Sursă de energie de rezervă pentru sisteme solare

Tot mai multe gospodării sunt echipate cu diferite tipuri de sisteme fotovoltaice (PV). Modulele fotovoltaice moderne sunt deja capabile să convertească aproximativ 20% din energia solară în electricitate, ceea ce face ca acest tip de generare a energiei electrice să fie foarte atractiv.

Generator de energie de rezervă pentru sisteme solare fără și cu stocare de baterii

Inima sistemului PV este invertorul. Există invertoare on-grid, hibride și off-grid.

Invertoarele on-grid și hibride sunt sincronizate cu rețeaua publică și sunt capabile să alimenteze excesul de energie în rețeaua publică.

Generatorul de rezervă pentru sistemele solare nu poate înlocui rețeaua publică pentru invertoarele on-grid și hibride, deoarece nu poate absorbi energia în exces. Feedback-ul de la invertor poate deteriora generatorul.

O excepție pot fi invertoarele, care au o intrare suplimentară pentru generator, unde feedback-ul poate fi prevenit 100% de senzorii de curent încorporați. Totuși, un astfel de generator trebuie să aibă parametri de tensiune acceptabili pentru invertor, ceea ce nu este întotdeauna cazul cu un generator de curent convențional.

În cazul unei întreruperi de curent, generatorul de rezervă dintr-un sistem solar cu invertor conectat la rețea ar trebui să alimenteze doar consumatorii de energie electrică care au dreptul la alimentare de rezervă, cu invertorul și orice stocare AC existentă rămânând pe partea rețelei publice de energie și fiind deconectate la toate polii cu un comutator de transfer, astfel încât generatorul să nu funcționeze în paralel cu invertorul sau stocarea de energie AC.

Diagrama de conexiune a sursei de alimentare de rezervă de 230V pentru sistemul solar atunci când se utilizează generatoare cu invertor fără funcție ATS:

Este posibilă și comutarea automată la sursa de alimentare de rezervă pentru consumatorii de energie de 230V atunci când se utilizează generatoare cu funcția ATS.

Diagrama de conexiune a sursei de alimentare de rezervă de 230V pentru sistemul solar cu generatorul invertor KS 5500iES ATSR cu o unitate ATS externă KS ATS 4/25 Inverter:

Diagrama de conexiune a sursei de alimentare de rezervă de 230V pentru sistemul solar cu generatorul invertor KS 8100iE ATSR cu o unitate ATS externă KS ATS 4/25 Benzină:

Sursa de alimentare de rezervă în toate cazurile descrise mai sus este de 230V. În acest fel, aproape toți consumatorii de energie electrică din casă pot fi alimentați în cazul unei întreruperi de curent. Consumatorii trifazici (dacă există) trebuie alimentați separat. Consumatorii de energie trifazici cu control electronic necesită de obicei un „val sinusoidal curat”, pe care un generator de curent convențional nu îl poate genera. Mai multe informații despre sursa de alimentare de rezervă de 230V și 400V pot fi găsite în materialul nostru informativ.

Dacă generatorul nu urmează să fie instalat permanent sau este amplasat departe de comutatorul de transfer, vă recomandăm să utilizați generatoarele noastre unice cu invertor și modul ATS intern. Totuși, aceasta necesită utilizarea unui comutator de transfer automat cu prioritate extern pe o parte.

Generatorul monitorizează tensiunea din priză, care este conectată înaintea comutatorului și protejată de un întrerupător de circuit și un RCD sau de un RCBO (protecție la suprasarcină și contact într-unul). Această priză, fără generatorul conectat, poate fi utilizată ca o priză exterioară normală. Această priză este deconectată în timpul unei întreruperi de curent și acest aspect este esențial pentru controlul ATS al generatorului. Este un semnal pentru a porni generatorul.

