الطاقة الاحتياطية لأنظمة الطاقة الشمسية

يتم تجهيز المزيد والمزيد من المنازل بأنواع مختلفة من أنظمة الطاقة الشمسية. وحدات الطاقة الشمسية الحديثة قادرة بالفعل على تحويل حوالي 20% من طاقة الشمس إلى كهرباء، مما يجعل هذا النوع من توليد الكهرباء جذابًا للغاية.

مولد الطاقة الاحتياطية لأنظمة الطاقة الشمسية بدون ومع تخزين البطارية

قلب نظام الطاقة الشمسية هو العاكس. هناك عاكسات متصلة بالشبكة، هجينة، وخارج الشبكة.

تتزامن العاكسات المتصلة بالشبكة والهجينة مع الشبكة العامة وقادرة على تغذية الطاقة الزائدة في الشبكة العامة.

لا يمكن لمولد الطاقة الاحتياطية لأنظمة الطاقة الشمسية أن يحل محل الشبكة العامة للعاكسات المتصلة بالشبكة والهجينة لأنه لا يمكنه امتصاص الطاقة الزائدة. يمكن أن تتسبب التغذية الراجعة من العاكس في تلف المولد.

يمكن أن تكون الاستثناءات هي العاكسات التي تحتوي على مدخل مولد إضافي، حيث يمكن منع التغذية الراجعة بنسبة 100% بواسطة مستشعرات التيار المدمجة. ومع ذلك، يجب أن يكون لهذا المولد معايير جهد مقبولة للعاكس، وهو ما لا يكون دائمًا مع مولد الطاقة التقليدي.

في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يجب أن يقوم مولد الطاقة الاحتياطية في نظام الطاقة الشمسية مع العاكس المتصل بالشبكة بتزويد المستهلكين الذين يحق لهم الحصول على الطاقة الاحتياطية فقط، مع بقاء العاكس وأي تخزين تيار متردد موجود على جانب شبكة الطاقة العامة وفصلهم عن جميع الأقطاب بمفتاح تحويل، بحيث لا يعمل المولد بالتوازي مع العاكس أو تخزين التيار المتردد.

مخطط توصيل إمداد الطاقة الاحتياطية بجهد 230 فولت لنظام الطاقة الشمسية عند استخدام المولدات العاكسة بدون وظيفة ATS:

من الممكن أيضًا التبديل التلقائي إلى إمداد الطاقة الاحتياطية لمستهلكي الطاقة بجهد 230 فولت عند استخدام مولدات بوظيفة ATS.

مخطط توصيل إمداد الطاقة الاحتياطية بجهد 230 فولت لنظام الطاقة الشمسية مع المولد العاكس KS 5500iES ATSR مع وحدة ATS خارجية KS ATS 4/25 عاكس:

مخطط توصيل إمداد الطاقة الاحتياطية بجهد 230 فولت لنظام الطاقة الشمسية مع المولد العاكس KS 8100iE ATSR مع وحدة ATS خارجية KS ATS 4/25 بنزين:

إمداد الطاقة الاحتياطية في جميع الحالات الموضحة أعلاه هو 230V. بهذه الطريقة، يمكن تزويد جميع مستهلكي الكهرباء تقريبًا في المنزل في حالة انقطاع التيار الكهربائي. يجب تزويد المستهلكين ثلاثي الأطوار (إذا وجدوا) بشكل منفصل. المستهلكون ثلاثي الأطوار مع التحكم الإلكتروني يحتاجون عادةً إلى موجة جيبية "نظيفة"، والتي لا يمكن أن يولدها مولد الطاقة التقليدي. يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول إمداد الطاقة الاحتياطية 230V و400V في موادنا المعلوماتية.

إذا لم يكن من المقرر تثبيت المولد بشكل دائم أو كان بعيدًا عن مفتاح التحويل، نوصي باستخدام مولدات العاكس الفريدة لدينا مع وحدة ATS داخلية. ومع ذلك، يتطلب ذلك استخدام مفتاح تحويل تلقائي ذو أولوية خارجي على جانب واحد.

