Un sistem fotovoltaic nu ar trebui dimensionat începând cu întrebarea „câte panouri îmi încap pe acoperiș?”, ci cu două informații mult mai importante:
- câtă energie consumă locuința într-o zi;
- care este puterea maximă pe care consumatorii o pot solicita simultan.
Abia după aceea putem stabili corect puterea panourilor, puterea invertorului, tensiunea sistemului de baterii și capacitatea necesară pentru stocare.
Un sistem cu multe panouri, dar cu un invertor prea mic, poate limita producția. Un invertor foarte puternic legat la o baterie de tensiune prea mică poate produce, în schimb, curenți uriași pe partea de curent continuu.
De exemplu, la aceeași putere, un sistem de 48 V solicită un curent de aproximativ patru ori mai mic decât unul de 12 V.
Calculatorul de mai jos folosește din acest motiv două reguli de proiectare conservatoare:
- peste 1.200 W nu recomandă stocarea pe 12 V;
- curentul calculat între baterie și invertor nu trebuie să depășească 125 A.
Acestea sunt reguli practice folosite de calculator, nu limite universale ale tehnologiei. Echipamentele concrete trebuie întotdeauna verificate în fișa tehnică.
☀️ Calculator configurare sistem fotovoltaic
Introdu consumul locuinței și caracteristicile componentelor. Calculatorul estimează puterea panourilor, Pmax-ul invertorului, capacitatea bateriei și arhitectura recomandată: 12 V, 24 V, 48/51,2 V sau baterie HV.
Panouri
Invertor
Arhitectură baterie
Baterie
Important: rezultatele sunt orientative. Pentru proiectarea reală trebuie verificate limitele producătorului pentru invertor și baterie, tensiunea minimă și maximă a bateriei, BMS-ul, cablurile, barele DC, protecțiile, Voc-ul stringurilor, domeniul MPPT și condițiile de montaj. Bateriile LV de 12,8 / 25,6 / 51,2 V nu trebuie conectate în serie pentru a crea un sistem HV decât dacă producătorul permite explicit acest lucru.
1. Începem cu consumul, nu cu panourile
Primul lucru de care avem nevoie este consumul zilnic al locuinței.
Dacă avem factura de energie, calculul este simplu. De exemplu, dacă într-o lună consumăm 300 kWh:
300 kWh ÷ 30 zile = aproximativ 10 kWh/zi.
Acesta este însă consumul de energie. Nu trebuie confundat cu puterea instantanee.
O locuință poate consuma numai 10 kWh într-o zi, dar poate solicita pentru câteva minute 4 sau 5 kW dacă pornesc simultan boilerul, cuptorul, hidroforul sau alte aparate puternice.
2. Cum aleg puterea invertorului?
Invertorul trebuie ales în principal după puterea maximă simultană a consumatorilor.
Să presupunem că putem avea simultan:
- frigider – 150 W;
- iluminat – 200 W;
- televizor și calculatoare – 350 W;
- boiler – 2.000 W;
- hidrofor – 800 W.
În această situație putem trece ușor de 3 kW.
Este util să existe și o rezervă. Calculatorul de mai sus adaugă implicit aproximativ 20% peste puterea continuă maximă introdusă.
Dacă avem un consum simultan de 2.500 W, rezultă astfel un invertor de aproximativ 3.000 W.
Pmax continuu nu este același lucru cu puterea de vârf
Motoarele și compresoarele pot solicita la pornire o putere mult mai mare decât consumul lor normal.
Acest lucru trebuie verificat mai ales pentru:
- hidrofoare;
- pompe;
- frigidere și congelatoare;
- aparate de aer condiționat;
- scule electrice;
- compresoare.
De aceea, pe lângă puterea continuă a invertorului trebuie verificată și puterea de vârf pe care acesta o poate furniza și pentru cât timp.
3. De ce nu este indicat 12 V pentru sisteme puternice?
Puterea electrică este legată de tensiune și curent. Simplificat:
Putere = tensiune × curent.
În practică trebuie să ținem cont și de pierderile invertorului.
