Toimiva aurinkopaneelijärjestelmä ei synny valitsemalla mahdollisimman suurta paneelia tai akkua. Olennaista on, että aurinkopaneelit, lataussäädin, akku, invertteri ja suojaukset muodostavat keskenään yhteensopivan kokonaisuuden.
Tässä oppaassa käydään läpi pienen off-grid-järjestelmän tärkeimmät komponentit, niiden tehtävät ja valintaperusteet. Painopiste on suomalaisessa mökkikäytössä ja 12 tai 24 voltin järjestelmissä. Lue myös oppaamme Aurinkosähkö mökille – mitä jokaisen ostajan pitää tietää sekä Aurinkopaneelijärjestelmä: opas 12V ja 24V valintaan.
Opas tiivistetysti
Arvioi ensin sähkölaitteiden päivittäinen kulutus wattitunteina.
Valitse järjestelmäjännite kuormituksen ja laitteiden perusteella.
Mitoita akku kulutuksen, akkutyypin ja tarvittavien varapäivien mukaan.
Mitoita aurinkopaneelit käyttökauden heikoimpien olosuhteiden perusteella.
Valitse lataussäädin paneeliston jännitteen, tehon ja akkutyypin mukaan.
Hanki invertteri vain, jos käytät 230 voltin laitteita.
Älä säästä kaapeloinnissa, suojauksissa tai liitoksissa.
Kenelle tämä opas on ja mitä opit?
Opas on tarkoitettu mökkiläiselle, joka suunnittelee uutta aurinkopaneelijärjestelmää tai yrittää ymmärtää nykyisen järjestelmänsä toimintaa. Tarkoituksena ei ole antaa valmista kytkentäohjetta, vaan auttaa valitsemaan keskenään sopivat komponentit. Tarkempaa tietoa 12V laitteiden lataamisesta löydät tästä artikkelista.
Opit tunnistamaan aurinkosähköjärjestelmän pääosat, arvioimaan päivittäisen energiantarpeen ja tekemään alustavan mitoituksen. Samalla selviää, missä järjestyksessä valinnat kannattaa tehdä. Aurinkopaneelipaketin ostaminen pelkän wattimäärän perusteella on nimittäin väärä aloituspiste.
Peruskäsitteet nopeasti
Aurinkopaneelijärjestelmän ymmärtämiseen riittää alkuun viisi käsitettä:
Voltti (V) kertoo järjestelmän jännitteen.
Ampeeri (A) kertoo sähkövirran määrän.
Watti (W) kertoo laitteen hetkellisen tehon.
Wattitunti (Wh) kertoo käytetyn tai tuotetun energian määrän.
Ampeeritunti (Ah) kertoo akun kapasiteetin tietyllä jännitteellä.
Teho lasketaan kaavalla:
W = V × A
Energia puolestaan lasketaan kertomalla laitteen teho käyttöajalla:
Wh = W × h
Jos 10 watin valaisin on päällä viisi tuntia, se kuluttaa 50 Wh energiaa. Neljä samanlaista valaisinta kuluttaa vastaavana aikana yhteensä 200 Wh.
Akun sisältämä nimellinen energia voidaan arvioida näin:
Wh = V × Ah
Esimerkiksi 12 voltin ja 100 ampeeritunnin akun nimellinen energiasisältö on noin 1 200 Wh. Koko määrää ei kuitenkaan yleensä voida käyttää ilman, että akun käyttöikä tai suojausrajat tulevat vastaan.
Sarjaan ja rinnakkain yleisellä tasolla
Sarjakytkentä kasvattaa jännitettä, kun taas rinnankytkentä kasvattaa kapasiteettia tai käytettävissä olevaa virtaa. Tällä on merkitystä sekä paneeliston että akuston suunnittelussa.
Kytkentätapaa ei pidä valita pelkän tavoitejännitteen perusteella. Paneeliston avoimen piirin jännitteen, lataussäätimen salliman tulojännitteen ja akun rakenteen on sovittava yhteen kaikissa lämpötiloissa. Kylmä sää voi nostaa paneelien jännitettä, joten säätimen valmistajan mitoitusohjeet on tarkistettava.