يراقب المولد الجهد في المقبس، الذي يتصل قبل المفتاح ويحميه قاطع الدائرة وRCD أو بواسطة RCBO (حماية من التحميل الزائد والاتصال في واحد). يمكن استخدام هذا المقبس بدون المولد المتصل كمقبس خارجي عادي. يتم فصل الطاقة عن هذا المقبس أثناء انقطاع التيار الكهربائي وهذا أمر حاسم للتحكم في ATS للمولد. إنه إشارة لبدء تشغيل المولد.

مخطط توصيل إمداد الطاقة الاحتياطية 230V لنظام الطاقة الشمسية مع مولد العاكس KS 6000iES ATS Version 2، حيث يراقب MAINS INPUT الجهد 230V، ولكنه لا يمرره إلى المخرج في وضع الانتظار:

المولد في المخطط الدائري غير مثبت بشكل دائم، بل متصل بالمقبس المثبت مسبقًا ومدخل CEE 230V 32A حسب الحاجة. هذا يعني أن المولد يمكن استخدامه أيضًا أثناء التنقل إذا لزم الأمر. بالطبع، يمكن أيضًا التثبيت الثابت، ولكنك تحتاج إلى غرفة مناسبة ونظام عادم لهذا الغرض.

يتم توصيل المولد بالجانب N من مفتاح التحويل التلقائي، الذي يحتوي على أولوية التبديل، لذلك عندما يعود التيار الرئيسي، لا يقوم المفتاح بالتبديل إلى شبكة المرافق فورًا، بل فقط عندما يوقف المولد إخراجه. يقوم مولد KS 6000iES ATS الإصدار 2 بتحليل الجهد في اتصال MAINS INPUT الخاص به لمدة دقيقة تقريبًا ثم يوقف الإخراج وبالتالي يتيح التبديل إلى مصدر الطاقة الرئيسي. يتوافق هذا مع التنظيم الذي ينص على أن جهاز التحويل التلقائي يجب ألا يقوم بالتبديل إلى شبكة الطاقة العامة فورًا، بل مع تأخير لمدة دقيقة واحدة.

التشغيل التلقائي ممكن فقط مع الإصدار 2 من KS 6000iES (دون التبديل من MAINS INPUT إلى المخرج). يجب تفعيل وظيفة ATS حتى يبدأ المولد تلقائيًا إذا لم يعد هناك جهد في المقبس وبالتالي لم يعد هناك جهد في MAINS INPUT.

تتحول العواكس الهجينة مع نظام تخزين الطاقة الشمسية DC إلى تشغيل الطاقة الاحتياطية في حالة انقطاع التيار الكهربائي. في هذه العملية، يتم استهلاك الطاقة التي توفرها الخلايا الشمسية والمخزنة في وحدة تخزين الطاقة الشمسية.

عادة ما تحتوي الأنظمة الشمسية مع العاكس الهجين على بنك بطاريات بسعات أصغر، حيث إنها مخصصة فقط لتخزين الطاقة الزائدة للاستخدام في الليل، إلخ. ولكن ماذا تفعل عندما لا تشرق الشمس وتنفد الطاقة المخزنة؟ عندها تحتاج إلى مولد.

في هذه الحالة، نوصي بشحن تخزين الطاقة (DC فقط) من مولد طاقة احتياطي حتى يتمكن العاكس الهجين من مواصلة تزويد المنزل كالمعتاد.

يتم شحن تخزين الطاقة إما من مولد تيار متردد مع شاحن أو من مولد تيار مستمر. يجب أن يتوافق الشاحن أو مولد التيار المستمر مع تخزين الطاقة الشمسية.

مخطط توصيل إمداد الطاقة الاحتياطية لنظام الطاقة الشمسية مع مولد العاكس KS 6000iES ATS الإصدار 2، حيث يراقب مدخل التيار الكهربائي 230 فولت، ولكنه لا يمرره إلى الخرج في وضع الانتظار

تراقب وحدة التحكم في جهد البطارية جهد البطارية وتقطع 230 فولت إلى مقبس Schuko إذا انخفض جهد البطارية عن القيمة المحددة. يبدأ المولد ويوفر الجهد المتردد للشاحن، الذي بدوره يشحن وحدة تخزين الطاقة لتوفير طاقة كافية للعاكس.

