Zonne-energiesystemen die winters onder nul doorstaan

De winter kost meer afgelegen meetstations het leven dan wind, water of vandalisme, en meestal via een mechanisme waarvan de koper niet wist dat hij het had meegekocht. Dit stuk gaat over dat mechanisme, en over de specificatiekeuzes die het voorkomen.

De twee temperaturen, en waarom het verschil telt

Vrijwel elke datasheet van een geïntegreerd zonne-energiesysteem vermeldt een bedrijfstemperatuurbereik. Veel datasheets vermelden ook een laad- of laad/ontlaadbereik, in kleinere letters, verderop. Het zijn verschillende specificaties die verschillende dingen beschrijven, en de tweede bepaalt of het station het redt.

Een lithiumcel laden onder het vriespunt veroorzaakt lithiumplating op de anode, wat de capaciteit blijvend verlaagt en een veiligheidsrisico creëert. Een laadregelaar die in de kou weigert te laden doet zijn werk. De ontwerpfout zit stroomopwaarts, op het punt waar iemand aannam dat een bedrijfsbereik ook een laadbereik betekende.

Wat er in de kou werkelijk met een accu gebeurt

• Gesloten loodaccu verliest een groot deel van de bruikbare capaciteit onder het vriespunt — vaak genoemd rond 30-50% bij en onder 0 °C. Hij neemt in de kou wél lading op, dat is hier zijn enige voordeel, maar de capaciteit waarop u hebt gedimensioneerd is niet de capaciteit die u hebt.
• LiFePO4 houdt in de kou veel meer van zijn capaciteit vast, doorgaans 70-80% bij −20 °C bij ontladen, en gaat veel meer cycli mee. De beperking is het laadvenster: zonder verwarming of een speciaal ontworpen lagetemperatuurvariant mag hij niet onder 0 °C geladen worden.
• Ternair lithium (NMC) gedraagt zich aan de laadkant grotendeels vergelijkbaar. De keuze van chemie verandert de ontlaadprestatie en de levensduur in cycli meer dan de laadgrens rond het vriespunt.

Een vergelijking van chemieën op levensduur in cycli en temperatuur behandelen we uitgebreider in onze notities over accuchemie voor afgelegen monitoring, en de derating-rekensom voor lijnmonitoringlocaties specifiek in onze veldnotities over accu's in koude klimaten.

De winter is niet één probleem, het zijn er vier

1. Minder piekzonuren. De voor de hand liggende, en de enige waar de meeste dimensioneringen rekening mee houden. Op hoge breedtegraad kan de slechtste maand een fractie van het jaargemiddelde zijn.
2. Lagere zonnestand. Een paneel op een voor de zomer geoptimaliseerde hellingshoek staat in december slecht gericht. Een steilere winterhellingshoek kost zomeropbrengst die u toch al over hebt, en levert opbrengst op in de maand die het ontwerp bepaalt.
3. Sneeuwbedekking. Een paneel onder de sneeuw levert niets. Een steilere hellingshoek laat sneeuw beter afglijden; een paneel met een flauwe hoek kan dagen na een sneeuwbui bedekt blijven.
4. Het laadvenster. Het venster dat hierboven is beschreven, en degene die van een krap ontwerp een dood station maakt in plaats van een traag station.

Vier manieren om er omheen te ontwerpen

1. Zet de hellingshoek steiler

Stel de hellingshoek in op de slechtste maand in plaats van op het jaaroptimum. Zo vangt u meer van de lage winterzon en glijdt sneeuw makkelijker af. Op een meetstation is zomeroverschot niets waard — de ontwerpsituatie is de maand waarin het station kan sterven.

2. Overdimensioneer de array in plaats van de accu

Een grotere accu slaat meer energie op maar wekt er geen op, en in de kou kan hij bovendien niet worden bijgeladen in de uren die ertoe doen. Extra arraycapaciteit zet de weinige bruikbare winteruren effectiever om in lading dan extra opslag doet.

3. Specificeer een verwarmde accu of een lagetemperatuuraccu

Pakketten met geïntegreerde ondersteuning voor laden bij lage temperatuur trekken een kleine hoeveelheid vermogen om de cellen op te warmen voordat ze lading opnemen. Dat kost energie, die in de begroting moet zitten, en het is het juiste antwoord voor locaties die echt langdurig onder het vriespunt zitten in plaats van af en toe.

4. Verlaag de belasting voor het seizoen

Waar de toepassing het toelaat, is het terugbrengen van de rapportagefrequentie in de winter de goedkoopste capaciteit die u ooit koopt. Een station dat in januari elk uur rapporteert in plaats van elke vijftien minuten kan operationeel prima acceptabel zijn, en het verandert de dimensionering volledig. Dit is een firmwarebeslissing met het effect van hardware.

