Alimentazione di riserva per sistemi solari

Sempre più famiglie sono dotate di diversi tipi di sistemi fotovoltaici. I moduli fotovoltaici moderni sono già in grado di convertire circa il 20% dell'energia solare in elettricità, rendendo questo tipo di generazione di elettricità molto attraente.

Generatore di riserva per sistemi solari senza e con accumulo di batterie

Il cuore del sistema fotovoltaico è l'inverter. Esistono inverter on-grid, ibridi e off-grid.

Gli inverter on-grid e ibridi sono sincronizzati con la rete pubblica e sono in grado di immettere l'energia in eccesso nella rete pubblica.

Il generatore di riserva per sistemi solari non può sostituire la rete pubblica per inverter on-grid e ibridi perché non è in grado di assorbire l'energia in eccesso. Il feedback dall'inverter può danneggiare il generatore.

Un'eccezione possono essere gli inverter, che dispongono di un ingresso aggiuntivo per il generatore, dove il feedback può essere prevenuto al 100% grazie ai sensori di corrente integrati. Tuttavia, un generatore di questo tipo deve avere parametri di tensione accettabili per l'inverter, il che non è sempre il caso con un generatore di corrente convenzionale.

In caso di interruzione di corrente, il generatore di riserva in un sistema solare con inverter on-grid dovrebbe fornire elettricità solo ai consumatori che hanno diritto all'alimentazione di riserva, con l'inverter e qualsiasi accumulo di energia AC esistente che rimangono sul lato della rete elettrica pubblica e vengono disconnessi su tutti i poli con un interruttore di trasferimento, in modo che il generatore non funzioni in parallelo con l'inverter o l'accumulo di energia AC.

Schema di connessione dell'alimentazione di riserva a 230V per il sistema solare quando si utilizzano generatori inverter senza funzione ATS:

È possibile anche un passaggio automatico all'alimentazione di riserva per i consumatori di energia a 230V utilizzando generatori con funzione ATS.

Schema di collegamento dell'alimentazione di riserva a 230V per il sistema solare con il generatore inverter KS 5500iES ATSR con un'unità ATS esterna KS ATS 4/25 Inverter:

Schema di collegamento dell'alimentazione di riserva a 230V per il sistema solare con il generatore inverter KS 8100iE ATSR con un'unità ATS esterna KS ATS 4/25 a benzina:

L'alimentazione di riserva in tutti i casi descritti sopra è di 230V. In questo modo, quasi tutti i consumatori di elettricità in casa possono essere alimentati in caso di interruzione di corrente. I consumatori trifase (se presenti) devono essere alimentati separatamente. I consumatori di energia trifase con controllo elettronico di solito necessitano di un'onda sinusoidale "pulita", che un generatore di corrente convenzionale non può generare. Maggiori informazioni sull'alimentazione di riserva a 230V e 400V sono disponibili nel nostro materiale informativo.

Se il generatore non deve essere installato permanentemente o si trova lontano dall'interruttore di trasferimento, consigliamo di utilizzare i nostri generatori inverter unici con modulo ATS interno. Tuttavia, ciò richiede l'uso di un interruttore di trasferimento automatico di priorità esterno su un lato.

Il generatore monitora la tensione nella presa, che è collegata prima dell'interruttore e protetta da un interruttore automatico e da un RCD o da un RCBO (protezione da sovraccarico e contatto in uno). Questa presa senza il generatore collegato può essere utilizzata come una normale presa esterna. Questa presa è disattivata durante un'interruzione di corrente ed è fondamentale per il controllo ATS del generatore. È un segnale per avviare il generatore.

Schema di collegamento dell'alimentazione di riserva a 230V per il sistema solare con il generatore inverter KS 6000iES ATS Versione 2, in cui l'INGRESSO RETE monitora i 230V, ma non li inoltra all'uscita in modalità di attesa:

Il generatore nel diagramma del circuito non è installato permanentemente, ma collegato alla presa preinstallata e all'ingresso CEE 230V 32A secondo necessità. Ciò significa che il generatore può essere utilizzato anche in movimento, se necessario. È ovviamente possibile anche un'installazione fissa, ma è necessario un locale adatto e un sistema di scarico per questo.

