Porady

• Jacht śródlądowy
• Jacht morski
• Wentylatory na energię słoneczną
• Altanka, domek letniskowy
• Oświetlenie tablicy informacyjnej, reklamowej itp.

* Jacht śródlądowy

PROBLEM:

ROZWIĄZANIE:

Doświadczenie wielu użytkowników jachtów śródlądowych pokazuje, że wielu z nich pływa tylko w sobotę i niedzielę (tu nazwane pływaniem weekendowym). Jednakże, zamocowane moduły na jachcie stojącym w porcie produkują prąd, który jest magazynowany w akumulatorze, a więc "dostępna ilość energii elektrycznej" jest większa. Osoby te mogą sobie pozwolić na zużycie w ciągu 2 dni prądu wyprodukowanego przez 7 dni. Pokazano to w poniższych tabelach.

Maksymalne napięcie profesjonalnych modułów fotowoltaicznych jest oczywiście znacznie wyższe niż wystarczające do naładowania akumulatora. Chodzi o to, aby moduły mogły ładować akumulator również w gorszych warunkach oświetleniowych. Aby nie przeładować akumulatora, czyli nie przekroczyć maksymalnego końcowego napięcia ładowania, stosuje się regulatory ładowania. W poniższych zestawach pominięto je, chociaż są konieczne. Ich dobór pozostawiono na etap konkretnej realizacji, gdyż o ich doborze często decydują dodatkowe czynniki, a nie tylko sama moc zastosowanego modułu.

W omawianych zestawach celowo pominięto też generatory wiatrowe (wiatraki). Wynika to z ich właściwości. Ich efektywna praca rozpoczyna się przy wiatrach 20-30 km/godz. (4^oB) Na jeziorach w Polsce takie wiatry w lecie występują rzadko i trwają relatywnie krótko, a tu ważnym czynnikiem jest czas trwania. Dobre warunki dla wiatraków występują na Wybrzeżu Bałtyku, a więc i na jeziorach tam położonych. Dlatego ten problem jest zbliżony do instalacji na "jachcie morskim" (zapraszam do przeczytania).

Odpowiedź na pytanie jakie urządzenia i o jakich parametrach należy zastosować zależy od wielu czynników takich jak:

• wielkość jachtu, tu chodzi głównie o wielkość powierzchni dostępnej do montażu modułów fotowoltaicznych,
  
• zapotrzebowanie na energię, czyli energochłonność zastosowanych odbiorników,
• sposób korzystania z energii, np. codziennie lub tylko w weekendy,
• przeznaczone środki finansowe i wiele innych indywidualnych warunków.

Tu trzeba pamiętać o zachowaniu proporcji. Jeśli stosujemy "mały" moduł, to do niego należy zastosować "mały" akumulator i odbiorniki o "małym" poborze energii. Jeśli to ostatnie jest oczywiste, to wyjaśnienia wymaga "mały" akumulator. Akumulator, niezależnie od typu i producenta, ma właściwość polegającą na jego samorozładowaniu. Ta cecha jest proporcjonalna do jego pojemności (wielkości) i przeważnie jest podawana jako [%] jego pojemności. Jeśli zastosujemy akumulator o zbyt dużej pojemności, to może się okazać, że cały prąd produkowany przez "mały" moduł, będzie zużywany tylko na odtwarzanie samorozładowania "dużego" akumulatora. Tak więc w rezultacie nie będzie efektywnego ładowania go.

Poniżej zaproponowano kilka różnej wielkości zestawów, które prezentują wzajemne proporcje, tj. wielkość modułu, akumulatora, odbiorników. Tu trzeba wyraźnie zaznaczyć, że "zestaw mały" to "mała elektrownia" a nie mały jacht i jeśli okaże się to potrzebne, zawsze taki zestaw można później rozbudować.

ZESTAW MAŁY

• stosunkowo łatwo znaleźć miejsce na fotomoduł oraz nieduża cena zestawu,
• należy racjonować zużycie prądu szczególnie przy codziennym zużyciu,
• korzystając weekendowo, należałoby rozważyć powiększenie pojemności akumulatora do ok. 30Ah

ZESTAW ŚREDNI

• zużycie prądu w praktyce bez szczególnej kontroli,
• może być problem ze znalezieniem miejsca na duży moduł lub trzeba połączyć kilka modułów,
• korzystając weekendowo, należałoby rozważyć powiększenie pojemności akumulatorów do ok. 80Ah
• korzystając weekendowo, można rozważyć używanie specjalnej energooszczędnej lodówki typu sprężarkowego, uruchamianej tylko na czas pobytu. Chodzi tu o lodówkę o poborze prądu rzędu 15-20Ah/12V na dobę. Jednak wtedy należy oszczędnie korzystać z oświetlenia.

ZESTAW DUŻY

• używanie specjalnej energooszczędnej lodówki typu sprężarkowego, uruchamianej przez całą dobę będzie wymagało oszczędnego korzystania z oświetlenia,
• można rozważyć użycie przetwornicy napięcia zamieniającej 12 VDC na prąd zmienny 230VAC o mocy rzędu 150-650W. Wtedy możliwe jest używanie wielu urządzeń zasilanych normalnie z sieci 230VAC, takich jak komputery, elektronarzędzia, ładowarki akumulatorków, niektórych urządzeń gospodarstwa domowego, higieny itd.
• można też rozważyć używanie do napędu łodzi silnika elektrycznego, szczególnie do manewrów portowych, czy krótkich dystansów przy bezwietrznej pogodzie.

PODSUMOWANIE

W skład zestawu wchodzą:
1. Moduł fotowoltaiczny (bateria słoneczna) będący producentem prądu;
2. Akumulator magazynujący prąd produkowany przez moduł;
3. Regulator ładowania dbający o optymalne ładowanie akumulatora oraz jego ewentualną ochronę przed głębokim rozładowaniem, jeśli korzystamy z takiego wyjścia;
4. Odbiorniki prądu.

Domyślnie przyjmuje się, że instalacja na jachcie jest 12V ale jeśli jest ona 24V, to oczywiście wszystkie ww. urządzenia muszą być na 24V. W przypadku modułów i akumulatorów można to uzyskać poprzez szeregowe łączenie TAKIEGO SAMEGO TYPU urządzeń 12V.