يتم تجهيز KS 6000iES ATS ببطارية ليثيوم يتم شحنها طالما كان هناك 230 فولت في مدخل التيار الكهربائي أو كان المولد يعمل. يتم شحن البطارية دائمًا وجاهزة للاستخدام. تحتوي بطارية الليثيوم على سعة قليلة، ولكن لديها تيار بدء عالي ويتم إعادة شحنها بسرعة نسبية بعد بدء تشغيل المولد.

انتباه!
مثل هذا المخطط الدائري ممكن فقط مع المولد KS 6000iES ATS الإصدار 2! اعتمادًا على تصميم الشاحن (اعتمادًا على معامل القدرة ونوع استهلاك التيار)، يمكن أن تصل سعة الشحن وفقًا لمثل هذا المخطط الدائري إلى 2-4 كيلوواط.

في الأنظمة التي تحتوي على إدارة للطاقة، غالبًا ما يتم أخذ عملية شحن تخزين الطاقة الشمسية في الاعتبار فقط بواسطة وحدة التحكم MPPT. اسأل الشركة المصنعة للعاكس الخاص بك عما إذا كان شحن بنك البطاريات من مصدر طاقة DC خارجي مسموحًا به تقنيًا ولا يسبب أي أخطاء.

يجب أن يعمل مصدر الطاقة DC كموديل شحن بخصائص IU، مما يجعل استخدام مصدر جهد DC نقي غير ممكن. يجب أن يحتوي مثل هذا الشاحن أو موديل الشحن على ما يسمى "نقطة الطاقة القصوى" حيث ينخفض الجهد عندما يصل تيار الخرج إلى القيمة القصوى. مهمة موديل الشحن ليست شحن البطارية بالكامل، ولكن على الأقل جزئيًا حتى يمكن الحفاظ على إمداد الطاقة. يتم الشحن الكامل للبطارية من الألواح الشمسية عبر وحدة التحكم في الشحن.

يوفر إمداد الطاقة الاحتياطي عن طريق شحن تخزين البطارية مزايا واضحة فيما يتعلق بالمستهلكين الكهربائيين الذين يجب تزويدهم. لا تزال الطاقة تُزود بموجة جيبية "نظيفة" يولدها العاكس. لا تزال الطاقة القصوى تحددها معايير العاكس وتخزين الطاقة. يجب على المولد فقط أن يكمل بالطاقة الكافية.

في الأنظمة حيث لا يكون استهلاك الطاقة ثابتًا (مثل منزل أو مكتب) لن يعمل المولد بشكل مستمر، بل فقط عند الحاجة. بعد شحن البطارية حتى الجهد المحدد على مراقب البطارية، يتوقف المولد عن العمل ويتم تزويد المستهلكين الكهربائيين بالطاقة من البطارية عبر العاكس. بهذه الطريقة، يمكن تحقيق إمداد طاقة غير منقطع على المدى الطويل، وهو أمر مهم جدًا في حالة انقطاع التيار الكهربائي لفترة طويلة. يعمل المولد بفواصل ولديه أيضًا وقت للتبريد. كما يتم استخدام الوقود بشكل مثالي لأن المحرك لا يحتاج إلى العمل بدون حمل.

العواكس خارج الشبكة لا تغذي الشبكة العامة وتزود فقط المستهلكين الكهربائيين المتصلين. تعمل هذه العواكس بالتعاون مع تخزين الطاقة DC وعادة ما تحتوي على اتصال لمصدر طاقة متردد خارجي يمكنه توفير الطاقة عند الحاجة.

اعتمادًا على إعداد العاكس، يجب أن يكون هذا المصدر المتردد الخارجي قادرًا أيضًا على توفير طاقة كافية لشحن البطارية. في هذا السياق، تحتوي بعض العواكس على إعداد إضافي يقيد إجمالي الطاقة التي يمكن للعاكس سحبها من مصدر طاقة متردد خارجي. ثم يتم تقسيم هذه الطاقة بين تخزين البطارية DC والمستهلكين الكهربائيين الذين يجب تزويدهم.

شحن البطاريات بقدرة عالية من مصدر طاقة متردد له خصائص يجب مراعاتها، خاصة عند استخدام مولد. يمكن أن تتسبب القدرة التفاعلية والعمليات العابرة التي تتولد أثناء عملية الشحن في تلف المولد.

