Panel słoneczny w przyczepie kempingowej

Panele słoneczne stały się znacznie bardziej dostępne (tańsze) i coraz częściej wykorzystywane są w karawaningu. Po co żyć bez prądu lub płacić za prąd na kempingach, gdy można mieć własne zasilanie? My również poszliśmy tą drogą zgodnie z przyświecającą nam zasadą naszego remontu – „niezależna energetycznie przyczepa Niewiadów n126e”. Co warto wiedzieć o panelach? Ile to kosztuje panel słoneczny i kiedy się zwróci cała instalacja?

Do napisania tego posta skłoniła mnie masa pytań, która pojawiła się po opublikowaniu zdjęcia zamontowanego panelu słonecznego na dachu naszej Niewiadówki. Aby zaspokoić Waszą ciekawość i podzielić się odrobiną technicznej wiedzy, którą sami zdobyliśmy zgłębiając temat karawaningowej fotowoltaiki, nie będę niczego ukrywał. Post wiele kwestii upraszcza i nie jest dokładną instrukcją. Jego zadaniem jest naświetlić temat panelu słonecznego w przyczepie kempingowej. Nawet bez specjalistycznych pojęć jesteśmy w stanie skomponować odpowiedni zestaw solarny do przyczepy kempingowej lub kampera 🙂

Zapotrzebowanie na prąd

Wbrew pozorom przed jakimkolwiek zakupem powinniśmy w miarę dokładnie przeliczyć nasze rzeczywiste zapotrzebowanie na prąd w przyczepie lub kamperze. Tylko w ten sposób można sprawdzić, w jaką moc panelu słonecznego powinniśmy celować . To, że my zamontowaliśmy panel słoneczny o mocy 100W (a właściwie 110W z tabliczki znamionowej), nie znaczy, że u Was sprawdzi się taki sam model! Może wystarczający będzie mniej wydajny panel (tańszy w zakupie), a może zestaw 2x150W dalej będzie zbyt mały?

Wyliczenie zapotrzebowania na prąd powinniśmy zacząć od znalezienia informacji o mocy wszystkich urządzeń bądź pobieranym przez nie natężeniu prądu. Podaje się ją w watach [W] albo amperach [A lub mA]. Następnie, korzystając z podstawowego wzoru fizycznego wyliczamy natężenie prądu. Wzór na natężenie prądu to Moc [W]/Napięcie 12V [V]=Natężenie [A].  Kolejnym krokiem jest zsumowanie natężenia wszystkich urządzeń, które zamierzamy podłączyć do prądu (każdej lampki, radia itd.) Ważne jest, żeby dodać natężenie wszystkiego co podłączamy i używamy w przyczepie na 12[V]. Następnie wyliczamy średnio ile czasu każde z urządzeń będziemy używać. Przykładowo nasza ładowarka do telefonu pobiera 2A, a czas ładowania smartphone to 2 godziny i robimy to codziennie. Mnożymy natężenie pobieranego prądu przez czas działania w godzinach i otrzymujemy informację o dziennym zapotrzebowaniu na energię [Ah – amperogodziny]. W przypadku wyłącznie użytkowania takiej ładowarki do smartphone nasze dzienne zapotrzebowanie na prąd wynosiłoby 2Ah.

Teoretycznie zatem wystarczyłby akumulator o pojemności 2Ah – należy jednak pamiętać o dwóch rzeczach:

1. Akumulatora nie wolno rozładować poniżej pewnego poziomu,
2. Słońce nie świeci cały czas – akumulator powinien wystarczyć na kilka dni użytkowania zgodnie z naszym zapotrzebowaniem na energię.

Należy zatem wybrać akumulator, który spełni oba wymogi! Możemy zatem przyjąć, że nasz akumulator powinien być przynajmniej 1,5-3 razy większy niż nasze dzienne zapotrzebowanie na prąd.

