Zapasowe źródło zasilania dla systemów energii słonecznej

Coraz więcej gospodarstw domowych jest wyposażanych w różne rodzaje systemów fotowoltaicznych. Nowoczesne moduły fotowoltaiczne są już w stanie przekształcić około 20% energii słonecznej w energię elektryczną, co czyni ten rodzaj wytwarzania energii elektrycznej bardzo atrakcyjnym.

Generator zasilania awaryjnego do systemów solarnych bez i z magazynowaniem energii w bateriach

Sercem systemu PV jest inwerter. Istnieją inwertery on-grid, hybrydowe i off-grid.

Falowniki on-grid i hybrydowe są zsynchronizowane z siecią publiczną i mogą przekazywać nadmiar energii do sieci publicznej.

Generator zapasowy dla systemów solarnych nie może zastąpić sieci publicznej dla inwerterów on-grid i hybrydowych, ponieważ nie jest w stanie pochłonąć nadmiaru energii. Informacje zwrotne z inwertera mogą uszkodzić generator.

Wyjątkiem mogą być inwertery, które posiadają dodatkowe wejście generatora, gdzie sprzężenie zwrotne może być w 100% zapobiegane przez wbudowane czujniki prądu. Jednakże, taki generator musi mieć parametry napięcia akceptowalne dla inwertera, co nie zawsze ma miejsce w przypadku konwencjonalnego generatora prądu.

W przypadku awarii zasilania, generator zapasowy w systemie solarnym z inwerterem on-grid powinien zasilać jedynie odbiorców energii elektrycznej uprawnionych do zasilania awaryjnego, przy czym inwerter oraz wszelkie istniejące magazyny energii AC pozostają po stronie publicznej sieci energetycznej i są odłączane na wszystkich biegunach za pomocą przełącznika transferowego, aby generator nie działał równolegle z inwerterem lub magazynem energii AC.

Schemat połączeń zasilania awaryjnego 230V dla systemu solarnego przy użyciu generatorów inwerterowych bez funkcji ATS:

Automatyczne przełączenie na zasilanie awaryjne dla odbiorników o napięciu 230V jest również możliwe przy użyciu generatorów z funkcją ATS.

Schemat połączeń zasilania awaryjnego 230V dla systemu solarnego z generatorem inwerterowym KS 5500iES ATSR z zewnętrzną jednostką ATS KS ATS 4/25 Inverter:

Schemat połączeń zasilania awaryjnego 230V dla systemu solarnego z generatorem inwerterowym KS 8100iE ATSR z zewnętrzną jednostką ATS KS ATS 4/25 Benzyna:

Zapasowe źródło zasilania we wszystkich opisanych powyżej przypadkach wynosi 230V. W ten sposób prawie wszyscy odbiorcy energii elektrycznej w domu mogą być zasilani w przypadku awarii zasilania. Odbiorcy trójfazowi (jeśli występują) muszą być zasilani oddzielnie. Odbiorcy zasilania trójfazowego z elektronicznym sterowaniem zazwyczaj potrzebują "czystej" fali sinusoidalnej, której konwencjonalny generator prądu nie jest w stanie wygenerować. Więcej informacji na temat zapasowego zasilania 230V i 400V można znaleźć w naszych materiałach informacyjnych.

Jeśli generator nie ma być zainstalowany na stałe lub znajduje się daleko od przełącznika transferowego, zalecamy użycie naszych unikalnych generatorów inwerterowych z wewnętrznym modułem ATS. Jednakże, wymaga to użycia zewnętrznego priorytetowego automatycznego przełącznika transferowego po jednej stronie.

