Aurinkosähköjärjestelmän asennusohje

EI SÄHKÖVERKKOON LIITETTÄVÄN AURINKOPANEELIJÄRJESTELMÄN ASENNUS

Yleistä: Aurinkopaneelijärjestelmä koostuu kolmesta pääkomponentista.

1. Aurinkopaneeli
2. Akku
3. Lataussäädin

Aurinkopaneeli muuttaa auringon säteilyn sähköenergiaksi. Paneeli koostuu yleensä useista kennoista joista saadaan sarjaan liittämällä haluttu jännite.

Akku on energian varasto. Paneelin tuottama energia kerätään akkuun, josta sitä otetaan käyttöön tarpeellinen määrä. Aurinkosähköjärjestelmille sopivia akkuja ovat AGM- tai geeliakut. Näiden etuna on huolettomuus ja pitkä käyttöikä.

Säätimen tehtävä on huolehtia akusta. Säädin katkaisee latausvirran kun akku täyttyy. Joissain säädinmalleissa on myös sisäänrakennettu akkuvahti joka huolehtii, ettei akkua päästä syväpurkamaan.

Aurinkopaneelien sijoitus ja asennus

Aurinkopaneelit tulee luonnollisesti asentaa paikkaan, jossa aurinko pääsee paistamaan paneeleille mahdollisimman esteettömästi. Kesämökeillä tällainen paikka on useimmiten rakennuksen katolla. Kiinteästi asennetulla aurinkopaneelilla saadaan paras vuotuinen tuotto Keski-Suomen olosuhteissa, kun paneeli on kallistettu n. 45 astetta etelään päin. Pelkästään kesäkuukausien tuotantoa ajatellen suurin tuotanto saadaan loivemmalla, n. 30 asteen, kallistuksella. Aurinkopaneeleja ei pidä koskaan asentaa vaakasuoraan senkään takia, että paneelien luontainen puhdistuminen sateella edellyttää, että paneelit ovat vähintään kymmenen astetta kallistettuja.  Aurinkopaneelin ja katon väliin tulee jättää vähintään 10cm tuuletusväli.

Aurinkopaneelienasennuksessa on otettava huomioon paneelien 30 - 50 vuoden käyttöaika. Tämän vuoksi kiinnityksessä on esim. käytettävä ruostumattomia ruuveja ja pultteja, jotta kiinnitys olisi riittävän pitkäikäinen. Paneelit on kiinnitettävä riittävän tukevasti siten, että kiinnitysrakenteet kestävät pahimmat odotettavissa olevat myrskytuulet. Itse paneelien mekaaninen kestävyys on hyvä, kunhan paneelit eivät pääse liikkumaan eivätkä taipumaan.

Kaikki katon läpiviennit tulee tiivistää Sikaflexillä tai Silikoonilla. Aurinkopaneelien runko on hyvä maadoittaa, jolloin maadoitus toimii myös rakennuksen ukkosenjohdattimena. Samaan maapotentiaaliin voi maadoittaa akuston ja sähköjärjestelmän miinusnavan.

Aurinkopaneelien sarjakytkennässä kaikkien paneelien läpi kulkee sama virta. Sarjaan kytketyn paneeliketjun jännite on paneelijännitteiden summa. Aurinkopaneelit muodostuvat sarjaan kytketyistä aurinkokennoista, joten jokaisen kennon läpi kulkee sama virta. Sarjakytketyn paneeliketjun tuotannon määrittää huonoiten tuottava kenno.

 

 

Aurinkopaneelien rinnakkain kytkennässä paneelijännite on sama kuin yhden paneelin jännite ja virta on aurinkopaneelivirtojen summa. Yhden paneelin varjostus ei häiritse muiden rinnakkain kytkettyjen paneelien tuotantoa. Keskenään samanlaisia paneeleja voidaan kytkeä sekä rinnakkain että sarjaan. Sarjaan voidaan kytkeä myös sellaisia paneeleja, joiden jännitearvot (aurinkokennojen lukumäärät) poikkeavat toisistaan, jos paneelien virta-arvot ovat samat. Rinnakkain voidaan kytkeä sellaisiakin paneeleja, joiden virta-arvot poikkeavat toisistaan, jos paneelien jännitearvot ovat samat.

