Varavirtalähde aurinkosähköjärjestelmille

Yhä useammat kotitaloudet varustetaan erilaisilla aurinkosähköjärjestelmillä. Nykyaikaiset aurinkosähkömoduulit pystyvät jo muuntamaan noin 20 % auringon energiasta sähköksi, mikä tekee tästä sähköntuotantotavasta erittäin houkuttelevan.

Varavirtageneraattori aurinkojärjestelmille ilman ja akkuvarastoinnilla

PV-järjestelmän sydän on invertteri. On olemassa verkkoon liitettäviä, hybrid- ja off-grid-inverttereitä.

Verkkoon kytketyt ja hybridimuuntajat ovat synkronoituja julkisen verkon kanssa ja pystyvät syöttämään ylimääräistä energiaa julkiseen verkkoon.

Aurinkojärjestelmien varavoimageneraattori ei voi korvata julkista sähköverkkoa verkkoon kytketyille ja hybridimuuntajille, koska se ei pysty absorboimaan ylimääräistä energiaa. Muuntajan palautesignaali voi vahingoittaa generaattoria.

Poikkeuksena voivat olla invertterit, joissa on ylimääräinen generaattoritulo, jossa palautetta voidaan estää 100 % sisäänrakennettujen virta-anturien avulla. Tällaisen generaattorin on kuitenkin oltava jänniteparametreiltaan invertterille sopiva, mikä ei aina ole mahdollista tavanomaisen generaattorin kanssa.

Sähkökatkoksen sattuessa aurinkojärjestelmän varavoimageneraattorin, jossa on verkkoinvertteri, tulisi toimittaa sähköä vain niille kuluttajille, joilla on oikeus varavoimaan, jolloin invertteri ja mahdollinen olemassa oleva vaihtovirtavarasto jäävät julkisen sähköverkon puolelle ja ne irrotetaan kaikista navoista siirtokytkimellä, jotta generaattori ei toimi rinnakkain invertterin tai vaihtovirtavaraston kanssa.

Aurinkojärjestelmän 230V varavirtalähteen kytkentäkaavio käytettäessä invertterigeneraattoreita ilman ATS-toimintoa:

Automaattinen kytkentä varavirtalähteeseen 230V sähkönkuluttajille on myös mahdollista, kun käytetään ATS-toiminnolla varustettuja generaattoreita.

Aurinkojärjestelmän 230V varavirtalähteen kytkentäkaavio inverterigeneraattorille KS 5500iES ATSR ulkoisella ATS-yksiköllä KS ATS 4/25 Inverter:

Aurinkojärjestelmän 230V varavirtalähteen kytkentäkaavio inverterigeneraattorille KS 8100iE ATSR ulkoisella ATS-yksiköllä KS ATS 4/25 Bensiini:

Varavoiman syöttö kaikissa yllä kuvatuissa tapauksissa on 230V. Näin lähes kaikki talon sähkönkuluttajat voivat saada virtaa sähkökatkon sattuessa. Kolmivaiheiset kuluttajat (jos niitä on) on syötettävä erikseen. Elektronisella ohjauksella varustetut kolmivaiheiset kuluttajat tarvitsevat yleensä "puhtaan" siniaallon, jota perinteinen aggregaatti ei pysty tuottamaan. Lisätietoja 230V ja 400V varavirtalähteistä löytyy tiedotusmateriaalistamme.

Jos generaattoria ei ole tarkoitus asentaa pysyvästi tai se sijaitsee kaukana siirtokytkimestä, suosittelemme käyttämään ainutlaatuisia invertterigeneraattoreitamme, joissa on sisäinen ATS-moduuli. Tämä kuitenkin edellyttää ulkoisen etusijaisen automaattisen siirtokytkimen käyttöä toisella puolella.