Velddetails die een winter bepalen

• Sneeuwafvoer is een montagebeslissing. Hellingshoek, paneeloppervlak en de vrije ruimte onder de module bepalen samen of sneeuw afglijdt of blijft liggen. Een paneel dat vlak tegen een constructie is gemonteerd zonder tussenruimte houdt de sneeuw het langst vast.
• Condens is in de winter erger. Een gesloten behuizing die een grote dagelijkse temperatuurschommeling doorloopt, pompt vochtige lucht naar binnen en laat die binnenin condenseren. Een IP-gecertificeerde ademende ontluchtingsplug is een klein onderdeel dat een veelvoorkomende storing voorkomt.
• Kabels en connectoren gedragen zich anders. Kabel wordt stijver en raakt bij een servicebezoek in de kou makkelijker beschadigd. Laat servicelussen zitten en ga bij lage temperatuur voorzichtig met de bedrading om.
• Toegang is seizoensgebonden. Op veel noordelijke locaties kan een storing in januari pas in maart worden verholpen. Die realiteit is, meer dan welke datasheet ook, het argument voor marge.
• Wildcamera's hebben hun eigen patroon. Accuverbruik in het bos tijdens de winter is een goed gedocumenteerde faalwijze; onze notities over accudimensionering voor wildcamera's behandelen de combinatie van bladerdek en kou.

Vragen aan een leverancier vóór u voor een koude locatie bestelt

1. Wat is het laadtemperatuurbereik, los van het bedrijfsbereik? Als er maar één getal wordt gegeven, vraag het andere dan schriftelijk op.
2. Ondersteunt de accu laden bij lage temperatuur, en zo ja, hoeveel energie kost dat?
3. Wat is de accuchemie, en wat is de nominale capaciteit bij −20 °C in plaats van bij 25 °C?
4. Is er een lagetemperatuurvariant beschikbaar, en wat verschilt daar precies aan?
5. Op welke hellingshoek is het montagemateriaal instelbaar, en kan die op winter in plaats van op het jaaroptimum worden gezet?
6. Wat is het afschakelpunt van de onderspanningsbeveiliging, en is het configureerbaar?

Een leverancier die vraag één met één getal beantwoordt, heeft niet over uw locatie nagedacht. Dat is vroeg in een inkooptraject een bruikbaar filter.

Waar LinkSolar past

Wij leveren de voedingslaag — paneel, accu, laadregelaar, behuizing, montagemateriaal — gedimensioneerd op het seizoen dat het station werkelijk bedreigt en niet op een jaargemiddelde. Bij projecten op koude locaties betekent dat dat wij vóór het uitbrengen van een offerte naar het laadvenster vragen, en dat wij het onomwonden zeggen als een standaardconfiguratie verkeerd is voor uw breedtegraad.

• Lagetemperatuurvarianten beschikbaar waar de locatie ze echt vereist, gespecificeerd in plaats van aangenomen.
• Elektrische specificatie op maat: paneelspanningen van 3 V tot 48 V, configureerbaar afschakelpunt, uitgangen met meerdere rails.
• Monsters in 7-14 dagen voor mini zonnepanelen op maat; levertijden voor geïntegreerde systemen worden bij de offerte bevestigd.
• MOQ vanaf 5, zodat een winter op een pilot bewezen kan worden vóór een netwerkorder.
• Componenten afkomstig van partnerfabrieken met ISO 9001-, CE- en RoHS-certificering, met QC-bewijs vóór verzending op elke batch.

FAQ

Kunnen lithiumaccu's onder het vriespunt geladen worden?

Niet zonder verwarming of een chemie die daar specifiek voor is gespecificeerd. Een standaard lithiumcel laden onder 0 °C veroorzaakt lithiumplating op de anode, wat de capaciteit blijvend verlaagt en een veiligheidsrisico creëert. Laadregelaars weigeren in die situatie terecht te laden, wat de accu beschermt maar de belasting laat trekken uit een pakket dat niet meer wordt bijgeladen.

Wat is het verschil tussen bedrijfstemperatuur en laadtemperatuur?

Bedrijfstemperatuur is het omgevingsbereik waarin de apparatuur geïnstalleerd kan worden en kan draaien. Laadtemperatuur is het smallere bereik waarin de accu stroom kan opnemen, en bij de meeste lithiumchemieën stopt dat op of vlak bij 0 °C. Een systeem met een bedrijfsbereik tot −25 °C kan mogelijk alleen boven 0 °C laden, en dat specificatiegat veroorzaakt winterstoringen.

Is lood beter dan lithium voor koude locaties?

Het heeft één voordeel — het neemt onder het vriespunt lading op — maar het verliest in de kou een groot deel van de bruikbare capaciteit en gaat veel minder cycli mee. Voor de meeste toepassingen in afgelegen monitoring is LiFePO4 met een verwarming of een lagetemperatuurvariant het betere antwoord op systeemniveau. Lood kan zinvol zijn waar de locatie slechts af en toe onder het vriespunt komt en het vervangingsinterval acceptabel is.

Moet ik voor de winter een grotere accu of een groter paneel nemen?

Meestal het paneel. Een grotere accu slaat meer energie op maar wekt er geen op, en in de kou kan hij bovendien niet worden bijgeladen tijdens de weinige bruikbare uren. Extra arraycapaciteit zet die uren effectiever om in lading. Accucapaciteit moet gedimensioneerd worden op autonomie, en niet gebruikt worden als vervanging voor winteropwekking.

Maakt de hellingshoek van het paneel in de winter echt zoveel uit?

Ja, om twee redenen. Een steilere hellingshoek vangt meer van de lage winterzon, en laat sneeuw veel beter afglijden dan een flauwe. De hellingshoek instellen op de slechtste maand in plaats van op het jaaroptimum kost zomeropbrengst die u toch al over hebt en levert opbrengst op in de maand die bepaalt of het station het redt.