Akumulatory fotowoltaiczne według wielkości napięcia

Natężenie prądu, przekrój kabla, straty i sprawność konwersji

To natężenie prądu determinuje rozmiar instalacji DC, a natężenie jest odwrotnie proporcjonalne do napięcia dla danej mocy. To jest praktyczne sedno tego wyboru.

• Przy 48 V: 5 kW oznacza w przybliżeniu 105 A. Krótkie odcinki z miedzi o przekroju od 35 do 70 mm², wysokiej klasy izolatory DC, bezpieczniki klasy T lub NH oraz prawidłowo dokręcone tulejki są obowiązkowe, a nie opcjonalne.
• Przy 400 V: ta sama moc 5 kW to około 12,5 A, co bez problemu obsłuży kabel solarny 6 mm² ze standardowymi złączami MC4.
• Straty rezystancyjne rosną wraz z kwadratem natężenia prądu. Zmniejszenie natężenia prądu o połowę redukuje straty w tym samym przewodniku czterokrotnie, dlatego długie okablowanie akumulatorów jest znacznie tańsze w realizacji przy wysokim napięciu.
• Spadek napięcia przy 48 V jest powodem, dla którego akumulatory niskonapięciowe muszą znajdować się blisko inwertera. Kilka metrów niedowymiarowanego kabla może kosztować kilka procent zgromadzonej energii i powodować wyłączenia z powodu zbyt niskiego napięcia przy maksymalnym obciążeniu.

Napięcie odgrywa rolę również w łańcuchu konwersji. Stos wysokiego napięcia pracuje blisko wewnętrznego napięcia szyny DC inwertera, dzięki czemu konwerter DC/DC ma mniej pracy, a sprawność cyklu pełnego (round-trip) jest zazwyczaj nieco wyższa. Pakiet 48 V musi zostać podniesiony do kilkuset woltów, zanim mostek inwertera będzie mógł go wykorzystać, co dodaje kolejny etap konwersji i, w większości kart katalogowych, od jednego do trzech punktów procentowych strat w cyklu pełnym. Różnica ta jest realna, ale niewielka, a największe znaczenie ma w przypadkach, gdy akumulator jest codziennie głęboko rozładowywany.

Które inwertery obsługują którą klasę

Inwerter jest tutaj kluczowym elementem. Bardzo niewiele urządzeń obsługuje obie klasy, a żadne nie obsługuje obu jednocześnie.

• Nowoczesne hybrydy domowe są w przeważającej mierze wysokonapięciowe. Ich wejście akumulatorowe jest określone jako zakres DC rzędu setek woltów i oczekują one modułowej wieży z łącznością CAN z BMS.
• Inwertery off-grid oraz inwertery ładowarki to w zdecydowanej większości urządzenia 48 V. Szyna DC jest kręgosłupem systemu, a pozostałe urządzenia łączą się z nią bezpośrednio.
• Inwertery akumulatorowe w instalacjach off-grid sprzężonych po stronie DC dzielą szynę 48 V z regulatorami ładowania MPPT, odbiornikami DC i ładowarką generatora, co jest niemożliwe w przypadku stosu wysokonapięciowego.
• Modernizacje sprzężone po stronie AC omijają to zagadnienie: magazyn energii posiada własny inwerter, więc istniejący inwerter stringowy w ogóle nie „widzi” napięcia akumulatora.

Typowe przypadki użycia

• Niskie napięcie, około 48 V: domki off-grid, systemy hybrydowe budowane w oparciu o sprzęt Victron Energy, łodzie i pojazdy, małe pojemności od kilku kWh oraz każda konfiguracja, w której kilka urządzeń DC musi dzielić jedną szynę.
• Wysokie napięcie, mniej więcej od 100 do 600 V: domy jednorodzinne podłączone do sieci z nowoczesnym inwerterem hybrydowym, pojemności od około 5 kWh do 30 kWh, zasilanie awaryjne poprzez przełącznik transferowy oraz systemy komercyjne z długimi prowadzeniami DC.
• Oba warianty: bardzo małe magazyny balkonowe lub typu plug-in, które zazwyczaj są dostarczane jako szczelne jednostki z własną elektroniką i bez widocznej dla użytkownika szyny DC.

Bezpieczeństwo i kwalifikacje instalatora

Pakiet o napięciu znamionowym 48 V mieści się w granicach SELV, więc sam kontakt z zaciskami nie jest niebezpieczny. Zagrożeniem jest tutaj ogromny prąd zwarciowy: upuszczony klucz między szynami doprowadzi do odparowania metalu, dlatego tak ważne jest prawidłowe zabezpieczenie bezpiecznikami, stosowanie izolowanych narzędzi i osłon zacisków. W przypadku stosów wysokiego napięcia profil ryzyka ulega odwróceniu. Kilkaset woltów prądu stałego (DC) jest śmiertelne w przypadku dotknięcia i nie gasi łuku elektrycznego tak jak prąd przemienny (AC), dlatego prace muszą być wykonywane przez elektryka kompetentnego w zakresie instalacji DC, zgodnie z udokumentowaną procedurą izolacji, przy użyciu odpowiednich izolatorów przystosowanych do DC oraz, w większości konstrukcji, zintegrowanego ze stosem stycznika, który utrzymuje zaciski szeregu w stanie beznapięciowym aż do uruchomienia. Obie klasy wymagają uziemienia, ochrony przeciwprzepięciowej i jasnego oznakowania obwodu DC.

Możliwość rozbudowy

Banki niskiego napięcia rozbudowuje się równolegle: dodatkowe pakiety są dodawane obok istniejących, wszystkie przy 48 V, co jest elastyczne i dopuszczalne dla jednostek w różnym wieku, w granicach określonych przez producenta. Stosy wysokiego napięcia rozbudowuje się szeregowo w ramach jednej wieży, więc każdy moduł musi pochodzić z tej samej rodziny, a suma musi mieścić się w oknie DC inwertera oraz w maksymalnej liczbie modułów. Dzięki temu system wysokiego napięcia jest łatwy do jednorazowego rozszerzenia w ramach zaplanowanego zapasu, ale trudny do rozbudowy znacznie poza ten limit. W obu przypadkach końcową pojemność należy zaplanować już na etapie projektu.

Niskie napięcie w porównaniu z wysokim napięciem

Przesuń tabelę w lewo