Aurinkopaneelijärjestelmän rakenne käytännössä
Kuvittele järjestelmä energiaketjuna:
Aurinko → aurinkopaneelit → lataussäädin → akku → sähkölaitteet
Jos mökillä käytetään 230 voltin laitteita, akun ja näiden laitteiden väliin lisätään invertteri:
Akku → invertteri → 230 V laitteet
Lisäksi järjestelmään kuuluvat kaapelit, liittimet, sulakkeet, erotuskytkimet, paneelien kiinnikkeet ja mahdollinen akkumonitori. Nämä eivät ole sivuosia. Puutteellinen suojaus tai väärin valittu kaapeli voi tehdä muuten laadukkaasta järjestelmästä tehottoman tai vaarallisen.
Mitoitus vaihe vaiheelta
1. Laske päivittäinen energiankulutus
Mitä päätät: Mitä laitteita käytät, kuinka paljon ne kuluttavat ja kuinka monta tuntia niitä käytetään vuorokaudessa.
Miksi näin: Sekä akku että aurinkopaneelit mitoitetaan energiankulutuksen perusteella. Laitteiden yhteenlaskettu maksimiteho ei vielä kerro vuorokausikulutusta.
Yleinen virhe: Jääkaapin, invertterin lepovirran tai jatkuvasti valmiustilassa olevien laitteiden kulutus unohtuu.
Esimerkkiskenaario kesämökille:
| Laite | Oletettu teho | Käyttö | Kulutus |
|---|---|---|---|
| Neljä LED-valoa | 20 W yhteensä | 4 h | 80 Wh |
| 12 V jääkaappi | 30 W | 8 laskennallista h | 240 Wh |
| Vesipumppu | 60 W | 0,5 h | 30 Wh |
| Puhelinten lataus | 20 W | 2 h | 40 Wh |
| Kannettava tietokone | 60 W | 2 h | 120 Wh |
| Yhteensä | 510 Wh/vrk |
Jääkaapin kompressori ei käy jatkuvasti, joten esimerkissä käytetään laskennallista käyntiaikaa. Todellinen kulutus riippuu laitteesta, lämpötilasta, ilmanvaihdosta ja oven avaamisesta.
Kun 510 Wh tulokseen lisätään esimerkin vuoksi 20 prosenttia häviöitä ja epävarmuusvaraa, suunnittelukulutukseksi saadaan noin:
510 Wh × 1,20 = 612 Wh/vrk
Tämä ei ole yleinen kerroin kaikkiin järjestelmiin, vaan esimerkkioletus. Paras lähtötieto löytyy laitteiden energiamerkinnöistä, käyttöohjeista ja omista mittauksista.
2. Valitse järjestelmäjännite
Mitä päätät: Toteutetaanko järjestelmä 12 vai 24 voltin jännitteellä.
Miksi näin: Samalla teholla korkeampi jännite merkitsee pienempää virtaa. Esimerkiksi 1 200 watin kuorma ottaa ideaalitilanteessa 12 voltilla noin 100 A mutta 24 voltilla noin 50 A. Todellinen virta on invertterin häviöiden vuoksi hieman suurempi.
Yleinen virhe: 12 V valitaan automaattisesti, vaikka järjestelmässä käytetään suurta invertteriä, pitkiä kaapelimatkoja tai suuritehoisia laitteita.
Pieneen valaistus-, puhelin- ja pumppukäyttöön 12 V on usein käytännöllinen. Kuormituksen kasvaessa 24 V voi vähentää virtoja ja kaapelihäviöitä. Samalla on varmistettava, että suoraan tasavirralla toimivat laitteet sopivat valittuun jännitteeseen.
3. Mitoita akku
Mitä päätät: Akkukemia, nimelliskapasiteetti ja tarvittavien varapäivien määrä.
Miksi näin: Akku varastoi päivällä tuotetun energian iltaa, yötä ja pilvisiä päiviä varten.
Yleinen virhe: Akun koko luetaan suoraan Ah-arvosta huomioimatta jännitettä, sallittua purkusyvyyttä tai lämpötilaa.
Kahden varapäivän esimerkki 612 Wh päiväkulutuksella:
612 Wh × 2 = 1 224 Wh käytettävää energiaa
Jos esimerkin LiFePO4-akusta suunnitellaan käytettäväksi 80 prosenttia:
1 224 Wh ÷ 0,80 = 1 530 Wh
12,8 voltin järjestelmässä tämä vastaa noin:
1 530 Wh ÷ 12,8 V = 120 Ah
Jos AGM-akun suunnittelussa käytetään 50 prosentin purkusyvyyttä:
1 224 Wh ÷ 0,50 = 2 448 Wh
12 voltilla tulos on noin:
2 448 Wh ÷ 12 V = 204 Ah
Luvut ovat alustavia. Lopullisessa valinnassa huomioidaan myös akun suurin sallittu lataus- ja purkuvirta, lämpötila, valmistajan latausohje sekä invertterin hetkellinen kuormitus.