Pentru aproximativ 1.000 W absorbiți de invertor, curentul pe partea bateriei este aproximativ:
- la 12 V – în jur de 90 A;
- la 24 V – în jur de 45 A;
- la 48 V – în jur de 22 A.
Diferența este uriașă.
Curentul mare înseamnă cabluri mai groase, pierderi mai mari, conexiuni mai solicitate și protecții mai greu de dimensionat.
Din acest motiv, în calculator am ales o regulă simplă:
la puteri mai mari de 1.200 W, calculatorul nu mai recomandă sisteme de baterii de 12 V.
4. Regula celor 125 A
Am introdus și o a doua limită: maximum 125 A între baterie și invertor.
La un randament al invertorului de aproximativ 93%, aceasta înseamnă, orientativ:
| Tensiune baterie | Putere aproximativă la 125 A |
|---|---|
| 12 V | aprox. 1,4 kW, dar calculatorul limitează practic la 1,2 kW |
| 24 V | aprox. 2,8 kW |
| 48 V | aprox. 5,6 kW |
De aici rezultă destul de natural alegerea tensiunii:
- sisteme mici: 12 V;
- sisteme medii: 24 V;
- sisteme mai puternice: 48 V.
Dacă puterea solicitată determină peste 125 A chiar și la 48 V, calculatorul nu încearcă să „rezolve” problema recomandând pur și simplu un cablu mai gros.
În acest caz este necesară analizarea unei alte arhitecturi a sistemului.
5. Cum calculăm capacitatea bateriei?
O baterie nu trebuie aleasă doar după puterea invertorului. Trebuie să știm și cât timp dorim să funcționeze consumatorii fără producție solară.
Să presupunem:
- consum: 10 kWh/zi;
- autonomie dorită: 8 ore.
Consumul mediu pentru opt ore ar fi:
10 × 8 ÷ 24 = 3,33 kWh.
Dar bateria nu este utilizată integral și există pierderi în invertor.
Pentru o baterie LiFePO₄ la care utilizăm 90% din capacitate și un invertor cu randament de 93%, avem nevoie de aproximativ 4 kWh nominali.
kWh sau Ah?
Când comparăm baterii la tensiuni diferite, este mult mai simplu să folosim kilowați-oră.
De exemplu:
- 12,8 V × 100 Ah ≈ 1,28 kWh;
- 25,6 V × 100 Ah ≈ 2,56 kWh;
- 51,2 V × 100 Ah ≈ 5,12 kWh.
Acesta este motivul pentru care două baterii de „100 Ah” pot avea capacități energetice complet diferite.
6. Curentul BMS este la fel de important ca numărul de Ah
În cazul bateriilor cu BMS, capacitatea de 100 Ah nu ne spune automat ce invertor poate alimenta bateria.
Trebuie verificat și curentul maxim continuu de descărcare permis de BMS.
O baterie de 48 V / 100 Ah cu BMS de 50 A, de exemplu, are o limită de putere mult diferită față de una cu BMS de 100 sau 150 A.
Calculatorul permite introducerea acestui curent și poate crește numărul de ramuri paralele atunci când capacitatea energetică ar fi suficientă, dar curentul unei singure ramuri nu ar fi.
Conectarea în serie sau în paralel trebuie însă să fie permisă explicit de producătorul bateriei.
7. Cum calculăm numărul panourilor?
Pentru panouri trebuie să pornim din nou de la energia consumată.
Dacă locuința folosește 10 kWh/zi și avem în medie 3,5 ore de soare echivalent, teoretic am avea nevoie de:
10 ÷ 3,5 = 2,86 kWp.
În realitate apar însă pierderi:
- temperatura panourilor;
- invertorul;
- cablurile;
- orientarea și înclinația;
- murdăria;
- umbrirea;
- încărcarea bateriei.
De aceea calculatorul permite introducerea unui procent de pierderi și a unei rezerve suplimentare.
La 20% pierderi și 15% rezervă, pentru 10 kWh/zi rezultatul ajunge în jurul valorii de 4 kWp.
8. Nu dimensiona un sistem off-grid folosind media anuală de producție
Aceasta este una dintre cele mai importante observații.
