Dimensioneringsguiden

Storheter

De storheter vi normalt stöter på när vi behöver räkna ut något som har med ström (Ampere), spänning (Volt), motstånd (Resistans i (Ω) Ohm) eller effekt (Watt) är:

P = Effekt = Watt
U = Volt = Spänning
I = Ampere = Ström
R = Resistans = Motstånd

Dessa fyra storheter kan användas och kombineras i två olika enkla lagar då deras enheter kan användas tillsammans:

Ohms Lag & Effektlagen

För att göra saker så enkelt som möjligt behöver man veta hur och varför man beräknar på ett speciellt vis. Beräkningarna är enkla. För att få veta hur mycket man får av en av storheterna kan man använda de andra storheterna för att ta reda på det. Med följande lilla formelsnurra kan man enkelt ta reda på det man vill veta:

Dimensionering av batteribank

Först behöver man ta reda på hur mycket ström man kommer att göra av med och dimensionera sin batteribank för det. Se Batteriguiden för mer info. Använd gärna vår lilla lathund i Excel-format för att beräkna just din förbrukning. Om du vill sprida den går det bra men du får i så fall inte ändra i filens grundinformation, förklaringar till hur den fungerar eller på vår logo eller företagsinformation. Tack för att du förstår!

Lathund för beräkning av batteribank

När du skaffat dig koll på storleken på din batteribank blir det betydligt enklare att bestämma hur mycket energi du behöver ha ut ur dina solpaneler för att hinna ladda upp batterierna i rimlig tid till du behöver den igen. Ju mer effekt du kan få ur solpanelerna desto fortare kommer uppladdningen att gå. Om du har tillgång till riktigt mycket ström från dina solpaneler kan det i en del fall faktiskt minska behovet av en stor batteribank, i alla fall under den tid man vet att det kommer att vara bra väder.

12 eller 24 Volts system?

Skulle du inte ha behov av att driva utrustning som går på 12 Volts batterispänning kan du alltid välja att lägga två batterier i serie istället för i parallell och få ett 24 Volts system. Glöm iså fall inte att samtidigt installera en batteribalanserare. En sådan ser till att båda batterierna får exakt samma laddnivå vilket maximerar kapaciteten och livslängden på dina batterier. En 24V batteribank ger förutom något högre verkningsgrad och mindre förluster i batterikablarna även mindre ”rippel”, dvs. stabilare spänning vid stor belastning. Dessutom skulle du i de flesta fall kunna koppla in dubbelt så mycket solpanel till samma solcellsregulator och därmed få upp laddeffekten (Watt) till det dubbla. Laddströmmen blir dock maximalt densamma men mängden energi fördubblas alltså. Tänk på att om du har en invertern för omvandling av batterispänning till 230 Volt växelspänning så måste iså fall invertern, eller annan utrustning du ska köra direkt på batteribanken vara anpassad för just 24 Volt. En inverter eller annan utrustning för 12 Volt skulle utan tvekan gå sönder om du kopplar den till en 24V batteribank.

Om du har behov av både 12 Volt och 24 Volt finns inget som hindrar att du använder två olika system, ett för varje batterispänning där respektive system är speciellt anpassat och dimensionerat för just sin uppgift. Alternativt kan man använda en spänningsomvandlare från 24V till 12V. Att använda ett 24 Volts system för båda spänningarna utan omvandlare avråder vi å det bestämdaste ifrån (även om det är både praktiskt och teoretiskt möjligt). Att ta ut 12V från ett av de två batterierna i en 24V batteribank skapar obalans mellan batterierna vilket förkortar livslängden och minskar kapaciteten i batteribanken dramatiskt. Måste du ta ut stora strömmar på 12V är det oftast invertern som står för det. Byt då hellre inverter till en som är gjord för 24V. Det ger mycket bättre prestanda, stabilitet och tillförlitlighet. Större invertrar för 230 Volt växelspänning platsar avgjort bättre på 24 Volt än på 12V. Riktigt stora effekter kör du bäst på 48V batteribank.