JAKIE POJAWIAJĄ SIĘ PYTANIA?

• Jakiego typu akumulator zastosować?

  Z punktu widzenia modułów fotowoltaicznych nie ma to znaczenia, są one tylko "prądnicą". Jacht żaglowy przechyla się i wtedy elektrolit nie powinien się wylewać. Tak więc elektrolit w postaci żelu byłby właściwy (kwasowe akumulatory ołowiowe), chociaż takie akumulatory mają mniejszy dopuszczalny prąd rozładowania niż akumulatory z płynnym elektrolitem. To może powodować problem z elektrycznym rozrusznikiem silnika. Generalnie istotnym dla danego typu akumulatora parametrem jest jego końcowe (górne) napięcie ładowania, na które powinien być ustawiony regulator ładowania. Należy sprawdzić to napięcie dobierając regulator i ewentualnie go przeregulować, jeśli jest to możliwe. Ta sprawa może wymagać konsultacji z serwisem.

• Zastosowany akumulator ma zbyt małą pojemność.

  Można zwiększyć pojemność akumulatora, poprzez rówonoległe dołączenie dodatkowego akumulatora, to znaczy łącząc [+] z [+] i [-] z [-]. Tu trzeba pamiętać o proporcjach, o czym pisano wyżej. Oczywiście, należy łączyć akumulatory tego samego typu, by napięcia ładowania nie różniły się zbytnio.

• Chcemy zwiększyć moc modułów fotowoltaicznych.

  Jeśli łączna moc połączonych modułów nie przekracza możliwości regulatora, to dodatkowy moduł podłączamy równolegle do istniejącego. Wtedy pomiędzy każdym z modułów a regulatorem należy zastosować diodę prostowniczą, włączoną w kierunku przewodzenia do regulatora. Zapobiega ona przepływowi prądu między modułami. Jeśli łączna moc modułów przekracza możliwości istniejącego regulatora, to należy zastosować właściwy regulator.

  

• Jak zrobić, by opuszczając jacht można było odłączyć odbiorniki, a akumulator był dalej ładowany?

  Można to zrobić tak. Odbiorniki, które mają być odłączone, powinny być podłączone bezpośrednio do akumulatora poprzez wyłącznik główny, czyli z pominięciem regulatora ładowania. Tak więc wyłączając wyłącznik główny, pozostawiamy moduł fotowoltaiczny podłączony poprzez regulator ładowania do akumulatora, który będzie go ładował. Można też taki wyłącznik zastosować na wyjściu "odbiornik" z regulatora, jednak wtedy możemy odłączać tylko odbiorniki o poborze prądu jaki umożliwia regulator ładowania.

• Czy można doładować akumulator z prostownika nie odłączając go od instalacji?

  TAK, jednak prostownik musi być podłączamy bezpośrednio do zacisków akumulatora i sami musimy pilnować, by akumulator nie został przeładowany. Pomiędzy akumulatorem a modułem jest dioda w regulatorze, która umożliwia przepływ prądu tylko w kierunku z modułu do akumulatora. Nie wolno podłączać prostownika pomiędzy regulatorem a fotomodułem, gdyż spowoduje to zniszczenie regulatora ładowania i być może modułu.

• Czy można pozostawić na zimę akumulator na jachcie

  podłączony do modułu, który go będzie ładował, bo nie zamierzamy zasłaniać modułów? Nie należy tego robić!! Śnieg, lód, deszcz nie szkodzą modułom fotowoltaicznym, które w związku z tym można spokojnie pozostawić przymocowane na jachcie na zimę. Jednak akumulator nie powinien pozostawać w stanie "nieruchomym". Leżący w zimie śnieg na module zasłania go, co powoduje, że akumulator nie jest ładowany i może pozostawać przez dłuższy czas rozładowany. Z kolei jesienią i wiosną akumulator pozostaje w stanie naładowanym, ale nie jest cyklicznie rozładowywany. Wszystko to powoduje obniżenie pojemności akumulatora.

• Czy można doładować akumulator z prądnicy silnika?

  TAK, jednak poprzez regulator prądnicy. Prądnicę podłączamy poprzez jej regulator bezpośrednio do zacisków akumulatora. Nie wolno używać regulatora fotomodułu, ze względu na zasadę jego działania.

• Chętnie odpowiemy na państwa pytania.

  Odpowiedzi na niektóre z nich tu zamieścimy.

* Jacht morski

PROBLEM:

Jak ładować akumulator na jachcie morskim podczas długich rejsów, czy postoju w zatoce, gdzie uruchomienie silnika w celu podładowania akumulatorów może spotkać się z niechęcią sąsiadów?

ROZWIĄZANIE:

Trzeba mieć na jachcie własne źródło prądu. Taką "prądnicą" może być moduł fotowoltaiczny i/lub wiatrak. W dzień moduł produkuje prąd, który ładuje akumulator, natomiast wiatrak wtedy gdy wieje wiatr. Oczywistym jest, że moduł fotowoltaiczny tego prądu produkuje najwięcej w dzień słoneczny, co szczegółowiej omówiono w temacie "jacht śródlądowy".

Energia kinetyczna wiatru zależy od 3-ciej potęgi jego prędkości. Czyli jeśli prędkość wiatru wzrośnie 2-krotnie, to energia jaką on niesie wzrośnie 8-krotnie. Ponieważ wiatrak zamienia energię kinetyczną wiatru na prąd elektryczny, to sens stosowania wiatraka jest tam, gdzie wieją wiatry z odpowiednią prędkością (energią) i najlepiej w dzień i w nocy. Tu chodzi o prędkości wiatru od 3 st B, czyli powyżej 15 km/godz.

Są różne morza i różne warunki i dlatego nie ma rozwiązań uniwersalnych. Ponadto, praktycznie każdy jacht morski ma silnik i prądnicę, a więc wszystkie te elektrownie powinny poprawnie ze sobą współpracować. Przedstawione poniżej zestawy mają posłużyć do zaprojektowania własnej, ekologicznej - bo nie produkującej spalin, elektrowni.