Syväpurkauksia kestävän lyijyakun käyttöikä paranee yleensä, kun purkaukset pidetään maltillisina. Esimerkiksi Trojan Battery suosittelee lyijyakuille enintään noin 50 prosentin tavanomaista purkausta.
LiFePO4-akku tarjoaa tyypillisesti enemmän käytettävää energiaa suhteessa nimelliskapasiteettiin ja kestää syklistä käyttöä hyvin. Sen lataaminen kylmässä vaatii kuitenkin akku- ja valmistajakohtaisten lämpötilarajojen noudattamista. Esimerkiksi erään Victron Energyn LiFePO4-akun käyttöohjeessa sallittu latausalue alkaa +5 °C. Raja ei ole automaattisesti sama kaikille litiumakuille.
Lue myös kattava artikkelimme eri akkutyyppien eroista täältä. Apua akkukapasiteetin laskentaan löydät tästä artikkelista.
4. Mitoita aurinkopaneelit
Mitä päätät: Paneeliston kokonaisteho, sijoituspaikka ja käyttökauden tuotantotavoite.
Miksi näin: Aurinkopaneelien on tuotettava kulutettu energia takaisin akkuun riittävän nopeasti myös tavallista heikompina päivinä.
Yleinen virhe: Paneelit mitoitetaan aurinkoisen heinäkuun päivän perusteella, vaikka mökkiä käytetään keväällä ja syksyllä.
Esimerkiksi 612 Wh päiväkulutuksella, kolmella laskennallisella täyden auringon tunnilla ja 75 prosentin kokonaistuotolla:
612 Wh ÷ (3 h × 0,75) = 272 W
Tällaisilla oletuksilla noin 300 Wp olisi laskennallinen vähimmäistaso. Käytännössä lisämarginaali voi olla perusteltu pilvisyyden, varjostusten, paneelien lämpenemisen ja välikausikäytön vuoksi.
Kolmen tunnin oletusta ei pidä käyttää kaikkialla Suomessa tai kaikkina vuodenaikoina. Euroopan komission PVGIS-laskurilla voi arvioida sijainnin, paneelikulman ja kuukausien vaikutusta tuotantoon. Suomen talvessa tuotanto voi jäädä niin vähäiseksi, ettei kohtuullinen paneeliston kasvattaminen yksin ratkaise energiavajetta.
5. Valitse lataussäädin
Mitä päätät: MPPT- vai PWM-säädin sekä säätimen sallittu paneelijännite ja latausvirta.
Miksi näin: Lataussäädin sovittaa aurinkopaneelien tuoton akun lataukseen ja käyttää akulle sopivaa latausprofiilia.
Yleinen virhe: Säädin valitaan vain ampeerimerkinnän perusteella tarkistamatta paneeliston avoimen piirin jännitettä, kylmän sään vaikutusta tai akkuyhteensopivuutta.
PWM-säädin toimii käytännössä lähellä akun jännitettä. MPPT-säädin etsii paneeliston suurimman tehon toimintapistettä ja muuntaa ylimääräistä jännitettä latausvirraksi. Morningstarin tekninen vertailu kuvaa MPPT hyödyn korostuvan, kun paneeliston toimintajännite on selvästi akkujännitettä korkeampi. Kylmässä ja lauhkeassa ilmastossa MPPT on yleensä järkevä valinta.
Jos paneelisto on esimerkiksi 400 Wp ja akun latausjännite noin 14,4 V, teoreettinen latausvirta on:
400 W ÷ 14,4 V = 27,8 A
Tämä auttaa arvioimaan säätimen lähtövirran tarvetta, mutta valinta tehdään aina valmistajan mitoitusohjeella. Samalla tarkistetaan paneeliston suurin mahdollinen jännite kylmissä olosuhteissa.
6. Päätä, tarvitaanko invertteriä
Mitä päätät: Käytetäänkö pelkkiä 12/24 V laitteita vai tarvitaanko 230 V vaihtovirtaa.
Miksi näin: Invertteri mahdollistaa tavallisten verkkovirtalaitteiden käytön, mutta lisää järjestelmään häviöitä ja omaa kulutusta.