Vi rekommenderar inte att ha större inverter än maximalt 3000W på en 12V batteribank. Helst bör man dra gränsen redan vid 2000W. Om du måste använda en inverter på 3000W på 12V, se till att batteribanken är ordentligt stor. Absolut minst 300Ah, helst mer. Batteribanken kommer annars att ha svårt att stå emot de mycket stora strömuttagen utan att polspänningen sjunker för mycket (räkna med upp till minst 600A momentant om du har en potent 3000W inverter). Dessutom krävs det riktigt feta och korta kablar till en sådan. Annars kommer du att få för mycket spänningsfall i kablarna och det adderas till batteribankens spänningsfall vid stora effektuttag. Det kan resultera i en instabil inverter eller tom. en som slår ifrån eller i värsta fall går sönder.

Dimensionering av solpaneler

För att ta reda på vilken regulator vi ska välja måste vi först veta hur mycket ström vi kommer att behöva för att kunna ladda upp batteribanken vi valt tillräckligt fort.

En bra ”12V” standardpanel på 115W skulle under maximalt gynnsamma förhållanden kunna ge 19,1V och 6,02 Ampere vilket blir 115W. Det skulle, om du valt en PWM regulator och har en 12V batteribank resultera i en maximal laddning på c:a 14,4V och 6A när allt laddar för fullt, dvs. 86,4W. Men, tänker du nu, det blir ju inte 115W, det är ju för lite, det fattas ju 28,6W. Det är procentuellt 24,9% för lite effekt. Jo, det är riktigt men som vi nämnde ovan är paneler designade för 12 Volts system inte på 12 Volt, de ligger ofta mellan 18-20 Volt, annars skulle de inte kunna ladda batterierna eftersom laddningsspänningen måste vara högre än nominella batterispänningen och vi vill ju dessutom helst kunna ladda batterierna i alla fall lite, även om det är sämre väder. Problemet med en PWM regulator är att den inte kan ta tillvara det högre spänningen, den går helt enkelt förlorad.

Räknar man sedan in de sedvanliga förlusterna i batteriet så är de beroende på typ ungefär 5-20%, elektroniken utgör ofta 2-5% och kablaget 1-5%. Det gör att förlusterna kan bli betydande om man inte aktar sig. För en bra och väldimensionerad standardinstallation med ett bra AGM batteri och ovan PWM regulator tappar vi alltså ungefär 15% till av vår laddning. Av ovan 86,4W har vi därför oftast inte mer än 73W kvar efter alla förluster. Men en batteribank på 200Ah skulle det bli 160A att ladda om vi dränerat den till 80% DoD. (DoD = Urladdningsdjup) Observera att AGM inte ska laddas ur så hårt som till 80% DoD. De är inte ämnade för djupare urladdning än c:a 50% DoD. Det är bara ett exempel på hur det brukar se ut i verkligheten. GEL batterier klarar dock 80% DoD fint och Bly-Kol klarar hela 100% DoD.

Laddströmmen från en PWM regulator kommer i ovan exempel förmodligen att ligga strax under 6A när solen lyser som bäst men vi räknar med 6A för enkelhetens skull. Eftersom vi har ett batteri av typen bly-syra (AGM) räknar vi med att laddningen (bulk) går rimligt fort upp till 80% SoC (SoC = Laddningsnivå). Med 160A att ladda och 6A laddström blir det 160/6=26,7 timmar! Med 10 timmar perfekt sol per dygn (vilket är omöjligt pga. att solen rör sig konstant från öst till väst och har olika höjd under tiden) så skulle det bli 2,67 dygn. Se den gula grafen nedan. Den representerar solinstrålningen en rimligt perfekt dag i mitten på April i mellan-Sverige med panelerna fast monterade i perfekt söderläge och i 45 graders lutning. Som du kan se så tappar vi ytterligare c:a 30%. Nu har vi helt plötsligt hamnat på c:a 3,5 dygn. Glöm inte heller bort att det är väldigt få dagar som faktiskt ser ut som i grafen nedan. Oftast är det betydligt sämre. Nu har vi fortfarande bara laddat batteribanken till 80%. De återstående 20% kommer pga. kemin hos bly-syra batterier att ta minst 8 timmar, eller sannolikt betydligt längre. Känns det OK tycker du? Nej, de flesta håller nog med. 4,5-5 dygn får att återladda helt är verkligen inte bra. Batteribanken håller med. Med så dålig återladdning skulle den snart självdö. Inga bly-syra batterier gillar att stå partiellt laddade någon längre tid. Inte ens Bly-Kol som klarar det bäst. Laddningsnivån kommer i ovan exempel att vara på tok för låg alldeles för länge, i synnerhet om du tänkt förbruka energi under tiden. Då sulfaterar snart dina batterier och sedan är det för sent att rädda dem. Men vad kan vi göra för att det ska gå snabbare?

