Rozhodla jsem si vyzkoušet ten pocit, mít vlastní elektřinu. Říkala jsem si – snad se dá přirovnat k pocitu, dát si na oběd na vlastní zahrádce a vlastníma rukama vypěstovanou zeleninu, nebo na snídani vajíčka od vlastních slepic.

Toto je díl 5 z 7 seriálu Projekt fotovoltaické elektrárny

Fotovoltaických panely každoročně silně zlevňovaly. Z nízkonapěťových amorfních panelů řady Schott ASI se postupně stal výběhový typ, takže se naskytla možnost je nakoupit za téměř šestinovou cenu vůči té, za kterou jsem je kupovala do prototypu. Jakmile nastala vhodná situace, pořídila jsem hned 9 kousků těchto panelů a postupně jsem je nechala instalovat na východní střechu svého domu.

Nové panely ale nebyly zcela identického typu jako ty na jižní straně: Schott začal svou řadu 18V amorfů opouštět už dříve, a tou dobou byly dostupné už jen panely s MPT / VOC voltáží 30 / 41V s proudem 3,5A. Abych se vešla do maximálního napětí východního pole pod limitních 150V VOC (limit regulátoru), zvolila jsem zapojení 3 panely paralelně do série, tedy 3p x 3s. VOC napětí by tedy mělo být kolem 120V což by mělo stačit i pro rezervu při mrazivém slunečném počasí, kdy mají panely vyšší voltáže.

Montáž panelů byla vyčerpávající, nejdříve za pomoci souseda, který při té příležitosti i střechu natřel, a pak osadil nejvyšší řadu první paralelní větve. Nižší dvě série pak instalovali dva členové fóra mypower.cz, i zpětně jim za to znovu díky.

Získala jsem tedy další pole o výkonu přes 900Wp s napětím přes 120V bez zatížení s bodem maximálního výkonu 90V. Regulátory jsem v tu dobu měla už dva kousky, ten novější jsem vyhradila pro nové východní pole – tím jsem vyřešila různá napětí obou polí a samozřejmě i výstupní proudový limit jediného regulátoru 60A.

Baterie

Systémové napětí mé elektrárny bylo (a i do budoucna patrně zůstane) 12V. Takže trocha počtů: celkový výkon mé elektrárny byl po rozšíření cca 1500Wp. Protože však jsou však různá pole orientovaná na východ a na jih, nedocházelo v praxi k souběhu času nejvyššího výkonu obou polí, ten mám naměřený kolem 1100W v jednom okamžiku, dochází k tomu zjara dopoledne. 1100W převedeno na napětí baterie 13,8V je nějakých 100A.

Olověné baterie jsem průběžně doplňovala o nové kusy, a v jedné době jsem pod střechou měla olova hodně přes metrák. Jako i jiní ostrovníci se stárnoucím olovem jsem si jen těžce připouštěla fakt, že tyhle baterie v cyklickém provozu velmi rychle stárnou a ztrácí kapacitu. Komplikací byla i ona “bezúdržbová” technologie. I když jsem baterie dobíjela na napětí, které doporučuje výrobce, ztrácely evidentně vodu. Doplnit ji bylo komplikované, protože nemají zátky, které by se daly jednoduše odšroubovat, bylo nutné se do nich vlamovat.  I já jsem si, spolu s ostatními olověnými zoufalci, prošla epizodou desulfátoru, což je zařízení, které má impulsním proudem přispět k rozpuštění sulfátu nahromaděného na elektrodách. No, nechci to vůbec nijak zpochybňovat, nicméně u mě to nezafungovalo. Baterie nezadržitelně ztrácely kapacitu. A dává to rozum – olověné baterie mají tu základní vlastnost, že po vybití je nutné je co nejrychleji dobít, jinak se v nich rozběhne nezvratná degradace. A přesně tento požadavek jim hlavně zimní provoz ostrovní fotovoltaické elektrárny jednoduše nezajistí. Leda nouzovým dobíjením ze zálohy, ale vzhledem k účinnosti olověných baterií to opravdu není dobrá praxe.