Generator monitoruje napięcie w gniazdku, które jest podłączone przed wyłącznikiem i chronione przez wyłącznik nadprądowy oraz wyłącznik różnicowoprądowy (RCD) lub przez wyłącznik RCBO (ochrona przed przeciążeniem i kontaktem w jednym). To gniazdko bez podłączonego generatora może być używane jako normalne gniazdko zewnętrzne. To gniazdko jest pozbawione napięcia podczas przerwy w dostawie prądu i jest to kluczowe dla sterowania ATS generatorem. Jest to sygnał do uruchomienia generatora.

Schemat połączeń zasilacza awaryjnego 230V dla systemu solarnego z generatorem inwerterowym KS 6000iES ATS Wersja 2, w którym WEJŚCIE SIECI monitoruje 230V, ale nie przekazuje go do wyjścia w trybie oczekiwania:

Generator na schemacie obwodu nie jest zainstalowany na stałe, lecz podłączony do wcześniej zainstalowanego gniazda oraz do wlotu CEE 230V 32A w razie potrzeby. Oznacza to, że generator może być również używany w ruchu, jeśli zajdzie taka potrzeba. Oczywiście możliwa jest również instalacja stała, ale do tego potrzebne jest odpowiednie pomieszczenie i system wydechowy.

Generator jest podłączony do strony N automatycznego przełącznika transferowego, który posiada priorytetowe przełączanie, więc gdy główne zasilanie powraca, przełącznik nie przełącza się natychmiast na sieć energetyczną, ale dopiero wtedy, gdy generator wyłączy swoje wyjście. Generator KS 6000iES ATS wersja 2 analizuje napięcie na swoim połączeniu WEJŚCIA SIECI przez około 1 minutę i dopiero wtedy wyłącza wyjście, umożliwiając przełączenie na główne zasilanie. Odpowiada to regulacji, zgodnie z którą automatyczne urządzenie przełączające nie może przełączać się na publiczną sieć energetyczną natychmiast, lecz z opóźnieniem 1 minuty.

Automatyczna obsługa jest możliwa tylko w wersji KS 6000iES wersja 2 (bez przełączania z WEJŚCIA SIECI na wyjście). Funkcja ATS powinna być aktywowana, aby generator uruchamiał się automatycznie, jeśli w gniazdku nie ma już napięcia, a tym samym nie ma już napięcia na WEJŚCIU SIECI.

Hybrydowe inwertery z systemem magazynowania energii PV DC przełączają się na tryb zasilania awaryjnego w przypadku awarii zasilania. W tym procesie zużywana jest energia dostarczana przez ogniwa słoneczne i przechowywana w jednostce magazynowania PV.

Systemy solarne z inwerterem hybrydowym zazwyczaj posiadają bank baterii o mniejszych pojemnościach, ponieważ są one przeznaczone jedynie do magazynowania nadmiaru energii do wykorzystania w nocy itp. Ale co zrobić, gdy słońce nie świeci, a zgromadzona energia się wyczerpie? Wtedy potrzebny jest generator.

W tym przypadku zalecamy ładowanie magazynu energii (tylko prądem stałym) z zapasowego generatora prądu, aby hybrydowy inwerter mógł nadal zasilać dom jak zwykle.

Magazyn energii jest ładowany albo z generatora prądu przemiennego za pomocą ładowarki, albo z generatora prądu stałego. Ładowarka lub generator prądu stałego muszą być zgodne z magazynem energii PV.

Schemat połączeń zasilania awaryjnego dla systemu solarnego z generatorem inwerterowym KS 6000iES ATS Wersja 2, w którym WEJŚCIE SIECI monitoruje 230V, ale nie przekazuje go do wyjścia w trybie oczekiwania.

Jednostka kontrolna napięcia akumulatora monitoruje napięcie akumulatora i przerywa dopływ 230V do gniazda Schuko, jeśli napięcie akumulatora spadnie poniżej ustawionej wartości. Generator uruchamia się i dostarcza napięcie przemienne do ładowarki, która z kolei ładuje jednostkę magazynującą energię, aby zapewnić wystarczającą ilość energii dla falownika.