Två saker som utan tvekan snabbar upp processen är mera solpanel och en regulator av typen MPPT. En MPPT regulator kan faktiskt öka laddströmmen med upp mot 30% i gynnsamma fall. Dessutom är verkningsgraden så gott som alltid högre. Teoretisk max laddström hos ovan solpanel med en MPPT regulator blir därför precis knappt 8A i stället för knappt 6A. Det skulle minska tiden för återladdning till drygt 16 timmar istället för drygt 21 timmar. Redan här har vi vunnit 5 timmar. Det är riktigt bra. Skulle vi dessutom ha två 115 Watts paneler skulle tiden bli drygt 8 timmar. Nu börjar det hända saker! Nu börjar det i alla fall bli teoretiskt möjligt att återladda, i alla fall till 80% på en dag, även om förlusterna ovan fortfarande inte är inräknade.

Med en större panel, låt oss som exempel ta en 310 Watts panel som lämnar 37 Volt och 8,38 Ampere tillsammans med en kraftfull MPPT regulator som klarar att använda energin i denna panels betydligt högre spänning till att ladda ett 12 Volts system så skulle läget bli intressant på riktigt. Med en sådan kombo skulle man teoretiskt kunna ladda c:a 21,5A Ampere och även om man inte skulle få ut mer än 20A som mest en vacker dag så skulle du i alla fall klara att återladda merparten av de 80% inkl. förluster under en och samma dag. Har du minimalt med förbrukning kan du dessutom, i bästa fall, klara resterande 20% dagen därpå. Det gillar dina batterier och du har då ökat livslängden på dem rejält jämförelsevis.

Om du vill göra om ovan beräkning för någon annan panelstorlek, ta panelens Rated Voltage (Vmpp) x Rated Current (Impp), båda värdena ska vara enligt standarden STC, så får du fram panelens effekt. T.ex. 33,24V x 10,68A = 355W.

Tänk till ordentligt innan du beställer komponenterna till ditt system. Det blir alltid billigast och bäst så.

Riktning och lutning

Diagrammet ovan ger en fingervisning om den relativa produktionen i % på årsbasis beroende på panelernas lutning mot horisontalplanet och mot vilket väderstreck man riktar panelerna. Grafen visar aktuella förhållanden för Uppsala. Andra delar av landet kan ha andra värden. Grafen är baserad på data från programmet PVGIS vilket är utvecklat och underhålls av EU-kommissionen och du kan hitta onlineversionen av det här. Programmet är fritt att använda för både privatpersoner och företag. Prova det gärna för att se hur just din situation kan se ut. 3% skiljer mellan varje färg. Klicka på bilden för en större och tydligare version.

När du planerar för var och hur du ska montera dina solpaneler, tänk på att lokala förhållanden som skuggning från t.ex. byggnader eller träd kan påverka den totala produktionen påtagligt. Försök därför att placera panelerna så fritt från skugga som möjligt. Den totala årliga produktionen kan under ogynnsamma skuggningsförhållanden påverkas betydligt mer än vad panelernas vinkel eller riktning gör.

Om du har problem med skuggning, prata med oss, i de flesta fall kan vi med speciella tekniska lösningar (optimerare) kompensera mer eller mindre väl för de problem som kan uppstå, allt beroende på hur allvarliga problemen är och hur de uppträder.

