Tartalék áramforrás napelemes rendszerekhez

Egyre több háztartás van felszerelve különböző típusú PV rendszerekkel. A modern PV modulok már képesek a napenergia körülbelül 20%-át villamos energiává alakítani, ami ezt a típusú áramtermelést nagyon vonzóvá teszi.

Tartalék áramfejlesztő napelemes rendszerekhez akkumulátoros tárolással és anélkül

A PV rendszer szíve az inverter. Léteznek hálózatra kapcsolt, hibrid és szigetüzemű inverterek.

A hálózatra kapcsolt és hibrid inverterek szinkronizálva vannak a közüzemi hálózattal, és képesek a felesleges energiát a közüzemi hálózatba táplálni.

A napelemes rendszerekhez használt tartalék áramfejlesztő nem helyettesítheti a közüzemi hálózatot hálózatra kapcsolt és hibrid inverterek esetén, mivel nem képes elnyelni a felesleges energiát. Az inverter visszajelzése károsíthatja a generátort.

Kivételt képezhetnek az inverterek, amelyek rendelkeznek egy extra generátor bemenettel, ahol a visszacsatolás 100%-ban megakadályozható a beépített áramérzékelők által. Azonban egy ilyen generátornak olyan feszültségparaméterekkel kell rendelkeznie, amelyek elfogadhatók az inverter számára, ami nem mindig van így egy hagyományos áramfejlesztő esetében.

Áramszünet esetén a hálózatra kapcsolt inverterrel rendelkező napelemes rendszer tartalék áramfejlesztője csak azokat az áramfogyasztókat lássa el, akik jogosultak a tartalék áramellátásra, miközben az inverter és bármely meglévő váltakozó áramú tároló a közüzemi hálózat oldalán marad, és egy átkapcsolóval minden pólusnál lekapcsolódik, hogy a generátor ne működjön párhuzamosan az inverterrel vagy a váltakozó áramú tárolóval.

A 230V-os tartalék áramforrás csatlakozási rajza napelemes rendszerhez, amikor inverteres generátorokat használunk ATS funkció nélkül:

Az ATS funkcióval rendelkező generátorok használatakor a 230V-os áramfogyasztók számára az automatikus átkapcsolás a tartalék áramellátásra is lehetséges.

A 230V-os tartalék áramforrás csatlakozási rajza a napelemes rendszerhez a KS 5500iES ATSR inverter generátorral és egy külső KS ATS 4/25 Inverter ATS egységgel:

A 230V-os tartalék áramforrás csatlakozási rajza a napelemes rendszerhez a KS 8100iE ATSR inverter generátorral és egy külső KS ATS 4/25 Benzin ATS egységgel:

A fent leírt esetek mindegyikében a tartalék áramellátás 230V. Ily módon szinte az összes elektromos fogyasztó ellátható a házban áramkimaradás esetén. A háromfázisú fogyasztókat (ha vannak) külön kell ellátni. Az elektronikus vezérlésű háromfázisú fogyasztók általában "tiszta" szinuszhullámot igényelnek, amelyet egy hagyományos áramfejlesztő nem képes előállítani. További információ a 230V és 400V tartalék áramellátásról információs anyagunkban található.

Ha a generátort nem kívánják állandóan telepíteni, vagy ha az átkapcsoló kapcsolótól távol helyezkedik el, javasoljuk egyedi inverteres generátoraink használatát belső ATS modullal. Ez azonban megköveteli egy külső prioritásos automatikus átkapcsoló kapcsoló használatát az egyik oldalon.

A generátor figyeli a feszültséget az aljzatban, amely a kapcsoló előtt van csatlakoztatva, és egy megszakítóval és egy RCD-vel vagy egy RCBO-val (túlterhelés és érintésvédelem egyben) van védve. Ez az aljzat a csatlakoztatott generátor nélkül normál kültéri aljzatként használható. Ez az aljzat áramtalanítva van áramszünet esetén, és ez kritikus a generátor ATS vezérléséhez. Ez jelzi a generátor indítását.

A KS 6000iES ATS Version 2 inverter generátor 230V-os tartalék áramellátásának kapcsolási rajza napelemes rendszerhez, amelyben a HÁLÓZATI BEMENET figyeli a 230V-ot, de várakozó módban nem továbbítja azt a kimenetre:

A kapcsolási rajzon szereplő generátor nincs állandóan telepítve, hanem a már előre telepített aljzathoz és a CEE 230V 32A bemenethez csatlakozik szükség szerint. Ez azt jelenti, hogy a generátor szükség esetén mozgás közben is használható. Természetesen állandó telepítés is lehetséges, de ehhez megfelelő helyiségre és kipufogórendszerre van szükség.

