Napenergia autonómia („off-grid”), a gyakorlati útmutató!

A szoláris (hibrid) vagy a hálózaton kívüli energiarendszerhez szükséges berendezések beszerzése előtt döntő fontosságú, hogy elsajátítsák az energiatároló rendszerek tervezésének és méretezésének alapjait. Az alábbiakban bemutatottak szerint az első lépés az a töltési profilon keresztül kalkulátorunkkal, amellyel megbecsülheti a helyszínen napi rendszerességgel fogyasztott energia mennyiségét. 

EXEMPLE (a linkre kattintva elérheti az online Excel kalkulátort) :

1. lépés – A fogyasztás kiértékelése kWh-ban:

 A hálózaton kívüli napelemes rendszer tervezésének legfontosabb eleme a napi energiaszükséglet kWh-ban kifejezett becslése. Hálózatra kapcsolt telephelyeken pontos terhelési profil adatok érhetők el, ha mérőórákat használnak a terhelések közvetlen mérésére. Hálózaton kívüli vagy önálló rendszerek esetén mindig kezdje a hálózaton kívüli terhelési kalkulátorunk használatával a nyári és téli igényekhez. A terhelési táblázat segít kiszámítani a csúcsterheléseket, a teljesítménytényezőket és a megfelelő rendszer méretéhez szükséges maximális igényt. Ügyeljen arra, hogy különbséget tegyen a fogalmak között kW (teljesítmény) és kWh (energia)!

2. lépés – Az akkumulátor mérete:

Az akkumulátor kapacitását Ah-ban vagy Wh-ban mérik. A Nikkel-vas akkumulátorok Ah-ban vannak méretezve (a KwH-ban kifejezett kapacitás eléréséhez az Ah-ban megadott kapacitást meg kell szorozni a feszültséggel, pl. 200Ahx48V = 9.6 kWh névleges energia), míg az akkumulátorok kapacitását a lítiumot kWh-ban mérik. Minden veszteségi tényezőt figyelembe kell venni annak biztosítására, hogy az akkumulátor mérete elegendő legyen a terhelések kielégítéséhez, beleértve a legnagyobb megengedett kisülési mélység (DoD), ami az élettartamra is hatással lesz. Vegye figyelembe az akkumulátor típusát és kémiai tulajdonságait, az akkumulátor feszültségtartományát, a minimális üzemidőt (folyamatos napok napfény nélkül) és az akkumulátor maximális töltési sebességét (C besorolás), amint azt később részletesen kifejtjük.

3. lépés – A napelemes rendszer méretezése

 Megfelelő méretű napelemes berendezésre van szükség az akkumulátor töltéséhez a terhelések táplálása közben. Annak biztosítására, hogy a napelemes berendezés elég nagy legyen, vegye figyelembe a helyi viszonyokat, beleértve az átlagos napsugárzást egész évben (napsütés csúcsidőszaka), az árnyékolási problémákat, a tájolást és a panel dőlésszögét, a kábelveszteségeket és a hődegradációt (veszteségi tényezők). A PVGIS napelem tervező eszköz segíthet megbecsülni a napenergia-termelést az egész évben, a panelek tájolása és elhelyezkedése alapján.

4. lépés – Az inverter-töltő kiválasztása

Az 1-3. lépések elvégzése után ki kell választania a megfelelő inverteres töltőt, valamint egy MPPT napelemes töltésvezérlőt, amely illeszkedik a napelemes telepítéshez a panelek és a húrok hossza alapján, amely meghatározza a feszültségláncokat. A becsléshez használjon láncfeszesség-kalkulátort a maximális és minimális láncfeszesség, ami segít a legmegfelelőbb MPPT töltő kiválasztásában (ebben az esetben a Victron MPPT kalkulátor példáját használtam). Ezután az akkumulátor inverter-töltőt úgy lehet kiválasztani, hogy megfeleljen az Ön folyamatos és csúcsterhelési igényeinek.

Hogyan válasszuk ki a megfelelő akkumulátor invertert?

LA hálózaton kívüli alkalmazásokhoz használt akkumulátor-inverterek számos előírással rendelkeznek, amelyeket figyelembe kell venni a megfelelő akkumulátor-inverter kiválasztása és méretezése előtt. Többféle rendszer áll rendelkezésre, beleértve a hálózati interaktív inverter-töltőket, a hibrid invertereket, a teljes rendszereket integrált akkumulátortárolóval (BESS néven), és az AC Coupling akkumulátorrendszereket. Az alábbiakban felvázolok néhány kulcsfontosságú fogalmat, amelyeket figyelembe kell venni a megfelelő inverter kiválasztásakor, az általunk gyakran használt akkumulátor-inverter adatlapjának elemzésével, le Victron Multiplus-II. Itt vannak a kritériumok, amelyeket figyelembe kell venni:

 

- Az inverter folyamatos kimeneti teljesítménye és csúcsteljesítménye (kVA és kW)

– Az inverter-töltő töltési kapacitása az akkumulátorokhoz (A-ban)

– Átviteli kapacitás 

- Akkumulátor kompatibilitás (technológiától függően)

– Az architektúra típusa (DC vagy AC csatolás?)

