Toimitustapoina Posti ja DB Schenker! Kotimainen verkkokauppa nopealla toimituksella!

Off-grid invertterit

Mökki-invertterien eli off grid invertterin valintaohjeita

Off-grid järjestelmissä, eli sähköverkkoon kytkemättömissä järjestelmissä käytetään invertteriä muuttamaan akuston tasajännite tavanomaiseksi pistorasiasta saatavaa 230 V 50 Hz vaihtovirtaa vastaavaksi sähköksi. Invertteri mahdollistaa täten tavanomaisten kodin sähkölaitteiden, esimerkiksi kylmälaitteiden, valaisimien ja työkalujen käytön sähköverkosta irrallisessa sähköjärjestelmässä.

Tyypillisesti aivan pienissä mökkisähköjärjestelmissä ei invertteriä käytetä, vaan hankitaan halutut laitteet suoraan 12V tai 24V syöttöjännitteellä, jolloin invertteriä ei tarvita. Esimerkiksi pelkkä valaistus tai matkapuhelinlataus on helpompaa ja kustannustehokkaampaa toteuttaa suoraan 12V jännitteellä. Suuremmissa järjestelmissä invertterin hankinta on kuitenkin perusteltua ja aiheellista, sillä 230V jännitteellä toimivia laitteita on helpommin ja edullisemmin saatavissa, kuin 12V DC laitteita.

Kosun 2000W siniaaltoinvertteri

Tässä osiossa keskitytään tarkastelemaan vain saarekekäyttöön tarkoitettuja off grid-inverttereitä. Nämä invertterit siis luovat itsenäisesti taajuuden AC-ulostuloon, ja näitä inverttereitä ei voi kytkeä syöttämään sähköä sähköverkkoon. Lisäksi on olemassa kotitalouskäyttöön tarkoitettuja verkkoinverttereitä, joilla syötetään aurinkopaneelien tuottama sähkö suoraan sähköverkkoon. Katso lisätietoa verkkoon kytketyistä aurinkosähköjärjestelmistä täältä.

Invertterin valinta

Invertterit jaetaan niiden tuottaman vaihtovirran perusteella kolmenlaisiin inverttereihin: puhdasta siniaaltoa, modifioitua siniaaltoa ja kanttiaaltoa tuottaviin invertteihin. Me Eroaverkosta.comilla myymme ainoastaan puhdasta siniaaltoa tuottavia inverttereitä, sillä niiden tuottama laadukkaampi sähkö mahdollistaa kaikenlaisten sähkölaitteiden käyttämisen ilman ongelmia. Modifioitua siniaaltoa tuottavat invertterit saattavat aiheuttaa ongelmia esimerkiksi tietyn tyyppisten latureiden ja virtalähteiden kanssa, eikä niillä ylipäänsä voi käyttää herkkiä elektroniikkalaitteita. Lisäksi kokemuksen perusteella puhdasta siniaaltoa tuottavilla inverttereillä on yleensä parempi kuormituksenkesto, eli niillä on mahdollista käynnistää paremmin erilaisia suuren kytkentävirran laitteita.

Kuvan lähde: KSTAR

Invertterin teho

Toinen valinnassa huomioitava asia on laitteet joita invertterillä tullaan käyttämään. Laitteiden teho määrittää invertteriltä vaadittavan tehon. Laitteen ottama nimellisteho selviää laitteen tietokilvestä. Erityisesti on huomioitava sähkömoottorien käynnistyksen vaatima teho. Sähkömoottori ottaa käynnistyessään moninkertaisesti nimellistehonsa, ja invertterin on kyettävä tuottamaan tämä teho. Tavanomaisessa sähköverkossa näitä hetkellisiä suuria virtoja ei tarvitse vastaavasti huomioida, kuin off grid järjestelmässä jossa invertterin on kyettävä vastaamaan näihin suuriin lyhytaikaisiin virtoihin.

Haastavimpia ovat kuormitettuna käynnistyvät moottorit, esimerkiksi jääkaapit ja muut kylmälaitteet. Jääkaappia käytettäessä invertterin hetkellinen teho tulisi olla vähintään 6 - 8 kertainen jääkaapin nimellistehoon nähden. 100 W nimellistehon jääkaapille tulisi valita siis hetkelliseltä tehonkestoltaan vähintään 800 W invertteri. Myös monet muut sähkölaitteet ottavat käynnistyessään ja kytkeytyessään hetkellisesti suurempia tehoja kuin tehokilvessä on määritelty. Riittävän suurella invertterillä siis varmistetaan että laitteet toimivat moitteetta käynnistyessään, sillä yleensä laitteen käynnistyminen ottaa suurimman hetkellisen tehon invertteristä. Invertterin tehon valinnassa tulee myös huomioida että sähköjärjestelmässä voi olla yhtäaikaa päällä useita laitteita.