KS 6000iES ATS jest wyposażony w baterię litową, która jest ładowana, gdy tylko 230V jest obecne na WEJŚCIU SIECI lub gdy generator jest uruchomiony. Bateria jest zawsze naładowana i gotowa do użycia. Bateria litowa ma niewielką pojemność, ale charakteryzuje się wysokim prądem rozruchowym i jest stosunkowo szybko ładowana po uruchomieniu generatora.

UWAGA!
Taki schemat obwodu jest możliwy tylko z generatorem KS 6000iES ATS wersja 2! W zależności od konstrukcji ładowarki (w zależności od współczynnika mocy i rodzaju zużycia prądu), pojemność ładowania według takiego schematu obwodu może wynosić do 2-4 kW.

W systemach z zarządzaniem energią często tylko proces ładowania magazynu PV jest brany pod uwagę przez kontroler MPPT. Zapytaj producenta swojego inwertera, czy ładowanie banku baterii z zewnętrznego źródła zasilania DC jest technicznie dopuszczalne i nie powoduje żadnych błędów.

Takie źródło zasilania prądem stałym powinno działać jako moduł ładujący z charakterystyką IU, co uniemożliwia użycie czystego źródła napięcia stałego. Taki ładowarka lub moduł ładujący powinien mieć tak zwany "Punkt Maksymalnej Mocy", w którym napięcie spada, gdy prąd wyjściowy osiąga maksymalną wartość. Zadaniem modułu ładującego nie jest pełne naładowanie akumulatora, ale przynajmniej częściowe, aby można było utrzymać zasilanie. Pełne ładowanie akumulatora odbywa się z paneli słonecznych za pośrednictwem kontrolera ładowania.

Zasilanie awaryjne poprzez ładowanie magazynu energii ma wyraźne zalety w odniesieniu do odbiorców energii, którzy mają być zasilani. Energia jest nadal dostarczana z „czystą” falą sinusoidalną generowaną przez falownik. Maksymalna moc jest nadal określana przez parametry falownika i magazynu energii. Generator musi jedynie uzupełnić wystarczającą ilość energii.

W systemach, gdzie zużycie energii nie jest stałe (np. w domu lub biurze), generator nie będzie działał ciągle, lecz tylko w razie potrzeby. Po naładowaniu akumulatora do napięcia ustawionego na monitorze akumulatora, generator wyłącza się, a odbiorcy energii elektrycznej są zasilani przez akumulator za pośrednictwem inwertera. W ten sposób możliwe jest długoterminowe zapewnienie nieprzerwanego zasilania, co jest bardzo ważne w przypadku długotrwałej przerwy w dostawie prądu. Generator działa z przerwami i ma również czas na schłodzenie. Paliwo jest również wykorzystywane optymalnie, ponieważ silnik nie musi pracować bez obciążenia.

Inwertery off-grid nie zasilają publicznej sieci energetycznej i dostarczają energię jedynie do podłączonych odbiorców elektrycznych. Te inwertery współpracują z magazynami energii DC i zazwyczaj posiadają połączenie z zewnętrznym źródłem zasilania AC, które może dostarczać energię w razie potrzeby.

W zależności od ustawienia falownika, zewnętrzne źródło prądu przemiennego musi również być w stanie dostarczyć wystarczającą ilość energii do naładowania akumulatora. W tym kontekście, niektóre falowniki posiadają dodatkowe ustawienie, które ogranicza całkowitą moc, jaką falownik może pobierać z zewnętrznego źródła prądu przemiennego. Moc ta jest następnie dzielona pomiędzy magazyn energii DC a odbiorniki energii, które mają być zasilane.

Ładowanie akumulatorów z dużą mocą z źródła zasilania prądu przemiennego ma specyficzne cechy, które należy uwzględnić, zwłaszcza przy użyciu generatora. Moc bierna i procesy przejściowe generowane podczas procesu ładowania mogą uszkodzić generator.