Dacă sistemul trebuie să funcționeze independent și iarna, nu ne interesează cât produce în medie într-o zi de iunie.
Trebuie dimensionat după perioada nefavorabilă în care chiar avem nevoie de energie.
Un sistem care produce mult surplus vara poate avea o producție mult mai mică într-o zi întunecată de iarnă.
Pentru sisteme conectate la rețea problema este mai puțin critică, deoarece rețeaua poate completa producția fotovoltaică.
9. Puterea panourilor și puterea invertorului nu trebuie să fie identice
Dacă avem un invertor de 3 kW nu înseamnă automat că trebuie să instalăm exact 3 kWp de panouri.
Invertoarele au separat:
- puterea maximă AC;
- puterea fotovoltaică admisă;
- tensiunea maximă DC;
- intervalul de tensiune MPPT;
- curentul maxim pentru fiecare MPPT.
Din acest motiv putem întâlni, de exemplu, un invertor de 3 kW care permite o putere fotovoltaică mai mare de 3 kWp.
Valoarea exactă trebuie verificată în documentația invertorului.
10. Atenție la tensiunea panourilor puse în serie
Când panourile sunt conectate în serie, tensiunile lor se adună.
Dacă un panou are o tensiune Voc de aproximativ 50 V, patru panouri în serie pot avea deja aproximativ 200 V în circuit deschis.
Mai important, Voc crește atunci când temperatura panoului scade.
Prin urmare, nu este suficient să verificăm tensiunea măsurată într-o zi călduroasă.
Numărul maxim de panouri într-un string trebuie calculat folosind Voc, coeficientul de temperatură al panoului și temperatura minimă de proiectare, astfel încât să nu fie depășită niciodată tensiunea maximă permisă de invertor.
11. Exemplu practic
Să configurăm orientativ un sistem pentru:
- 10 kWh consum zilnic;
- 2.500 W consum maxim simultan;
- 4.000 W vârf de pornire;
- 8 ore autonomie;
- panouri de 450 W;
- 3,5 ore de soare echivalent;
- 20% pierderi;
- 15% rezervă.
Calculatorul va ajunge aproximativ la:
- un câmp fotovoltaic în jur de 4 kWp;
- un invertor de aproximativ 3 kW continuu;
- capacitate de vârf de cel puțin 4 kW;
- un sistem de baterii de 48 V, deoarece vârful de 4 kW ar produce un curent prea mare la 24 V;
- aproximativ 4 kWh de stocare nominală pentru opt ore la consumul mediu considerat.
Aceasta este însă doar prima etapă a proiectării.
12. Ce mai trebuie verificat înainte de cumpărarea echipamentelor?
Un sistem fotovoltaic complet nu înseamnă doar panouri, invertor și baterii.
Trebuie analizate și:
- domeniul MPPT al invertorului;
- Voc maxim al stringurilor;
- curentul maxim admis de MPPT;
- numărul de MPPT-uri;
- secțiunea cablurilor DC;
- secțiunea cablurilor bateriei;
- siguranța sau întreruptorul bateriei;
- protecțiile DC ale stringurilor, unde sunt necesare;
- SPD pe partea DC;
- protecțiile și SPD pe partea AC;
- separarea și întreruperea circuitelor;
- împământarea structurii și a echipamentelor;
- condițiile de montaj ale bateriei;
- compatibilitatea dintre invertor și BMS.
În special la baterii, curenții disponibili pot fi foarte mari. O baterie poate livra într-un scurtcircuit un curent mult mai mare decât curentul normal de funcționare al invertorului.
Protecția circuitului bateriei este, prin urmare, esențială.
12 V, 24 V sau 48 V?
Pentru o alegere rapidă, putem rezuma astfel:
| Sistem | Utilizare practică |
|---|---|
| 12 V | Sisteme mici, rulote, iluminat, consumatori reduși; în calculator maximum 1.200 W |
| 24 V | Sisteme mici și medii, aproximativ până în zona 2–2,5 kW în condițiile limitei de 125 A |
| 48 V | Preferabil pentru instalații de câțiva kW și pentru invertoare puternice |
Cu cât puterea crește, cu atât avantajul unei tensiuni mai mari pe partea bateriei devine mai evident.