Panel słoneczny

Internet pełen jest wiedzy na temat paneli słonecznych – czy to instalacji domowych, czy właśnie instalacji na kampery i przyczepy kempingowe. Niestety większość artykułów dedykowanych rozwiązaniom mobilnym pozbawiona jest konkretów, a zawiera jedynie ogólne sformułowania dotyczące wyboru paneli, akumulatora i regulatora. Najczęściej sprowadza się to do zdania „im większa moc panelu słonecznego na dachu, tym lepiej”. Jednym z wyjątków, który mogę polecić, jest artykuł „Panele słoneczne w przyczepie/kamperze” opublikowany przez Bartka „Tarapukuara” na fanklubie Niewiadówek (tam też odsyłam wszystkich żądnych szczegółowych wyliczeń dotyczących liczenia prądu pobieranego przez urządzenia, strat ładowania pomiędzy regulatorami PWM, a MPPT, czy sposobu podłączenia panelu słonecznego przy pozostawieniu energobloku (to rozwiązanie bardziej dla kamperowiczów)).

Tam też Bartek wskazuje, że w przypadku użytkowania przyczepy w Polsce, możemy liczyć na 0,2Ah z każdego 1W mocy panelu słonecznego. Wykorzystując podstawy matematyki i wracając do naszego przykładu ładowarki do telefonu, można wskazać, że byłby wtedy potrzebny panel o mocy 10W. Przy dziennym zapotrzebowaniu 20Ah moc panelu słonecznego powinna wynosić już 100W.

Na rynku dostępne są różne rodzaje paneli, ale nas powinny interesować wyłącznie panele monokrystaliczne (są najwydajniejsze). Są one dostępne w wersji „sztywnej” (z aluminiową ramą) oraz elastycznej. Druga opcja jest teoretycznie dedykowana rozwiązaniom mobilnym ze względu na mniejszą wagę. Ze względu na niewielką przestrzeń dachu w przyczepie Niewiadów n126e/d wygodniejsze jest rozwiązanie posiadające fabryczną konstrukcję – ramę. W przypadku przyczepy Niewiadów n126n panel elastyczny wchodzi idealnie pomiędzy kształtki na dachu przyczepy (zgodnie z informacjami z forum). Przyklejenie panelu może jednak skutkować spadkiem jego wydajności ze względu na wzrost jego temperatury przez ograniczoną cyrkulację powietrza w stosunku do panelu sztywnego).

Regulator ładowania

Na rynku występują obecnie dwa typy regulatorów ładowania stosowane przy panelach słonecznych – PWM i MPPT. Jest to niezbędny element instalacji dbający o prawidłowy sposób ładowania naszego akumulatora i zabezpieczający go przed przeładowaniem. Przy odpowiednim połączeniu akumulatora przez regulator, zabezpiecza go przed nadmiernym rozładowaniem. Możemy przyjąć, że regulator PWM jest podstawowym typem regulatora, a jego lepszym rozwinięciem jest regulator MPPT. Regulator MPPT pozwala na śledzenie punktu mocy maksymalnej MPP. Jest to punkt w charakterystyce prądowo-napięciowej modułów, w których generują one największą moc.  Więcej na ten temat można przeczytać w  „Algorytmy śledzenia punktu mocy maksymalnej (MPPT) w systemach fotowoltaicznych„.

Przekładając to na prostszy język – regulatory MPPT potrafią wygenerować więcej prądu i szybciej naładować akumulator w porównaniu do prostszych regulatorów PWM. Przyjmuje się, że różnica wydajności jest na poziomie od 10% do nawet 30% (np. test wydajności regulatorów przeprowadzony przez Izumi Corporation (Japonia) z 2011 roku wskazuje na różnicę 15,5% na korzyść regulatora MPPT).

Wybierając konkretny regulator ładowania należy dopasować również jego wydajność do planowanej mocy paneli słonecznych – 10A, 20A czy może 30A? Większość regulatorów posiada funkcję automatycznego wykrycia napięcia w naszym systemie (12 lub 24V). Decydując się na regulator MPPT wystrzegajmy się najtańszych urządzeń – pojawia się wiele głosów, że wiele z nich tylko udaje regulatory MPPT, a w rzeczywistości działa na zasadzie PWM.

Akumulator

Oprócz panelu słonecznego i regulatora niezbędna jest inwestycja w akumulator pozwalający na gromadzenie energii. Na rynku dostępne są między innymi akumulatory kwasowe, żelowe i AGM. Kwasowe (rozruchowe – standardowe) spotykamy w samochodach osobowych. Żelowe (teoretycznie bezpieczeniejsze w użytkowaniu) nie zawierają płynnego elektrolitu. Akumulatory AGM również zalicza się do bezpieczniejszych – elektrolit nasącza maty z włókna szklanego. Najtańsze w zakupie są jednak akumulatory samochodowe, a jednocześnie przy zastosowaniu dobrego regulatora nie powinno się z nimi nic złego stać.

