Aurinkopaneelijärjestelmä voidaan rakentaa off-grid-mökille joko 12V- tai 24V-järjestelmänä. Pieneen, lähinnä valaistusta, puhelimien lataamista ja vesipumppua palvelevaan kokonaisuuteen 12V on yleensä järkevin valinta. Kun mukaan tulee tehokas invertteri, jatkuvasti toimiva jääkaappi tai muita suurempia kuormia, 24V tekee järjestelmästä helpommin hallittavan.
Järjestelmäjännitettä ei kuitenkaan valita pelkän paneelitehon tai akun ampeerituntimäärän perusteella. Ratkaisevia tietoja ovat päivittäinen energiankulutus, suurin yhtäaikainen tehontarve, invertterin koko sekä mahdolliset myöhemmät laajennukset. Katso myös artikkelimme Aurinkosähkö mökille – mitä jokaisen ostajan pitää tietää.
Tärkeimmät valintaan vaikuttavat seikat lyhyesti:
Valitse 12V, kun mökillä käytetään lähinnä valoja, latureita, pientä pumppua ja muita kevyitä tasavirtalaitteita.
Valitse yleensä 24V, jos uuden järjestelmän invertteriteho nousee noin 1 500 wattiin tai sen yli.
Sama teho vaatii 12 voltilla kaksinkertaisen virran 24 volttiin verrattuna.
24V vähentää suurilla tehoilla kaapelihäviöitä, mutta ei lisää paneelien energiantuotantoa.
Akun kapasiteettia pitää vertailla wattitunteina, ei pelkkinä ampeeritunteina.
Paneelien jännite ja akuston järjestelmäjännite eivät ole sama asia.
Akkujen, lataussäätimen, invertterin ja DC-laitteiden täytyy sopia samalle järjestelmäjännitteelle.
Jos rakennat kokonaisuuden alusta ja tiedät kulutuksen kasvavan, 24V on usein pitkäikäisempi ratkaisu.
Peruskäsitteet nopeasti
Järjestelmäjännitteen valinta on helpompaa, kun keskeiset yksiköt ovat selvillä:
| Yksikkö | Mitä se kertoo? |
|---|---|
| V eli voltti | Järjestelmän jännite |
| A eli ampeeri | Sähkövirran suuruus |
| W eli watti | Laitteen hetkellinen teho |
| Wh eli wattitunti | Käytetty tai varastoitu energia |
| Ah eli ampeeritunti | Akun sähkövaraus tietyllä jännitteellä |
| Wp eli wattipiikki | Aurinkopaneelin nimellisteho testiolosuhteissa |
Tehon peruskaava on:
W = V × A
Jos kuorman teho on 1 200 W, laskennallinen virta on 12 voltilla 100 A ja 24 voltilla 50 A. Invertterin häviöt kasvattavat todellista akustosta otettavaa virtaa hieman tämän päälle.
Ero on käytännössä suuri. Kun virta puolittuu, samalla johtimella syntyvä resistiivinen tehohäviö putoaa teoriassa neljäsosaan, koska häviö riippuu virran neliöstä. Tämä on 24V-järjestelmän tärkein etu – ei mikään mystinen lisäteho.
Ampeeritunteja ei pidä verrata eri jännitteiden välillä sellaisenaan. Esimerkiksi 12V 200 Ah ja 24V 100 Ah vastaavat molemmat nimellisesti noin 2,4 kWh energiavarastoa:
12 V × 200 Ah = 2 400 Wh
24 V × 100 Ah = 2 400 Wh
Järjestelmän rakenne käytännössä
Kuvittele aurinkopaneelijärjestelmä näin:
Aurinkopaneelit → MPPT-lataussäädin → akusto → DC-laitteet ja invertteri → 230V-laitteet
Aurinkopaneelit tuottavat sähköä lataussäätimelle. Lataussäädin sovittaa paneeleilta tulevan energian akuston lataamiseen. Akustosta sähkö voidaan käyttää suoraan oikean jännitteen DC-laitteissa tai muuttaa invertterillä 230 voltin vaihtovirraksi.