معظم الشواحن AC/DC أو وحدات الشحن لديها استهلاك تيار يشبه النبض على الجانب المتردد وتشحن جهاز تخزين البطارية بطريقة تشبه النبض:

يظهر الجهد المتردد باللون الأصفر. في حالة الشواحن أو وحدات الشحن بدون تصحيح عامل القدرة، يتم استهلاك فقط القيم القصوى للموجة الجيبية.

غالبًا ما يكون شحن البطارية عبر وحدة الشحن المثبتة في العاكس له نفس المشكلة. يتم شحن البطارية بشكل نبضي للغاية:

باللون الأصفر على اليسار هو جهد البطارية وعلى اليمين هو جهد الشبكة. باللون الأخضر هو تيار الشحن المقاس عند كابل البطارية عند الشحن عبر العاكس.

يتم تنظيم تيار الشحن لمثل هذه الوحدات الشحن بعرض النبضة، مما يمكن أن يزيد من مشكلة التحميل غير المتساوي للموجة الجيبية:

يتم شحن تخزين الطاقة لنظام PV بـ 100 نبضة في الثانية (عند جهد 50 هرتز). في مثل هذه الحالة، يجب عدم حساب النظام بقيم RMS فقط، بل يجب أيضًا أخذ السعات اللحظية في الاعتبار.

يحتوي استهلاك التيار النبضي على عامل قدرة يتراوح بين 0.5-0.7، مما يمكن أن يؤدي إلى طاقة تفاعلية عالية. إذا قمت بتغذية الشاحن أو وحدة الشحن للعاكس من شبكة المرافق، يتم تعويضها بواسطة مستهلكي الكهرباء الآخرين في شبكة المرافق. يختلف الأمر عند استخدام مولد.

يشكل المولد ومستهلكو الكهرباء نظامًا مغلقًا، تؤثر عناصره على بعضها البعض ومن المهم جدًا أن تتناسب معًا وأن لا يتذبذب النظام

يعني استهلاك التيار النبضي أنه في أفضل الحالات، لا يمكنك استخدام أكثر من نصف قدرة المولد الاسمية ويجب اتخاذ تدابير إضافية ضد التوافقيات الناتجة عن استهلاك التيار النبضي من أجل استقرار الدائرة.

في الممارسة العملية، يؤدي ذلك غالبًا إلى تشغيل غير مستقر لوحدة الشحن وحتى تلف المولد مثل ارتفاع درجة حرارة اللفات، أو كسر منظم الجهد أو وحدة العاكس.

في معظم الحالات، تقوم العاكسات خارج الشبكة بتمرير مصدر الطاقة الخارجي وتحميله في نبضات لشحن نظام تخزين الطاقة الشمسية الخاص بها، مما يمكن أن يشوه شكل الجهد لمولد تقليدي إلى حد يمكن أن يؤثر على مستهلكي الطاقة الحساسين.

نوصي باستخدام مولدات العاكس كمصدر تيار متردد خارجي لإمداد الطاقة الاحتياطية من العاكسات خارج الشبكة، والتي يمكنها الحفاظ على شكل الجهد بشكل أفضل بكثير، وهو ما يمكن أن يكون مهمًا جدًا لمستهلكي الكهرباء الحساسين.

مخطط توصيل إمداد الطاقة الاحتياطية 230V لنظام الطاقة الشمسية مع مولد العاكس KS 6000iES ATS Version 2، حيث يراقب MAINS INPUT الجهد 230V، ولكنه لا يمرره إلى المخرج في وضع الانتظار:

يجب استخدام هذا الحل فقط مع العاكسات خارج الشبكة وجزر الطاقة!

يبدأ مولد العاكس KS 6000iES ATS version 2 بمجرد أن تقوم وحدة التحكم في جهد البطارية بقطع الجهد 230V المتفرع من مخرج العاكس إلى MAINS INPUT للمولد ويتوقف عندما يعود.

يجب ملاحظة أن المولد يجب أن يوفر الطاقة لكل من مستهلكي الكهرباء الذين سيتم تزويدهم ولشحن جهاز تخزين الكهرباء.

