Sähköistä itse kesämökkisi aurinko- ja tuulienergialla

Transkriptio

1 Sähköistä itse kesämökkisi aurinko- ja tuulienergialla 2014 kevät Energia-asiantuntija

2 Kirja ilmestyy kesäkuussa, saatavilla kirjakaupasta tai verkkokaupasta

3 Uusi sähköntuotantokapasiteetti EU:n alueella vuonna 2013

4 1 kw verkkoon asennettua aurinkosähköä Saksassa

5 Tuotantohinta kohtaa sähkön kokonaishinnan Tuotantohinta Suomessa Sähkön kokonaishinta Suomessa Vuosituotanto 900 kwh / 1kW aurinkosähköä 15 vuoden tuotanto tuotantohinnan laskelman pohjana Suomen hintataso asennetulle kapasiteetille nyt selvästi korkeampi Kun omalta katolta saa sähköä samaan hintaan kuin sähköyhtiöltä, rakentaminen käynnistyy

6 Mökkisähköt Suomessa on satoja tuhansia sähköttömiä mökkejä Verkkosähköliittymä on merkittävä kustannus Mökin perussähkölaitteet kuluttavat todella vähän - tuotantohinnalla ei ole juuri merkitystä Järjestelmä maksaa itsensä heti takaisin, jos vaihtoehtona on verkkosähköliitännän hankkiminen

7 Mökkisähköt Energiaa varastoidaan akkuihin Tyypillisesti matalajännitealueella, 12 volttia on yleisin akkupakan käyttöjännite Suuremmissa järjestelmissä 24V, 48V tai jopa isompi on mahdollinen Matalajännitealueella saa (ja voi) tavallinen kuluttaja tehdä kytkennät Mahdollisimman suuri osa kulutuskohteista kannattaa tehdä matalajännitteisenä tasavirralla, esim. valaistus Verkkosähköä 230 VAC voidaan tuottaa invertterillä

8 Valmiina avaimet käteen vai itse rakentaen? Kokonaisen järjestelmän toimittajia löytyy Suomesta runsaasti. Jos sähkötekniikasta ymmärtää hieman ja kaapelien, valopisteiden jne. asennus onnistuu, kannattaa työ tehdä itse Säästää kustannuksissa Opit tuntemaan järjestelmäsi hyvin, huoltoja tulee kuitenkin Voit hankkia komponentteja eri paikoista, saat juuri sellaiset kuin haluat ja sopivampaan hintaan Matalajännitealueella ei tarvita sähköurakointilupia Uusiutuvan energian omavaraisen tuotantojärjestelmän rakentaminen on kivaa ja palkitsevaa!

9 Akut Massa / energia -suhteella ei ole juuri merkitystä toisin kuin vaikkapa sähköautokäytössä Mökkijärjestelmissä käytetään lähes poikkeuksesta lyijyakkuja ns. vapaa-ajan akut, erona tavalliseen auton käynnistysakkuun on paksummat lyijylevyt lyijy-hyytelöakut (harhaanjohtava kauppatermi: silikoniakku) AGM-akku (Absorbed Glass Mat) Tavallisia auton käynnistysakkuja ei tulisi käyttää, koska tekninen käyttöikä jää lyhyeksi Käynnistysakku on suunniteltu antamaan lyhyesti isoja virtoja lyhyesti eikä sovellu sykliseen käyttöön rakenteensa vuoksi kuten mökillä on tarpeen

10 Järjestelmän mitoitus Järjestelmää mitoitetaan kahdella tavalla: energialähteillä ja akkupakan koon valinnalla Iso akkupakka mahdollistaa järjestelmän toimivuuden tuulettomien ja pilvisten päivien aikana sekä suuren hetkellisen tehon Aurinkopaneeli- tai tuulivoimateho ei rajoita käytettävien sähkölaitteiden hetkellistä tehoa! Paikasta riippuen, pelkällä tuulivoimalalla varustettu järjestelmä on hyvä varustaa isolla akkupakalla Aurinko ja tuuli tukevat toisiaan erinomaisesti KESÄmökkikäytössä usein pelkkä aurinkopaneeli tuottaa mukavasti sähköä

11 Mitoitus Sähköntuotanto Vähän kulutusta Paljon kulutusta ( ) Varastointi, akkujen määrä Tasainen kulutus Suuria kulutuspiikkejä, esim. viikonloppukäyttö