– Telemetria és helyi és/vagy távoli rendszerfelügyelet

 

  

1. Inverter kimenő teljesítmény – maximális folyamatos és csúcsértékek (kW)

 

Az akkumulátoros inverterek (hibrid vagy off-grid) széles mérettartományban kaphatók, amelyeket a kW-ban vagy kVA-ban mért folyamatos teljesítmény határozza meg. Az inverter teljesítménye függ a topológiájától vagy kialakításától, az energiaátalakító áramkör típusától, a transzformátor meglététől vagy hiányától, a hűtőrendszertől és az üzemi hőmérséklettől. Az alábbiakban két fő típusú hibrid és off-grid inverter található.

 

 

Lhálózaton kívüli akkumulátor inverterek foglalkoztat Nagy teherbírású toroid transzformátorok, amelyek drágábbak, de nagy csúcs- és túlfeszültséget biztosítanak, és nagy induktív terhelést is képesek kezelni. Ezek az inverterek jellemzően aktív ventilátoros hűtőrendszereket tartalmaznak, hogy fenntartsák a teljesítményt magas hőmérsékleten. Amint alább kifejtjük, ezeknek az invertereknek a többsége integrált töltővel rendelkezik, és hálózati interaktívak is (ez a Victron Multiplus-II esete)

 

Lhibrid inverterek és váltóáramú akkumulátorrendszerek használjon transzformátor nélküli invertereket „kapcsolótranzisztorokkal” (például: Fronius GEN24, GROWATT vagy DEYE hibrid inverterek stb...) Ezek a kompakt és könnyű inverterek alacsonyabb csúcsteljesítmény- és túlfeszültség-értékekkel rendelkeznek, de gazdaságosabbak, olcsóbbak és könnyebben gyárthatók. Általában teljesen időjárásállóak, ami azt jelenti, hogy biztonságosan telepíthetők jobban kitett helyekre, bár mindig kerülni kell a közvetlen napsugárzást. Ezeket azonban nem egész éves hálózaton kívüli működésre tervezték, hanem nagyon jól el tudják látni az alkalmi tartalék funkciókat.

 

   

 

Alapvetően fontos megérteni, hogy az inverter mekkora teljesítményt képes folyamatosan leadni, valamint azt a csúcsteljesítményt, amelyet rövid ideig képes kezelni, ami gyakran szükséges induktív terhelések, például motorok indításakor. Ne kényszerüljön választani, hogy a hajszárítót vagy a kenyérpirítót indítsa el! 

 

 

Pteljesítmény KVA-ban vagy kW-ban? Mit válasszunk?

 

Fontos megjegyezni, hogy az inverter teljesítménye kW-ban vagy kVA-ban van megadva. A kilowatt általában a legpontosabb mérés. Ez zavaró lehet, amikor az invertert az Ön igényei szerint méretezi. A kVA-ról kW-ra való átváltáshoz használt általános átváltási arány az alábbiakban látható:

 

kVA x 0.8 = kW

 

Például egy 5 kVA-s Victron inverter megközelítőleg egy 4 kW-os inverternek felel meg. Egy másik példa egy 3000 VA (3kVA) folyamatos kimeneti teljesítményű inverter, amely jellemzően csak 2400 Wattot termel folyamatosan, vagyis a megadott „látszólagos” teljesítmény körülbelül 80%-át.

 

 

 

2. Az inverter töltési kapacitása (általában A-ban kifejezve):

 

Ez az inverter kapacitása az akkumulátor töltésére úgynevezett „parti” forrásból (generátor). A magasabb töltési sebesség azt jelenti, hogy az akkumulátor gyorsabban tölthető, ami előnyös lehet olyan területeken, ahol korlátozott a napfény, vagy amikor kénytelen üzemeltetni a generátort. Példa a Multiplus-II akkumulátor inverterre:

 

 

3. A fotovoltaikus berendezés mérete (kW)
 

A fotovoltaikus berendezés méretének (értsd a teljesítményt) kompatibilisnek kell lennie az inverter kapacitásával. A fotovoltaikus rendszerhez képest túlméretezett vagy alulméretezett inverter a hatékonyság és a teljesítmény csökkenését eredményezheti. SHa például vesz egy Multiplus-3000VA-t és ad hozzá két Victron RS 450/100 töltőt, egyenként 5 kWp-s, akkor csak a Multiplus teljesítményét fogja tudni használni, azaz 3 KVA-t a 10 KVA teljes potenciális teljesítményből. (ha a panelek ideális körülmények között termelnek!).