Generaattori valvoo pistorasian jännitettä, joka on kytketty ennen kytkintä ja suojattu johdonsuojakatkaisijalla ja vikavirtasuojalla tai yhdistelmäsuojalla (ylikuormitus- ja kosketussuoja yhdessä). Tätä pistorasiaa ilman kytkettyä generaattoria voidaan käyttää tavallisena ulkopistorasiana. Tämä pistorasia on jännitteetön sähkökatkon aikana, mikä on kriittistä generaattorin ATS-ohjaukselle. Se on signaali generaattorin käynnistämiseksi.

230V varavirtalähteen kytkentäkaavio aurinkojärjestelmälle inverterigeneraattorilla KS 6000iES ATS Version 2, jossa VERKKOTULO valvoo 230V, mutta ei välitä sitä lähtöön odotustilassa:

Piirikaavion generaattoria ei ole pysyvästi asennettu, vaan se on liitetty esiasennettuun pistorasiaan ja CEE 230V 32A -sisääntuloon tarpeen mukaan. Tämä tarkoittaa, että generaattoria voidaan käyttää myös liikkeellä ollessa, jos tarpeen. Kiinteä asennus on tietenkin myös mahdollinen, mutta tätä varten tarvitset sopivan tilan ja pakokaasujärjestelmän.

Generaattori on kytketty automaattisen siirtokytkimen N-puolelle, jossa on etusijakytkentä, joten kun päävirta palaa, kytkin ei vaihda välittömästi sähköverkkoon, vaan vasta kun generaattori katkaisee lähtönsä. KS 6000iES ATS version 2 -generaattori analysoi jännitettä MAINS INPUT -liitännässään noin 1 minuutin ajan ja katkaisee vasta sitten lähtönsä, mikä mahdollistaa siirtymisen päävirtalähteeseen. Tämä vastaa säädöstä, jonka mukaan automaattinen kytkentälaite ei saa vaihtaa julkiseen sähköverkkoon välittömästi, vaan 1 minuutin viiveellä.

Automaattinen toiminta on mahdollista vain KS 6000iES version 2 kanssa (ilman kytkentää VERKKOTULOSTA ulostuloon). ATS-toiminto tulisi aktivoida, jotta generaattori käynnistyy automaattisesti, jos pistorasiassa ei ole enää jännitettä ja vastaavasti VERKKOTULOSSA ei ole enää jännitettä.

Hybridimuuntajat PV DC -varastointijärjestelmällä siirtyvät varavirtakäyttöön sähkökatkon sattuessa. Tällöin aurinkokennojen tuottama ja PV-varastoyksikköön varastoitu energia käytetään loppuun.

Aurinkojärjestelmät, joissa on hybridi-invertteri, sisältävät yleensä pienikapasiteettisen akkupankin, sillä ne on tarkoitettu vain ylimääräisen energian varastointiin yökäyttöä varten jne. Mutta mitä teet, kun aurinko ei paista ja varastoitu energia on käytetty loppuun? Silloin tarvitset generaattorin.

Tässä tapauksessa suosittelemme lataamaan virtavaraston (vain DC) varavoimageneraattorista, jotta hybridivaihtosuuntaaja voi jatkaa talon sähkönsyöttöä normaalisti.

Tehon varastointi ladataan joko vaihtovirtageneraattorista laturin avulla tai tasavirtageneraattorista. Laturin tai tasavirtageneraattorin on vastattava aurinkosähkövarastoa.

Aurinkojärjestelmän varavirtalähteen kytkentäkaavio invertterigeneraattorilla KS 6000iES ATS Version 2, jossa VERKKOTULO valvoo 230V, mutta ei välitä sitä lähtöön odotustilassa.

Akun jännitteensäätöyksikkö valvoo akun jännitettä ja katkaisee 230V Schuko-pistorasiaan, jos akun jännite laskee asetetun arvon alapuolelle. Generaattori käynnistyy ja syöttää vaihtovirtaa laturille, joka puolestaan lataa energian varastointiyksikköä tarjoten riittävästi energiaa invertterille.