Il generatore è collegato al lato N dell'interruttore di trasferimento automatico, che dispone di commutazione prioritaria, quindi quando l'alimentazione principale ritorna, l'interruttore non si commuta immediatamente alla rete elettrica, ma solo quando il generatore interrompe la sua uscita. Il generatore KS 6000iES ATS versione 2 analizza la tensione alla sua connessione di INGRESSO RETE per circa 1 minuto e solo allora spegne l'uscita, consentendo così il passaggio all'alimentazione principale. Questo corrisponde alla regolamentazione secondo la quale un dispositivo di commutazione automatica non deve commutare immediatamente alla rete elettrica pubblica, ma con un ritardo di 1 minuto.

Il funzionamento automatico è possibile solo con la versione KS 6000iES 2 (senza passaggio da INGRESSO RETE all'uscita). La funzione ATS deve essere attivata affinché il generatore si avvii automaticamente in assenza di tensione nella presa e, di conseguenza, in assenza di tensione all'INGRESSO RETE.

Gli inverter ibridi con un sistema di accumulo PV DC passano all'operazione di alimentazione di emergenza in caso di interruzione di corrente. Durante questo processo, l'energia fornita dalle celle solari e immagazzinata nell'unità di accumulo PV viene utilizzata.

I sistemi solari con un inverter ibrido di solito dispongono di un banco batterie con capacità più piccole, poiché sono progettati solo per immagazzinare l'energia in eccesso per l'uso notturno, ecc. Ma cosa fare quando il sole non splende e l'energia immagazzinata è esaurita? Allora è necessario un generatore.

In questo caso, consigliamo di caricare l'accumulo di energia (solo CC) da un generatore di corrente di riserva in modo che l'inverter ibrido possa continuare a fornire energia alla casa come di consueto.

L'accumulo di energia viene caricato sia da un generatore AC con caricabatterie sia da un generatore DC. Il caricabatterie o il generatore DC devono essere compatibili con l'accumulo di energia fotovoltaica.

Schema di collegamento dell'alimentazione di riserva per il sistema solare con il generatore inverter KS 6000iES ATS Versione 2, in cui l'INGRESSO RETE monitora i 230V, ma non li inoltra all'uscita in modalità di attesa.

L'unità di controllo della tensione della batteria monitora la tensione della batteria e interrompe i 230V alla presa Schuko se la tensione della batteria scende al di sotto del valore impostato. Il generatore si avvia e fornisce la tensione alternata al caricabatterie, che a sua volta carica l'unità di accumulo di energia per fornire energia sufficiente all'inverter.

Il KS 6000iES ATS è dotato di una batteria al litio che si ricarica finché è presente una tensione di 230V all'INGRESSO RETE o il generatore è in funzione. La batteria è sempre carica e pronta all'uso. La batteria al litio ha una capacità ridotta, ma offre un'elevata corrente di avviamento e si ricarica relativamente in fretta dopo l'avvio del generatore.

ATTENZIONE!
Un tale schema elettrico è possibile solo con il generatore KS 6000iES ATS versione 2! A seconda del design del caricabatterie (in base al fattore di potenza e al tipo di consumo di corrente), la capacità di carica secondo tale schema elettrico può arrivare fino a 2-4 kW.

Nei sistemi con gestione dell'energia, spesso solo il processo di carica dell'accumulo fotovoltaico viene preso in considerazione dal controller MPPT. Chieda al produttore del suo inverter se la carica del banco batterie da una fonte di alimentazione CC esterna è tecnicamente consentita e non causa errori.

Una fonte di alimentazione CC di questo tipo dovrebbe funzionare come un modulo di ricarica con una caratteristica IU, il che rende impossibile l'uso di una pura fonte di tensione CC. Un tale caricabatterie o modulo di ricarica dovrebbe avere un cosiddetto "Punto di Massima Potenza" dove la tensione diminuisce quando la corrente di uscita raggiunge il valore massimo. Il compito del modulo di ricarica non è quello di caricare completamente la batteria, ma almeno parzialmente in modo che l'alimentazione possa essere mantenuta. La ricarica completa della batteria viene effettuata dai pannelli solari tramite il regolatore di carica.