Järjestelmäjännite tarkoittaa tässä ennen kaikkea akuston ja siihen kytketyn DC-puolen nimellisjännitettä. Paneelien toimintajännite voi olla tätä korkeampi, kunhan se pysyy lataussäätimen sallimissa rajoissa. MPPT-säädin ei siis valita ”12V-paneelin” tai ”24V-paneelin” perusteella, vaan paneeliston jännite-, virta- ja tehoarvot tarkistetaan säätimen teknisistä tiedoista. Tätä korostetaan myös Victron Energyn MPPT-lataussäätimen ohjeessa.
Milloin 12V aurinkopaneelijärjestelmä on järkevä?
12V on hyvä valinta pieneen kesämökkiin, jossa sähköä käytetään LED-valaistukseen, puhelimien ja tablettien lataamiseen, pieneen vesipumppuun ja satunnaisesti vähätehoiseen invertteriin. Tällainen järjestelmä on yksinkertainen, ja siihen sopivia pienlaitteita on hyvin saatavilla.
Myös olemassa oleva laitekanta puoltaa 12 voltin säilyttämistä. Jos mökillä on jo useita toimivia 12V-valaisimia, pumppu, jääkaappi ja latureita, koko järjestelmän vaihtaminen 24 volttiin voi tulla kalliiksi suhteessa saavutettavaan hyötyyn.
12V ei kuitenkaan tarkoita automaattisesti halpaa järjestelmää. Kun tehontarve kasvaa, virrat kasvavat nopeasti. Se lisää kaapeleihin, liitoksiin, sulakkeisiin ja pääkytkimiin kohdistuvia vaatimuksia.
Valitsisin 12V-järjestelmän, kun:
pääosa laitteista toimii suoraan 12 voltilla
invertteriä ei tarvita tai sen käyttö on kevyttä
yhtäaikainen tehontarve pysyy maltillisena
akun ja suurimpien kuormien väliset etäisyydet ovat lyhyitä
järjestelmää ei ole tarkoitus kasvattaa olennaisesti.
Milloin 24V aurinkopaneelijärjestelmä kannattaa?
24V alkaa olla järkevämpi, kun invertteriä käytetään säännöllisesti tai sen teho nousee noin 1 500 wattiin tai sen yli. Tämä ei ole ehdoton tekninen raja, mutta se on käyttökelpoinen suunnittelun nyrkkisääntö.
Oletetaan esimerkiksi, että 1 500 watin invertterikuormaa syötetään 90 prosentin hyötysuhteella. Akustosta tarvittava virta on tällöin noin:
12V-järjestelmässä 1 500 W ÷ 0,90 ÷ 12 V = 139 A
24V-järjestelmässä 1 500 W ÷ 0,90 ÷ 24 V = 69 A
Ero näkyy kaapeleissa, suojauksissa ja liitosten kuormituksessa. Siksi 24V on yleensä luonteva valinta varustellulle mökille, jossa käytetään esimerkiksi jääkaappia, painevesipumppua, elektroniikkaa ja ajoittain suurempia 230V-laitteita.
24V sopii myös järjestelmään, jota aiotaan laajentaa myöhemmin. Se ei kuitenkaan sovi automaattisesti kaikkiin mökkeihin. Pieneen valaistus- ja puhelinlatausjärjestelmään se voi tuoda vain lisää muuntimia ja yhteensopivuuskysymyksiä.
Valitsisin 24V-järjestelmän, kun:
invertteri on suuri tai sitä käytetään säännöllisesti
useita laitteita käytetään samanaikaisesti
järjestelmään tulee moottorikuormia, kuten pumppuja
kulutuksen odotetaan kasvavan
suuret virrat tekisivät 12V-ratkaisusta kömpelön.