KS 6000iES ATS on varustettu litiumakulla, joka latautuu aina, kun 230V on kytkettynä VERKKOTULOON tai generaattori on käynnissä. Akku on aina ladattu ja käyttövalmis. Litiumakulla on pieni kapasiteetti, mutta korkea käynnistysvirta, ja se latautuu suhteellisen nopeasti generaattorin käynnistämisen jälkeen.

HUOMIO!
Tällainen kytkentäkaavio on mahdollinen vain generaattorilla KS 6000iES ATS versio 2! Laturin suunnittelusta riippuen (tehokerroin ja virrankulutuksen tyyppi huomioiden) latauskapasiteetti tällaisen kytkentäkaavion mukaan voi olla jopa 2-4 kW.

Energiahallintajärjestelmissä MPPT-säädin ottaa usein huomioon vain aurinkosähkövaraston latausprosessin. Kysy invertterisi valmistajalta, onko akkupankin lataaminen ulkoisesta tasavirtalähteestä teknisesti sallittua ja aiheuttaako se virheitä.

Tällaisen tasavirtalähteen tulisi toimia latausmoduulina IU-ominaisuudella, mikä tekee puhtaan tasajännitelähteen käytön mahdottomaksi. Tällaisella laturilla tai latausmoduulilla tulisi olla niin sanottu "Maksimitehopiste", jossa jännite laskee, kun lähtövirta saavuttaa maksimiarvon. Latausmoduulin tehtävänä ei ole ladata akkua täyteen, vaan ainakin osittain, jotta virtalähde voidaan ylläpitää. Akun täysi lataus tapahtuu aurinkopaneelien kautta lataussäätimen avulla.

Varavirtalähde akun varastoinnin lataamisen kautta tarjoaa selkeitä etuja toimitettaville sähkönkuluttajille. Virtaa toimitetaan edelleen "puhtaalla" siniaallolla, jonka invertteri tuottaa. Maksimiteho määräytyy edelleen invertterin ja energian varastoinnin parametrien mukaan. Generaattorin tarvitsee vain täydentää riittävällä energialla.

Järjestelmissä, joissa tehonkulutus ei ole jatkuvaa (esim. talo tai toimisto), generaattori ei käy jatkuvasti, vaan ainoastaan tarpeen mukaan. Kun akku on ladattu akkumonitoriin asetettuun jännitteeseen, generaattori sammuu ja sähkönkuluttajat saavat virtansa akusta invertterin kautta. Tällä tavoin keskeytymätön sähkönsyöttö on mahdollista pitkällä aikavälillä, mikä on erittäin tärkeää pitkään kestävän sähkökatkon sattuessa. Generaattori käy taukojen kanssa ja sillä on myös aikaa jäähtyä. Polttoaine käytetään myös optimaalisesti, koska moottorin ei tarvitse käydä ilman kuormitusta.

Sähköverkosta riippumattomat invertterit eivät syötä sähköä julkiseen verkkoon, vaan ainoastaan liitetyille sähkönkuluttajille. Nämä invertterit toimivat yhdessä tasavirtasähkön varastoinnin kanssa ja niissä on yleensä liitäntä ulkoiselle vaihtovirtalähteelle, joka voi tarjota sähköä tarvittaessa.

Invertterin asetuksista riippuen tämän ulkoisen vaihtovirtalähteen on myös kyettävä tuottamaan riittävästi energiaa akun lataamiseen. Tässä yhteydessä joissakin inverttereissä on lisäasetus, joka rajoittaa invertterin ulkoisesta vaihtovirtalähteestä ottamaa kokonaistehoa. Tämä teho jaetaan sitten tasavirtapatterin varastoinnin ja kulutettavan tehon välillä.

Akkujen lataaminen suurella teholla vaihtovirtalähteestä sisältää erityispiirteitä, jotka on otettava huomioon, erityisesti käytettäessä generaattoria. Latausprosessin aikana syntyvä loisteho ja ohimenevät prosessit voivat vahingoittaa generaattoria.