L'alimentazione di riserva tramite la ricarica dell'accumulo di batteria presenta chiari vantaggi per quanto riguarda i consumatori di energia da alimentare. L'energia viene ancora fornita con un'onda sinusoidale "pulita" generata dall'inverter. La potenza massima è ancora determinata dai parametri dell'inverter e dell'accumulo di energia. Il generatore deve solo integrare con energia sufficiente.

Nei sistemi in cui il consumo di energia non è costante (ad esempio, una casa o un ufficio), il generatore non funzionerà continuamente, ma solo quando necessario. Dopo che la batteria è stata caricata fino al voltaggio impostato sul monitor della batteria, il generatore si spegne e i consumatori di elettricità sono alimentati dalla batteria tramite l'inverter. In questo modo, è possibile una fornitura di energia ininterrotta a lungo termine, il che è molto importante in caso di un'interruzione prolungata dell'energia elettrica. Il generatore funziona con pause e ha anche il tempo di raffreddarsi. Il carburante viene utilizzato in modo ottimale perché il motore non deve funzionare senza carico.

Gli inverter off-grid non immettono energia nella rete pubblica e forniscono elettricità solo ai consumatori collegati. Questi inverter funzionano in combinazione con l'accumulo di energia in corrente continua e di solito dispongono di un collegamento per una fonte di alimentazione CA esterna che può fornire energia quando necessario.

A seconda dell'impostazione dell'inverter, questa fonte di alimentazione CA esterna deve anche essere in grado di fornire energia sufficiente per caricare la batteria. In questo contesto, alcuni inverter dispongono di un'impostazione aggiuntiva che limita la potenza totale che l'inverter può prelevare da una fonte di alimentazione CA esterna. Questa potenza viene quindi suddivisa tra l'accumulo di energia della batteria CC e i consumatori di energia da alimentare.

La ricarica delle batterie con un'elevata potenza da una fonte di alimentazione CA presenta specificità che devono essere considerate, specialmente quando si utilizza un generatore. La potenza reattiva e i processi transitori generati durante il processo di ricarica possono danneggiare il generatore.

La maggior parte dei caricabatterie AC/DC o dei moduli di ricarica presenta un consumo di corrente a impulsi sul lato AC e carica il dispositivo di accumulo della batteria in modo simile a impulsi:

La tensione AC è mostrata in giallo. Nel caso di caricabatterie o moduli di ricarica senza correzione del fattore di potenza, vengono consumati solo i massimi dell'onda sinusoidale.

La ricarica della batteria tramite il modulo di ricarica installato nell'inverter presenta spesso lo stesso problema. La batteria viene caricata in modo estremamente impulsivo:

A sinistra in giallo è indicata la tensione della batteria e a destra la tensione di rete. In verde è indicata la corrente di carica misurata al cavo della batteria durante la ricarica tramite l'inverter.

La corrente di carica di tali moduli di ricarica è regolata dalla larghezza dell'impulso, il che può aggravare il problema del carico irregolare dell'onda sinusoidale:

L'accumulo di energia del sistema fotovoltaico viene caricato con 100 impulsi al secondo (a una tensione di 50Hz). In tal caso, il sistema non deve essere calcolato solo con i valori RMS, ma si devono anche considerare le ampiezze istantanee.

Il consumo di corrente a impulsi ha un fattore di potenza di 0,5-0,7, il che può portare a un'elevata potenza reattiva. Se si alimenta il caricabatterie o il modulo di carica dell'inverter dalla rete elettrica, viene compensato da altri consumatori di elettricità nella rete. È diverso quando si utilizza un generatore.

Un generatore e i consumatori di elettricità formano un sistema chiuso, i cui elementi si influenzano reciprocamente ed è molto importante che siano compatibili tra loro e che il sistema non oscilli.

Il consumo di corrente a impulsi implica che, nel migliore dei casi, non si può utilizzare più della metà della potenza nominale del generatore e devono essere adottate misure aggiuntive contro le armoniche causate dal consumo di corrente a impulsi per stabilizzare il circuito.

In pratica, ciò porta spesso a un funzionamento instabile del modulo di ricarica e persino a danni al generatore, come avvolgimenti surriscaldati, regolatore di tensione rotto o modulo inverter danneggiato.