Jeśli chodzi o stosowanie modułów, to należy zwrócić uwagę na następujące warunki:

• Powierzchnia do której zostaną one przymocowane nie musi być płaska, bo są one przeważnie elastyczne i można je w niewielkim stopniu wyginać. Jednak powierzchnia ta powinna być gładka, by osoba która stanęła na module nie uszkodziła go wgniatając występ znajdujący się pod spodem modułu. Oczywiście, miejsce mocowania należy wybrać tak, by rzadko dochodziło do wchodzenia na moduł. Na podeszwach obuwia często znajduje się piach, który będzie rysował pokrycie modułu, co znacznie zmniejsza jego przeźroczystość i w rezultacie wydajność.
• Miejsce mocowania należy wybrać tak, by nie dochodziło do mechanicznych uszkodzeń. Chodzi o to, by przykładowo, na moduł nie mógł upaść bom. Spowoduje on pęknięcie płytki a w konsekwencji nieodwracalne zniszczenie modułu. Ponadto, miejsce mocowania powinno zapewniać jak najlepsze nasłonecznienie, czyli mało cienia. Często, ze względu na wydajność, bardziej korzystne jest zastosowanie kilku modułów w wielu miejscach niż jednego dużego.
• Należy zwracać uwagę na zwierzęta. Pies czy kot ostrymi pazurami może zrobić głęboką rysę, tym samym niszcząc pokrycie modułu tak, że nastąpi utlenienie się płytki krzemu. W konsekwencji spowoduje to nieodwracalne zniszczenie modułu.
• Zasadniczo moduły są tak wykonane, że nie zachodzi potrzeba ich ochrony przed śniegiem, lodem, słoną wodą, itp. a więc mogą być przymocowane trwale.
• Aby nie przeładować akumulatora, czyli nie przekroczyć maksymalnego końcowego napięcia ładowania, stosuje się regulatory ładowania. W poniższych przykładach pominięto je, chociaż są konieczne. Ich dobór pozostawiono na etap konkretnej realizacji, gdyż o ich doborze często decydują dodatkowe czynniki, w tym współpraca z wiatrakami.

Jeśli chodzi o stosowanie wiatraków, to należy zwrócić uwagę na następujące czynniki:

• Miejsce ustawienia wiatraka należy wybrać tak:
  • By był on zamocowany na wysokości zapewniającej bezpieczeństwo osób znajdujących się w pobliżu wiatraka, czyli tak, by stojąca pod nim osoba była z pewnym zapasem bezpieczeństwa poniżej końca łopat. Wirujące łopaty mają ogromną energię i ostre krawędzie. Dlatego należy zachować tu szczególną ostrożność.
  • By możliwość dostania się w obszar wirujących łopat lin, części takielunku, itp była minimalna. Przeważnie takim dobrym miejscem dla mniejszych jachtów jest rufa, a dla większych specjalnie przygotowana platforma na maszcie.
  • By był dostęp do wiatraka – w celu jego obsługi. Chodzi między innymi o możliwość jego zatrzymania ze względu na zbliżający się niezwykle silny wiatr.
• Z wielkością wiatraka związane są jego gabaryty, a w tym jego masa. Wybierając typ wiatraka należy wziąć pod uwagę proporcje, tj. wielkość jachtu i wiatraka. Przykładowo, jachtowy wiatrak Rutland 913 ma masę 11,3 kg, która postawiona na maszcie na wysokości ok. 2,3 -2,5 m nad pokładem, stanowi duże obciążenie dynamiczne dla struktury nośnej. Do parcia wiatru dodaje się obciążenie dynamiczne wywołane kołysaniem się jachtu, czyli i masy wiatraka na wysięgniku.
• Instalacja elektryczna musi być wykonana solidnie. Rozłączenie połączenia elektrycznego pomiędzy regulatorem ładowania a wiatrakiem może przy silnym wietrze doprowadzić do rozbiegania się wiatraka.

Poniżej przedstawiono 2 zestawy, oparte na dwu różnej wielkości (mocy) wiatrakach, tj. Rutland 503 i Rutland 913.

Zestaw mały oparty na wiatraku o mocy maksymalnej 60 W – Rutland 503

Zgodnie z danymi podanymi przez producenta, wiatrak ten ma poniższą wydajność.

Jak widać, aby wiatrak produkował prąd, musi wiać wiatr. Pojawia się pytanie, zamiast wiatraka jakiej mocy moduły fotowoltaiczne należało by zastosować, by wyprodukowały w lecie w Polsce, tyle samo prądu, co ten wiatrak przy 3 st. B – nie jest to silny wiatr!!.

Aby wyprodukować w ciągu dnia 12 Ah w lecie (maj-lipiec) w Polsce, w modułach ułożonych poziomo, w miejscu gdzie cienia jest mało – należałoby zastosować łączną moc modułów ok. 50W/12V.

Tu trzeba pamiętać, że podana produktywność modułu jest wartością średnią – uwzględniającą, że bywają dni pochmurne. Tak więc na morzach ciepłych, słonecznych, wydajność takiego modułu będzie znacznie wyższa, bez względu na to, czy jest wiatr czy go nie ma. Z drugiej strony, wystarczy, że prędkość wiatru wzrośnie tylko o 1 stopień Beauforta a produkcja prądu wzrasta ponad dwukrotnie. Ten przykład pokazuje, że nie ma rozwiązań uniwersalnych. Wydaje się, że do pływania po morzach "mało słonecznych" ale wietrznych, lepszym rozwiązaniem jest wiatrak, a do pływania po morzach "słonecznych" - moduł fotowoltaiczny.

Jednak, czy nie można by ich połączyć? Owszem, i tak się robi, bo tak podpowiada doświadczenie. Takie rozwiązanie przewidział producent wiatraka Rutland, firma Marlec. Wiatrak, będący samowzbudną prądnicą, aby mógł bezpiecznie ładować akumulator, musi ładować go poprzez regulator ładowania. Producent tego regulatora dopuszcza, że oprócz w.w wiatraka można do niego podłączyć moduł o mocy ok. 30W. A jeśli chce się podłączyć moduł o większej mocy? Rozwiązanie jest proste. Zastosować do modułu osobny regulator odpowiedni do jego mocy. Niestety, regulator od modułu nie nadaje się do obsługi wiatraka.

Zestaw oparty na wiatraku o mocy maksymalnej 215 W – Rutland 913

Zgodnie z danymi podanymi przez producenta, wiatrak ten ma poniższą wydajność.