Useimmat AC/DC-laturit tai latausmoduulit kuluttavat vaihtovirtapuolella virtaa pulssimaisesti ja lataavat akkuvarastolaitteen pulssimaisesti:

AC-jännite näytetään keltaisella. Latureiden tai latausmoduulien tapauksessa, joissa ei ole tehokerroinkorjausta, kulutetaan vain siniaallon maksimiarvot.

Akun lataaminen invertteriin asennetun latausmoduulin kautta aiheuttaa usein saman ongelman. Akku latautuu erittäin impulsiivisesti:

Vasemmalla keltaisella on akun jännite ja oikealla verkkovirran jännite. Vihreällä on latausvirta, joka mitataan akkujohdosta, kun ladataan invertterin kautta.

Tällaisten latausmoduulien latausvirta säädellään pulssinleveyden avulla, mikä voi pahentaa siniaallon epätasaisen kuormituksen ongelmaa:

PV-järjestelmän tehon varastointi ladataan 100 pulssilla sekunnissa (50 Hz jännitteellä). Tällaisessa tapauksessa järjestelmää ei saa laskea pelkästään RMS-arvoilla, vaan on myös otettava huomioon hetkelliset amplitudit.

Pulssivirrankulutuksella on tehokerroin 0,5-0,7, mikä voi johtaa korkeaan loistehoon. Jos syötät laturia tai invertterin latausmoduulia sähköverkosta, se kompensoituu muiden sähköverkon sähkönkuluttajien toimesta. Tilanne on erilainen, kun käytetään generaattoria.

Generaattori ja sähkönkuluttajat muodostavat suljetun järjestelmän, jonka osat vaikuttavat toisiinsa. On erittäin tärkeää, että ne sopivat yhteen eikä järjestelmä värähtele.

Pulssimainen virrankulutus tarkoittaa, että parhaassa tapauksessa et voi käyttää enempää kuin puolet generaattorin nimellistehosta, ja ylimääräisiä toimenpiteitä on tehtävä pulssimaisen virrankulutuksen aiheuttamien harmonisten vaikutusten torjumiseksi piirin vakauttamiseksi.

Käytännössä tämä johtaa usein latausmoduulin epävakaaseen toimintaan ja jopa generaattorin vaurioitumiseen, kuten ylikuumentuneisiin käämeihin, rikkoutuneeseen jännitteensäätimeen tai invertterimoduuliin.

Useimmissa tapauksissa verkosta irrotetut invertterit kytkevät ulkoisen virtalähteen läpi ja kuormittavat sen pulsseina ladatakseen oman aurinkosähkövarastojärjestelmänsä, mikä voi vääristää perinteisen generaattorin jännitemuotoa siinä määrin, että se voi vaikuttaa herkkiin sähkönkuluttajiin.

Suosittelemme käyttämään invertterigeneraattoreita ulkoisena vaihtovirtalähteenä varavirtalähteeksi off-grid-inverttereistä, sillä ne pystyvät säilyttämään jännitemuotonsa huomattavasti paremmin, mikä voi olla erittäin tärkeää herkille sähkönkuluttajille.

Aurinkojärjestelmän 230V varavirtalähteen kytkentäkaavio Inverter Generator KS 6000iES ATS Version 2:lle, jossa VERKKOTULO valvoo 230V, mutta ei välitä sitä lähtöön odotustilassa:

Tätä ratkaisua saa käyttää VAIN verkosta riippumattomien invertterien ja virtasaarten kanssa!

KS 6000iES ATS version 2 -invertterigeneraattori käynnistyy heti, kun akun jännitteen ohjausyksikkö katkaisee invertterin lähdöstä haarautuvan 230V jännitteen generaattorin VERKKOTULOON ja pysähtyy, kun jännite palautuu.

On huomattava, että generaattorin on tuotettava energiaa sekä sähköä käyttäville kuluttajille että sähkövarastolaitteen lataamiseen.