12 Järjestelmän mitoitus: tuotanto Kaikkien käytettävien laitteiden kulutus vuorokaudessa lasketaan yhteen Yksikkönä wattitunti (Wh) Esim: 5 watin lamppu palaa 6 tuntia: 5W x 6h = 30Wh

13 Energiankulutuksia vuorokaudessa keskimäärin Kännykkä 3 Wh Runsas LED valaistus, myös halogeenejä ja ulkovaloja Wh Kevyt LED-valaistus, muutama valopiste 20 Wh Iso taulu TV tai kuvaputki-tv, 2 tuntia / päivä Wh Runsas LED valaistus 80 Wh 12V Jääkaappi Wh Pieni 12V taulu-tv, 2 tuntia / päivä 100 Wh 230V Jääkaappi Wh Vedenkeitin, 1 litra / päivä 120 Wh Uppopumppu, 1 tunti päivässä 500 Wh Imuri, puolen tunnin imurointi kerran viikossa 120 Wh 12V vesipumppu talouskäyttöön 50 Wh Kannettava tietokone, 3 tuntia / päivä 150 Wh Stereot 100 Wh Mikroaaltouuni, 10 minuuttia / päivä 150 Wh Hiustenkuivain, 10 min /päivä 350 Wh Kahvinkeitin, 5 kuppia / päivä 200 Wh Ilmalämpöpumppu Wh Kysely

14 Järjestelmän mitoitus: tuotanto Saatu vuorokausikulutus muunnetaan aurinkopaneelitehoksi ja/tai tuulivoimatehoksi Käyttäen tuotantoarvioita ja huomioiden vuodenajan vaihtelut (seuraavat kalvot) Ylimitoittaen hieman, vaikkapa 30% - varmuuden vuoksi!

15 Paljonko aurinkopaneelitehoa tarvitaan? Järjestelmä kuluttaa vuorokaudessa esim. 300 Wh. Käytetään mökkiä toukokuusta(392 Wh/päivä) syyskuuhun(201 Wh/päivä) watin paneeli, wattituntia vuorokaudessa Tammi Maalis Touko Heinä Syys Marras 100 watin paneeleita tarvitaan 300Wh / 201Wh = 1,5 kappaletta 20% ylimitoituksella esim. 180W = 2 kpl 90W paneeleita tai yksi 200W paneeli Jos sähköjä halutaan käyttää myös lokakuussa pelkillä aurinkopaneeleilla, tarvitaan paneeleita lähes kaksinkertainen määrä

16 Järjestelmän mitoitus: akkukapasiteetti Esimerkki: Järjestelmä kuluttaa 300 Wh(0,3 kwh) vuorokaudessa. Halutaan että akkupakassa on kolmen päivän kulutusta vastaava energia ja akuista hyödynnetään laskennallisesti 50%. 3 x 300Wh / 0,5 = 1800 Wh joka on akkukapasiteettina 12 voltin järjestelmässä on 1800Wh / 12V = 150 Ah eli valitaan esim. 1 x 150Ah akku (Jos järjestelmän akkujännite olisi 24V, kytketään akut sarjaan ja saadaan sama energiakapasiteetti.)

17 TEG eli termosähköinen elementti tuottaa lämpötilaerosta sähköä Puun polton sivutuotteena sähköä, säästä riippumatta

18 Erilaisia aurinkopaneeleita Yksikide Hyötysuhde 16-24% Osavarjostus pienentää rakenteen vuoksi tuotantoa Monikide Hyötysuhde 14-18% Tuotanto laskee lämpötilan noustessa enemmän kuin muilla Amorfinen pii Hyötysuhde 9-13% Joustava rakenne Valintakriteeri: euroa / watti!

19 Erilaisia tuulivoimaloita Pystyakselinen tuulivoimala Potkurimallinen tuulivoimala Darrieus Windside

20 Nimellisteho 200 wattia 6 m/s Lapojen halkaisija 2,1 metriä 2 Pyyhkäisypinta-ala 3,5 m Pyyhkäisypinta-ala on suurin yksittäinen sähköntuotantoon vaikuttava tekijä! Nimellisteho 300 wattia 12 m/s Lapojen halkaisija 1,5 metriä 2 Pyyhkäisypinta-ala 1,8 m

21 Invertteri Tuottaa akkujen tasajännitteestä verkkojännitettä (230VAC) Laitteen valinnassa täytyy huomioida että moottorit ja kompressorit ottavat käynnistyessään 3-4 -kertaisen tehon!