في حالة الحلول خارج الشبكة مع عاكس خارج الشبكة، يمكن شحن تخزين الطاقة (DC) بواسطة مولد + شاحن، تمامًا كما في الأنظمة مع العاكسات الهجينة. بهذه الطريقة، يمكن أن يستمر تشغيل إمداد الطاقة ثلاثي الأطوار من العاكس.

مخطط توصيل إمداد الطاقة الاحتياطية لنظام الطاقة الشمسية مع مولد العاكس KS 6000iES ATS Version 2، حيث يراقب MAINS INPUT الجهد 230V، ولكنه لا يمرره إلى المخرج في وضع الانتظار:

يمكن أيضًا شحن تخزين البطارية DC مباشرة من مولد DC مناسب إذا كان ذلك ممكنًا تقنيًا لنظام الطاقة الشمسية المعني.

مثال على استخدام KS 48V-DC في حل جزيرة الطاقة:

مثال على استخدام KS 48V-DC مع عاكس هجين مع تخزين الطاقة 48V:

يتم توصيل مولد التيار المباشر مباشرة بجهاز تخزين الطاقة 48V لشحنه مباشرة.

يمكن لـ KS 48V-DC إما مراقبة جهد البطارية بنفسه أو التحكم فيه خارجيًا بواسطة جهات اتصال "جافة".

يبدأ المولد في وضع AUTO عندما يتم الوصول إلى قيمة الجهد الأدنى 48V، ويشحن البطارية بالجهد حتى 54V ومع التيار حتى 70A ويتوقف عندما يصل الجهد إلى 53.5-54V وينخفض تيار الشحن إلى أقل من 20A. يمكن أيضًا بدء وإيقاف المولد يدويًا أو خارجيًا بواسطة جهات اتصال PF، مما يسمح بتطبيقات مختلفة ودمجها في الأنظمة الحالية. لا يحتوي المولد على بطاريته الخاصة ويستخدم الطاقة من البطارية ليتم تزويدها لبدء التشغيل في وضع AUTO وEXTERN CONTROL. يمكن أيضًا بدء التشغيل يدويًا باستخدام السحب.

أمثلة على تخزين البطارية DC 48V المدعوم:

1. 4 بطاريات AGM متصلة على التوالي مع نطاق الجهد حوالي 48-54V
2. بطاريات مع 14 خلية LiIon متصلة على التوالي مع نطاق الجهد حوالي 47-56V
3. بطاريات مع 16 خلية LiFePo4 متصلة على التوالي مع نطاق الجهد حوالي 48-54V
4. بطاريات مع 15 خلية LiFePo4 متصلة على التوالي مع نطاق الجهد حوالي 45-51V (يوصى بوضع EXTERNAL CONTROL).

اعتمادًا على تخزين الطاقة والعاكس، يجب استخدام إما وضع AUTO أو EXTERNAL CONTROL. وظيفة المولد هي أن يعمل كمصدر طاقة احتياطي، وإذا لزم الأمر، لتحميل بضعة كيلوواط ساعة من الطاقة في تخزين البطارية DC بحيث تظل مستهلكات الطاقة التي يتم تزويدها بواسطة العاكس مزودة حتى عندما يكون هناك طاقة قليلة من الشمس وبدون طاقة من شبكة DSO (حل جزيرة الطاقة أو فشل شبكة الطاقة). لذلك عادةً ما يعمل المولد حوالي 1-2 ساعة ويتم إيقاف تشغيله. يتم تزويد المنزل بالطاقة من تخزين البطارية DC، الذي يمكنه أيضًا تعويض ذروات الطاقة عندما يكون المولد قيد التشغيل.

عادةً ما يستهلك المنزل بضع مئات من الواط بشكل مستمر وفقط عند تشغيل جهاز قوي يزداد استهلاك الكهرباء ببضعة كيلوواط، وفي هذه الحالة يمكن أن تأتي الطاقة من كل من المولد وتخزين البطارية لأن الاثنين يعملان بالتوازي. بهذه الطريقة، يمكن أن يتجاوز استهلاك الطاقة لفترة قصيرة خرج المولد ويمكن أن يستمر تزويد المنزل بالطاقة كالمعتاد.

