esimerkkejä akun mitoitukseen · 12 V:n ja 24 V:n mökkijärjestelmän mitoitusohje
Kaapelointi ja jännitteen aleneman hallinta
Kaapelin mitoituksessa ratkaisevat järjestelmän jännite, virta ja kaapelin pituus. Erityisesti 12 voltin järjestelmässä jo suhteellisen pieni jännitehäviö vaikuttaa merkittävästi käytettävissä olevaan tehoon. Mitä suurempi virta ja mitä pidempi kaapeli, sitä suurempi poikkipinta tarvitaan.
Kun tavoitteena on enintään 2,5 prosentin jännitteen tai tehon alenema, mitoituksessa käytetään kaapelin poikkipinta-alaa, yksisuuntaista pituutta, virtaa ja sallittua jännitehäviötä. Kuparikaapelin resistiivisyytenä käytetään arvoa 0,0175 Ω·mm²/m. Jos laskettu koko osuu saatavilla olevien kokojen väliin, valitaan seuraava suurempi poikkipinta-ala.
Esimerkiksi aurinkopaneelin ja lataussäätimen välisessä kaapelissa mitoitus voi olla seuraava:
| Virta | Yksisuuntainen pituus | Kaapelin poikkipinta-ala |
|---|---|---|
| 4 A | 5 m | vähintään 2,4 mm² |
| 10 A | 5 m | 6 mm² |
| 10 A | 10 m | 12 mm² |
| 10 A | 20 m | 24 mm² |
Pituus mitataan tässä taulukossa yhteen suuntaan. Kaapelin koko kannattaa määrittää erikseen jokaiselle järjestelmän kaapeliosuudelle, koska virta ja pituus voivat vaihdella. Jos omat arvot poikkeavat taulukon esimerkeistä, käytä valmistajan mitoitustaulukkoa tai pyydä sähköalan ammattilaiselta laskelma. Myös liitosten, sulakkeiden ja muiden sähkökomponenttien on oltava järjestelmään sopivia.
Huomioita sijoitteluun ja kausivaihteluun Suomessa
Paneelien sijoittelussa tärkeintä on varjottomuus. Rakennukset, puut, savupiiput ja antennit voivat heikentää tuotantoa merkittävästi. Erityisesti keskipäivän varjostus on haitallista, koska auringonsäteily on silloin voimakkaimmillaan. Myös vain osaan paneelia osuva varjo voi pienentää koko paneelin tai paneeliryhmän tuotantoa.
Suomessa etelään suunnattu paneeli tuottaa yleensä eniten vuositasolla. Kaakko- ja lounassuunta toimivat myös hyvin. Itä- tai länsisuunta voi olla järkevä, jos sähköä tarvitaan erityisesti aamuisin tai iltaisin. Pohjoissuuntausta ei suositella, koska tuotanto jää selvästi pienemmäksi.
Paneelin optimaalinen kallistus Suomessa on noin 40 astetta, mutta 10 asteen kallistus voi tuottaa lähes saman kokonaismäärän. Jyrkempi kulma tukee talvituotantoa, loivempi kesätuotantoa. Tasakatolla paneelit kannattaa kallistaa vähintään 10–15 astetta, jotta sade puhdistaa niitä ja lumi jää helpommin pois. Katon rakenteet ja lumikuormat on huomioitava, ja kiinteä asennus on syytä teettää ammattilaisella.
Talvella aurinkotuotantoa ei pidä olettaa kesän veroiseksi. Suomessa talvi on pimeä, ja keskipäivän huipputuotanto voi olla kesällä moninkertainen talveen verrattuna. Jos mökkiä käytetään myös talvikaudella, järjestelmän riittävyys kannattaa arvioida erikseen valmistajan tuotantoarvion tai ammattilaisen avulla.