22 Invertterin tuottama sähkö Puhdas siniaalto Herkille sähkölaitteille Tietokoneet, moottorit, Hakkuriteholähteellä varustetut laitteet 300 W n. 150 euroa 1000W n. 400 euroa 2000W euroa Modifioitu siniaalto Laitteet voi toimia, mutta pieni rikkoontumisen riski on olemassa 150 W n. 40 euroa 1000W euroa 2000W n. 250 euroa

23 Peruspaketti Naps Systems OY

24 Simppeli lataussäädin Akku täysi Lataa Pienessä aurinkopaneelijärjestelmässä ei välttämättä tarvita tämän ihmeellisempää säädintä! Syväpurkauksenesto puuttuu Sulakkeet täytyy aina lisätä Hinta: euroa Tässä mallissa Max 6A eli 72 wattia aurinkopaneelitehoa

25 Lataussäädin, kytkennät Naps systems OY Aurinkopaneeli(t) Akku Sulaketaulu ja sähkönkuluttajat. Syväpurkauksenesto: ulostulo katkeaa, kun akku tyhjenee. Tehokas invertteri kiinni suoraan akkuun!

26 Lataussäädin, toiminnot Jänniteulostulo on/off Akuston varaustila(%), akkujännite(v), latausvirta (A), kulutus (A), kumulatiivinen latausmäärä (Ah), kumulatiivinen kulutus (Ah)

27 Aurinkopaneelin suuntaus 80 O O O Kallistuskulma Ilmansuunta etelään +-15 astetta ei juurikaan vaikuta tuottoon Pystysuunnassa suunnataan käytön mukaan 30 astetta antaa parhaan tuoton kesäaikana 45 astetta parhaan keskimääräisen tuoton ympärivuotisessa käytössä astetta antaa talvella parhaan tuoton 50% tuotannosta on hajasäteilyä, johon suuntauksella ei ole juuri merkitystä! Auringon seuraajalla saadaan 25-40% enemmän, mutta seuraaja on kallis ja mekaanisesti arveluttava

28 Pientuulivoimalan mastot Harustettu masto Edullinen n. 6 metriin saakka riittää yhdet harukset, korkeammissa useammat Ilkivallan mahdollisuus 6 metriin saakka nousee käsivoimin, korkeammissa käytetään apumastoa Todella nopea asentaa, harustuspisteet voidaan toteuttaa maakiiloilla maaruuveilla metallipropuilla isoihin kiviin tai kallioon betonilla

29 Pientuulivoimalan mastot Harustamaton teräsmasto Muutaman sadan watin mökkituulivoimalaan yleensä kohtuuttoman hintainen Nostetaan ylös apumastolla ja vinssillä Tai nosturilla! Ei häiritseviä vaijereita Vaatiin järeän perustuksen maaruuveilla Metallipropuilla kallioon betonivalulla

30 Yleismittari, paras kaveri Tarpeellisimmat toiminnot Tasa- ja vaihtojännitteen mittaus Tasavirran mittaus Tyypillisesti 10A saakka Resistanssin mittaus Johtavuusmittaus Kaapeloinnin vianhaussa ja tarkistuksissa erittäin kätevä

31 Akun purkauskäyrä Kun akku saavuttaa jännitteen n. 14,4V on akku täysi Täyteen ladattu, n. vuorokauden tasoittunut akku on jännitteeltään noin 12,8 V Eli jännite ei suoraan kerro lataustilaa! Lähes tyhjä akku voi olla isolla virralla ladattaessa jännitteeltään 12,8V! Tyhjä akku, jota ei ladata eikä pureta on n. 10,8 V Täys akku, jota puretaan isolla virralla, voi olla jännitteeltään n. 11,5V

32 Mikä pistoketyyppi kannattaa valita? 12V erikoispistorasia : siisti, mekaanisesti kestävä, yleensä kalliita DIN-liitin: halpa, mekaanisesti kehno, poistumassa käytöstä Toinen tappi on isompi Tupakansytytin: siistit seinäasennettavat harvinaisia, runsas laitetarjonta valmiiksi tällä pistoketyypillä