Solcellsregulatorer (solcellsladdare för batteribank)

Här är de åtta viktigaste sakerna att hålla reda på:

Vilken spänning i Volt har du tänkt använda på din batteribank?
Vilken spänning i Volt levererar dina solpaneler till regulatorn?
Vilken är den maximala sammantagna effekten i Watt som dina solpaneler kan leverera till regulatorn?
Kan regulatorn hantera den batterispänning du tänkt använda?
Kan regulatorn hantera den maximala effekten dina paneler kan lämna i din batteribanks spänning?
Har regulatorn du väljer inställning för just din batterityp?
Vilken regulatortyp har du tänkt använda, MPPT eller PWM?
Är det en fristående regulator du behöver eller har du tänkt bygga en större anläggning?

Nu kan det bli lite mycket att hålla reda på så vi tar allt ett steg i taget. Listan ovan är i rätt ordning för att kunna ta ett beslut om vilken regulator det blir i slutändan.

Du måste först veta vad din batteribank har för spänning i Volt, eller bestämma vilken spänning den ska ha. Kolla gärna vår batteriguide. Med vår lathund ovan kan du räkna ut hur du ska dimensionera den för att den ska vara av rätt storlek till den förbrukning du räknar med. I batteriguiden kan du även ta reda på vilken batterityp som passar dig bäst och hur du bör koppla den. Har du en befintlig batteribank, mät gärna polspänningen med en multimeter om du är osäker på din nuvarande batterispänning, om du vill behålla den som den är. Om du har valet och inte specifikt måste ha 12V till någon av dina förbrukare, eller vet med dig att du kommer att vilja köra lite större förbrukare som t.ex. en inverter på 2000W eller mer, välj hellre en batteribank på 24 eller 48V istället för 12V. Skulle du ändå vilja använda 12V förbrukare till en sådan batteribank finns utmärkta omformare i en massa olika storlekar som är relativt billiga.
På baksidan av dina solpaneler finns en produktmärkning. Där ska bl.a. finnas angivet panelens spänning och strömstyrka. Paneler med spänning (Open Voltage eller Voc enligt STC) oftast 16-22 Volt används oftast till en 12 Volts batteribank. Om du har flera av denna typ kan de seriekopplas för högre total spänning från solpanelerna och kan därför fås att passa även en 24V eller 48V batteribank. Tänk på att solpanelerna tillsammans måste komma upp i minst den nominella batterispänningen +5V för en 12V batteribank, +10V för en 24V batteribank och +20V för 48V batteribank för att det ska fungera bra. Paneler med dubbla spänningen, ofta c:a 35-40 Volt eller mer kan användas för batteribankar från 12V-48V, om du har en MPPT regulator. Om du har flera paneler kan även dessa seriekopplas för ökad spänning. T.ex. kan två seriekopplade 40Volts paneler användas till en 48 Volts batteribank då de får dubbla utspänningen, dvs. c:a 80 Volt när de seriekopplas. Max tillåten spänning från solpanelerna beror på vald regulator men brukar ligga på c:a 30 Volt för 12 Volts system och 55 Volt för 24 Volts system under förutsättning att du har en PWM regulator. En MPPT regulator klarar betydligt högre spänning. Ofta är den mellan 90-250V för fristående regulatorer. Ibland kan den vara högre, särskilt i t.ex. hybridinverters. Se punkt 8 nedan. Vilken modell du ska ha beror på om du vill seriekoppla solpaneler till en ”sträng” och iså fall hur många solpaneler du vill ha i samma sträng. Antalet solpaneler gånger solpanelens Voc (Open Voltage) brukar vara det som styr. T.ex. 6st solpaneler specificerade till 40Voc = 240V. Välj då en regulator som klarar minst 250V. För maximal verkningsgrad, använd inte för få paneler per sträng men överdimensionera aldrig. Om du med dessa paneler inte nått ”effekttaket” som din regulator kan hantera kan du koppla flera ”strängar” parallellt upp till maximalt tillåten effekt. Se iså fall till att alla strängarna är lika långa, dvs. har lika många solpaneler.
