Záložní napájení pro solární energetické systémy

Stále více domácností je vybaveno různými typy fotovoltaických systémů. Moderní fotovoltaické moduly již dokáží přeměnit přibližně 20 % sluneční energie na elektřinu, což činí tento způsob výroby elektřiny velmi atraktivním.

Záložní generátor pro solární systémy bez a s bateriovým úložištěm

Srdcem fotovoltaického systému je měnič. Existují měniče pro připojení k síti, hybridní a ostrovní měniče.

On-grid a hybridní měniče jsou synchronizovány s veřejnou sítí a jsou schopny dodávat přebytečnou energii do veřejné sítě.

Záložní generátor pro solární systémy nemůže nahradit veřejnou síť pro on-grid a hybridní měniče, protože nedokáže absorbovat přebytečnou energii. Zpětná vazba z měniče může generátor poškodit.

Výjimkou mohou být měniče, které mají dodatečný vstup pro generátor, kde může být zpětná vazba 100% zamezena vestavěnými proudovými senzory. Takový generátor však musí mít napěťové parametry, které jsou pro měnič přijatelné, což není vždy případ u konvenčního generátoru elektrické energie.

V případě výpadku elektrické energie by záložní generátor v solárním systému s on-grid měničem měl napájet pouze ty spotřebitele elektřiny, kteří mají nárok na záložní napájení, přičemž měnič a jakékoli stávající AC úložiště zůstávají na straně veřejné elektrické sítě a jsou odpojeny na všech pólech pomocí přepínače, aby generátor neběžel paralelně s měničem nebo AC úložištěm.

Schéma zapojení záložního napájení 230V pro solární systém při použití invertorových generátorů bez funkce ATS:

Automatické přepnutí na záložní zdroj napájení pro spotřebiče na 230 V je také možné při použití generátorů s funkcí ATS.

Schéma zapojení záložního napájení 230V pro solární systém s invertorovým generátorem KS 5500iES ATSR s externí jednotkou ATS KS ATS 4/25 Inverter:

Schéma zapojení záložního napájení 230V pro solární systém s invertorovým generátorem KS 8100iE ATSR s externí ATS jednotkou KS ATS 4/25 Benzín:

Záložní zdroj napájení ve všech výše popsaných případech je 230V. Tímto způsobem lze v případě výpadku proudu napájet téměř všechny spotřebiče v domě. Třífázové spotřebiče (pokud jsou přítomny) musí být napájeny samostatně. Třífázové spotřebiče s elektronickým řízením obvykle potřebují "čistou" sinusovou vlnu, kterou běžný generátor nemůže generovat. Více informací o záložním napájení 230V a 400V naleznete v našich informačních materiálech.

Pokud generátor nemá být trvale instalován nebo je umístěn daleko od přepínače, doporučujeme použít naše jedinečné invertorové generátory s interním modulem ATS. To však vyžaduje použití externího prioritního automatického přepínače na jedné straně.

Generátor monitoruje napětí v zásuvce, která je připojena před vypínačem a chráněna jističem a proudovým chráničem nebo RCBO (ochrana proti přetížení a kontaktu v jednom). Tuto zásuvku bez připojeného generátoru lze použít jako běžnou venkovní zásuvku. Tato zásuvka je během výpadku proudu bez napětí, což je klíčové pro řízení ATS generátoru. Je to signál k nastartování generátoru.

Schéma zapojení záložního napájení 230V pro solární systém s invertorovým generátorem KS 6000iES ATS Verze 2, ve kterém VSTUP SÍTĚ monitoruje 230V, ale v pohotovostním režimu jej nepředává na výstup:

Generátor na schématu zapojení není trvale instalován, ale je připojen k předem instalované zásuvce a vstupu CEE 230V 32A podle potřeby. To znamená, že generátor může být také použit na cestách, pokud je to nutné. Pevná instalace je samozřejmě také možná, ale k tomu potřebujete vhodnou místnost a výfukový systém.