Yleinen virhe: Invertteri mitoitetaan laitteen normaalitehon mukaan, vaikka moottori tai kompressori vaatii käynnistyessään suuremman hetkellisen tehon.
Valitse invertteri suurimman yhtäaikaisen jatkuvan kuorman perusteella ja tarkista erikseen käynnistysteho. Herkille laitteille puhdas siniaalto on turvallinen lähtökohta.
Invertteriä ei kannata ylimitoittaa ilman syytä. Suuri laite voi kuluttaa valmiustilassa tarpeettomasti energiaa. Joissakin inverttereissä lepotilan kulutusta vähennetään ECO-toiminnolla, mutta sen soveltuvuus pienille jatkuville kuormille on tarkistettava käyttöohjeesta. Lue myös artikkelimme Invertteri aurinkopaneelijärjestetlmässä – toiminta ja merkitys.
7. Huomioi kaapelointi ja suojaukset
Mitä päätät: Kaapelireitit, kaapelien mitoitusperiaatteet, sulakkeet, erotusmahdollisuudet ja kotelointi.
Miksi näin: Pienikin jännite voi tarkoittaa erittäin suurta virtaa. Liian ohut tai pitkä kaapeli aiheuttaa jännitehäviötä ja lämpenemistä.
Yleinen virhe: Kaapeli valitaan liittimen koon tai ulkonäön perusteella, eikä virran, pituuden ja sallitun jännitehäviön mukaan.
Sulakkeen tehtävä on suojata johdinta oikosululta ja liian suurelta virralta. Akkulähdön suojaus sijoitetaan valmistajan ohjeiden mukaan mahdollisimman lähelle akkua. Akkumonitori on lisäksi hyödyllinen etenkin LiFePO4-akun kanssa, koska pelkkä jännitemittaus ei anna aina selkeää kuvaa varaustilasta.
Komponenttien valinta brändineutraalisti
| Komponentti | Ensisijainen valintaperuste | Tarkista ennen ostoa |
| Aurinkopaneelit | Tarvittava energiantuotanto | Teho, jännite, mitat ja varjostukset |
| Lataussäädin | Paneeliston ja akun yhteensopivuus | Tulojännite, latausvirta ja latausprofiili |
| Akku | Käytettävä energia ja käyttöolosuhteet | Akkukemia, purkuvirta ja lämpötilarajat |
| Invertteri | 230 V laitteiden todellinen tarve | Jatkuva teho, käynnistysteho ja lepovirta |
| Akkumonitori | Varaustilan seuranta | Sopivuus järjestelmän virroille |
| Suojaukset | Johtimien ja laitteiden suojaaminen | Nimellisarvot ja valmistajan vaatimukset |
Pieneen kesämökkiin sopiva ratkaisu voi olla 12 V järjestelmä, tasavirtalaitteet, MPPT-lataussäädin ja kohtuullinen akusto. Kun mukaan tulee suurempi jääkaappi, sähkötyökaluja tai muita tehokkaita 230 V laitteita, 24 V järjestelmää kannattaa arvioida vakavasti.
Työkalut ja osaluettelo yleisellä tasolla
Pakolliset osat:
aurinkopaneelit ja tarkoitukseen sopivat kiinnikkeet
lataussäädin
akku tai akusto
oikein mitoitetut kaapelit ja yhteensopivat liittimet
kaapelikohtaiset suojaukset ja erotusmahdollisuudet
Suositeltavat osat:
akkumonitori
tuotannon seuranta
lämpötila-anturi, jos latausjärjestelmä tukee sitä
selkeät merkinnät ja järjestelmän dokumentointi
Tilanteesta riippuvat osat:
invertteri
varavoimalähde
akkulaturi
etäseuranta
erillinen kuormanhallinta tai alijännitesuoja
Turvallisuus: nämä virheet voivat tulla kalliiksi
Suojaamaton akkukaapeli voi syttyä oikosulussa. Akku pystyy tuottamaan erittäin suuren oikosulkuvirran, joka kuumentaa johdon nopeasti.
Liian ohut kaapeli lämpenee. Suuri jännitehäviö ei ole vain hyötysuhdeongelma, vaan pahimmillaan paloriski.
Aurinkopaneeli tuottaa jännitettä valossa. Paneelikaapelia ei pidä käsitellä jännitteettömänä vain siksi, että lataussäädin tai akku on irrotettu.