Den totala effekten i Watt adderas alltid när du kopplar samma flera solpaneler med varandra. Det gäller oavsett om du serie eller parallellkopplar dem. Strömmen i Ampere panelerna lämnar blir den panelerna är märkta med om du använder en solpanel eller om du seriekopplar flera solpaneler. Vid seriekoppling av flera solpaneler ökar spänningen i Volt lika mycket som panelerna är märkta med för varje panel du seriekopplar. T.ex. om en panel håller 40V så kommer två paneler att lämna 80V medan 4 paneler kommer att lämna 160V. Kopplar man två eller flera solpaneler i serie kallas det för en ”sträng”. I parallellkoppling blir spänningen i Volt hela tiden densamma men strömstyrkan ökar med lika mycket för varje extra panel som kopplas in. T.ex. blir strömstyrkan den dubbla vid två paneler och fyrdubblas med fyra stycken. Tänk på att större strömmar än totalt 30A kan komma att ställa till problem. En vanlig MC4 kontakt eller grenkontakt (2-1 eller 3-1) klarar inte högre ström än 30A. Undantag finns. MC4 kontakter för 10mm2 kabel kan i vissa fall hantera upp till det dubbla. Oavsett bör man undvika att koppla solpanelerna för allt för höga strömmar om man måste använda långa kablar. Den höga strömmen i kombination med den låga spänningen kan ge betydande spänningsfall i kablarna med åtföljande effektförlust. Använd därför minst 6mm2 kabel om du ska parallellkoppla solpaneler och undvik i möjligaste mån längder över 10 meter. Måste du parallellkoppla många solpaneler, parallellkoppla dem iså fall vid regulatorn, inte vid solpanelerna. Det medför visserligen mera kabelåtgång totalt men effektförlusterna minskar påtagligt.
De flesta fristående regulatorer hanterar både 12V och 24V batteribank och i vissa fall även 48V. Regulatorn har i de fallen ofta en automatisk avkänning av batterispänningen. Kolla därför manualen noga för vad som gäller just din regulator. Om regulatorn kan hantera flera olika batterispänningar måste regulatorn kopplas till batteribanken innan du ansluter solpanelerna. Annars kan det hända att regulatorn blir lurad att tro att solpanelernas spänning är batterispänningen, och då kommer den inte att fungera som tänkt. Den kan dessutom börja larma för överspänning och få en massa andra hyss för sig. Förutom detta kan den, pga. den högre spänningen skada annan inkopplad utrustning som inte är avsedd för den högre spänningen.
Om du har en 18-22V panel till en 12V batteribank och en PWM regulator är problemet litet. Då gäller den maximala ström som står på panelens typskylt. Om den är mindre än regulatorns maximala ström är det bara att köra, är den större behöver du en regulator med Amperestyrka lika med eller högre än den din panel lämnar. Har du två paneler eller fler i parallellkoppling gäller strömmen från panelens typskylt gånger antalet paneler och regulatorn måste då hantera minst den strömmen. Tänk på att alla panelerna bör vara så lika som möjligt. Särskilt gäller detta solpanelernas spänning. Så länge de har samma spänning kan de parallellkopplas oavsett effekt eller max ström, så länge dem maximala strömmen från samtliga parallellkopplade paneler inte överstiger regulatorns kapacitet. Om du vill ansluta en solpanel med högre spänning till en regulator, skippa PWM regulatorer och skaffa en MPPT regulator istället. De är alltid specificerade för max effekt i Watt och Ampere. Tänk på att de inte kan ladda mer effekt än de är avsedda för men de kan ofta hantera mera solpanel än de kan ladda. Hur mycket mer beror helt på fabrikat och modell. Kolla därför manualen så du inte överbelastar den. MPPT regulatorer klarar även mera spänning från solpanelerna än vad PWM gör. Våra Epever Tracer regulatorer (10-40A) klarar upp till 92V. Du kan alltså seriekoppla 2st 35-40V paneler utan problem. De större regulatorerna i samma serie (50-100A) kan beroende på modell hantera upp till 150V eller 200V. Se max spänning för just din regulator. De flesta MPPT regulatorer har dessutom både en maximal ström och en maximal effekt angivet. Maximal laddström gäller oftast oavsett batterispänning. Maximal laddeffekt varierar däremot. Högre batterispänning brukar vara lika med högre laddeffekt. Ibland finns även en extra siffra angivet för maximal effekt på solpanelerna. Det innebär att samma regulator kan hantera olika mycket effekt beroende på din valda batterispänning. Samma regulator skulle alltså kunna ladda 4 gånger så hög effekt vid 48V som vid 12V. Detsamma gäller oftast den total effekten från solpanelerna. Se exemplet i tabellen nedan. Som du kan se är skillnaden stor. Vill du uppgradera till mera solpanelseffekt behöver du alltså inte nödvändigtvis byta regulator om du kan tänka dig att öka batterispänningen.