A generátor az automatikus átkapcsoló kapcsoló N-oldalához van csatlakoztatva, amely prioritásos kapcsolással rendelkezik, így amikor a fő áram visszatér, a kapcsoló nem kapcsol azonnal a közüzemi hálózatra, hanem csak akkor, amikor a generátor leállítja a kimenetét. A KS 6000iES ATS 2. verziójú generátor körülbelül 1 percig elemzi a feszültséget a MAINS INPUT csatlakozásánál, és csak ezután kapcsolja le a kimenetet, így lehetővé teszi az átkapcsolást a fő áramellátásra. Ez megfelel annak a szabályozásnak, amely szerint az automatikus átkapcsoló eszköz nem kapcsolhat át azonnal a közüzemi hálózatra, hanem 1 perces késleltetéssel.

Az automatikus működés csak a KS 6000iES 2. verzióval lehetséges (anélkül, hogy a MAINS INPUT-ról az outputra váltana). Az ATS funkciót aktiválni kell, hogy a generátor automatikusan elinduljon, ha a konnektorban már nincs feszültség, és ennek megfelelően a MAINS INPUT-nál sincs feszültség.

Hibrid inverterek PV DC tárolórendszerrel átkapcsolnak tartalék üzemmódra áramkimaradás esetén. Ennek során a napelemek által szolgáltatott és a PV tárolóegységben tárolt energia felhasználásra kerül.

A hibrid inverterrel rendelkező napelemes rendszerek általában kisebb kapacitású akkumulátorbankkal rendelkeznek, mivel ezek csak a felesleges energia tárolására szolgálnak éjszakai használatra stb. De mit tegyünk, ha nem süt a nap, és a tárolt energia elfogyott? Akkor generátorra van szükség.

Ebben az esetben javasoljuk, hogy a teljesítmény tárolót (csak DC) egy tartalék áramfejlesztő generátorról töltse fel, hogy a hibrid inverter továbbra is a szokásos módon tudja ellátni a házat.

Az energiatároló vagy egy váltakozó áramú generátorral és töltővel, vagy egy egyenáramú generátorral töltődik fel. A töltőnek vagy az egyenáramú generátornak meg kell felelnie a napelemes energiatárolónak.

A KS 6000iES ATS Version 2 inverter generátorral ellátott napelemes rendszer tartalék áramellátásának kapcsolási rajza, amelyben a HÁLÓZATI BEMENET figyeli a 230V-ot, de várakozó üzemmódban nem továbbítja azt a kimenetre.

A akkumulátor feszültségszabályozó egység figyeli az akkumulátor feszültségét, és megszakítja a 230V-ot a Schuko aljzat felé, ha az akkumulátor feszültsége a beállított érték alá esik. A generátor elindul, és váltakozó áramot biztosít a töltőnek, amely viszont feltölti az energiatároló egységet, hogy elegendő energiát biztosítson az inverter számára.

A KS 6000iES ATS egy lítium akkumulátorral van felszerelve, amely töltődik, amíg 230V van jelen a HÁLÓZATI BEMENETEN vagy a generátor működik. Az akkumulátor mindig töltött és használatra kész. A lítium akkumulátornak kicsi a kapacitása, de magas az indítóárama, és viszonylag gyorsan újratöltődik a generátor indítása után.

FIGYELEM!
Ilyen kapcsolási rajz csak a KS 6000iES ATS 2-es verziójú generátorral lehetséges! A töltő kialakításától függően (a teljesítménytényezőtől és az áramfogyasztás típusától függően) az ilyen kapcsolási rajz szerinti töltési kapacitás akár 2-4 kW is lehet.

Az energiamenedzsmenttel rendelkező rendszerekben gyakran csak a PV tároló töltési folyamatát veszi figyelembe az MPPT vezérlő. Kérdezze meg az inverter gyártóját, hogy technikailag megengedett-e az akkumulátor bank töltése külső DC áramforrásból, és nem okoz-e hibákat.

Egy ilyen egyenáramú áramforrásnak töltőmodulként kell működnie IU karakterisztikával, ami miatt a tiszta egyenfeszültségű áramforrás használata nem lehetséges. Egy ilyen töltőnek vagy töltőmodulnak rendelkeznie kell egy úgynevezett "Maximális Teljesítmény Ponttal", ahol a feszültség csökken, amikor a kimeneti áram eléri a maximális értéket. A töltőmodul feladata nem az akkumulátor teljes feltöltése, hanem legalább részleges, hogy az áramellátás fenntartható legyen. Az akkumulátor teljes feltöltése napelemekről történik a töltésszabályozón keresztül.