Większość ładowarek AC/DC lub modułów ładujących ma impulsowy pobór prądu po stronie AC i ładuje urządzenie magazynujące baterię w sposób impulsowy:

Napięcie przemienne jest pokazane na żółto. W przypadku ładowarek lub modułów ładujących bez korekcji współczynnika mocy, zużywane są tylko maksima fali sinusoidalnej.

Ładowanie akumulatora za pomocą modułu ładowania zainstalowanego w inwerterze często napotyka ten sam problem. Akumulator jest ładowany niezwykle impulsywnie:

Po lewej stronie na żółto jest napięcie akumulatora, a po prawej napięcie sieciowe. Na zielono jest prąd ładowania mierzony na kablu akumulatora podczas ładowania przez inwerter.

Prąd ładowania takich modułów ładowania jest regulowany szerokością impulsu, co może zaostrzać problem nierównomiernego obciążenia fali sinusoidalnej:

Magazyn energii systemu PV jest ładowany z częstotliwością 100 impulsów na sekundę (przy napięciu 50Hz). W takim przypadku system nie może być obliczany wyłącznie na podstawie wartości skutecznych, lecz należy również uwzględnić chwilowe amplitudy.

Pobór prądu impulsowego ma współczynnik mocy wynoszący 0,5-0,7, co może prowadzić do wysokiej mocy biernej. Jeśli zasilasz ładowarkę lub moduł ładowania falownika z sieci energetycznej, jest to kompensowane przez innych odbiorców energii elektrycznej w sieci. Inaczej jest w przypadku korzystania z generatora.

Generator i odbiorcy energii elektrycznej tworzą zamknięty system, którego elementy wzajemnie na siebie oddziałują, i bardzo ważne jest, aby do siebie pasowały i system nie oscylował.

Pulsacyjne zużycie prądu oznacza, że w najlepszym przypadku nie można wykorzystać więcej niż połowy nominalnej mocy generatora, a dodatkowe środki muszą zostać podjęte w celu przeciwdziałania harmonicznym spowodowanym przez pulsacyjne zużycie prądu, aby ustabilizować obwód.

W praktyce często prowadzi to do niestabilnej pracy modułu ładowania, a nawet uszkodzenia generatora, takiego jak przegrzane uzwojenia, uszkodzony regulator napięcia lub moduł inwertera.

W większości przypadków inwertery off-grid przełączają zewnętrzne źródło zasilania i ładują je impulsami, aby naładować własny system magazynowania PV, co może zniekształcić formę napięcia konwencjonalnego generatora do tego stopnia, że może to wpłynąć na wrażliwych odbiorców energii.

Zalecamy używanie generatorów inwerterowych jako zewnętrznego źródła prądu zmiennego do zasilania awaryjnego z inwerterów off-grid, które mogą znacznie lepiej utrzymywać formę napięcia, co może być bardzo istotne dla wrażliwych odbiorników energii elektrycznej.

Schemat połączeń zasilania awaryjnego 230V dla systemu solarnego z generatorem inwerterowym KS 6000iES ATS Wersja 2, w którym WEJŚCIE SIECI monitoruje 230V, ale nie przekazuje go do wyjścia w trybie oczekiwania:

To rozwiązanie należy stosować WYŁĄCZNIE z inwerterami off-grid i wyspami energetycznymi!

Generator inwerterowy KS 6000iES ATS wersja 2 uruchamia się, gdy jednostka kontrolna napięcia akumulatora przerywa napięcie 230V odgałęzione z wyjścia inwertera do WEJŚCIA SIECI generatora i zatrzymuje się, gdy napięcie powraca.

Należy zauważyć, że generator musi dostarczać energię zarówno dla odbiorców energii elektrycznej, jak i do ładowania urządzenia magazynującego energię elektryczną.