Tasavirtakaari ei sammu yhtä helposti kuin vaihtovirtakaari. Väärät kytkinlaitteet tai huonot liitokset voivat aiheuttaa jatkuvan valokaaren.
Väärä napaisuus voi vaurioittaa laitteita. Kaikkien komponenttien napaisuus ja valmistajan määrittämä kytkentäjärjestys tarkistetaan käyttöohjeista.
Lyijyakku tarvitsee akkutyypille sopivan sijoituksen. Latauksessa mahdollisesti syntyvät kaasut, happo ja korroosio on huomioitava.
LiFePO4-akkua ei saa ladata sen lämpötilarajojen ulkopuolella. Luota akun BMS-suojaukseen vain, jos sen toiminta ja rajat on vahvistettu tuotetiedoista.
Kiinteät 230 V asennukset eivät kuulu tavallisiin tee-se-itse-töihin. Tukesin sähkötöitä koskevasta ohjeesta voi tarkistaa Suomessa sallitun työn rajat.
Usein kysytyt kysymykset
Riittääkö mökille 12 voltin järjestelmä?
Usein riittää, jos sähkönkulutus on maltillista ja laitteet toimivat pääosin suoraan 12 voltilla. Suurten invertterikuormien, pitkien kaapeleiden tai kasvavan energiantarpeen yhteydessä 24 V voi olla järkevämpi.
Onko MPPT aina parempi kuin PWM?
MPPT tarjoaa yleensä paremman joustavuuden ja hyödyntää paneeliston tehoa tehokkaammin vaihtelevissa ja viileissä olosuhteissa. Hyvin pienessä ja tarkasti yhteensovitetussa järjestelmässä PWM voi silti olla riittävä.
Kumpi mökille: AGM vai LiFePO4?
AGM sopii yksinkertaiseen ja kausittaiseen käyttöön, jos paino ja pienempi käytettävä kapasiteetti eivät haittaa. LiFePO4 sopii hyvin toistuvaan käyttöön, mutta latauslämpötila, BMS ja muun järjestelmän yhteensopivuus on tarkistettava.
Voiko aurinkopaneeleita lisätä myöhemmin?
Usein voi, jos lataussäätimen jännite- ja virtarajat sekä paneelien keskinäinen yhteensopivuus sallivat sen. Laajennusvara kannattaa huomioida jo säädintä ja kaapelointia valittaessa.
Tarvitaanko invertteri jääkaappia varten?
Ei, jos jääkaappi toimii suoraan järjestelmän 12 tai 24 voltin jännitteellä. 230 V jääkaappi tarvitsee invertterin, jonka oma kulutus ja muunnoshäviöt kasvattavat energiantarvetta.
Miksi akku tyhjenee odotettua nopeammin?
Syynä voi olla arvioitua suurempi kulutus, invertterin lepovirta, akun ikääntyminen, alhainen lämpötila tai se, ettei paneelisto ehdi ladata akkua täyteen. Akkumonitori auttaa erottamaan tuotanto- ja kulutusongelmat toisistaan.
Tarkistuslista ennen käyttöönottoa
Päivittäinen energiankulutus on laskettu wattitunteina.
Järjestelmäjännite sopii kaikille laitteille.
Akun käytettävä kapasiteetti riittää tavoiteltuihin varapäiviin.
Akkutyyppi sopii mökin lämpötiloihin.
Paneeliteho perustuu sijaintiin ja käyttökauteen.
Paneelit eivät jää säännöllisesti varjoon.
Lataussäätimen jännite- ja virtarajat riittävät.
Säätimen latausprofiili sopii akulle.
Invertterin jatkuva ja hetkellinen teho riittävät.
Kaapelit on mitoitettu virran ja pituuden perusteella.
Jokainen virtapiiri on suojattu asianmukaisesti.
Liittimet, läpiviennit ja kotelot sopivat käyttöympäristöön.
Akun varaustilan seuranta on järjestetty.
Komponenttien käyttöohjeet ja järjestelmän tiedot on säilytetty.
Järjestelmän turvallisuus on tarkastettu ennen käyttöönottoa.
Toimiva aurinkopaneelijärjestelmä on tasapainoinen kokonaisuus. Aloita kulutuksesta, mitoita akku sen jälkeen ja valitse vasta sitten aurinkopaneelit, lataussäädin ja mahdollinen invertteri. Näin et maksa turhasta tehosta etkä rakenna järjestelmää, jonka yksi alimitoitettu osa rajoittaa koko kokonaisuutta.