Dlouho jsem se rozmýšlela, jak dál. Jednu dobu jsem dokonce uvažovala o staničním olovu od firmy Hoppecke, takové ty velké sloupy, které se prodávají po jednotlivých článcích, ty by snad vydržely déle. Stačila kalkulačka: max. nabíjecí proud 100A, to je alespoň 1kAh olověné baterie (kvůli omezení nabíjecího proudu 1/10C). Taková kapacita by byla hodně drahá, a i kdybych ji nakonec nějak dala dohromady, neměla bych ji kam uložit. Za další, protože tyhle staniční baterie jsou klasickými olověnými bateriemi s volným elektrolytem, bylo by potřeba odvětrávání při absorpci vyvíjeného vodíku, což možná vypadá jednoduše, ale v praxi to jednoduché být nemusí. Nikdo nechce při nabíjení vybuchnout.

Připadaly v úvahu dvě možné akumulační technologie: Li-ion a LiFeYPo4. Tu první proslavila Tesla: tisíce malých článků formátu 18650 v jediné baterii. Mnoho lidí se skutečně zabývá tím, že shání staré články a na koleně je doma letují dohromady do velkých baterií a osazují důležité jištění pro případ, že se některý z těch mnoha paralelních článků vnitřně zkratuje. Je to mimořádně pracné a zdlouhavé a chce to přesně ten řemeslný um, který mě rozhodně chybí. Toho, co vidíte na obrázku vlevo, by pro mé účely bylo potřeba vyrobit asi padesát kousků. Kdepak, ani náhodou…

Jediný praktický kandidát bylo tedy LiFeYPo4, což jsou lithiové baterie s o něco nižším napětím, než má Li-ion a měly by být i bezpečnější. Jsou k mání vlastně jen čínské, v kapacitách od 10Ah až do 1000Ah na článek. Už tehdy byly dost drahé, a jejich ceny neklesají, naopak.

Z lithiové technologie jsem měla navíc mírné obavy: pokud si o nich někde čtete, narazíte na další pojmy, především formátování a balancování. Naformátovat nový článek znamená jej velmi opatrně zcela nabít; balancování je pak výraz pro techniku, která za provozu baterie zajistí pokud možno stejné napětí jednotlivých, do série zapojených článků.

Pokud špatně naformátujete, baterii zničíte. Pokud nebudete správně balancovat, baterii zničíte. To alespoň vyplývalo z řádků mnoha textů, které jsem si tehdy pročítala. Před těmi lety byla tahle akumulační technologie nejen u nás navíc poměrně nová, takže vám nikdo nedokázal říct, jestli ty papírové parametry, hlavně ten udávající maximální počet cyklů baterie, jsou skutečně pravdivé. Protože papírově ty baterie vypadají vskutku skvěle: tisíce nabíjecích cyklů, netečnost vůči času ve vybitém stavu, praktická nezávislost na okolní teplotě, vysoká účinnost akumulace, schopnost nabíjení při proudu mnoha C a neskutečné zkratové proudy. O olovu už si nikdo z ostrovníků první generace iluze nedělal, ale lithium neznal dlouhodobě nikdo.

No dobrá, s mírnými obavami jsem prodala jsem ty své staré olověné, ještě předtím, než byly dobré tak akorát do šrotu, a nakoupila postupně 4 články 200Ah článků Winston, kterým čeští ostrovníci říkají “žluťásci”. Čtyři proto, že právě čtyři stačí na baterii napěťově téměř identickou s olověnou baterií.