Jak pojemny powinien być jednak akumulator? Wracamy tutaj do informacji o naszym dziennym zapotrzebowaniu na prąd i dobranym panelu słonecznym (do konkretnych wyliczeń odeślę ponownie do artykułu Bartka na fanklubie Niewiadówek). W bardzo dużym uproszczeniu możemy przyjąć, że:

Uniwersalna zasada to: moc panela słonecznego = ilość amperogodzin akumulatora.  W praktyce jednak warto zapewnić sobie min. optymalny prąd ładowania akumulatora, który uzyskujemy mnożąc pojemność akumulatora przez 0,1, np.: 100Ah *0.1C=10A. tj., dla akumulatora 100Ah najlepszy będzie panel fotowoltaiczny wytwarzający prąd 10A, ale również ogniwo 130W 7,5A bez problemu doładuje akumulator 100Ah a nawet większy. źródło: suntrack.pl

Koszt instalacji panelu słonecznego

Przejdźmy jednak do naszej instalacji panelu słonecznego i do kosztów, które trzeba ponieść.

My zdecydowaliśmy się na:

1. Panel fotowoltaiczny 100W/12V Monokrystaliczny – 380,-zł 
2. Kontroler Ładowania Tracer 1210A 12V/24V 10A MPPT – 269,-zł
3. Konektor MC4 –5,-zł
4. Kabel solarny przyłączeniowy (solar-kontroler ładowania), 4 mm przekroju, 8 metrów – 31,20 zł
5. Przelotka dachowa – 29.73 zł
6. Rura aluminiowa czterokątna – 38,88 zł
7. 4x kątownik metalowy – 12,60 zł
8. 8 śrub M8, 8 śrub M6, wraz z nakrętkami i podkładkami –  ~10,-zł
9. akumulator Kozak KO1000 100AH/890A – 293,99 zł + 30,-zł opłaty recyklingowej
10. taśma butylowa (pozostała po montażu listwe aluminiowych)
    RAZEM: 1100,40 zł 

Ze względu na obłość dachu w naszej przyczepie Niewiadów n126e zdecydowaliśmy się na panel słoneczny aluminiowej ramce. Teoretycznie w tej samej cenie można ściągnąć z Chin panel na podłożu elastycznym, jednak wiązałoby się to z koniecznością stworzenia pod niego odpowiedniego stelaża, aby możliwe było przymocowanie do nierównego dachu. Jako sposób montażu skopiowaliśmy dobry pomysł z fanklubu Niewiadówek, pomysł stacha_gda. Dwa docięte na wymiar panelu kawałki kwadratowej rury pozwoliły na wykorzystanie oryginalnych otworów w ramie panelu słonecznego, a montaż na kątownikach zapewnił dopasowanie do krzywizny dachu i równomierne rozłożenie ciężaru na laminacie. 4 śruby montażowe wpadają u nas w górnej szafce, a do zamaskowania kolejnych 4 użyjemy plastikowych zaślepek na śruby M6.

Tak wygląda nasza instalacja panelu słonecznego:

Montaż panelu słonecznego na dachu zajął nam niespełna dwie godziny – najwięcej czasu zeszło na odpowiednim wymierzeniu otworu do wywiercenia w dachu.

Czy panel słoneczny się opłaca?

Pytaniem, które trzeba sobie zadać jest z pewnością pytanie dotyczące opłacalności całej inwestycji. Kiedy się ona zwróci? Jeżeli nocujemy na polach kempingowych, to w większości przypadków cena udostępnienia przyłącza do prądu kształtuje się na poziomie 5-15,-zł za dobę. Przyjmując jako cenę wyjściową zestawu solarnego kwotę 1100,-zł i średnią cenę udostępnienia przyłącza na poziomie 10,-zł za dobę,  zwrot inwestycji nastąpi po 110 dniach używania przyczepy na polu kempingowym (prawie 8 lat przy wykorzystaniu standardowego, 14-dniowego urlopu). Sens instalacji solarnej najbardziej widoczny jest przy biwakowaniu „na dziko” i korzystania z własnej energii w każdym miejscu – podczas noclegu na parkingu czy na łące.