W przypadku rozwiązań off-grid z inwerterem off-grid, magazyn energii (DC) może być ładowany przez generator + ładowarkę, podobnie jak w systemach z inwerterami hybrydowymi. W ten sposób zasilanie trójfazowe z inwertera może nadal działać.

Schemat połączeń zasilania awaryjnego dla systemu solarnego z generatorem inwerterowym KS 6000iES ATS Wersja 2, w którym WEJŚCIE SIECI monitoruje 230V, ale nie przekazuje go do wyjścia w trybie oczekiwania:

Magazyn energii z baterii prądu stałego (DC) może być również ładowany bezpośrednio z odpowiedniego generatora prądu stałego, jeśli jest to technicznie możliwe dla danego systemu fotowoltaicznego (PV).

Przykład zastosowania KS 48V-DC w rozwiązaniu wyspy energetycznej:

Przykład użycia KS 48V-DC z inwerterem hybrydowym z magazynem energii 48V:

generator prądu stałego jest podłączony bezpośrednio do urządzenia magazynującego energię 48V w celu jego bezpośredniego naładowania.

KS 48V-DC może samodzielnie monitorować napięcie akumulatora lub być sterowany zewnętrznie za pomocą „suchych” styków.

Generator uruchamia się w trybie AUTO, gdy osiągnięta zostanie niższa wartość napięcia 48V, ładuje akumulator napięciem do 54V i prądem do 70A, a wyłącza się, gdy napięcie osiągnie 53,5-54V, a prąd ładowania spadnie poniżej 20A. Generator może być również uruchamiany i zatrzymywany ręcznie lub zewnętrznie za pomocą styków PF, co umożliwia różne zastosowania i integrację z istniejącymi systemami. Generator nie posiada własnego akumulatora i wykorzystuje energię z akumulatora do zasilania przy uruchamianiu w trybie AUTO i EXTERN CONTROL. Możliwe jest również ręczne uruchamianie za pomocą rozrusznika ręcznego.

Przykłady obsługiwanych magazynów energii z bateriami 48V DC:

1. 4 akumulatory AGM połączone szeregowo z zakresem napięcia ok. 48-54V
2. Baterie z 14 ogniwami LiIon połączonymi szeregowo z zakresem napięcia ok. 47-56V
3. Baterie z 16 ogniwami LiFePo4 połączonymi szeregowo z zakresem napięcia ok. 48-54V
4. Baterie z 15 ogniwami LiFePo4 połączonymi szeregowo z zakresem napięcia ok. 45-51V (zalecany tryb KONTROLI ZEWNĘTRZNEJ).

W zależności od magazynu energii i inwertera, należy używać trybu AUTO lub ZEWNĘTRZNEGO STEROWANIA. Funkcją generatora jest służyć jako rezerwowe źródło zasilania i, w razie potrzeby, załadować kilka kWh energii do magazynu baterii DC, aby odbiorcy zasilani przez inwerter pozostali zasilani nawet wtedy, gdy jest zbyt mało energii ze słońca i bez zasilania z sieci DSO (rozwiązanie wyspy energetycznej lub awaria sieci energetycznej). Zwykle generator działa przez około 1-2 godziny i jest wyłączany. Dom jest zasilany przez magazyn baterii DC, który może również kompensować szczyty mocy, gdy generator jest włączony.

Dom zazwyczaj zużywa tylko kilkaset watów w sposób ciągły, a dopiero gdy włączone zostanie urządzenie o dużej mocy, zużycie energii elektrycznej wzrasta o kilka kW. W tym momencie energia może pochodzić zarówno z generatora, jak i z magazynu baterii, ponieważ oba działają równolegle. W ten sposób zużycie energii może na krótki czas przekroczyć moc generatora, a zasilanie domu może być kontynuowane jak zwykle.

Generator w trybie AUTO wyłącza się, gdy prąd spadnie poniżej 20A. Czas reakcji wynosi około 30 sekund. Jeśli zużycie energii w domu stale przekracza 1 kW, zalecamy użycie trybu ZEWNĘTRZNEGO STEROWANIA lub ręczne wyłączenie generatora.