12V ja 24V vertailussa
| Ominaisuus | 12V | 24V |
| Paras käyttökohde | Pieni, DC-painotteinen mökki | Varusteltu mökki ja invertterikuormat |
| Virta samalla teholla | Suurempi | Noin puolet 12V-järjestelmän virrasta |
| 12V-laitteiden käyttö | Suoraan | Vaatii yleensä DC–DC-muuntimen |
| Suuret invertterit | Virrat kasvavat nopeasti | Helpommin hallittava |
| Laajennettavuus | Rajallisempi suurilla tehoilla | Parempi kasvavaan järjestelmään |
| Laitteiden saatavuus | Erittäin hyvä pienlaitteissa | Hyvä komponenteissa, heikompi pienlaitteissa |
| Rakenteen yksinkertaisuus | Hyvä pienessä järjestelmässä | Hyvä suuremmassa kokonaisuudessa |
24V ei tuota enemmän energiaa kuin vastaava 12V-järjestelmä. Sen etu on saman tehon siirtäminen pienemmällä virralla. Jos kulutus on hyvin vähäistä, tästä edusta ei välttämättä saada käytännössä juuri mitään hyötyä.
Mitoitus vaihe vaiheelta
1. Laske päivittäinen energiankulutus
Jännitevalinta aloitetaan laitelistasta. Kirjaa jokaisen laitteen teho ja päivittäinen käyttöaika. Kerro teho käyttöajalla, jolloin saat energiankulutuksen wattitunteina. Lue myös artikkelimme 12V laitteet – näin arvioit sähkönkulutuksen.
Seuraava on esimerkkiskenaario, ei yleispätevä mökkikulutus:
| Laite | Laskentaperuste | Kulutus |
| LED-valaistus | 20 W × 5 h | 100 Wh |
| Jääkaappi | Valmistajan arvio | 400 Wh |
| Vesipumppu | 60 W × 0,5 h | 30 Wh |
| Puhelimet ja tietokone | Arvioitu latausenergia | 150 Wh |
| Yhteensä | 680 Wh/vrk |
Kun mukaan lisätään esimerkinomaisesti 15 prosentin häviö- ja käyttövara, suunnittelukulutus on noin 780 Wh vuorokaudessa.
2. Mitoita akusto wattitunteina
Jos haluat kaksi varapäivää, käyttökelpoista energiaa tarvitaan:
780 Wh × 2 = 1 560 Wh
Akun koko riippuu siitä, kuinka suuren osan kapasiteetista akkutyypin valmistaja sallii käytettäväksi. Jos esimerkkilaskelmassa käytetään LiFePO4-akulle 80 prosentin ja AGM-akulle 50 prosentin suunnittelusyvyttä, tulos on:
LiFePO4: 1 560 Wh ÷ 0,80 = noin 1 950 Wh
AGM: 1 560 Wh ÷ 0,50 = noin 3 120 Wh
LiFePO4-vaihtoehto vastaisi karkeasti 12,8V 160 Ah tai 25,6V 80 Ah akustoa. AGM-vaihtoehto vastaisi noin 12V 260 Ah tai 24V 130 Ah akustoa. Tarkka purkusyvyys ja lämpötilavara tarkistetaan aina valitun akun tiedoista. Esimerkiksi lyijyakun toistuva syvä purkaminen lyhentää käyttöikää, kuten Discover Batteryn käyttöohjeessa kuvataan.
Akkukapasiteetin mitoittamisesta löytyy tarkempaa tietoa tästä artikkelistamme.
3. Arvioi paneeliteho käyttökauden mukaan
Suomen aurinkotuotanto vaihtelee valtavasti kesän, välikauden ja talven välillä. Vuosituotannon keskiarvo ei kerro, riittääkö sähkö esimerkiksi syyskuussa. Paneeliteho pitää mitoittaa mökin sijainnin, paneelien suunnan, kallistuksen, varjostusten ja todellisen käyttökauden perusteella.