33 Asennukset Suunnittele ensin! Mihin tulee valaisimet, miten kaapelit vedetään Mihin laitetaan pistokkeita Mihin akut? (tuuletettuun tilaan, jos nesteakku) Tavoitteena mahdollisimman lyhyet kaapelivedot JA helppo asennus ja huollettavuus Kun suunnitelma on valmis, käy läpi vielä kerran kaikki työvaiheet ja pohdi, mitä tarvikkeita, kaapeleita ja työkaluja tarvitset

34 Kytkentäjärjestys 1. Ensin akku kiinni lataussäätimeen/säätimiin - Säätimet saavat käyttöjännitteensä akusta ja ilman sitä eivät toimi - pyörivä tuulivoimala liitettynä säätimeen ILMAN akkua johtaa yleensä säätimen rikkoutumiseen! 2. Sitten aurinkopaneelit(ja tuulivoimala) - Tuulisella kelillä sido tuulivoimalan propelli kiinni asennuksen ajaksi 3. Viimeiseksi sähköä kuluttavat laitteet, sulakkeiden kautta!

35 Sähkö kulkee johtimissa Sähköjärjestelmän yleisin osa on kaapeli, siksi sen oikea mitoittaminen ja oikean tyypin valinta on tärkeää! Ns. Lamppujohto 2 x 0,75 mm² tai 2 x 1,5 mm² on yleinen (LED)valaisimille sisävedoissa. Maakaapeli MCMK Ulko- ja maavetoihin maakaapeli esim. MCMK Matalajännitealueella voi tavallinen kuluttaja tehdä kytkennät Matalasta jännitteestä huolimatta viallisiin kytkentöihin sisältyy riskejä, esim. palovaara oikosulkutilanteessa Muista sulakkeet! Sopiva kaapelin paksuus määritetään kaapelissa kulkevan virran, kaapelin pituuden ja suurimman sallitun jännitehäviön avulla Matalajännitealueella pitkät vedot (esim. yli 20 metriä) ovat lähtökohtaisesti aina haasteellisia!

36 Simppeli kaava kaapelin valintaan Poikkipinta-ala (mm²) = L x I / 16 L = kaapelin pituus I = Virta

37 Kaapelin mitoittaminen Taulukkoarvoja kaapelin valintaan Virta Tarvittava kaapelin poikkipinta-ala 5A 10A 0,75 mm² 1,5 mm² Valaisimet Tuotanto aurinkopaneelilla tai tuulivoimalalla 16A 25A 50A 100A 2,5 mm² 4 mm² 7 mm² 16 mm² Tupakansytytinpistoke, jääkaappi Mökin yleiskaapelointi Invertterikäyttö 200A 32 mm² Oheiset pätee, jos kaapeli pääsee vapaasti jäähtymään. Ahtaissa tiloissa ja niputettaessa kaapeleita toisiinsa tulee valita n. 30% paksumpi kaapeli.

38 Erilaisia polttimoita Lähde:STEK Valotehokkuus Elinikä Hehkulamppu 10 lumen/w 1000 tuntia Halogeenilamppu 15 lumen/w 1800 tuntia Pienloistelamppu eli ns. energiansäästölamppu 40 lumen/w tuntia LED lumen/w tuntia *) LEDin värilämpötila tulee valita käyttötarkoituksen mukaan, perus mökkikäyttöön lämminsävyinen on miellyttävä ja kannattava valinta! *) valotehosta jäljellä 50%

39 Energiataloudellinen tarkastelu Energian hintana 13 c/kwh - mökillä laskennallinen tuotantohinta on aina korkeampi! LED 5 W Halogeeni 25W Käyttöikä tuntia Käyttöikä 1800 tuntia Energialasku 32,5 euroa Energialasku 6 euroa Polttimon hinta 25 euroa Polttimon hinta 2 euroa Yhteensä (50000 tuntia) 52,5 euroa Yhteensä (50000 tuntia) 222 euroa

40 Jääkaapin kulutus 500 Tyypillisen kompressorikäyttöisen 60 litraisen 12V jääkaapin kulutus Jääkaapin sisälämpötila 5 astetta Kulutus vuorokaudessa Wh Ympäristön lämpötila

41 Esimerkki 12V järjestelmästä Aurinkopaneeli Valaisimia DC Radio Jääkaappi Lataussäädin 12 VDC Pääsulake Kännykänlaturi TV Akku tai akut 12V ulostulo 230VAC Invertteri

42 Kiitos!