Jak widać, już przy wiatrach ok. 4 st B., tego prądu jest całkiem dużo i aby go zmagazynować, trzeba stosować akumulatory o pojemności rzędu 200-300Ah . Akumulatory te powinny przechować wyprodukowaną energię elektryczną przez kilka dni, by była dostępna, gdy będzie słaby wiatr.

Proporcjonalnie do wydajności tego wiatraka, należałoby tu zastosować moduły fotowoltaiczne o łącznej mocy 100- 200W/12V, a więc zestawy zbudowane z wielu pojedynczych modułów. Takie zestawy są bardziej skuteczne niż pojedynczy "duży" moduł, bo szansa, że akurat wszystkie są w cieniu np. żagla jest mniejsza niż dla pojedynczego modułu. Moduły mają jeszcze jedną zaletę, układ bardzo łatwo rozbudować dodając następne moduły.

Oczywiście, można połączyć obie "prądnice". Producent regulatora do wiatraka Rutland 913 dopuszcza, że oprócz w.w wiatraka można do niego podłączyć moduł fotowoltaiczny o mocy dopuszczalnej przez ten regulator. Jeśli chce się podłączyć moduły o większej mocy, to należy zastosować osobny regulator ładowania odpowiedni do jego mocy.

Podsumowanie
W skład zestawu wchodzą:

• "Prądnice", czyli moduły fotowoltaiczne (baterie słoneczne, panele) i /lub wiatrak
• Akumulatory magazynujące prąd.
• Regulatory ładowania dbające o optymalne ładowanie akumulatorów.
• Odbiorniki prądu.

Domyślnie przyjmuje się, że instalacja na jachcie jest 12V ale jeśli jest ona 24V, to oczywiście wszystkie w. w urządzenia muszą być na 24V. W przypadku modułów i akumulatorów można to uzyskać poprzez szeregowe łączenie TAKIEGO SAMEGO TYPU urządzeń 12V, jednak w przypadku wiatraka trzeba się zdecydować na wersję 12 lub 24V

Jakie mogą pojawić się problemy

• Dla jachtu morskiego aktualna jest większość odpowiedzi na pytania związane z instalacją modułów fotowoltaicznych na jachcie śródlądowym, gdzie zapraszam.

• Jak ładować akumulator z prądnicy silnika lub prostownika mając instalację wiatraka i fotomodułu,

  nie rozłączając istniejącej instalacji? Każde z tych urządzeń (źródeł prądu) MUSI mieć swój regulator ładowania, by nie przeładować akumulatora. Takie rozwiązanie jest najbezpieczniejsze. Każde ze źródeł prądu łączymy równolegle do zacisków akumulatora poprzez bezpiecznik topikowy, zabezpieczający każdy z obwodów. Dobrze mieć wizualną kontrolę stanu naładowania akumulatora za pomocą woltomierza podłączonego bezpośrednio do ładowanego akumulatora. Oprócz woltomierza, bardzo dobrą kontrolę procesu ładowania stanowi amperomierz, włączony w szereg pomiędzy akumulatorem a źródłem prądu. Co prawda, regulatory ładowania automatyzują proces ładowania, jednak woltomierz i amperomierz pozwalają na szybka ocenę sytuacji, gdy coś źle funkcjonuje.

• Jak zrobić, by opuszczając jacht można było odłączyć odbiorniki a akumulator był dalej ładowany przez fotomoduł

  ? Odbiorniki, które mają być odłączane powinny być podłączone bezpośrednio do akumulatora. Tak więc wyłączając wyłącznik główny, pozostawiamy podłączony moduł fotowoltaiczny poprzez regulator ładowania do akumulatora, który będzie go ładował.

• Czy można ładować akumulator z wiatraka w porcie

  ? Z punktu widzenia automatyki ładowania tak, ale może być to niebezpieczne. Może się zdarzyć, że w wirujące łopaty wiatraka dostanie się np. fał, co może spowodować poważny w skutkach wypadek, szczególnie gdy nie ma nadzoru. Lepiej, opuszczając jacht, zatrzymać wiatrak podwiązując łopatę do masztu, a ładowanie pozostawić fotomodułom.

• Jak ładować jednocześnie kilka akumulatorów?

  Oczywistym jest, że najprościej połączyć je wszystkie równolegle, to będą się zachowywały jak jeden duży akumulator. Jednak, tu może chodzić o priorytet. Jeśli chcemy ładować wszystkie, a korzystać tylko z niektórych, by mieć któryś akumulator w rezerwie np. do rozruchu silnika, to wtedy można wszystkie jednocześnie ładować poprzez diody prostownicze, separujące je wzajemnie przed rozładowaniem. Jednak na diodach występuje spadek napięcia ok. 0,7V, co może wymagać przeregulowania regulatorów, jeśli to możliwe. Można też każdy z nich ładować osobno, ręcznie przełączając ładowanie, co daje kontrolę nad sytuacją, jednak jest uciążliwe. Bardzo pomocnym będą woltomierze podłączone do każdego z akumulatorów.

• Chętnie odpowiemy na Państwa pytania

  Niektóre z odpowiedzi przedstawimy tu innym czytelnikom.

* Wentylatory na energię słoneczną

Dlaczego powinniśmy wietrzyć?

W pozostawionej zamkniętej łodzi wytrąca się wilgoć z powodu różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej. Temperatury te zmieniają się, chociaż nie jednocześnie. Woda rozpuszczona w ciepłym powietrzu zassanym z zewnątrz przy jego odpowiednim ochłodzeniu wytrąca się we wnętrzu w postaci rosy bo zostaje przekroczony próg rozpuszczalności. W zimnym powietrzu może się mniej wody rozpuścić. Dotyczy to zarówno klimatu wilgotnego, jak i suchego.

Wentylacja polega na zapewnieniu ruchu powietrza. Jednak chodzi tu o zrównanie poziomu wilgotności wewnątrz i na zewnątrz łódki. Inaczej niż się powszechnie uważa, zamknięcie - np. poprzez owinięcie plandeką - kabiny łódki w celu jej „ochrony” przed wilgotnym powietrzem, jeszcze bardziej podnosi poziom wilgotności pod pokładem. Utrudniona jest wymiana powietrza. Tu trzeba wpompować do łódki suche, a więc ciepłe powietrze by "zabrało" wilgoć z łódki, która wytrąciła się np. w nocy i wypompować je na zewnątrz.

