Energiavarastojärjestelmän esittely

Hankkeessa on kehitetty turvallista energiavarastojärjestelmää, jossa lyijyakkuihin varastoidulla energialla voidaan käyttää tavallisia kuluttajalaitteita ja ladata esimerkiksi puhelimien tai tablettien akkuja. Energiavarastojärjestelmä on rakennettu kenen tahansa kuluttajan saatavilla olevista komponenteista, mutta järjestelmän kokoaminen vaatii melko hyvää asiantuntemusta sähkötekniikasta.

Akkujen tuottama 12 voltin tasajännite voidaan muuntaa vaihtosuuntaajalla (invertterillä) 230 voltin vaihtosähköksi. Puhelimien ja tablettien lataaminen onnistuu myös suoraan laitteen USB-liittimistä. Järjestelmä on tarkoitettu energialähteeksi kohteisiin, joissa ei ole mahdollista ottaa energiaa sähköverkosta.

Akkujen tukena on kaksi aurinkopaneelia, joiden tuottama energia voidaan joko ladata akkuihin tai käyttää suoraan kuormalaitteissa. Järjestelmä perustuu kuitenkin pääasiallisesti akkuihin varastoituun energiaan, eikä toimi täydellä kapasiteetilla pelkillä aurinkopaneeleilla. Paneelien nimellisteho on yhteensä 200 W, eli käytännössä niistä saadaan Suomen olosuhteissa hyvällä auringonpaisteella noin 150 W:n teho. Tämä johtuu siitä, että paneelien nimellisteho määritellään suuremmalla Auringon säteilyteholla, kuin mitä Suomessa saadaan.

Järjestelmän komponentit on koteloitu niin, että sitä on turvallista käyttää myös ulkona ja jopa sateella. Pelkän kotelon IP-luokka on 67, mutta luokka on käytännössä pienempi kylkeen lisättyjen liittimien ja alareunaan tehtyjen läpivientien vuoksi. IP-luokan arvioidaan muutostenkin kanssa olevan kuitenkin ulkokäyttöön sopiva 44. Käyttäjän täytyy tietysti itse huolehtia siitä, että myös käytettävät laitteet on suunniteltu ulkotiloihin. Järjestelmä koteloituna omassa telineessään on esitetty kuvassa 1.

Kuva 1: Energiavarastojärjestelmä.

Järjestelmän maksimiteho 230 V:n vaihtosähkölle on invertterin antoteho 300 W. Vaihtosähkölaitteille tarkoitettuja pistorasioita on kaksi kappaletta. Tämän lisäksi akusta voidaan ottaa energiaa tasasähköllä toimiviin USB-liittiminiin, sekä 12 V:n autosähköliittimeen (niin sanottu tupakansytytinliitin). Kotelossa olevat liittimet on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2: Energiavarastojärjestelmän liittimet. Ylimpänä 3 USB-liitintä, joissa jokaisessa on 2 erillistä USB-porttia, keskellä autosähköliitin, jonka virta on rajoitettu 10 A:iin ja alimmaisena 2 vaihtosähköpistorasiaa.

 

Yhden lyijyakun kapasiteetti on 105 Ah, mikä 12 V:n jännitteellä tarkoittaa energiassa 1260 Wh:a (1,26 kWh). Näin ollen maksimiteholla järjestelmällä voi käyttää vaihtosähköllä toimivia kulutuslaitteita noin 4 tunnin ajan, mikäli aurinkopaneeleista ei saada energiaa talteen. Järjestelmä on tarkoituksella tehty kapasiteetiltaan melko pieneksi, jotta se on liikuteltavissa. Hankkeessa on tarkoitus havainnollistaa sitä, että tämän tyyppinen järjestelmä soveltuu kesämökin, veneen tai muun vastaavan, väliaikaista sähköistystä vaativan, kohteen energiatarpeen kattamiseen. Vastaavan järjestelmän voisi yhtä hyvin suunnitella tukemaan suurempaakin tehon tarvetta. Käytännössä kyse on vain isomman akkukapasiteetin ja tehokkaamman invertterin hankinnasta. Esimerkiksi akkuja voisi kytkeä rinnan useampia, jolloin energiakapasiteetti on suurempi.

Järjestelmään haluttiin liittää kaksi aurinkopaneelia, koska laitteiston kenttätestejä tehtiin kesäaikaan. Paneelit on tarkoitettu nimenomaan akkujen tueksi, mutta pienemmillä kuormilla paneelit toki riittävät energialähteeksi. Paneelien yhteispinta-ala on noin 1,5 m2. Jos aurinkoiseen aikaan ei tarvita sähköä, pystytään paneeleilla lataamaan akkuja. Laitteistossa on säädin, joka ohjaa paneelien toimintapistettä siten, että paneeleista saadaan joka hetki paras mahdollinen teho. Säätimeen on liitetty erillinen näyttö, josta voidaan lukea paneelien, akun ja kuorman jännitteet ja virrat. Näytöstä nähdään esimerkiksi se, siirtyykö energiaa akkuun vai akusta pois. Säädin, näyttölaite ja invertteri on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3: Kotelo sisältä. Ylhäällä näyttöyksikkö, jonka alla säädin (harmaa) ja invertteri. Alareunassa vasemmalla pääkytkin, keskellä riviliittimet ja oikealla alhaalla vikavirtasuoja.

Teräskotelon mitat ovat 500 mm x 400 mm x 200 mm. Pienempäänkin tilaan tarvikkeet saisi mahtumaan, mutta koteloinnista haluttiin tehdä helposti esiteltävä ja selkeän näköinen. Johdotus on tehty niin, etteivät tasa- ja vaihtojännitekaapelit risteile keskenään, vaan 230 V:n alue on omansa. Jännitteiset osat on kosketussuojattu kotelon ollessa kiinni. 230 V:n pistorasiat ovat ulkoisesti suojausluokan 1 rasioita, mutta järjestelmää ei ole varsinaisesti tarkoitettu luokan 1 laitteiden virtalähteeksi, koska laitteessa ei ole varsinaista suojamaata, jonka tämän suojausluokan laitteet tarvitsevat, koska muutoin vikavirtasuoja ei voi toimia. Ilman vikavirtasuojaa viallisen luokan 1 laitteen käyttäjä altistuu sähköiskulle. Kotelo on kuitenkin mahdollista maadoittaa kuparisauvalla, jolloin järjestelmän vikavirtasuoja pääsee vikatilanteessa laukeamaan, eikä suojamaadoituksen vaativan laitteen käyttö aiheuta välitöntä riskiä.

Laitteiston eri osat on myös suojattu sulakkeilla, mikäli johtimissa kulkevat virrat vikatilanteessa nousevat liian suuriksi. Säätimessä ja invertterissä on omat sisäiset suojauksensa vikatilanteiden varalle.

Comments are closed.

Post Navigation