Euroopan komission PVGIS-laskuri arvioi off-grid-järjestelmän tuotantoa tuntikohtaisen säteilydatan, akun koon ja päivittäisen kulutuksen avulla. Laskuri näyttää myös, kuinka usein akku uhkaa tyhjentyä.
Jos PVGIS antaisi tavoitekuukaudelle esimerkiksi 3 kWh/kWp päivätuotannon, 780 Wh kulutus vaatisi laskennallisesti noin 260 Wp paneelitehoa. Pilvijaksojen, likaantumisen ja muiden vaihteluiden vuoksi käytännön lähtökohta voisi tällöin olla esimerkiksi 350–400 Wp. Sama laskelma on tehtävä uudelleen mökin todellisilla tiedoilla.
4. Valitse lataussäädin
MPPT-lataussäätimestä tarkistetaan vähintään:
tuettu akuston jännite
paneeliston suurin avoimen piirin jännite
sallittu latausvirta
sallittu paneeliteho valitulla akkujännitteellä
akkutyypille sopivat latausasetukset.
Esimerkiksi 400 watin paneelisto tuottaa akuston suuntaan karkeasti noin 30 ampeeria 12V-järjestelmässä ja noin 15 ampeeria 24V-järjestelmässä. Todellinen latausvirta riippuu latausjännitteestä, olosuhteista ja säätimen hyötysuhteesta.
5. Valitse invertteri vasta kuormien perusteella
Invertteriä ei kannata mitoittaa periaatteella ”varmuuden vuoksi mahdollisimman suuri”. Suuri invertteri maksaa enemmän, voi kuluttaa enemmän tyhjäkäynnillä ja kasvattaa akustolta vaadittavaa virtaa.
Tarkista jatkuva teho, hetkellinen huipputeho, puhdas siniaalto, hyötysuhde ja tyhjäkäyntikulutus. Moottorit, kompressorit ja jotkin virtalähteet voivat vaatia käynnistyessään nimellistehoa suuremman hetkellisen tehon.
Jos mökillä ei käytetä 230V-laitteita, invertteriä ei tarvita. Suoraan DC-jännitteellä toimiva laite välttää yhden muunnosvaiheen.
Inverttereistä löytyy kattava artikkelimme täältä.
Komponenttien valinta brändineutraalisti
| Luokka | Komponentit |
| Pakolliset | Aurinkopaneelit, MPPT-lataussäädin, akusto, akkutyypin vaatima hallinta, oikein mitoitetut suojalaitteet ja DC-jakelu |
| Suositeltavat | Shunttipohjainen akkumittari, pääkytkin, selkeät merkinnät ja järjestelmän dokumentointi |
| Tilanteesta riippuvat | Invertteri, 24V–12V DC–DC-muunnin, varavoimalähde ja etävalvonta |
24V-akusto voidaan joissakin tapauksissa tehdä kahdesta samanlaisesta 12V-akusta sarjaan kytkettynä. Sarjakytkentä nostaa jännitteen, mutta ampeerituntimäärä pysyy samana. Akkujen pitää olla keskenään yhteensopivia, ja valmistajan täytyy sallia sarjakäyttö. Kaikkia sisäisellä BMS-järjestelmällä varustettuja LiFePO4-akkuja ei saa kytkeä sarjaan.
Sarja- ja rinnankytkennän periaatteita käsitellään selkeästi Victron Energyn akkukytkentöjä koskevassa oppaassa. Myös Fixnetin opas komponenttien valinnasta kannattaa lukea huolellisesti.
Kolme käytännön mökkiesimerkkiä
Pieni kesämökki
Mökillä käytetään LED-valoja, USB-latureita ja pientä vesipumppua. Invertteriä ei ole tai se on tarkoitettu satunnaiseen pienkuormaan. Käyttö painottuu kesäviikonloppuihin.