A tartalék áramellátás az akkumulátortároló töltésével egyértelmű előnyökkel jár az ellátandó áramfogyasztók szempontjából. Az áramellátás továbbra is "tiszta" szinuszhullámmal történik, amelyet az inverter generál. A maximális teljesítményt továbbra is az inverter és az energiatároló paraméterei határozzák meg. A generátornak csak elegendő energiával kell kiegészítenie.

Olyan rendszerekben, ahol az energiafogyasztás nem állandó (pl. egy ház vagy iroda), a generátor nem működik folyamatosan, csak szükség esetén. Miután az akkumulátor feltöltődött a feszültségfigyelőn beállított feszültségig, a generátor kikapcsol, és az elektromos fogyasztókat az inverteren keresztül az akkumulátor látja el. Ily módon hosszú távon is lehetséges a megszakítás nélküli áramellátás, ami nagyon fontos egy elhúzódó áramszünet esetén. A generátor szünetekkel működik, és van ideje lehűlni is. Az üzemanyag is optimálisan kerül felhasználásra, mivel a motornak nem kell terhelés nélkül működnie.

Az off-grid inverterek nem táplálnak be a nyilvános hálózatba, és csak a csatlakoztatott villamosenergia-fogyasztókat látják el. Ezek az inverterek DC áramtárolóval együtt működnek, és általában rendelkeznek egy külső AC áramforrás csatlakozással, amely szükség esetén áramot biztosíthat.

Az inverter beállításától függően ennek a külső váltakozó áramú forrásnak is képesnek kell lennie elegendő energiát biztosítani az akkumulátor töltéséhez. Ebben az összefüggésben néhány inverter rendelkezik egy extra beállítással, amely korlátozza azt a teljesítményt, amelyet az inverter egy külső váltakozó áramú forrásból vehet fel. Ez a teljesítmény ezután megoszlik a DC akkumulátortároló és az ellátandó fogyasztók között.

Az akkumulátorok nagy teljesítményű töltése váltakozó áramú forrásból olyan sajátosságokkal rendelkezik, amelyeket figyelembe kell venni, különösen generátor használata esetén. A töltési folyamat során keletkező meddő teljesítmény és átmeneti folyamatok károsíthatják a generátort.

A legtöbb AC/DC töltő vagy töltőmodul impulzusszerű áramfogyasztással rendelkezik az AC oldalon, és impulzusszerűen tölti az akkumulátortároló eszközt:

Az AC feszültség sárgával van jelölve. Azoknál a töltőknél vagy töltőmoduloknál, amelyek nem rendelkeznek teljesítménytényező-korrekcióval, csak a szinuszhullám maximumai kerülnek felhasználásra.

A töltőmodulon keresztül, amely az inverterbe van beépítve, történő akkumulátortöltés gyakran ugyanazzal a problémával jár. Az akkumulátor töltése rendkívül impulzívan történik:

Bal oldalon sárgával az akkumulátor feszültsége, jobb oldalon pedig a hálózati feszültség látható. Zölddel a töltőáram van jelölve, amelyet az akkumulátor kábelén mérnek, amikor az inverteren keresztül történik a töltés.

Az ilyen töltőmodulok töltőáramát az impulzusszélesség szabályozza, ami súlyosbíthatja a szinuszhullám egyenetlen terhelésének problémáját:

A PV rendszer teljesítmény tárolója másodpercenként 100 impulzussal töltődik (50Hz feszültségnél). Ilyen esetben a rendszert nem szabad csupán RMS értékekkel számolni, hanem figyelembe kell venni a pillanatnyi amplitúdókat is.

A pulzusáram fogyasztása 0,5-0,7 teljesítménytényezővel rendelkezik, ami magas meddő teljesítményhez vezethet. Ha a töltőt vagy az inverter töltőmodulját a közüzemi hálózatról táplálja, azt a közüzemi hálózat más villamosenergia-fogyasztói kompenzálják. Ez másképp van, ha generátort használ.

A generátor és az áramfogyasztók zárt rendszert alkotnak, amelynek elemei kölcsönhatásban állnak egymással, és nagyon fontos, hogy ezek illeszkedjenek egymáshoz, valamint hogy a rendszer ne oszcilláljon.

A pulzusszerű áramfogyasztás azt jelenti, hogy a legjobb esetben sem használható a névleges generátorteljesítmény több mint fele, és további intézkedéseket kell tenni a pulzusszerű áramfogyasztás által okozott harmonikusok ellen a kör áramkör stabilizálása érdekében.