Sähköverkon ulkopuolisissa ratkaisuissa, joissa käytetään sähköverkon ulkopuolista invertteriä, tehoakku (DC) voidaan ladata generaattorilla + laturilla, aivan kuten hybridijärjestelmissä. Tällä tavoin invertterin 3-vaiheinen virtalähde voi jatkaa toimintaansa.

Aurinkojärjestelmän varavirtalähteen kytkentäkaavio Inverter Generator KS 6000iES ATS Version 2:lle, jossa VERKKOTULO valvoo 230V, mutta ei välitä sitä lähtöön odotustilassa:

DC-akkuvarasto voidaan myös ladata suoraan sopivasta DC-generaattorista, jos tämä on teknisesti mahdollista kyseiselle aurinkosähköjärjestelmälle.

Esimerkki KS 48V-DC:n käytöstä saarikäyttöratkaisussa:

Esimerkki KS 48V-DC:n käytöstä hybridimuuntajan kanssa, jossa on 48V:n energian varastointi:

Tasavirtageneraattori on kytketty suoraan 48V:n energian varastointilaitteeseen sen lataamiseksi suoraan.

KS 48V-DC voi joko itse valvoa akun jännitettä tai sitä voidaan ohjata ulkoisesti "kuivilla" koskettimilla.

Generaattori käynnistyy AUTOMAATTISESSA tilassa, kun alhaisempi jännitearvo 48V saavutetaan, lataa akun jännitteellä jopa 54V ja virralla jopa 70A, ja sammuu, kun jännite saavuttaa 53,5-54V ja latausvirta laskee alle 20A. Generaattorin voi myös käynnistää ja sammuttaa manuaalisesti tai ulkoisesti PF-kontaktien kautta, mikä mahdollistaa erilaiset sovellukset ja integroinnin olemassa oleviin järjestelmiin. Generaattorilla ei ole omaa akkua, ja se käyttää akun energiaa käynnistyäkseen AUTOMAATTISESSA ja ULKOISESSA OHJAUSTILASSA. Manuaalinen käynnistys vetokäynnistimellä on myös mahdollista.

Esimerkkejä tuetuista 48V DC akkuvarastoista:

1. 4 AGM-akkua kytketty sarjaan, jännitealue noin 48-54V
2. Akkuyksiköt, joissa on 14 sarjaan kytkettyä LiIon-kennoa, jännitealue noin 47-56V
3. Akut, joissa on 16 LiFePo4-kennoa kytketty sarjaan, jännitealue noin 48-54V
4. Akut, joissa on 15 LiFePo4-kennoa kytketty sarjaan, jännitealue noin 45-51V (suositellaan EXTERNAL CONTROL -tilaa).

Riippuen tehoakusta ja invertteristä, tulisi käyttää joko AUTO- tai ULKOINEN OHJAUS -tilaa. Generaattorin tehtävänä on toimia varavirtalähteenä ja tarvittaessa ladata muutama kWh energiaa tasavirtapatteriin, jotta invertterin kautta toimitettavat sähkönkuluttajat pysyvät toiminnassa, vaikka auringosta saatava energia olisi vähäistä eikä DSO-verkosta tule sähköä (sähkösaarekeratkaisu tai sähköverkon häiriö). Generaattori toimii yleensä noin 1-2 tuntia ja kytketään sitten pois päältä. Talo saa virtansa tasavirtapatterista, joka voi myös tasoittaa tehopiikkejä generaattorin käydessä.

Talo kuluttaa yleensä vain muutamia satoja watteja jatkuvasti, ja vasta kun tehokas laite kytketään päälle, sähkönkulutus kasvaa muutamalla kilowatilla. Tällöin energia voi tulla sekä generaattorista että akkuvarastosta, koska ne toimivat rinnakkain. Näin sähkönkulutus voi lyhytaikaisesti ylittää generaattorin tuoton, ja talon sähkönsyöttö voi jatkua normaalisti.

Generaattori AUTO-tilassa sammuu, kun virta laskee alle 20A. Vasteaika noin 30 sekuntia. Jos talon virrankulutus on jatkuvasti yli 1 kW, suosittelemme käyttämään ULKOINEN OHJAUS -tilaa tai sammuttamaan generaattorin manuaalisesti.