 

 

4. Átadási/átviteli teljesítmény (A):

 

Az áthaladó teljesítmény az inverter azon képességére utal, hogy a hálózatról vagy egy termelő forrásból energiát ad át a terhelésnek anélkül, hogy áthaladna az akkumulátorokon. Ez fontos az áramellátás fenntartásához kimaradások vagy az akkumulátor lemerülése esetén. Ez a fogalom különösen fontos a hibrid konfigurációknál, és kevésbé fontos egy elszigetelt helyen (valójában 32 A * 230 V = 6000 W, ami már egy meglehetősen kényelmes generátornak felel meg).

 

 

 

5.Akkumulátor-kompatibilitás – Rendszerfeszültség és akkumulátortípus
 
Alapvető fontosságú annak biztosítása, hogy az akkumulátor inverter kompatibilis legyen a rendszer feszültségével és a használt akkumulátor típusával, legyen az lítium, nikkel-vas vagy egyéb akkumulátor. Például egy Multiplus-II 48V-ot fel kell szerelni 48V-os akkumulátorral, stb.

 

6. Rendszer architektúra típusa: DC vagy AC csatolás?

 

Az inverterek váltakozó árammal (AC) vagy egyenárammal (DC) kapcsolhatók, mindegyik konfigurációnak megvannak a maga előnyei és hátrányai. A választás az Ön konkrét rendszerétől és igényeitől függ.

 

En DC csatolási architektúra, a legelterjedtebb az off-grid területén, egy „MPPT” akkumulátortöltő napközben vezérli a napelemeket, hogy maximalizálja a napenergia-termelést, amelyet újra befecskendeznek az akkumulátorokba. A hatásfok kiváló (92-96%), viszont ha a gyártás során megtörténik az energia önfogyasztása, akkor a DC/DC/AC konverzió (mivel az MPPT egyenáramot ad, amit az akkumulátor inverter hullámosítva táplálja a 230V-ot terhelések), további veszteségeket okoz:

 

 

 

En AC kapcsolási rajz, kevésbé elterjedt és gyakran előfordul a nagyobb teljesítményű rendszerekben, a Multiplus akkumulátor-inverter kimenetéhez szoláris inverter (Fronius) csatlakozik. Utóbbi feladata, hogy a pillanatnyi teljesítményigény szerint vezérelje, hogy a Fronius által termelt energia elsődlegesen a fogyasztókhoz kerüljön, NÉLKÜL áthaladni az akkumulátorokon:

 

 

 

 

Az ilyen típusú architektúrának két jelentős előnye van:

 

- Jobb teljesítmény ha a fogyasztás nagy része napközben történik (a szó szoros értelmében fogyasztani fogod „ahogy megy a nap”).

- A Fronius kimenet ÉS az akkumulátor inverter kumulált teljesítménye. Más szóval, ha a Froniusod 3KWP pillanatnyi teljesítményt produkál, és van egy 3KVA Multiplusod, akkor elméletileg elérheti a 6KVA-t!

 

Ennek a rendszernek azonban két hátránya van:

 

- A Froniust frekvenciamodulációval kell vezérelnie a Multiplus, amely el tudja tolni a digitális órákat, és bizonyos érzékeny berendezéseknél (háztartási gépek stb.) problémás lehet. A „villogás” jelenségéről beszélünk.

- Az akkumulátor töltési teljesítménye közepes, mert van DC/AC/DC konverzió és nagyobbak a veszteségek.

 

Tehát mi lenne a legjobb architektúra egy robusztus off-grid rendszerhez? 

Végül lehet egy vegyes architektúra, amely kombinálja az AC és DC csatolást. Ennek az az előnye, hogy robusztus és redundáns (ha a Fronius vevőszolgálatban van, akkor megvan a Victron MPPT töltő napelemes gyártása, és fordítva)! 

Példa egy vegyes hálózaton kívüli rendszerre, amely kombinálja a DC és AC csatolást (Froniuson keresztül): 

 

 

7. Telemetria és helyi menedzsment (felügyelet):  

 

A rendszer helyi és távoli megfigyelésének és vezérlésének képessége jelentős előny, ami lehetővé teszi az energiafogyasztás, a napenergia-termelés és az energiatárolás optimális kezelését. Ez lehetővé teszi a különböző rendszerváltozók (napenergia termelés, fogyasztás kWh-ban, teljesítménycsúcsok, az akkumulátor töltöttségi állapota) napról napra pontos megfigyelését és az anomáliák esetleges azonosítását. Ezért elengedhetetlen eszköz a hálózaton kívüli rendszerbe való integráláshoz.