Dzięki różnym trybom pracy, generator może być zintegrowany z różnymi systemami zasilania.

Generator prądu stałego jest znacznie bardziej wydajny pod względem zużycia paliwa i umożliwia nieprzerwane zasilanie awaryjne przez kilka dni, ponieważ generator działa z przerwami i ma wystarczająco dużo czasu na schłodzenie.

Generator prądu stałego pełni tę samą funkcję co panel słoneczny + kontroler ładowania i jest znacznie bardziej efektywny niż kombinacja „generator prądu przemiennego + ładowarka”. Prąd ładowania z generatora prądu stałego nie jest impulsowy (występuje jedynie tętnienie), a zatem przy tych samych maksimach osiągana jest znacznie wyższa wartość skuteczna, co jest również bardzo ważne dla akumulatorów i kontrolerów BMS (dla akumulatorów litowych).

Generator prądu stałego posiada wiele uzwojeń oraz elektroniczne sterowanie, co sprawia, że prąd wyjściowy jest znacznie bardziej płynny. Tak wygląda prąd ładowania (w kolorze zielonym) akumulatora LiFePo4 (przypadek ekstremalny) przy prądzie 40A i 70A (wartość skuteczna):

Tętnienia napięcia wyjściowego generatora prądu stałego są niskie, co jednak może powodować tętnienia prądu ładowania w akumulatorze LiFePo4. W miarę wzrostu prądu ładowania, różnica między napięciem własnym akumulatora a napięciem generatora zwiększa się, co może prowadzić do zmniejszenia tętnień prądu ładowania.

Generator prądu stałego do ładowania akumulatorów jest dobrym rozwiązaniem z każdego punktu widzenia, a w niektórych przypadkach nie ma lepszej, jeśli w ogóle, alternatywy.

Kilka urządzeń KS 48-DC można połączyć równolegle, aby zwiększyć ogólną wydajność lub zapewnić zasilanie na dłuższy czas.

Wszystkie KS 48-DC są podłączone do szyny zbiorczej 48V, do której podłączone są również inne źródła prądu stałego, magazyny energii oraz inwertery.

W zależności od wymaganej mocy, określona liczba generatorów może być aktywowana przez zewnętrzne sterowanie, pracować naprzemiennie itp.

Jeśli wszystkie generatory prądu stałego podłączone do szyny zbiorczej 48V są w trybie AUTO, tylko jeden generator się uruchomi, przy czym elektronika sterująca zareaguje nieco wcześniej, a pozostałe zostaną uruchomione tylko w razie potrzeby, np. jeśli moc z pierwszego generatora nie jest wystarczająca i napięcie magazynu baterii nadal spada, lub jeśli w pierwszym generatorze wystąpiła usterka. Tak więc generatory prądu stałego będą się wzajemnie wspierać, że tak powiem, aby utrzymać napięcie na szynie zbiorczej 48V.
Ta właściwość jest bardzo ważna w systemach, gdzie wymagane jest kilka kW mocy. Wystarczy użyć kilku KS 48-DC, aby bezpiecznie pokryć zapotrzebowanie na moc. Część generatorów może pozostać w rezerwie na wypadek, gdyby jeden z aktywnych generatorów DC uległ awarii (np. z powodu braku paliwa).

Oto przykład, jak jednocześnie używać wielu KS 48-DC:

Zastrzeżenie

Instrukcje te mogą być traktowane jedynie jako zalecenie, mają charakter poglądowy i muszą być dostosowane do dokładnych lokalnych okoliczności i warunków podczas instalacji. Sama instalacja powinna być przeprowadzona zgodnie ze wszystkimi normami i przepisami. Nie ponosimy odpowiedzialności za błędne instalacje i ich konsekwencje.