Wilgoć powstająca w kabinie powoduje olbrzymie szkody. W stosunkowo krótkim czasie (wystarczy kilka tygodni, a czasem nawet kilka dni) wilgoć wewnątrz kabiny wytworzy idealny klimat dla rozwoju pleśni i grzybów, czego właściciele łódek powinni przede wszystkim unikać. Nie chodzi tylko o to, że wilgotne i spleśniałe powietrze jest nieprzyjemne i niezdrowe. Pleśń i grzyby mogą uszkodzić materiał obiciowy w kabinie, elementy elektroniczne i części metalowe. Po dłuższym czasie drewno zacznie gnić, a we włóknie szklanym powstaną pęcherze. Są to bardzo kosztowne uszkodzenia, a ci którzy mieli już z tym do czynienia wiedzą, jak trudno potem pozbyć się pleśni.

Proszę pamiętać: Wentylacja bardzo dobrze działa, gdy jesteśmy na łodzi, bo luki są pootwierane. Jest to wentylacja bierna a jej skuteczność zapewnia wiatr. Podczas naszej nieobecności luki są pozamykane i zadanie zapewnienia dobrej wentylacji mogą wykonać wentylatory - jeśli je zastosowaliśmy.

Najprostsze - Nicro MiniVent 1000 - zapewniają aktywną wentylację w dzień, dzięki prądowi dostarczanemu przez panel słoneczny oraz bierną wentylację w nocy (wówczas działają tak jak zwykła kratka wentylacyjna). Natomiast wentylatory Day and Night Plus zapewniają wentylację łódki przez całą dobę, gdyż są wyposażone w akumulatorek. Panel słoneczny w dzień ładuje akumulatorek, który z kolei dostarcza prąd do śmigła. Ponadto, wentylatory te są wyposażone w dwa rodzaje śmigieł: ssące i pompujące.

Jakie jest moje zapotrzebowanie na wentylację?

Często słyszymy to pytanie. Są dwie poprawne odpowiedzi -“Nigdy nie jest za dużo” i “Nawet trochę wentylacji już pomaga.” Najlepiej by było, gdyby całe powietrze w kabinie było wymieniane co godzinę. Przykładowo łódka o długości 9 m zawiera ok. 22 m³ powietrza. Nowe modele wentylatorów Nicro, które mamy w naszej ofercie, zapewniają cyrkulację ok. 17-28 m³ powietrza na godzinę.

Zastosowanie wentylatorów dla zabezpieczenia podstawowych potrzeb podano w tabeli.

*Dla zapewnienia efektywnej wentylacji, poza jednym wentylatorem ssącym powinien istnieć dodatkowy dostęp powietrza do kabiny (np. przez wywietrznik lub kratkę wentylacyjną).

**Mamy w naszej ofercie wentylatory, które można w razie potrzeby ustawiać jako ssące lub pompujące. Robi się to poprzez zamianę śmigieł. Operacja jest odwracalna, a śmigła mają odpowiednią sprawność, gdyż krzywizna łopat jest dobrana do kierunku przepływu.

Jak mogę oszacować objętość powietrza w mojej łódce?

A x B x C x 0,7 gdzie A oznacza długość łódki nie licząc kokpitu; B oznacza szerokość łódki (w najszerszym miejscu); C oznacza średnią wysokość w kabinie Jeśli wymiary podamy w [m] to objętość będzie w m3

Zasady wentylacji

Dobrze jest gdy przepływ strug powietrza pokrywa się z naturalnym, swobodnym kierunkiem przepływu. Wlot powietrza przeważnie instaluje się na dziobie, gdyż łódź zacumowana na boi, kotwicy w sposób naturalny ustawia się dziobem do wiatru. Ciepłe powietrze płynie do góry a więc tam należy zrobić wylot. Zasysanie, wpompowanie powietrza chłodnego do wnętrza trzeba zrobić niżej. Odseparować powietrze z przedziału silnikowego od mieszkalnego, itd.

Na rysunkach przedstawiono propozycje takich rozwiązań.

Sam montaż wentylatorów nie jest trudny a jedynie wycięcie otworu w pokładzie, luku, dachu itp. może wymagać pewnej wprawy. Przy wyborze miejsca na wentylator należy również wziąć pod uwagę krzywiznę powierzchni, do której go się montuje. Nie powinna być za duża, gdyż wystąpi problem z uszczelnieniem połączenia. W zasadzie strzałka wypukłości nie powinna przekraczać 12mm na 300mm długości.

* Altanka, domek letniskowy

PROBLEM:

ROZWIĄZANIE:

Jak to będzie działało?

W dzień, gdy świeci słońce, moduły fotowoltaiczne zamieniają energię promieniowania słonecznego na prąd elektryczny. Gdy wieje wiatr, wiatrak zamienia energię kinetyczną powietrza na prąd elektryczny. W obu przypadkach, ten prąd jest magazynowany w akumulatorze (zestawie akumulatorów). Energia ta jest tu nazwana EKO, bo ekologiczna. A jeśli od dłuższego czasu jest bardzo pochmurno i nie wieje wiatr a prąd w akumulatorze kończy się? Wtedy albo minimalizujemy zużycie prądu i czekamy na zmianę pogody albo ładujemy akumulator poprzez prostownik generatorem spalinowym lub ładujemy akumulator gdzie indziej. Eksploatacja generatora spalinowego jest droga ale gdy już pracuje, to nie tylko może ładować akumulator ale też zasilać odbiorniki dużej mocy jak elektronarzędzia czy zwyczajnie pralkę automatyczną. Tak więc, akumulator jest tym bardzo ważnym buforem, który umożliwia zasilanie, wtedy gdy nie jest produkowany prąd lub jego zużycie jest większe niż produkcja.

W akumulatorze jest prąd stały. Jeśli w domku zostanie zbudowana instalacja na 12VDC, to jest to napięcie typowe i istnieje bardzo dużo odbiorników przystosowanych do tego "samochodowego" napięcia. Napięcie 12VDC jest napięciem bezpiecznym. Nie zachodzi ryzyko porażenia prądem i taką instalację możemy sami wykonać. Jest to instalacja relatywnie tania i prosta do samodzielnego wykonania.