Nella maggior parte dei casi, gli inverter off-grid commutano la fonte di alimentazione esterna e la caricano a impulsi per alimentare il proprio sistema di accumulo fotovoltaico, il che può distorcere la forma della tensione di un generatore convenzionale a tal punto da influenzare i consumatori di energia sensibili.

Consigliamo l'uso di generatori inverter come fonte di alimentazione CA esterna per l'alimentazione di riserva da inverter off-grid, in quanto possono mantenere molto meglio la loro forma di tensione, il che può essere molto importante per i consumatori di elettricità sensibili.

Schema di collegamento dell'alimentazione di riserva a 230V per il sistema solare con il Generatore Inverter KS 6000iES ATS Versione 2, in cui l'INGRESSO RETE monitora i 230V, ma non li inoltra all'uscita in modalità di attesa:

Questa soluzione deve essere utilizzata SOLO con inverter off-grid e isole di potenza!

Il generatore inverter KS 6000iES ATS versione 2 si avvia non appena l'unità di controllo della tensione della batteria interrompe la tensione a 230V derivata dall'uscita dell'inverter all'INGRESSO RETE del generatore e si arresta quando questa ritorna.

Si noti che il generatore deve fornire energia sia per gli utenti di elettricità da alimentare sia per la ricarica del dispositivo di accumulo di energia elettrica.

Nel caso di soluzioni off-grid con un inverter off-grid, l'accumulo di energia (DC) può essere caricato da un generatore + caricatore, proprio come nei sistemi con inverter ibridi. In questo modo, l'alimentazione trifase dall'inverter può continuare a funzionare.

Schema di collegamento dell'alimentazione di riserva per il sistema solare con il Generatore Inverter KS 6000iES ATS Versione 2, in cui l'INGRESSO RETE monitora i 230V, ma non li inoltra all'uscita in modalità di attesa:

Lo stoccaggio della batteria DC può anche essere caricato direttamente da un generatore DC adeguato, se ciò è tecnicamente possibile per il rispettivo sistema fotovoltaico.

Esempio di utilizzo del KS 48V-DC in una soluzione di isola di potenza:

Esempio di utilizzo del KS 48V-DC con un inverter ibrido con accumulo di energia a 48V:

Il generatore a corrente continua è collegato direttamente al dispositivo di accumulo di energia a 48V per caricarlo direttamente.

Il KS 48V-DC può monitorare autonomamente la tensione della batteria oppure essere controllato esternamente tramite contatti "a secco".

Il generatore si avvia in modalità AUTO quando si raggiunge il valore di tensione inferiore di 48V, carica la batteria con una tensione fino a 54V e con una corrente fino a 70A e si spegne quando la tensione raggiunge i 53,5-54V e la corrente di carica scende sotto i 20A. Il generatore può essere avviato e arrestato anche manualmente o esternamente tramite contatti PF, consentendo diverse applicazioni e integrazione nei sistemi esistenti. Il generatore non dispone di una propria batteria e utilizza l'energia dalla batteria da fornire per avviarsi in modalità AUTO e EXTERN CONTROL. È possibile anche l'avviamento manuale con il dispositivo di avviamento a strappo.

Esempi di sistemi di accumulo a batteria supportati a 48V DC:

1. 4 batterie AGM collegate in serie con un intervallo di tensione di circa 48-54V
2. Batterie con 14 celle LiIon collegate in serie con un intervallo di tensione di circa 47-56V
3. Batterie con 16 celle LiFePo4 collegate in serie con un intervallo di tensione di circa 48-54V
4. Batterie con 15 celle LiFePo4 collegate in serie con un intervallo di tensione di circa 45-51V (modalità di CONTROLLO ESTERNO consigliata).

A seconda dell'accumulo di energia e dell'inverter, dovrebbe essere utilizzata la modalità AUTO o CONTROLLO ESTERNO. La funzione del generatore è quella di servire come fonte di energia di riserva e, se necessario, caricare alcuni kWh di energia nell'accumulo di batterie DC in modo che i consumatori di energia alimentati dall'inverter rimangano forniti anche quando c'è troppo poca energia dal sole e senza energia dalla rete DSO (soluzione di isola di potenza o guasto della rete elettrica). Pertanto, il generatore di solito funziona per circa 1-2 ore e viene spento. La casa è alimentata dall'accumulo di batterie DC, che può anche compensare i picchi di potenza quando il generatore è in funzione.