Suositus: 12V. Järjestelmä pysyy yksinkertaisena, ja laitteet voidaan käyttää ilman tarpeettomia jännitemuunnoksia.
Varusteltu mökki
Mökillä on jääkaappi, painevesipumppu, valaistus, tietoliikennelaitteita ja noin 1 500–2 000 watin invertteri. Järjestelmää käytetään säännöllisesti keväästä syksyyn.
Suositus: 24V. Pienempi virta helpottaa invertterin ja muiden suurempien kuormien toteuttamista.
Nykyisen 12V-järjestelmän laajennus
Mökillä on toimiva 12V-akusto, useita 12V-laitteita ja enintään noin 600 watin invertteri. Lisättävä kuorma on lähinnä toinen paneeli ja hieman enemmän valaistusta.
Suositus: säilytä 12V. Toimivaa kokonaisuutta ei kannata rakentaa uudelleen vain siksi, että 24V kuulostaa tehokkaammalta.
Yleisimmät virheet
Jännite valitaan ennen kulutuksen laskemista. Ensin tarvitaan Wh/vrk ja suurin samanaikainen teho.
Akkuja verrataan vain ampeeritunteina. Vertaa wattitunteja ja käyttökelpoista energiaa.
24V oletetaan lisäävän paneelituotantoa. Se vaikuttaa virtaan, ei auringosta saatavaan energiamäärään.
12V-laitteita kytketään 24V-järjestelmään suoraan. Se voi rikkoa laitteen välittömästi.
Invertterin käynnistysteho unohdetaan. Moottori- ja kompressorikuormat eivät aina käynnisty nimellistehon perusteella valitulla invertterillä.
Komponentteja ostetaan eri jännitteille. Akku, lataussäädin, invertteri ja DC-laitteet on tarkistettava kokonaisuutena.
Laajennusvara jätetään huomioimatta. Uuden järjestelmän vaihtaminen myöhemmin 12 voltista 24 volttiin tarkoittaa usein useiden komponenttien uusimista.
Turvallisuus off-grid-järjestelmässä
Akku pystyy tuottamaan oikosulussa erittäin suuren virran. Suojausten tehtävä on estää johtojen ylikuumeneminen ja tulipalo.
Jokainen virtapiiri tarvitsee sille ja johdolle oikein mitoitetun sulakkeen tai katkaisijan. Blue Sea Systemsin tekninen ohje korostaa ylivirtasuojan sijoittamista lähelle energialähdettä.
Väärä napaisuus voi rikkoa lataussäätimen, invertterin tai muun laitteen.
Löysä tai huonosti tehty liitos kuumenee kuormituksessa. Suuri virta tekee ongelmasta nopeasti vakavan.
Aurinkopaneelisto tuottaa jännitettä aina valossa. DC-valokaari ei sammu samalla tavalla kuin vaihtovirtapiirin valokaari.
Lyijyakun sijoituksessa on huomioitava akun tyypin edellyttämä ilmanvaihto.
LiFePO4-akun latauslämpötila tarkistetaan akun käyttöohjeesta. Monien mallien BMS estää lataamisen pakkasessa, mutta tätä ei pidä olettaa ilman tuotekohtaista tietoa.
230V-kiinteät asennukset eivät ole tee-se-itse-työtä.
Usein kysytyt kysymykset
Onko 24V tehokkaampi kuin 12V?
24V ei tuota itsessään enemmän energiaa. Sen etuna on pienempi virta samalla teholla, mikä helpottaa suurten kuormien hallintaa ja vähentää johtimissa syntyviä häviöitä.
Voiko 12V-paneeleita käyttää 24V-akuston lataamiseen?
Paneelien nimitys ei yksin ratkaise asiaa. Paneeliston jännite-, virta- ja tehoarvojen pitää sopia MPPT-lataussäätimen rajoihin, ja säätimen täytyy tukea 24V-akustoa.