Jeśli chcemy używać głównie urządzeń przystosowanych do zasilania z sieci 230VAC (prąd zmienny), to trzeba zamienić prąd stały z akumulatora na zmienny. Robią to przetwornice DC/AC. Wtedy najlepiej będzie, gdy cała instalacja elektryczna domu od razu będzie przystosowana do 230VAC, co ułatwi ewentualne późniejsze jej podłączenie do sieci.

Gdy dom zostanie już podłączony do sieci 230VAC to instalacja EKO będzie nadal pracowała a dzięki temu rachunek za prąd z elektrowni będzie niższy. Najprościej to zrobić, poprzez ładowanie akumulatora z sieci wtedy, gdy zabraknie prądu EKO, na przykład taryfą nocną. Całą tę procedurę można oczywiście zautomatyzować i rozbudować, nawet tak by sprzedawać prąd do elektrowni i zarabiać To rozwiązanie ma też i tę zaletę, że domowa instalacja zostanie w pewnym stopniu zabezpieczona na wyłączenia prądu w sieci bo jest akumulator. Takie zabezpieczenie jest szczególnie ważne dla instalacji CO, która bez prądu zatrzymuje się i jest zimno.

Jak to zrobić?

Do dalszych rozważań przyjęto dwa warianty, które mają być pomocne do zaprojektowania własnego systemu. Inne warianty, w dużym stopniu, można zaprojektować stosując metodę proporcjonalną do opisanych.

ALTANKA

Do zbudowania własnej elektrowni wybrano dwa zestawy urządzeń, tj. zestaw tańszy i droższy, aby uzmysłowić na czym mogą polegać różnice. Podane ceny dotyczą roku 2006.

Mimo, że wydajność obu elektrowni jest zbliżona, to cena tańszego wariantu wyniesie ok. 1400 zł a droższego ok. 2000 zł.

Ile prądu wyprodukuje ta elektrownia?

Zakładam, że elektrownia ta jest ustawiona w miejscu pozbawionym cienia np. drzew, skierowana na południe i nachylona pod kątem ok. 45-60 st. od poziomu. Jej wydajność dzienna będzie zależna od zachmurzenia i można ją uśrednić. Tym zajmuje się akumulator, przechowując prąd wyprodukowany w dni słoneczne na dni pochmurne. Natomiast, nie jest on w stanie buforować pór roku. Poniżej zestawiono produkcję w.w modułów w zależności od pór roku.

Na zasilanie jakich urządzeń wystarczy tego prądu?

Zakładam eksploatację następujących urządzeń.

* Oświetlenie oparte na 2 żarówkach halogenowych tj. 2 x 10W /12V, 20W/12V=1,7A

* Telewizor turystyczny LCD 8W /12V, 8W/12V=0,7A

RAZEM 1,7 + 0,7= 2,4A

Wiosną i jesienią będzie 10-12Ah / 2,4A= 4,2 -5 godz. A więc światło przez 4-5 godz,. to całkiem dużo czasu.

W lecie pozostanie do wykorzystania dodatkowo 5-6Ah.

* Nurnikowa pompka wodna (np.podlewanie wodą )12V/2,6A, wydajność kilkanaście l/min., będzie mogła pracować 5-6Ah/2,6A = 1,9-2,3 godz.

A jeśli będzie używać się tych urządzeń tylko w weekendy?

Oznacza to, że prąd jest produkowany przez 7 dni a zużywany tylko przez 2 dni. Czyli w sobotę i niedzielę będzie do dyspozycji wiosną i jesienią (10-12 Ah) x 7 /2 dni = 35-42 Ah. Używając w.w urządzenia tj. światło 20W, TV, pompa wody, pozostaje jeszcze na każdy dzień do wykorzystania 20-24 Ah. Oznacza to, przykładowo, używanie przez 2 godz. urządzeń o mocy 120-144W każdego dnia. Bo (20-24Ah)/2h= 10-12A , 12V x (10-12A) = 120 - 144W. Tu można rozważyć użycie przetwornicy napięcia z 12VDC na 230VAC, o mocy 150W, która bardzo rozszerza zakres możliwych odbiorników.

Oczywiście, w takiej sytuacji, aby zmagazynować prąd z całego tygodnia, należy powiększyć pojemność akumulatorów co najmniej x 2.

Jak poprawić produkcję prądu we wrześniu, październiku?

* Jeśli działka jest na otwartej przestrzeni jak brzeg morza, jeziora, tereny mało zabudowane i zalesione, gdzie wiatr może swobodnie wiać, to system ten można uzupełnić wiatrakiem. Poniżej podano produkcję prądu przez wiatrak o mocy maksymalnej 60 W/12V – Rutland 503.

Zgodnie z danymi podanymi przez producenta, wiatrak ten ma poniższą wydajność.

Jak widać, aby wiatrak produkował prąd, musi wiać wiatr i wtedy tego prądu jest naprawdę dużo. Jest tu wszystko jedno, czy jest dzień czy noc. Pogoda wietrzna jest przeważnie, gdy jest pochmurno, czyli jesienią. W niektórych lokalizacjach, wiatrak może okazać się tym dominującym źródłem prądu.

* Jeśli działka jest na terenie gęsto zalesionym, to pozostaje uzupełnienie prądu generatorem spalinowym. Generatory takie mają dużą moc jednostkową i gdy pracują można wykonywać przy ich pomocy energochłonne prace np. elektronarzędziami, jednocześnie ładując prostownikiem akumulator. Niestety, tu występuje pewna sprzeczność, gdyż akumulatory "lubią" być ładowane długo małym prądem a to oznacza długotrwałą pracę generatora, czyli duże zużycie paliwa i długo hałas.

Komentarz

Stosując moduły fotowoltaiczne mamy zagwarantowaną bardzo dużą niezawodność i trwałość systemu, bo mało jest ruchomych części a źródło energii jest darmowe i niewyczerpalne. Urządzenia te pracują w całkowitej ciszy, bez spalin i praktycznie bezobsługowo.

DOMEK LETNISKOWY

Jak we wstępie napisano, cała instalacja zostanie oparta na prądzie zmiennym 230VAC, czyli jest przygotowana do podłączenia do sieci energetycznej.