يتم إيقاف تشغيل المولد في وضع AUTO عندما ينخفض التيار إلى أقل من 20A. زمن الاستجابة حوالي 30 ثانية. إذا كان استهلاك الطاقة في المنزل باستمرار فوق 1 كيلوواط، نوصي باستخدام وضع EXTERNAL CONTROL أو إيقاف تشغيل المولد يدويًا.

بفضل أوضاع التشغيل المختلفة، يمكن دمج المولد في أنظمة إمداد الطاقة المختلفة.

مولد التيار المستمر أكثر كفاءة في استهلاك الوقود بكثير ويسمح بتوفير طاقة احتياطية غير منقطعة لعدة أيام حيث يعمل المولد على فترات متقطعة ولديه وقت كافٍ ليبرد.

يؤدي مولد التيار المستمر نفس وظيفة اللوح الشمسي + وحدة التحكم في الشحن وهو أكثر فعالية بكثير من مزيج "مولد التيار المتردد + الشاحن". تيار الشحن من مولد التيار المستمر ليس اندفاعيًا (هناك فقط تموج) وبالتالي عند نفس القيم القصوى يتم الوصول إلى قيمة فعالة أعلى بكثير، وهو أمر مهم جدًا أيضًا للبطاريات ووحدات التحكم في إدارة البطارية (للبطاريات الليثيوم).

يحتوي مولد التيار المستمر على عدة لفات وتحكم إلكتروني، مما يجعل تيار الخرج أكثر سلاسة. هكذا يبدو تيار الشحن (باللون الأخضر) لبطارية LiFePo4 (حالة قصوى) عند تيار 40A و70A (قيمة جذر متوسط المربع):

تموج جهد خرج مولد التيار المستمر منخفض، مما قد يسبب تموج تيار الشحن في بطارية LiFePo4. مع زيادة تيار الشحن، يزداد الفرق بين جهد البطارية الخاص وجهد المولد، مما قد يؤدي إلى تقليل تموج تيار الشحن.

مولد التيار المستمر لشحن البطاريات هو حل جيد من جميع النواحي وفي بعض الحالات لا يوجد بديل أفضل، إن وجد.

يمكن توصيل عدة [1] بالتوازي لزيادة الأداء الكلي أو لتأمين إمداد الطاقة لفترة أطول.

يتم توصيل جميع [1] بشريط التوصيل 48V، الذي تتصل به أيضًا مصادر التيار المستمر الأخرى، وتخزين الطاقة، والمحولات.

اعتمادًا على الطاقة المطلوبة، يمكن تفعيل عدد معين من المولدات بواسطة التحكم الخارجي، تشغيلها بالتناوب، إلخ.

إذا كانت جميع مولدات التيار المستمر المتصلة بشريط التوصيل 48V في وضع AUTO، فسيبدأ مولد واحد فقط، مع تفاعل الإلكترونيات التحكمية في وقت مبكر قليلاً، ولن يتم تشغيل الآخرين إلا إذا لزم الأمر، مثل إذا لم تكن الطاقة من المولد الأول وحدها كافية واستمر انخفاض جهد تخزين البطارية، أو إذا حدث عطل في المولد الأول. لذلك ستدعم مولدات التيار المستمر بعضها البعض، إذا جاز التعبير، للحفاظ على الجهد على شريط التوصيل 48V.
هذه الخاصية مهمة جدًا في الأنظمة التي تتطلب عدة كيلوواط من الطاقة. يمكنك ببساطة استخدام عدة [1] لتغطية متطلبات الطاقة بأمان. حيث يمكن أن يبقى جزء من المولدات كاحتياطي في حالة حدوث عطل في أحد مولدات التيار المستمر النشطة (مثل نفاد البنزين).

إليك مثال على كيفية استخدام عدة [1] في وقت واحد:

إخلاء المسؤولية

يمكن اعتبار هذه التعليمات كتوصية فقط، وهي توضيحية ويجب تكييفها مع الظروف المحلية الدقيقة أثناء التركيب. يجب أن يتم التركيب نفسه وفقًا لجميع المعايير واللوائح. نحن لا نتحمل أي مسؤولية عن التركيبات الخاطئة وعواقبها.