Erilaisten toimintatilojen ansiosta generaattori voidaan integroida erilaisiin sähkönjakelujärjestelmiin.

Tasavirtageneraattori on huomattavasti polttoainetehokkaampi ja mahdollistaa keskeytymättömän varavirtalähteen useiksi päiviksi, sillä generaattori toimii tauoilla ja sillä on riittävästi aikaa jäähtyä.

Tasavirtageneraattori suorittaa saman tehtävän kuin aurinkopaneeli + lataussäädin ja on paljon tehokkaampi kuin "vaihtovirtageneraattori + laturi" -yhdistelmä. Tasavirtageneraattorin latausvirta ei ole impulssimainen (vain aaltoilu on läsnä), ja näin ollen samassa maksimissa saavutetaan paljon korkeampi tehokas arvo, mikä on myös erittäin tärkeää akuille ja BMS-ohjaimille (litiumakuille).

Tasavirtageneraattorissa on useita käämejä ja elektroninen ohjaus, mikä tekee lähtövirrasta paljon tasaisemman. Näin näyttää LiFePo4-akun (äärimmäinen tapaus) latausvirta (vihreällä) 40A ja 70A virralla (rms-arvo):

Tasavirtageneraattorin lähtöjännitteen aaltoilu on vähäistä, mikä voi silti aiheuttaa latausvirran aaltoilua LiFePo4-akussa. Kun latausvirta kasvaa, akun oman jännitteen ja generaattorin jännitteen välinen ero kasvaa, mikä voi johtaa latausvirran aaltoilun vähenemiseen.

Tasavirtageneraattori akkujen lataamiseen on hyvä ratkaisu kaikista näkökulmista, ja joissakin tapauksissa ei ole parempaa, jos edes mitään, vaihtoehtoa.

Useita KS 48-DC -laitteita voidaan kytkeä rinnakkain parantamaan kokonaistehoa tai turvaamaan virtalähde pidemmäksi ajaksi.

Kaikki KS 48-DC -laitteet on kytketty 48V-väylään, johon on kytketty myös muita tasavirtalähteitä, energian varastointilaitteita ja inverttereitä.

Tarvittavan tehon mukaan tietty määrä generaattoreita voidaan aktivoida ulkoisella ohjauksella, käyttää vuorotellen jne.

Jos kaikki 48V kiskoon liitetyt tasavirtageneraattorit ovat AUTO-tilassa, vain yksi generaattori käynnistyy, ja ohjauselektroniikka reagoi hieman aikaisemmin. Muut generaattorit käynnistetään vain tarvittaessa, esimerkiksi jos ensimmäisen generaattorin teho ei yksin riitä ja akkuvaraston jännite jatkaa laskuaan, tai jos ensimmäisessä generaattorissa on ilmennyt vika. Näin ollen tasavirtageneraattorit tukevat toisiaan, niin sanotusti, ylläpitääkseen jännitteen 48V kiskossa.
Tämä ominaisuus on erittäin tärkeä järjestelmissä, joissa tarvitaan useita kW tehoa. Käyttämällä useita KS 48-DC -yksiköitä voit turvallisesti kattaa tehontarpeen. Osa generaattoreista voi jäädä varalle siltä varalta, että jokin aktiivisista DC-generaattoreista kokee toimintahäiriön (esim. polttoaineen loppuminen).

Tässä on esimerkki siitä, kuinka käyttää useita KS 48-DC -laitteita samanaikaisesti:

Vastuuvapauslauseke

Nämä ohjeet ovat vain suosituksia, ne ovat havainnollistavia ja ne on mukautettava paikallisiin olosuhteisiin ja asennusolosuhteisiin. Asennus on suoritettava kaikkien standardien ja määräysten mukaisesti. Emme ota vastuuta virheellisistä asennuksista ja niiden seurauksista.