Do zaprojektowania własnej elektrowni kierowano się nie minimalizacją kosztów ale taką wydajnością energetyczną aby było możliwe prowadzenie gospodarstwa domowego kilkuosobowej rodziny z pominięciem zimy. Poniżej zestawiono zaproponowany zestaw urządzeń i ich zapotrzebowanie na energię.

W powyższym zestawie celowo pominięto pralkę automatyczną, ze względu na jej bardzo duże chwilowe zapotrzebowanie na energię. Grzałka pralki często ma moc 1000-2000W.

1964 Wh / 12V = 164 Ah.

Aby wyprodukować wiosną, czy jesienią 164 Ah trzeba zastosować moduły fotowoltaiczne o łącznej mocy ok. 600-700W. W lecie te moduły wyprodukują o ok. 50% więcej prądu, ale też wzrośnie zapotrzebowanie na prąd przez lodówkę i pompę wodną. Łączna pojemność akumulatorów 12V powinna wynieść co najmniej 700-1000Ah.

Aby zamienić prąd stały w akumulatorze na zmienny 230VAC, trzeba zastosować przetwornicę o mocy co najmniej 600-700W. Zakładam, że jednocześnie są włączone pompa wody i lodówka.

Tak więc cały system będzie się składał:

Podane ceny dotyczą roku 2006. Najdroższym elementem "elektrowni" są moduły fotowoltaiczne. Można zmniejszyć ich koszt o ok. 30-50%, stosując moduły amorficzne. Jednak wtedy należy liczyć się z tym, że zajmą one powierzchnię o ok. 100% większą i będą miały trwałość nieco niższą.

Jak zasilać pralkę automatyczną?

Taka pralka potrzebuje chwilowo dużej mocy ale rzadko np. raz na tydzień. Zastosować generator spalinowy prądu o mocy co najmniej ok.2 kW(2000W). Cena takiego generatora to ok. 1700-2300zł. Wtedy, gdy pralka pracuje, pracuje też generator. Poprzez prostownik mogą wtedy być ładowane akumulatory i można używać energochłonnych elektronarzędzi (np. piła tarczowa to 1000-1500W). Niestety, wadą tego rozwiązania jest duży koszt paliwa i hałas ale za to jest dodatkowe źródło prądu, dające większą niezawodność zasilania.

Jak poprawić produkcję prądu we wrześniu, październiku?

Jeśli działka jest na otwartej przestrzeni jak brzeg morza, jeziora, tereny mało zabudowane i zalesione, gdzie wiatr może swobodnie wiać, to system ten można uzupełnić wiatrakiem. Poniżej podano produkcję prądu przez wiatrak o mocy maksymalnej 200 W/12V – Rutland 913.

Zgodnie z danymi podanymi przez producenta, wiatrak ten ma poniższą wydajność.

*/ 4 st B to 20-28 km/godz.

Jak widać, już przy wiatrach ok. 4 st B., tego prądu jest całkiem dużo i aby go zmagazynować, trzeba stosować akumulatory o pojemności rzędu 200-300Ah

Czy można całkowicie uniezależnić się od elektrowni w okresie całorocznym?

Doświadczenie podpowiada, że w takiej sytuacji należałoby zainstalować łączną moc modułów rzędu 1500-2500W. Jednak w naszej strefie klimatycznej taka moc może okazać się też nie wystarczająca w miesiącach listopad, grudzień, styczeń, gdy długo będzie utrzymywała się pochmurna pogoda a zapotrzebowanie na prąd jest duże. Wtedy należy wspomagać się generatorem spalinowym.

Komentarz

• Powyższy przykład należy potraktować jako sposób do zaprojektowania własnej elektrowni. Układ nie jest krytyczny i gdy po jakimś czasie stwierdzimy, że trzeba "elektrownię" rozbudować, to po prostu dokładamy następne elementy. Jest to ogromna zaleta tego systemu.
• Z podanych przykładów wynika, że należałoby zastosować akumulatory o dużej łącznej pojemności. Ze względu na bezpieczeństwo, pomieszczenie na akumulatory, musi być dobrze wentylowane. Oznacza to praktycznie konieczność przeznaczenia na akumulatory specjalnego pomieszczenia.
• Jak widać, cały układ jest praktycznie przygotowany do podłączenia do sieci energetycznej. Wyposażenie go w urządzenie podobne do sterownika UPS zautomatyzuje przełączanie pomiędzy instalacjami.
• Po podłączeniu domu do sieci publicznej możliwe jest też sprzedawanie prądu do elektrowni i zarabianie na tym, szczególnie w lecie. Oczywiście, konieczne będą tu odpowiednie modyfikacje instalacji oraz uzgodnienia formalne z elektrownią.
• Stosując moduły fotowoltaiczne mamy zagwarantowaną nie tylko bardzo dużą niezawodność i trwałość systemu ale cichą pracę, brak spalin i praktycznie bezobsługowość.

Jakie mogą pojawić się problemy?

• Wytrzymałość konstrukcji nośnej dachu może nie być wystarczająca. Należy sprawdzić masę i wymiary przewidywanych do zainstalowania modułów.
• Dostępne miejsce do instalacji modułów jest za małe, niekorzystnie ukierunkowane lub zacienione.
• Chętnie oczekujemy od Państwa pytań. Niektóre z odpowiedzi przedstawimy tu innym czytelnikom.

* Oświetlenie tablicy informacyjnej, reklamowej itp.

PROBLEM:

ROZWIĄZANIE:

• Moduł fotowoltaiczny lub zestaw modułów, zwany też baterią słoneczną
• Akumulator – może być zwykły samochodowy na 12V
• Regulator ładowania akumulatora – w wersji z włącznikiem zmierzchowym.
• Lampki z białymi diodami LED – np. rowerowe zmodyfikowane
• Konstrukcja nośna, do której powyższe urządzenia są przymocowane

Jak to będzie działało?

Sterowaniem całego systemu zajmuje się specjalny regulator ładowania. Do niego są podłączone; moduł, akumulator, odbiorniki – tj. lampki. Miejsce i polaryzacja podłączenia jest oznaczone na obudowie.