Innan du slutligen väljer regulator, var noga med att kolla att den du spanat in både klarar den batteri och solpanelsspänning du tänker utsätta den för men att den också klarar den maximala solpanelseffekt du tänker installera för din valda batteribanksspänning. Den måste dessutom gå att ställa in för den batterityp du valt att använda. Kan den inte det, välj en annan regulator. Detta kan inte nog poängteras.
Vilken typ du väljer beror helt på vilken effekt du måste ha ut. MPPT är visserligen lite dyrare men är alltid helt överlägsna i prestanda. Se vår regulatorguide och stycket Dimensionering av solpaneler ovan. Är prestanda oväsentligt eller effektkravet lågt funkar en med PWM kanske lika bra. PWM erbjuder oftast inte några högre effekter men det mest basala brukar finnas till ett lågt pris. Se dock upp, vissa kan inte ställas om till batterityperna GEL, Bly-Kol eller Litium. Om du vill använda dig av någon av dessa batterityper måste regulatorn kunna ställas in för den batterityp vill använda. Vill du ha en högre grad av funktion som flexibel programmering, övervakning och/eller styrning över Bluetooth, Wi-Fi eller Internet, sammankoppling och integrering i större system, parallellkoppling av flera regulatorer för högre total effekt och liknande, ja då finns bara MPPT att välja. Tänk på att enklare MPPT:s kanske bara har de mest basala funktionerna. Om du har behov av mer avancerade finesser, titta gärna närmare på Victron. Om du bara vill ha en bra regulator till bra pris men av hög kvalité med möjlighet till den viktigaste programmeringen och övervakningen, då klarar du dig förmodligen fint med en EPEVER.
Om du tänkt bygga en anläggning som är så stor att en enda regulator inte räcker till finns det möjlighet att välja regulatorer med parallellkopplingsmöjlighet. Är anläggningen av kritisk art kan det dessutom vara en fördel då du med flera större eller mindre regulatorer får redundans, dvs. går en sönder fortsätter de andra att fungera. Ett annat alternativ är att gå upp på en eller flera hybridinvertrar. Hybridinvertrar innehåller redan från början det mesta man kan önska som solpanelsingång, inverter för 230V växelspänning med utgång i ren sinusvåg, batterianslutning med laddare som fungerar från både solpaneler och från AC ingången, en eller två AC ingångar för t.ex. allmänna elnätet och/eller generator samt en eller flera utgångar till dina förbrukare. En komplett kombienhet med andra ord. De finns i en massa olika utföranden med olika finesser och i olika storlekar. En del i 1-fas utförande kan dessutom parallellkopplas för 2-fas (split phase) eller riktig 3-fas. Med flera hybridinvertrar i parallellkoppling kan dessutom effekten per fas utökas, i vissa fall ända upp till totalt 9 enheter och 15kW per fas eller 45kW totalt. Alla dessa kan alltid köras helt fristående utan inkoppling till allmänna elnätet. De flesta idag tillgängliga 3-fas modeller har en total effekt på upp till 10kW (3,33kW per fas). Vissa nätanslutna modeller (både 1-fas & 3-fas) kan ibland även ha funktion för fortsatt produktion och fortsatt leverans av ström till dina förbrukare (UPS-funktion) även om det blir strömlöst i vanliga elnätet. Modeller med en kombinerad AC in/utgång varken kan eller får producera vid strömavbrott men är tillsammans med alla hybridinvertrar utmärkta för maximering av den egenproducerade solenergin för att slippa köpa ström i onödan. Vilken modell man väljer beror helt på vilka krav man har på funktionalitet och effekt. Kontakta oss gärna om du vill ha hjälp!

–

EPEVER Tracer 6415AN	12V	24V	36V	48V
Max laddström Ampere	60A	60A	60A	60A
Max laddning Watt	750W	1500W	2250W	3000W
Max effekt solpaneler Watt	1125W	2250W	3375W	4500W

Tabell från punkt 5 ovan.