Esimerkkejä laitteiden hetkellisestä tehonkulutuksesta käynnistyessä:

  • Jääkaappi: 6 - 8 kertaa nimellisteho
  • Vesipumppu: 1,5 - 4 kertaa nimellisteho
  • Valaistus: 1-2 kertaa nimellisteho
  • Sähkövastukset, esim. lämmitin: 2-3 kertaa nimellisteho

Kaapelointi ja akusto

Sen lisäksi että invertterin tehon on oltava riittävä sähkölaitteille, on myös akuston ja kaapeloinnin pystyttävä toimittamaan invertterille riittävästi virtaa. Tämä korostuu erityisesti matalan jännitteen (12V) ja suuren tehon inverttereissä, joissa virrat ovat suuria ja kaapeleiden poikkipinta-ala kasvaa suureksi. Turvallisuuden kannalta on tärkeää että kaapelointi ei lämpene jatkuvassa kuormituksessa liiallisesti.

Akun ja invertterin välisessä kaapeloinnissa, eli DC-puolen kaapeloinnissa kulkee suuri virta, joten on tärkeää että kaikki liitännät on tehty huolella, kaapelipituus on mahdollisimman lyhyt, kaapelin poikkipinta-ala on riittävä ja akuston virranantokyky on riittävä. 

Teho voidaan laskea yhtälöllä P = UI (Teho = Jännite * Virta).

Esimerkiksi 12V DC - 230V AC 2000 W invertteri, joka oletetaan häviöttömäksi yksinkertaisuuden vuoksi. Kun invertteri syöttää 230 V kuormille sähköä täydellä teholla, on 230 V AC puolen virta

I = P / U = 2000 W / 230 V = 8,7 A

Vastaavasti invertterin DC puolella virta on

I = 2000 W / 12 V = 166,7 A !

Todellisuudessa invertterin hyötysuhde ei ole 100 %, jolloin DC puolen virta kasvaa entisestään n. 5 - 15 %. Esimerkin tarkoituksena on osoittaa kuinka suuria virtoja matalajännitteisissä mökkisähköjärjestelmissä esiintyy, ja tämän vuoksi kaapelointiin, liitoksiin ja sulakkeisiin on syytä kiinnittää erityistä huomiota.

Johtimien läpi kulkeva suuri virta aiheuttaa jännitehäviötä johtimessa, ja tämä jännitehäviö ei saa olla liian suuri jottei invertterin tehonantokyky kärsi tai alijännitesuojaus kytkeydy. Invertterin maksimiteho laskee tulojännitteen laskiessa (=jännitehäviöiden vuoksi). Johdinhäviön lisäksi akuston napajännite laskee kuormitettuna ns. akun sisäisen resistanssin vuoksi. Suuremman akkukapasiteetin akuilla jännitteenalenema tietyllä virralla on pienempi kuin pienemmillä akuilla. Tämän takia tietyn kokoiselle invertterille suositellaan vähintään tietyn kapasiteetin akustoa, liian pienellä akustolla akusto ei jaksa syöttää invertterille riittävästi virtaa.

HUOM! Kaapeleiden mitoitus on aina tapauskohtaista, joten tällä sivulla me annamme ainoastaan viitteellisiä ohjeita siitä, kuinka mitoituksen voisi tehdä. Tarkka kaapeleiden kuormitettavuus riippuu mm. asennustavasta. Käänny tarvittaessa sähköalan ammattilaisen puoleen asennuksessa.  Katso myös kappale kaapelit ja sulakkeet.

Alla olevaan taulukkoon on koottu esimerkkejä suositellusta invertterin johtimien minimipoikkipinta-alasta sekä minimiakkukapasiteetista tyypillisillä invertterin hyötysuhteella ja arvoilla. Taulukko ottaa huomioon sekä jännitteenaleneman, että jatkuvan kuormitettavuuden. Kaapelikoko ja akkukoko on siis laskettu tapaukselle jossa invertteriä käytetään nimellisteholla pitkiä aikoja, ja lisäksi jännitteenalenema suurimmalla hetkellisellä teholla ei ole liian suuri. Käytännössä kaapelikoon määrittää sulakekoko ja kaapelin kuormitettavuus, jännitehäviö ei ole mitoittava tekijä näillä kaapelikoilla. Taulukko pätee alle 3 m kaapelipituuksille yksijohtimisille kuparikaapeleille (eli virtapiirissä on max. 6 m johdinta, + ja - kaapeli). Akuston koossa on käytetty tyypillisiä AGM lyijyakun arvoja, olettaen että akustoa saa purkaa 0,5 C virralla (Eli 100 Ah akustoa saa purkaa 50 A virralla). Huomaa että litiumakkuja käyttämällä voidaan käyttää huomattavasti pienempää akustoa, sillä akkuja voidaan purkaa jopa 1 C jatkuvalla virralla!