Voiko 12V-laitteen kytkeä 24V-järjestelmään?
Ei suoraan. Laitetta varten tarvitaan tarkoitukseen sopiva 24V–12V DC–DC-muunnin, joka kestää laitteen jatkuvan ja hetkellisen kuormituksen.
Saako kahdesta 12V-akusta 24V-akuston?
Kaksi samanlaista 12V-akkua voidaan kytkeä sarjaan 24V-akustoksi, jos akun valmistaja sallii sen. Akkujen tulee olla samaa mallia, ikää ja kapasiteettia.
Kumpi tarvitsee suuremman akun?
Jännite ei yksin ratkaise tarvittavaa energiamäärää. Esimerkiksi 12V 200 Ah ja 24V 100 Ah sisältävät nimellisesti suunnilleen saman energiamäärän.
Kannattaako toimiva 12V-järjestelmä muuttaa 24 volttiin?
Ei, jos kuormitus on edelleen maltillinen ja järjestelmä toimii luotettavasti. Muutos kannattaa yleensä vasta, kun suuret virrat, tehokas invertteri tai selvä laajennustarve tekevät 12V-ratkaisusta epäkäytännöllisen.
Auttaako 24V talvikäytössä?
Järjestelmäjännite ei ratkaise talven vähäistä aurinkotuotantoa. Talvikäyttö edellyttää kulutuksen pienentämistä, suurempaa tuotanto- ja varastointivaraa tai erillistä varavoimaa.
Voiko järjestelmäjännitteen vaihtaa myöhemmin?
Voi, mutta muutos voi edellyttää akuston rakenteen, invertterin, lataussäätimen ja DC-laitteiden vaihtamista tai jännitteenmuuntimien lisäämistä. Siksi tuleva käyttötarve kannattaa arvioida jo alkuvaiheessa.
Tarkistuslista ennen päätöstä
Päivittäinen kulutus on laskettu wattitunteina.
Suurin yhtäaikainen teho on arvioitu.
Laitteiden käynnistystehot on huomioitu.
Invertterin todellinen tarve on selvitetty.
Kaikkien DC-laitteiden käyttöjännite on tarkistettu.
Akuston kapasiteetti on muutettu wattitunneiksi.
Akun sallittu purkusyvyys on tarkistettu.
Kylmän sään vaikutus akkuun on huomioitu.
Paneeliteho on arvioitu käyttökauden eikä vuosikeskiarvon perusteella.
Lataussäätimen jännite-, virta- ja tehorajat on tarkistettu.
Suojaukset kuuluvat järjestelmäsuunnitelmaan.
Tulevat laajennukset on arvioitu realistisesti.
Yhteenveto: 12V vai 24V?
Valitse 12V, kun rakennat pienen, yksinkertaisen ja pääasiassa tasavirtalaitteita palvelevan aurinkopaneelijärjestelmän. Se sopii hyvin kesämökille, jossa sähköä tarvitaan valaistukseen, lataamiseen, pieneen pumppuun ja muihin maltillisiin kuormiin.
Valitse 24V, kun järjestelmässä käytetään säännöllisesti suurta invertteriä, useita yhtäaikaisia kuormia tai kokonaisuutta aiotaan laajentaa. Samalla teholla virta putoaa noin puoleen, mikä tekee suuremmasta järjestelmästä helpommin hallittavan.
Hyvä nyrkkisääntö on yksinkertainen: pieni DC-painotteinen mökki toimii yleensä hyvin 12 voltilla, mutta noin 1 500 watin tai sitä suurempaan säännölliseen invertterikäyttöön valitsisin uuteen järjestelmään 24V.
Artikkeli käsittelee järjestelmäjännitteen valintaa yleisellä tasolla eikä ole sähköasennus- tai kytkentäohje. Sähkötyöt kuuluvat pätevälle ammattilaiselle, ja toteutuksessa on huomioitava voimassa olevat määräykset.