 

Rinnakkain kytkeminen on perusteltua silloin, jos aurinkopaneeleja häiritsee ajoittainen osittaisvarjostus, koska yhteen paneeliin kohdistuva varjostus ei häiritse muiden paneelien tuotantoa. Rinnakkain kytkettyjen paneelien ei myöskään tarvitse olla samassa asennossa, vaan ne voivat jopa olla katon harjan eri puolilla (esim. yksi paneeli itään aamuauringon suuntaa ja toinen paneeli länteen ilta-auringon suuntaan).

Paneelien kytkeminen sarjaan on perusteltua erityisesti silloin, jos sähkön siirtomatka paneeleilta lataussäätimelle on pitkä. Jännitteen kaksinkertaistaminen näet pudottaa siirtohäviöt neljäsosaan. Sarjaan kytkettyjen paneelien tulee olla samassa asennossa.

Akusto

Mökkijärjestelmien tavallisin akku niin tuuli- kuin aurinkosähköjärjestelmissä on lyijyakku. Sähköjärjestelmissä käytetään yleensä suljettuja, huoltovapaita geeliakkuja, jotka voidaan asentaa sisätiloihin. Tavallisin mökkijärjestelmän jännite on 12 V, koska tuolle jännitteelle on parhaiten saatavilla tasavirtalaitteita, esim. led-lamppuja. Lyijyakut ovat usein 12-volttisia, joten käytettäessä useampaa akkua, ne kytketään rinnakkain. Rinnakkain kytkentä summaa akkujen varauskapasiteetin (ilmoitetaan ampeeritunteina). Jos järjestelmässä käytetään invertteriä ja pelkästään vaihtovirtalaitteita, niin voi olla hyvin perusteltua käyttää 24 voltin akkujännitettä, koska silloin saadaan tasavirtapuolen sähkönsiirtohäviöt pienemmiksi. 24 voltin jännite saavutetaan kytkemällä kaksi 12 voltin akkua sarjaan. Erityisesti akkujen sarjakytkentä edellyttää, että akut ovat keskenään hyvin samanlaisia. Jos nimittäin esim. akkujen sisäiset resistanssit poikkeavat toisistaan, se johtaa siihen, että jännite jakaantuu akkujen kesken epätasaisesti akkuja ladattaessa ja se voi johtaa akun vaurioitumiseen. Myös rinnakkain kytkettäessä akkujen samanlaisuus on toivottavaa eli akkujen on hyvä olla saman tyyppisiä, samalta valmistajalta ja jokseenkin yhtä vanhoja.

Akkujen ja järjestelmän väliin on asennettava sulake.

Akun jännitteet.  Auringon paistaessa suoraan paneeliin, lataus jännite voi nousta jopa 14,4V:n. Jännite auringon laskeuduttua on 12,7 – 12,8V. Ilman latausta olevaa jännitettä kutsutaan lepojännitteeksi. Täynnä olevan akun lepojännite on 12.74- ja täysin tyhjän 11.88V. Tyhjän ja täyden akun ero on siis, koosta riippumatta, 0,86V.

 

 

 Lataussäädin

Nykyaikaisissa aurinkopaneelien lataussäätimissä on maksimitehopisteen seuranta –ominaisuus (MPPT, Maximum power point Tracking), joka huolehtii siitä, että aurinkopaneelikytkentä toimii koko ajan sillä jännitteellä, joka antaa suurimman mahdollisen tehon. Hyvissä lataussäätimissä on akun latauksen lämpötilakompensointi, joka on tarpeen erityisesti siinä tapauksessa, että aurinkosähköjärjestelmän akut jätetään talveksi kylmillään olevaan mökkiin. Kylmä akku näet vaatii korkeamman latausjännitteen kuin lämmin akku. Täyteen ladatut akut kestävät hyvin pakkasta, mutta tyhjät akut vaurioituvat pakkasella. Nykyaikaiset lataussäätimet sallivat aurinkopaneelikytkennän vaihtelun laajalla jännitealueella, esim. 15 – 150 V, joten ne mahdollistavat aurinkopaneelien kytkemisen vapaasti tarkoituksenmukaisella tavalla. Lataussäätimen latausvirta ja myös lataussäätimeltä otettava kuormavirta ovat rajoitettuja. Saatavilla on esim. 10, 20 ja 40 ampeerin lataussäätimiä

Kytke akku ennen paneeleita säätimeen – ja + liittimiin. Kytke paneelit – ja + liittimiin. Kytke kaikki enemmän energiaa kuluttavat laitteet suoraan akun napoihin.