Generátor je připojen k N-straně automatického přepínače, který má prioritní přepínání, takže když se vrátí hlavní napájení, přepínač se nepřepne na veřejnou síť okamžitě, ale až když generátor vypne svůj výstup. Generátor KS 6000iES ATS verze 2 analyzuje napětí na svém připojení MAINS INPUT přibližně 1 minutu a teprve poté vypne výstup a tím umožní přepnutí na hlavní napájení. To odpovídá předpisu, podle kterého automatické přepínací zařízení nesmí přepnout na veřejnou elektrickou síť okamžitě, ale s prodlevou 1 minuty.

Automatický provoz je možný pouze s verzí KS 6000iES verze 2 (bez přepínání z VSTUPU SÍTĚ na výstup). Funkce ATS by měla být aktivována, aby se generátor automaticky spustil, pokud již v zásuvce není žádné napětí a tudíž již není žádné napětí na VSTUPU SÍTĚ.

Hybridní měniče s PV DC úložným systémem přepnou na záložní provoz v případě výpadku proudu. V tomto procesu je využita energie dodávaná solárními články a uložená v PV úložné jednotce.

Solární systémy s hybridním měničem obvykle mají bateriovou banku s menší kapacitou, protože jsou určeny pouze k ukládání přebytečné energie pro použití v noci apod. Co ale dělat, když slunce nesvítí a uložená energie je vyčerpána? Pak potřebujete generátor.

V tomto případě doporučujeme nabíjet úložiště energie (pouze DC) z náhradního generátoru, aby hybridní měnič mohl nadále zásobovat dům jako obvykle.

Úložiště energie je nabíjeno buď z AC generátoru s nabíječkou, nebo z DC generátoru. Nabíječka nebo DC generátor musí odpovídat úložišti energie PV.

Schéma zapojení záložního napájení pro solární systém s invertorovým generátorem KS 6000iES ATS Verze 2, ve kterém VSTUP SÍTĚ monitoruje 230V, ale v pohotovostním režimu jej nepředává na výstup.

Jednotka řízení napětí baterie monitoruje napětí baterie a přeruší 230V do zásuvky Schuko, pokud napětí baterie klesne pod nastavenou hodnotu. Generátor se spustí a dodává střídavé napětí do nabíječky, která následně nabíjí úložnou jednotku energie, aby poskytla dostatečnou energii pro měnič.

KS 6000iES ATS je vybaven lithium-iontovou baterií, která se nabíjí, pokud je na VSTUPU SÍTĚ přítomno 230V nebo pokud je generátor v provozu. Baterie je vždy nabitá a připravená k použití. Lithium-iontová baterie má malou kapacitu, ale vysoký startovací proud a po spuštění generátoru se relativně rychle dobíjí.

POZOR!
Takový schéma zapojení je možné pouze s generátorem KS 6000iES ATS verze 2! V závislosti na konstrukci nabíječky (v závislosti na účiníku a typu odběru proudu) může nabíjecí kapacita podle takového schématu zapojení dosáhnout až 2-4 kW.

V systémech s řízením energie je často zohledňován pouze proces nabíjení úložiště PV regulátorem MPPT. Zeptejte se výrobce vašeho měniče, zda je technicky přípustné nabíjet bateriovou banku z externího DC zdroje a zda to nezpůsobuje žádné chyby.

Takový zdroj stejnosměrného proudu by měl fungovat jako nabíjecí modul s IU charakteristikou, což znemožňuje použití čistého zdroje stejnosměrného napětí. Taková nabíječka nebo nabíjecí modul by měl mít takzvaný "Maximální bod výkonu", kde napětí klesá, když výstupní proud dosáhne maximální hodnoty. Úkolem nabíjecího modulu není plně nabít baterii, ale alespoň částečně, aby bylo možné udržet napájení. Plné nabití baterie je prováděno ze solárních panelů prostřednictvím regulátoru nabíjení.