Întrebări frecvente
Pot folosi un invertor de 3 kW la o baterie de 12 V?
Tehnic există echipamente capabile de curenți foarte mari, dar nu este configurația pe care o recomandă calculatorul nostru. La asemenea puteri este mult mai rezonabilă utilizarea unei tensiuni de 24 sau, în funcție de vârful solicitat, 48 V.
Pot pune mai multe baterii în paralel pentru a obține mai mult curent?
Uneori da, dar numai dacă producătorul permite configurația respectivă. Bateriile trebuie să fie compatibile, iar cablarea trebuie realizată astfel încât curentul să se distribuie corect între ramuri.
O baterie de 100 Ah este suficientă?
Nu putem răspunde fără să știm tensiunea. O baterie de 12,8 V / 100 Ah are aproximativ 1,28 kWh, iar una de 51,2 V / 100 Ah are aproximativ 5,12 kWh.
Pot pune oricâte panouri dacă invertorul este de numai 3 kW?
Nu. Trebuie respectate puterea PV maximă, tensiunea maximă, domeniul MPPT și curentul maxim admis de producătorul invertorului.
Câte zile de autonomie ar trebui să aleg?
Depinde de tipul sistemului. Pentru un sistem hibrid conectat la rețea poate fi suficientă autonomia pentru câteva ore sau pentru consumul nocturn. Pentru un sistem complet off-grid trebuie luate în calcul și perioadele cu producție solară foarte redusă.
Concluzie
Configurarea corectă a unui sistem fotovoltaic presupune echilibrarea a trei elemente principale:
panouri → invertor → baterie.
Panourile trebuie să producă energia necesară, invertorul trebuie să poată susține puterea maximă a consumatorilor, iar bateria trebuie să ofere atât energia necesară pentru autonomie, cât și curentul solicitat de invertor.
La puteri mici, un sistem de 12 V poate fi suficient, însă pe măsură ce puterea invertorului crește devine tot mai importantă reducerea curentului pe circuitul bateriei. Din acest motiv, sistemele de 24 V și mai ales cele de 48/51,2 V sunt mai potrivite pentru instalațiile de putere medie și mare.
Pentru invertoarele de câțiva kilowați, un sistem de 48 V poate funcționa foarte bine dacă banca de baterii, BMS-urile, barele DC, protecțiile și cablurile sunt dimensionate pentru curenții rezultați. În această zonă, folosirea mai multor baterii în paralel poate crește atât capacitatea de stocare, cât și curentul disponibil către invertor.
La puteri mai mari, în special în zona de 8-12 kW și peste, merită însă analizată și o arhitectură cu baterie de înaltă tensiune. Un sistem HV poate reduce de mai multe ori curentul dintre baterie și invertor, ceea ce simplifică partea de curent continuu și reduce pierderile și solicitarea conexiunilor.
Din acest motiv, bateria nu trebuie aleasă doar după capacitatea exprimată în amperi-oră, iar invertorul nu trebuie ales doar după puterea înscrisă pe carcasă. Trebuie verificate împreună puterea continuă, puterea de vârf, tensiunea bateriei, curentul continuu și de vârf al BMS-ului, energia stocată și compatibilitatea dintre baterie și invertor.
Calculatorul din acest articol încearcă tocmai această abordare: pentru sistemele mici poate recomanda 12 sau 24 V, pentru sistemele mai puternice poate dimensiona un banc de baterii de 48/51,2 V cu mai multe module în paralel, iar atunci când curenții devin foarte mari indică și avantajul unei soluții cu baterie HV.
Rezultatele calculatorului reprezintă o dimensionare preliminară. Pentru proiectarea și execuția instalației trebuie verificate documentația invertorului și a bateriei, limitele BMS-ului, domeniul de tensiune al bateriei, secțiunea conductoarelor, barele DC, protecțiile, configurația stringurilor fotovoltaice și cerințele aplicabile instalației electrice.