Kaapelikoko ja sulakekoko on valittu tuotevalikoimamme mukaan. Katso valmiit invertterin asennuskaapelisarjat täältä! ja laadukkaat automaattisulakkeet täältä!

Suuritehoisten inverttereiden kanssa voi olla perusteltua käyttää kahta johtoa yhden sijasta, jolloin johtojen taivuttelu on helpompaa. Myös jäähdytys toimii paremmin, kuin yhdellä isolla johdolla, jolloin voidaan käyttää pienempää kaapelin poikkipinta-alaa (ks. alla olevan taulukon kohta 3000W). 

Akkujännite [V]
Invertterin nimellisteho [W]
Invertterin suurin hetkellinen teho [W]
DC-piirin suurin jatkuva virta [A]

Kaapelin minimipoikkipinta-ala [mm2]

Sulakekoko [A]
Lyijyakuston minimikoko [Ah]
Litiumakuston minimikoko [Ah]
12
500
1000

46

16,0

60
90
40
12
1000
2000

93

35,0
100
190
90
12
1500
3000

139

50,0
150
280
140
12
2000
4000

185

2x35,0 tai 1x70,0
200
360
190
12
3000
6000

278

2x50,0 tai 1x95,0
300
560
280

Taulukko 1. 12 V invertterien suositellut kaapelipoikkipinta-alat ja minimiakkukapasiteetti.

12 V akkujännitteellä invertterin ja akuston välinen etäisyys on siis pyrittävä pitämään mahdollisimman lyhyenä, tai muutoin tarvittava johdinkoko kasvaa nopeasti epäjärkevän suureksi. Mikäli johdinkoko tai akkukapasiteetti ei ole riittävä, rajoittuu invertterin maksimiteho näiden takia. Lisäksi liian ohuella johtimella tai huonoilla liitoksilla tehty kaapelointi voi lämmetä ja aiheuttaa tulipalovaaran.

Järjestelmän akustojännitteen nosto helpottaa kaapelointia. Alla esimerkki 0,75 m kaapelipituudesta ja 24 V akkujännitteestä. Varsinkin suurempitehoisissa järjestelmissä kannattaa harkita 24 V akkujännitteen käyttöä.

Akkujännite [V]
Invertterin nimellisteho [W]
Invertterin suurin hetkellinen teho [W]
DC-piirin suurin jatkuva virta [A]

Kaapelin minimipoikkipinta-ala [mm2]

Sulakekoko [A]
Lyijyakuston minimikoko [Ah]
Litiumakuston minimikoko [Ah]

24

500
1000

23

6,0

40

45

20

24

1000
2000

48

16,0

60

95

50

24

1500
3000

70

16,0

80

140

70

24

2000
4000

87

35,0

100

180

90

24

3000
6000

140

50,0

150

280

140

Taulukko 2. 24V invertterien suositellut kaapelipoikkipinta-alat ja minimiakkukapasiteetti. 

Invertterin tehonkulutus ja akkukapasiteetti

Invertteri ei toimi koskaan 100 % hyötysuhteella, vaan osa muunnetusta sähköstä hukataan lämmöksi. Tyypillisesti invertterin hyötysuhde on yli 85 %, yleensä 90 - 95 %. Tämä on otettava huomioon järjestelmämitoituksessa, kun mitoitetaan sopivaa aurinkopaneelimäärää ja akkukapasiteettia. Lisäksi inverttereillä on merkittävä omakäyttöteho tai ns. tyhjäkäyntikulutus. Invertteri siis käyttää sähköä päällä ollessaan, vaikka siihen ei olisi kytketty sähkölaitteita ollenkaan. Omakäyttöteho on merkittävä tekijä, mikäli invertteriä pidetään päällä koko ajan, tällöin vuorokausitasolla käytetty energia on merkittävä. Uusissa ja laadukkaissa inverttereissä omakäyttöteho on pieni, tyypillisesti luokkaa 10 W, ja tähän kannattaa kiinnittää huomiota laitetta hankkiessa. 

Akkukapasiteetin valintaan vaikuttaa siis kaksi asiaa: Yllä olevissa taulukoissa on esitetty akkukapasiteetti lyijyakuille, joka vaaditaan, jotta invertteristä saadaan tarpeeksi tehoa ulos, koska lyijyakuilla on rajoitteita siinä, kuinka suuren virran ne pystyvät pitkäkestoisesti tuottamaan. 

Lisäksi on tarkasteltava käytettyä energiamäärää. Laskuri sähkönkäytön ja akkukapasiteetin arvioimiseksi on kuvattu täällä.

Tutustu laadukkaaseen invertterivalikoimaamme täällä!

© 2023 Engifar Oy

Lahjakortti