Záložní napájení nabíjením bateriového úložiště má jasné výhody s ohledem na napájení spotřebitelů energie. Napájení je stále poskytováno s „čistou“ sinusovou vlnou, kterou generuje měnič. Maximální výkon je stále určen parametry měniče a úložiště energie. Generátor musí pouze doplnit dostatečné množství energie.

V systémech, kde spotřeba energie není konstantní (např. dům nebo kancelář), generátor neběží nepřetržitě, ale pouze podle potřeby. Poté, co je baterie nabita na napětí nastavené na monitoru baterie, generátor se vypne a spotřebiče jsou napájeny z baterie přes měnič. Tímto způsobem je možné dlouhodobě zajistit nepřerušovanou dodávku energie, což je velmi důležité v případě dlouhodobého výpadku proudu. Generátor běží s přestávkami a má také čas na ochlazení. Palivo je také využíváno optimálně, protože motor nemusí běžet bez zátěže.

Off-grid měniče nezasahují do veřejné sítě a dodávají elektřinu pouze připojeným spotřebičům. Tyto měniče pracují ve spojení s úložištěm stejnosměrného proudu a obvykle mají připojení pro externí zdroj střídavého proudu, který může dodávat energii, když je to potřeba.

V závislosti na nastavení měniče musí být tento externí zdroj střídavého proudu také schopen dodávat dostatečnou energii k nabíjení baterie. V tomto kontextu mají některé měniče další nastavení, které omezuje celkový výkon, který může měnič odebírat z externího zdroje střídavého proudu. Tento výkon je pak rozdělen mezi úložiště stejnosměrné baterie a spotřebitele energie, kteří mají být napájeni.

Nabíjení baterií vysokým výkonem z AC zdroje má specifika, která je třeba zvážit, zejména při použití generátoru. Reaktivní výkon a přechodové procesy generované během nabíjecího procesu mohou poškodit generátor.

Většina AC/DC nabíječek nebo nabíjecích modulů má na straně AC pulzní spotřebu proudu a nabíjí úložné zařízení baterie pulzním způsobem:

Napětí střídavého proudu je zobrazeno žlutě. V případě nabíječek nebo nabíjecích modulů bez korekce účiníku jsou spotřebovány pouze maxima sinusové vlny.

Nabíjení baterie prostřednictvím nabíjecího modulu instalovaného v měniči často má stejný problém. Baterie je nabíjena extrémně impulzivně:

Vlevo žlutě je napětí baterie a vpravo je napětí sítě. Zeleně je zobrazen nabíjecí proud měřený na kabelu baterie při nabíjení přes invertor.

Nabíjecí proud takových nabíjecích modulů je regulován šířkou pulzu, což může zhoršit problém nerovnoměrného zatížení sinusového průběhu:

Úložiště energie fotovoltaického systému je nabíjeno 100 pulzy za sekundu (při napětí 50 Hz). V takovém případě nesmí být systém počítán pouze s efektivními hodnotami, ale je třeba brát v úvahu také okamžité amplitudy.

Pulzní spotřeba proudu má účiník 0,5-0,7, což může vést k vysokému jalovému výkonu. Pokud napájíte nabíječku nebo nabíjecí modul měniče z veřejné sítě, je to kompenzováno jinými spotřebiteli elektřiny v této síti. Je to jiné při použití generátoru.

Generátor a spotřebitelé elektřiny tvoří uzavřený systém, jehož prvky se navzájem ovlivňují, a je velmi důležité, aby k sobě pasovaly a systém neosciloval.

Spotřeba proudu ve formě pulzů znamená, že v nejlepším případě nemůžete využít více než polovinu jmenovitého výkonu generátoru a musí být přijata dodatečná opatření proti harmonickým zkreslením způsobeným pulzní spotřebou proudu, aby se stabilizoval obvod.

V praxi to často vede k nestabilnímu provozu nabíjecího modulu a dokonce k poškození generátoru, jako jsou přehřáté vinutí, rozbitý regulátor napětí nebo invertorový modul.

Ve většině případů měniče pro ostrovní systémy přepínají externí zdroj energie a zatěžují ho v pulzech, aby nabily svůj vlastní systém úložiště PV, což může zkreslit tvar napětí konvenčního generátoru do takové míry, že to může ovlivnit citlivé spotřebiče energie.