• Gdy jest DZIEŃ, moduł zamienia energię świetlną promieniowania słonecznego na prąd elektryczny. Ten prąd poprzez regulator ładowania płynie do akumulatora, gdzie jest magazynowany. Regulator dba o to, by akumulator nie został przeładowany. Do regulatora są podłączone też lampki LED, które jednak nie świecą, bo ich nie włączył regulator, bo jest jasno.
• Gdy jest NOC, moduł nie produkuje prądu, bo nie jest oświetlony. Ten stan (jest ciemno) rozpoznaje regulator i jest to dla niego sygnał do włączenia lampek. Jak długo będą świeciły lampki? Regulator je WYŁĄCZY w dwóch przypadkach;
  1. gdy wróci dzień a więc rano lub
  2. gdy w akumulatorze skończy się zmagazynowany prąd, by nie uszkodzić akumulatora

Na jak długo wystarczy prądu w akumulatorze?

Zależy to od mocy modułu fotowoltaicznego, pojemności akumulatora, poboru prądu przez lampki no i oczywiście od pory roku. Zostanie to pokazane na poniższym przykładzie.

Dość często spotykanym poborem prądu przez białe lampki LED – rowerowe, jest ok. 100 mA. Jeśli zastosuje się moduł o mocy ok. 40-50W/12V, to można spodziewać się, że wczesną wiosną, jesienią wyprodukuje on średnio w ciągu całego dnia ok. 10-12 Ah. Zakładam, że jest on ustawiony w miejscu, gdzie nie ma cienia np. drzew, jest skierowany na południe i ustawiony pod kątem ok. 50-60 st. od poziomu. Zakładając, że lampka świeci przez 12 godz. (noc jesienią lub wiosną), to pobierze ona z akumulatora 12h x 0,1A = 1,2 Ah. Oznacza to, że mając do dyspozycji 12Ah, można ich podłączyć 12 / 1,2 =10 szt. Ale lampki te są na napięcie 6V, tak więc w rzeczywistości będzie 20 szt. Rozstawiając je przykładowo co 20 cm, można oświetlić odcinek o długości 400 cm.

W lecie (czerwiec) będzie prądu za dużo ale w zimie (grudzień) zabraknie, bo mniej energii świetlnej dociera a noce są dłuższe. Co wtedy? Są praktycznie dwa rozwiązania:

• Zwiększyć moc zainstalowanego modułu, praktycznie dwukrotnie.
• Zdecydować się na to, by lampki gasły – były wyłączane przez regulator – nad ranem. Jak wcześnie będą wyłączane zależy nie tylko od bliskości do najkrótszego dnia w roku ale też od położenia geograficznego. Źle będzie na północy Polski bo jesienią jest częste zachmurzenie, zdecydowanie lepiej jest na południu – góry. W górach długo w zimie leży śnieg, który jako biały odbija światło słoneczne, co zdecydowanie poprawia wydajność dzienną modułów.

Powyższe szacunki można potraktować jako przykład do zaprojektowania własnej instalacji.

Jak długo będzie pracowała taka instalacja?>

Instalacja taka jest zbudowana w wielu elementów o różnej trwałości. Do najtrwalszych należą elementy elektroniczne, jak diody, tranzystory, układy scalone, w tym płytki modułów fotowoltaicznych. Większość producentów modułów stacjonarnych (pokrytych szkłem) daje 10-25 letnią gwarancję na moc. Oznacza to, że taki moduł np. po 10 latach straci nie więcej niż 10 % swojej nominalnej mocy, czyli naprawdę długo. Przecież mając 90% początkowej wydajności produkuje on dalej prąd.
Najsłabszym ogniwem są akumulatory. Dla ołowiowych można szacować ich żywotność na 3-5 lat, chociaż dla niektórych typów i producentów nawet 10 lat. Po tym okresie trzeba będzie akumulator wymienić.

Jeśli chodzi o wydajność i niezawodność, trzeba uwzględnić jeszcze jeden czynnik. Chodzi o zasłanianie modułu. Jeśli na modułach zalega śnieg, leżą liście lub inne zanieczyszczenia, to one bardzo zmniejszają ich produktywność. Szczególnie wrażliwe na częściowe zasłanianie są moduły z krzemu krystalicznego. Chodzi o to, że są one zbudowane z połączonych w szereg płytek krzemu i zasłonięcie tylko kilku płytek, powoduje efekt zbliżony do całkowitego zasłonięcia modułu. Znacznie mniej wrażliwe są moduły zbudowane np. z krzemu amorficznego, gdyż trudniej zasłonić pasek biegnący przez całą szerokość-wysokość modułu. Dlatego bardzo ważnym jest utrzymywanie modułu w czystości, czemu sprzyja prawie pionowe ich ustawienie.

Najczęstszą przyczyną niesprawności układu jest pogarszanie się kontaktu na stykach. Dlatego dobrze jest przynajmniej 1 - raz do roku, najlepiej przed zimą, sprawdzić i zakonserwować instalację, gdyż zima jest najgorszym okresem jeśli chodzi o wydajność.

Możliwe modyfikacje urządzenia

• Zamiast białych lampek LED można zastosować pojedyncze różnokolorowe diody LED, z których układa się napisy. Są one wkładane w otwory w tablicy i łączone szeregowo – równolegle dla uzyskania 12V. Daje to ładny i bardzo czytelny efekt wizualny, chociaż wymaga dużego nakładu pracy
• Zamiast dopuszczać do gaśnięcia nad ranem lampek, napisów z kolorowych LED, można zaprojektować układ tak, by od jesieni poprzez zimę do wiosny świecenie odbywało się z przerwami np. 1 sek. świecenie, 2-3 sek. przerwa, co znacznie oszczędza energię. To przełączanie na okres zimowy można połączyć z coroczną konserwacją.
• Może się zdarzyć, że układ będzie źle reagował na sygnał, dzień-noc. Tak może być, gdy moduł postawimy blisko szosy i będzie on oświetlany światłem reflektorów samochodowych. Wtedy światła samochodowe mogą być odczytywane błędnie jako -DZIEŃ - i lampki będą wyłączane. Włącznik zmierzchowy jest tak zaprojektowany, że wyłącza światła ze zwłoką, by unikać tego efektu. Jednak, jeśli będzie to występowało i będzie niedopuszczalne, to można przeregulować czułość włącznika zmierzchowego. Jednak, jeśli i to nie wystarczy, to do sterowania włączaniem lampek trzeba będzie zbudować osobne urządzenie, sterowane fotorezystorem skierowanym w przeciwną stronę niż szosa.