Formátování

V domácích podmínkách docela praktický problém: sehnala jsem si modelářskou nabíječku s max. nabíjecím proudem 6A. Jakpak dlouho trvalo nabíjení 200Ah jediného článku proudem 6A? Asi týden, protože jsem si nedovolila nechat článek při formátování bez dohledu. Tyto baterie mají totiž typickou SOC (SOC = State Of Charge) / U charakteristiku, která je mezi 30 – 90% velmi plochá, a teprve zcela nakonec napětí rychle roste (resp. klesá při vybíjení). Baterie je tedy plně nabitá až za hranou onoho kolena. Mimochodem, ze stejného důvodů je potřeba je i opatrně vybíjet – hluboce vybitý článek už napěťově rychle padá.

Jakmile doběhlo naformátování všech čtyř článků, doporučovala praxe zkušenějších je vyrovnat – všechny články se zapojily paralelně a nějakou dobu se tak nechaly. Napětí na nich se vyrovnalo.

Balancování

u těchto baterií se balancování doporučuje právě kvůli jejich SOC/U charakteristice. U vícero článků v sérii se může přihodit, že jeden z článků je slabší, proto je rychleji nabit a jeho napětí strmě stoupá, zatímco napětí ostatních je v normě. Slabší článek se proto může přebít a poškodit. Totéž se může stát i u vybíjení. Čím je baterie delší (čím více článků v sérii má), tím větší tato rizika jsou.

Balancérů je dnes na výběr už celá řada typů, od těch pasivních, které nad určité napětí proud pálí v odporech, až po všelijaké aktivní, některé se údajně chovají jako nábojové pumpy a aktivně rozkládají proudy mezi sérii článků. To nevím, já si vystačila s pasivními.

Zkušenosti

Hotovou baterii jsem zapojila do elektrárny a čekala co se bude dít. A zažila jsem nemilé překvapení – baterie byla velmi měkká – po spuštění čerpadla se napětí plně nabité baterie propadlo z 13,6V až kamsi pod kritickou úroveň a VALC čerpání zastavil. Něco bylo špatně. Naštěstí se problém rychle našel – nedokonale dotáhnutá matice na spojce jednoho z článků, to jsem celá já. Chápejte, při těchto proudech už spojovací materiál připomíná materiál pro kováře. Pořídila jsem si pořádné klíče a spoje dotáhla. Po opravě to byla jiná káva, doslova úplné nadšení. Z 200Ah v LiFe bylo najednou možné využít 90% kapacity, aniž by se napětí nějak rozkolísalo. Grafy jak z prospektu. U olověné baterie, chcete-li si ji šetřit aby vydržela aspoň rok, není radno používat pravidelně více než polovinu její kapacity, což znamená, že 200Ah v lithiu je pro praxi totéž co 400 – 500Ah v olovu. Při nabíjení tatáž zkušenost – zatímco napětí olova se při vysokých nabíjecích proudech rychle zvedlo a nabíjení se uskutečňovalo prakticky celé v absorpci, čili s regulací, u lithia najednou bylo možné použít celý výkon elektrárny, a žluťásci jen sosaly a sosaly a ani se přitom nijak nezahřály. Nepříjemný pocit, že vám pomalu ale jistě degradují pár dní plně nenabité baterie, taky zmizel.

První měsíce jsem pravidelně baterii obcházela z měřákem a měřila napětí jednotlivých článků, zda-li se nerozchází. Rozcházely se na úrovni desítek mV, takže časem jsem to přestala řešit téměř úplně.

Baterii dodnes používám ve velmi šetrném napěťovém rozsahu, 12,4 – 13,8V, tzn. 3,1 – 3,45V na článek. Protože osazené balancery zabírají až na 3,6V, vlastně jsem je dodnes nenačapala, že by skutečně něco dělaly, jsou tam vlastně jen jako jakási pojistka.

Dnes provozuji už 400Ah, baterie možná mírně “změkla”, ale rozhodně slouží už více jak 6 let a stále má kapacitu blízkou té nominální.

 

 

 

 

Další díly seriálu<< FVE 4: dohledový systémFVE 6: měření proudů a vytěžovač >>