Doporučujeme používat invertorové generátory jako externí zdroj střídavého proudu pro záložní napájení z off-grid invertorů, které dokáží mnohem lépe udržovat tvar napětí, což může být velmi důležité pro citlivé spotřebiče elektrické energie.

Schéma zapojení záložního napájení 230V pro solární systém s invertorovým generátorem KS 6000iES ATS verze 2, ve kterém VSTUP SÍTĚ monitoruje 230V, ale v pohotovostním režimu jej nepředává na výstup:

Toto řešení je určeno POUZE pro použití s ostrovními měniči a energetickými ostrovy!

Verze 2 invertorového generátoru KS 6000iES ATS se spustí, jakmile jednotka řízení napětí baterie přeruší napětí 230V odbočené z výstupu invertoru k VSTUPU SÍTĚ generátoru, a zastaví se, když se napětí vrátí.

Je třeba poznamenat, že generátor musí poskytovat energii jak pro odběratele elektřiny, kteří mají být zásobováni, tak pro nabíjení zařízení pro ukládání elektřiny.

V případě řešení mimo síť s off-grid měničem může být úložiště energie (DC) nabíjeno generátorem + nabíječkou, stejně jako v systémech s hybridními měniči. Tímto způsobem může třífázové napájení z měniče nadále fungovat.

Schéma zapojení záložního napájení pro solární systém s invertorovým generátorem KS 6000iES ATS verze 2, ve kterém VSTUP SÍTĚ monitoruje 230V, ale v pohotovostním režimu jej nepředává na výstup:

Úložiště DC baterií může být také nabíjeno přímo z vhodného DC generátoru, pokud je to technicky možné pro daný fotovoltaický systém.

Příklad použití KS 48V-DC v řešení ostrovního napájení:

Příklad použití KS 48V-DC s hybridním měničem s 48V úložištěm energie:

generátor stejnosměrného proudu je připojen přímo k 48V zařízení pro ukládání energie, aby jej mohl přímo nabíjet.

KS 48V-DC může buď monitorovat napětí baterie sám, nebo být řízen externě pomocí „suchých“ kontaktů.

Generátor se spustí v režimu AUTO, když je dosaženo nižší hodnoty napětí 48V, nabíjí baterii napětím až do 54V a proudem až do 70A a vypne se, když napětí dosáhne 53,5-54V a nabíjecí proud klesne pod 20A. Generátor lze také spustit a zastavit ručně nebo externě pomocí PF kontaktů, což umožňuje různé aplikace a integraci do stávajících systémů. Generátor nemá vlastní baterii a využívá energii z baterie, která je dodávána pro spuštění v režimu AUTO a EXTERN CONTROL. Ruční spuštění pomocí startéru na šňůru je také možné.

Příklady podporovaného 48V DC úložiště baterií:

1. 4 AGM baterie zapojené do série s rozsahem napětí přibližně 48-54V
2. Baterie se 14 LiIon články zapojenými v sérii s napěťovým rozsahem přibližně 47-56V
3. Baterie se 16 články LiFePo4 zapojenými v sérii s napěťovým rozsahem přibližně 48-54V
4. Baterie s 15 články LiFePo4 zapojenými v sérii s napěťovým rozsahem přibližně 45-51V (doporučen režim EXTERNÍHO OVLÁDÁNÍ).

V závislosti na úložišti energie a měniči by měl být použit buď režim AUTO, nebo EXTERNAL CONTROL. Funkce generátoru je sloužit jako záložní zdroj energie a v případě potřeby nabít několik kWh energie do úložiště DC baterie, aby spotřebitelé energie napájení měničem zůstali napájeni i tehdy, když je příliš málo energie ze slunce a bez energie z DSO sítě (řešení ostrovního provozu nebo výpadek elektrické sítě). Generátor tedy obvykle běží asi 1-2 hodiny a poté se vypne. Dům je napájen z úložiště DC baterie, které může také kompenzovat energetické špičky, když generátor běží.