A gyakorlatban ez gyakran a töltőmodul instabil működéséhez vezet, sőt a generátor károsodását is okozhatja, például túlmelegedett tekercsek, meghibásodott feszültségszabályozó vagy inverter modul formájában.

A legtöbb esetben az off-grid inverterek átkapcsolják a külső áramforrást, és impulzusokban terhelik azt, hogy feltöltsék saját PV tárolórendszerüket, ami a hagyományos generátor feszültségformáját olyan mértékben torzíthatja, hogy az érzékeny áramfogyasztókra is hatással lehet.

Javasoljuk inverteres generátorok használatát külső váltakozó áramú forrásként az off-grid inverterek tartalék áramellátásához, mivel ezek sokkal jobban képesek fenntartani a feszültség formáját, ami nagyon fontos lehet az érzékeny elektromos fogyasztók számára.

A 230V-os tartalék áramforrás csatlakozási rajza a napelemes rendszerhez az Inverter Generátor KS 6000iES ATS 2. verziójával, amelyben a HÁLÓZATI BEMENET figyeli a 230V-ot, de várakozó módban nem továbbítja azt a kimenetre:

Ezt a megoldást KIZÁRÓLAG hálózaton kívüli inverterekkel és szigetüzemű rendszerekkel szabad használni!

A KS 6000iES ATS 2-es verziójú inverteres generátor elindul, amint az akkumulátor feszültségvezérlő egység megszakítja az inverter kimenetéről a generátor HÁLÓZATI BEMENETÉRE ágaztatott 230V-os feszültséget, és leáll, amikor az visszatér.

Meg kell jegyezni, hogy a generátornak biztosítania kell az energiát mind az ellátandó villamosenergia-fogyasztók, mind az elektromos tárolóeszköz töltése számára.

Az off-grid megoldások esetében, amelyek off-grid inverterrel rendelkeznek, a teljesítmény tároló (DC) feltölthető egy generátor + töltő segítségével, hasonlóan a hibrid inverteres rendszerekhez. Ily módon az inverter 3 fázisú áramellátása továbbra is működhet.

A napelemes rendszer tartalék áramellátásának kapcsolási rajza az Inverter Generátor KS 6000iES ATS 2. verziójával, amelyben a HÁLÓZATI BEMENET figyeli a 230V-ot, de várakozó módban nem továbbítja azt a kimenetre:

A DC akkumulátortároló közvetlenül is tölthető egy megfelelő DC generátorról, amennyiben ez technikailag lehetséges az adott PV rendszer esetében.

A KS 48V-DC használatának példája egy szigetüzemű megoldásban:

Példa a KS 48V-DC használatára egy hibrid inverterrel a 48V-os energiatárolóval:

A egyenáramú generátor közvetlenül csatlakozik a 48V-os energiatároló eszközhöz, hogy közvetlenül feltöltse azt.

A KS 48V-DC vagy önállóan képes figyelni az akkumulátor feszültségét, vagy külsőleg vezérelhető „száraz” kontaktusokkal.

A generátor AUTO módban indul, amikor az alacsonyabb feszültségérték eléri a 48V-ot, feltölti az akkumulátort 54V-ig terjedő feszültséggel és 70A-ig terjedő áramerősséggel, majd kikapcsol, amikor a feszültség eléri az 53,5-54V-ot és a töltőáram 20A alá csökken. A generátor manuálisan vagy külsőleg is indítható és leállítható PF érintkezők által, lehetővé téve különböző alkalmazásokat és integrációt meglévő rendszerekbe. A generátornak nincs saját akkumulátora, és az akkumulátorból származó energiát használja az AUTO és EXTERN CONTROL módban történő indításhoz. A kézi indítás a húzóindítóval szintén lehetséges.

Támogatott 48V DC akkumulátortárolók példái:

1. 4 AGM akkumulátor sorba kötve, a feszültségtartomány kb. 48-54V
2. Akkumulátorok 14 sorba kapcsolt LiIon cellával, a feszültségtartomány kb. 47-56V
3. Akkumulátorok 16 LiFePo4 cellával sorba kötve, feszültségtartományuk kb. 48-54V
4. Akkumulátorok 15 LiFePo4 cellával sorba kötve, a feszültségtartomány kb. 45-51V (javasolt az EXTERNAL CONTROL mód).

A teljesítmény tárolás és az inverter függvényében vagy az AUTO, vagy a KÜLSŐ VEZÉRLÉS módot kell használni. A generátor funkciója, hogy tartalék áramforrásként szolgáljon, és szükség esetén néhány kWh energiát töltsön a DC akkumulátortárolóba, hogy az inverter által ellátandó fogyasztók akkor is ellátva maradjanak, amikor túl kevés energia érkezik a naptól, és nincs áram a DSO hálózatból (szigetüzemű megoldás vagy hálózati meghibásodás esetén). Így a generátor általában körülbelül 1-2 órát működik, majd kikapcsol. A házat a DC akkumulátortároló látja el árammal, amely a generátor működése közben is képes kiegyenlíteni a teljesítménycsúcsokat.