Pienoisjännitteisen järjestelmän asennustyöt

Järjestelmä on pienoisjännitteinen, jos sen tasajännite on enintään 120 V ja vaihtojännite enintään 50 V. Työmäärässä ja asennustarvikkeiden hinnoissa pienoisjännitteisen ja ”tavallisen” sähköjärjestelmän asentamisessa ei ole olennaista eroa. Pienoisjännitteisen järjestelmän saa asentaa ilman sähköalan ammattipätevyyttä ja urakointioikeuksia. Perusteena on, että pienoisjännitteestä ei voi saada vaarallista sähköiskua. Pienoisjännitteinenkään sähköjärjestelmä ei ole vaaraton: Oikosulku voi aiheuttaa tulipalon, joten kaikkiin akustolta lähteviin johdinpareihin on laitettava sulakkeet. Metallityökalun putoaminen akun päälle voi sekin oikosulkea akun navat, jonka seurauksena akku purkautuu ja akun varastoima energia vapautuu hyvin nopeasti lämmöksi akun sisäisessä vastuksessa. Aurinkopaneelit on hyvä peittää niiden kytkemisen ajaksi, sillä paneelien tuottama jännite voi aiheuttaa esim. kipinöintiä johtimia kytkettäessä. Paneelin oikosulkeminen ei kuitenkaan vahingoita paneelia.

Siirtohäviöiden huomioiminen

Sähköteho on virran ja jännitteen tulo. Sähkönsiirtohäviöt ovat verrannollisia sähkövirran neliöön eli kääntäen verrannollisia jännitteen neliöön. Pienoisjännitteisessä (12 V) sähköjärjestelmässä siirtohäviö johtimessa on n. 400-kertainen verrattuna ”tavalliseen” 240 V:n järjestelmään, jos siirrettävä teho ja johdinpaksuudet ovat samat. Tavallisin asennusjohto 12 V:n järjestelmässä 2 x 2,5 mm2:n johto - tavallisessa 240 V:n järjestelmässä esim. 16 A:n virta voidaan johtaa 2,5mm2:n kuparijohtimessa jopa sata metriä ilman merkittävää siirtohäviötä. - muistisääntö: 12 V:n järjestelmässä 16 A:n virta voidaan siirtää ainoastaan se matka metreissä, mikä on johtimen poikkipinta-ala neliömillimetreinä - jos kyse on pelkästä led-valaistuksesta, virrat ovat pieniä, yhden ampeerin luokkaa eivätkä siirtohäviöt muodostu ongelmaksi, vaikka siirtomatka olisi kymmeniä metrejä - esim. 200 W:n ja 12 V:n (n. 16 A) kahvinkeittimen tarvitsema sähkö voidaan siirtää 2,5 mm2:n johtimessa vain 2,5 m, kymmenen metrin siirtomatka vaatii 10 mm2:n johtimet

Invertterin asentaminen

Tasavirralle tarkoitettuja sähkölaitteita on saatavilla huonommin kuin tavalliselle kotitalouksien vaihtovirralle tarkoitettuja laitteita. Pääsääntöisesti tasavirtalaitteet ovat kalliimpia kuin vaihtovirtalaitteet. Valaistukseen on kohtalaisen hyvin saatavilla 12 V:n led-lamppuja, joten valaistukseen kannattaa käyttää tasajännitettä. Invertteri muuttaa 12 tai 24 V:n tasajännitteen 220 – 240 V:n vaihtojännitteeksi. Invertteri kytketään suoraan akun napoihin lyhyillä ja paksuilla johtimilla. Invertterin ja myös jatkojohdon invertteriltä voi kytkeä ilman sähköalan ammattipätevyyttä. Mahdolliset kiinteät asennukset tavalliseen vaihtojännitteeseen vaativat sähköurakointioikeudet omaavan asentajan.

Pienoisjännitteisen sähköjärjestelmän asennustarvikkeet

Pienoisjännitteisessä sähköjärjestelmässä voidaan käyttää tavallisia jakorasioita ja kytkimiä esim. valaisimille. Tavallisin johdintyyppi on 2 x 2,5 mm2. Pistorasiat ja pistotulpat ovat erikoisvalmisteiset, koska tasavirtalaitteissa plus- ja miinusnavalla on eri merkitykset. Sähkölaitteiden rungot voi tarvittaessa maadoittaa miinusjohtoon (järjestelmän miinusnapa on maadoitettu).