Dům obvykle spotřebovává pouze několik stovek wattů nepřetržitě a pouze když je zapnuto výkonné zařízení, zvýší se spotřeba elektřiny o několik kW, přičemž energie může pocházet jak z generátoru, tak z bateriového úložiště, protože oba běží paralelně. Tímto způsobem může spotřeba energie na krátkou dobu překročit výkon generátoru a napájení domu může pokračovat jako obvykle.

Generátor v režimu AUTO se vypne, když proud klesne pod 20 A. Doba odezvy je přibližně 30 sekund. Pokud je spotřeba energie v domě neustále nad 1 kW, doporučujeme použít režim EXTERNÍHO OVLÁDÁNÍ nebo generátor vypnout ručně.

Díky různým provozním režimům může být generátor integrován do různých systémů napájení.

DC generátor je mnohem úspornější na palivo a umožňuje nepřerušované záložní napájení po několik dní, protože generátor běží s přestávkami a má dostatek času na ochlazení.

DC generátor plní stejnou funkci jako solární panel + regulátor nabíjení a je mnohem účinnější než kombinace "AC generátor + nabíječka". Nabíjecí proud z DC generátoru není impulsní (je zde pouze zvlnění), a proto je při stejných maximech dosaženo mnohem vyšší efektivní hodnoty, což je také velmi důležité pro baterie a BMS regulátory (pro lithiové baterie).

Generátor stejnosměrného proudu má více vinutí a elektronické řízení, což činí výstupní proud mnohem plynulejším. Takto vypadá nabíjecí proud (zeleně) baterie LiFePo4 (extrémní případ) při proudu 40A a 70A (efektivní hodnota):

Výstupní napěťové zvlnění DC generátoru je nízké, což však může stále způsobovat zvlnění nabíjecího proudu v baterii LiFePo4. Jak se nabíjecí proud zvyšuje, rozdíl mezi vlastním napětím baterie a napětím generátoru se zvětšuje, což může vést ke snížení zvlnění nabíjecího proudu.

Generátor stejnosměrného proudu pro nabíjení baterií je dobrým řešením ze všech hledisek a v některých případech neexistuje lepší, pokud vůbec nějaká, alternativa.

Několik KS 48-DC lze připojit paralelně, aby se zvýšil celkový výkon nebo zajistilo napájení na delší dobu.

Všechny KS 48-DC jsou připojeny k 48V sběrnici, ke které jsou rovněž připojeny další DC zdroje, úložiště energie a měniče.

V závislosti na požadovaném výkonu může být určitý počet generátorů aktivován externím řízením, provozován střídavě atd.

Pokud jsou všechny DC generátory připojené k 48V sběrnici v režimu AUTO, spustí se pouze jeden generátor, přičemž řídicí elektronika reaguje o něco dříve, a ostatní budou spuštěny pouze v případě potřeby, např. pokud výkon z prvního generátoru sám o sobě není dostatečný a napětí v bateriovém úložišti nadále klesá, nebo pokud došlo k poruše v prvním generátoru. DC generátory se tedy budou, tak říkajíc, navzájem podporovat, aby udržely napětí na 48V sběrnici.
Tato vlastnost je velmi důležitá v systémech, kde je vyžadováno několik kW výkonu. Jednoduše použijete několik KS 48-DC k bezpečnému pokrytí požadavku na výkon. Část generátorů může zůstat jako rezerva pro případ, že by jeden z aktivních DC generátorů zaznamenal poruchu (např. došlo by mu palivo).

Zde je příklad, jak používat více KS 48-DC najednou:

Zřeknutí se odpovědnosti

Tyto pokyny lze považovat pouze za doporučení, jsou ilustrativní a musí být přizpůsobeny přesným místním okolnostem a podmínkám během instalace. Samotná instalace by měla být provedena v souladu se všemi normami a předpisy. Nepřebíráme žádnou odpovědnost za nesprávné instalace a jejich důsledky.