Egy ház általában csak néhány száz wattot fogyaszt folyamatosan, és csak akkor nő az áramfogyasztás néhány kW-ra, amikor egy nagy teljesítményű eszközt bekapcsolnak, ekkor az energia a generátorból és az akkumulátortárolóból is származhat, mivel a kettő párhuzamosan működik. Ily módon az energiafogyasztás rövid ideig meghaladhatja a generátor teljesítményét, és a ház áramellátása a megszokott módon folytatódhat.

Az AUTO módban lévő generátor kikapcsol, amikor az áramerősség 20A alá csökken. A válaszidő körülbelül 30 másodperc. Ha a házban a fogyasztás folyamatosan meghaladja az 1 kW-ot, javasoljuk az EXTERNAL CONTROL mód használatát vagy a generátor kézi kikapcsolását.

A különböző üzemmódoknak köszönhetően a generátor különböző áramellátó rendszerekbe integrálható.

A DC generátor sokkal üzemanyag-takarékosabb, és lehetővé teszi a folyamatos tartalék áramellátást több napon keresztül, mivel a generátor szünetekkel működik, és elegendő ideje van lehűlni.

A DC generátor ugyanazt a funkciót látja el, mint a napelem + töltésszabályozó, és sokkal hatékonyabb, mint az "AC generátor + töltő" kombináció. A DC generátorból származó töltőáram nem impulzív (csak hullámzás van), így ugyanazon maximumoknál sokkal magasabb hatásos érték érhető el, ami szintén nagyon fontos az akkumulátorok és a BMS vezérlők (lítium akkumulátorok esetén) számára.

A DC generátor több tekercseléssel és elektronikus vezérléssel rendelkezik, ami sokkal simábbá teszi a kimeneti áramot. Így néz ki egy LiFePo4 akkumulátor (egy szélsőséges eset) töltőárama (zöld színnel) 40A és 70A áramnál (effektív érték):

A DC generátor kimeneti feszültségingadozása alacsony, ami mégis okozhat töltőáram-ingadozást egy LiFePo4 akkumulátorban. Ahogy a töltőáram növekszik, az akkumulátor saját feszültsége és a generátor feszültsége közötti különbség nő, ami a töltőáram-ingadozás csökkenéséhez vezethet.

Egy DC generátor az akkumulátorok töltésére minden szempontból jó megoldás, és bizonyos esetekben nincs jobb, ha egyáltalán van, alternatíva.

Több KS 48-DC párhuzamosan csatlakoztatható a teljesítmény növelése vagy az áramellátás hosszabb ideig történő biztosítása érdekében.

Minden KS 48-DC csatlakozik a 48V-os gyűjtősínhez, amelyhez más egyenáramú források, energiatárolók és inverterek is csatlakoznak.

A szükséges teljesítménytől függően bizonyos számú generátor aktiválható külső vezérléssel, felváltva működtethető stb.

Ha az összes, a 48V-os gyűjtősínhez csatlakoztatott egyenáramú generátor AUTO módban van, csak egy generátor indul el, mivel a vezérlő elektronika valamivel korábban reagál, és a többi csak akkor indul el, ha szükséges, például ha az első generátor teljesítménye önmagában nem elegendő, és az akkumulátortároló feszültsége tovább csökken, vagy ha az első generátorban hiba lépett fel. Így az egyenáramú generátorok úgymond támogatják egymást, hogy fenntartsák a feszültséget a 48V-os gyűjtősínen.
Ez a tulajdonság rendkívül fontos azokban a rendszerekben, ahol több kW teljesítmény szükséges. Egyszerűen használjon több KS 48-DC-t, hogy biztonságosan fedezze a teljesítményigényt. Ekkor a generátorok egy része tartalékként maradhat, arra az esetre, ha az egyik aktív DC generátor meghibásodna (pl. kifogy az üzemanyag).

Íme egy példa arra, hogyan használhat több KS 48-DC-t egyszerre:

Felelősségkizárás

Ezek az utasítások csak ajánlásként vehetők figyelembe, szemléltető jellegűek, és azokat az adott helyi körülményekhez és feltételekhez kell igazítani a telepítés során. A telepítést minden szabványnak és előírásnak megfelelően kell elvégezni. Nem vállalunk felelősséget a hibás telepítésekért és azok következményeiért.