Una casa di solito consuma solo poche centinaia di watt in modo continuo e solo quando un dispositivo potente viene acceso il consumo di elettricità aumenta di alcuni kW, a quel punto l'energia può provenire sia dal generatore che dall'accumulo di batterie poiché i due funzionano in parallelo. In questo modo, il consumo di energia può per un breve periodo superare l'output del generatore e l'alimentazione elettrica alla casa può continuare come di consueto.

Il generatore in modalità AUTO si spegne quando la corrente scende sotto i 20A. Tempo di risposta circa 30 secondi. Se il consumo di energia in casa è costantemente superiore a 1 kW, consigliamo di utilizzare la modalità di CONTROLLO ESTERNO o di spegnere manualmente il generatore.

Grazie ai diversi modi di funzionamento, il generatore può essere integrato in diversi sistemi di alimentazione elettrica.

Un generatore DC è molto più efficiente in termini di consumo di carburante e consente un'alimentazione di riserva ininterrotta per diversi giorni, poiché il generatore funziona a intervalli e ha abbastanza tempo per raffreddarsi.

Il generatore DC svolge la stessa funzione di un pannello solare + regolatore di carica ed è molto più efficace della combinazione "generatore AC + caricatore". La corrente di carica del generatore DC non è impulsiva (c'è solo ondulazione) e quindi, allo stesso massimo, si raggiunge un valore efficace molto più alto, il che è anche molto importante per le batterie e i controller BMS (per le batterie al litio).

Il generatore DC è dotato di avvolgimenti multipli e controllo elettronico, il che rende la corrente di uscita molto più uniforme. Ecco come appare la corrente di carica (in verde) di una batteria LiFePo4 (un caso estremo) a 40A e 70A di corrente (valore efficace):

La fluttuazione della tensione di uscita del generatore DC è bassa, ma può comunque causare una fluttuazione della corrente di carica in una batteria LiFePo4. All'aumentare della corrente di carica, la differenza tra la tensione propria della batteria e quella del generatore aumenta, il che può portare a una riduzione della fluttuazione della corrente di carica.

Un generatore DC per caricare le batterie è una buona soluzione da tutti i punti di vista e in alcuni casi non esiste un'alternativa migliore, se non addirittura nessuna.

Diversi KS 48-DC possono essere collegati in parallelo per aumentare le prestazioni complessive o per garantire l'alimentazione elettrica per un periodo di tempo più lungo.

Tutti i KS 48-DC sono collegati alla barra collettrice a 48V, alla quale sono collegati anche altre fonti DC, sistemi di accumulo di energia e inverter.

A seconda della potenza richiesta, un certo numero di generatori può essere attivato tramite controllo esterno, funzionare alternativamente, ecc.

Se tutti i generatori CC collegati alla barra collettrice a 48V sono in modalità AUTO, solo un generatore si avvierà, con l'elettronica di controllo che reagisce leggermente in anticipo, e gli altri verranno avviati solo se necessario, ad esempio se la potenza del primo generatore non è sufficiente e la tensione di accumulo della batteria continua a diminuire, o se si verifica un guasto nel primo generatore. In questo modo, i generatori CC si supporteranno a vicenda, per così dire, per mantenere la tensione sulla barra collettrice a 48V.
Questa caratteristica è molto importante nei sistemi in cui sono richiesti diversi kW di potenza. È sufficiente utilizzare diversi KS 48-DC per coprire in sicurezza il fabbisogno energetico. Parte dei generatori può rimanere come riserva nel caso in cui uno dei generatori DC attivi subisca un malfunzionamento (ad esempio, esaurimento della benzina).

Ecco un esempio di come utilizzare più KS 48-DC contemporaneamente:

Dichiarazione di non responsabilità

Queste istruzioni possono essere considerate solo come una raccomandazione, sono illustrative e devono essere adattate alle circostanze e condizioni locali esatte durante l'installazione. L'installazione stessa deve essere effettuata in conformità a tutte le norme e regolamenti. Non ci assumiamo alcuna responsabilità per installazioni errate e le loro conseguenze.