Diagrama de conexiune a sursei de alimentare de rezervă de 230V pentru sistemul solar cu generatorul invertor KS 6000iES ATS Versiunea 2, în care INTRAREA PRINCIPALĂ monitorizează 230V, dar nu o transmite la ieșire în modul de așteptare:

Generatorul din schema electrică nu este instalat permanent, ci conectat la priza preinstalată și la intrarea CEE 230V 32A, după cum este necesar. Aceasta înseamnă că generatorul poate fi utilizat și în mișcare, dacă este necesar. O instalare fixă este, desigur, posibilă, dar aveți nevoie de o cameră adecvată și de un sistem de evacuare pentru aceasta.

Generatorul este conectat la partea N a comutatorului automat de transfer, care are comutare prioritară, astfel încât atunci când revine alimentarea principală, comutatorul nu trece imediat la rețeaua de utilități, ci doar atunci când generatorul oprește ieșirea sa. Generatorul KS 6000iES ATS versiunea 2 analizează tensiunea la conexiunea sa de INTRARE PRINCIPALĂ timp de aproximativ 1 minut și abia apoi oprește ieșirea, permițând astfel comutarea la alimentarea principală. Acest lucru corespunde reglementării conform căreia un dispozitiv de comutare automată nu trebuie să comute imediat la rețeaua publică de energie, ci cu o întârziere de 1 minut.

Funcționarea automată este posibilă doar cu versiunea KS 6000iES 2 (fără comutare de la INTRARE PRINCIPALĂ la ieșire). Funcția ATS trebuie activată astfel încât generatorul să pornească automat dacă nu mai există tensiune în priză și, în consecință, nu mai există tensiune la INTRARE PRINCIPALĂ.

Invertoarele hibride cu un sistem de stocare PV DC trec la funcționarea pe alimentare de rezervă în cazul unei întreruperi de curent. În acest proces, energia furnizată de celulele solare și stocată în unitatea de stocare PV este utilizată.

Sistemele solare cu un invertor hibrid au de obicei un banc de baterii cu capacități mai mici, deoarece acestea sunt destinate doar stocării energiei excedentare pentru utilizare pe timp de noapte, etc. Dar ce faceți când soarele nu strălucește și energia stocată este epuizată? Atunci aveți nevoie de un generator.

În acest caz, recomandăm încărcarea unității de stocare a energiei (doar curent continuu) de la un generator de rezervă, astfel încât invertorul hibrid să poată continua să alimenteze casa în mod obișnuit.

Stocarea de energie este încărcată fie de la un generator AC cu un încărcător, fie de la un generator DC. Încărcătorul sau generatorul DC trebuie să fie compatibil cu stocarea de energie PV.

Diagrama de conexiune a sursei de alimentare de rezervă pentru sistemul solar cu generatorul invertor KS 6000iES ATS Versiunea 2, în care INTRAREA PRINCIPALĂ monitorizează 230V, dar nu o transmite la ieșire în modul de așteptare.

Unitatea de control a tensiunii bateriei monitorizează tensiunea bateriei și întrerupe alimentarea cu 230V a prizei Schuko dacă tensiunea bateriei scade sub valoarea setată. Generatorul pornește și furnizează tensiunea alternativă către încărcător, care la rândul său încarcă unitatea de stocare a energiei pentru a asigura suficientă energie pentru invertor.

KS 6000iES ATS este echipat cu o baterie litiu care se încarcă atâta timp cât 230V sunt prezenți la INTRAREA PRINCIPALĂ sau generatorul este în funcțiune. Bateria este întotdeauna încărcată și gata de utilizare. Bateria litiu are o capacitate redusă, dar are un curent de pornire ridicat și se reîncarcă relativ rapid după ce generatorul este pornit.

ATENȚIE!
Un astfel de circuit este posibil doar cu generatorul KS 6000iES ATS versiunea 2! În funcție de designul încărcătorului (în funcție de factorul de putere și de tipul de consum de curent), capacitatea de încărcare conform unui astfel de circuit poate ajunge la 2-4 kW.

În sistemele cu management al energiei, doar procesul de încărcare al stocării PV este adesea luat în considerare de către controlerul MPPT. Întrebați producătorul invertorului dumneavoastră dacă încărcarea băncii de baterii dintr-o sursă externă de curent continuu este permisă din punct de vedere tehnic și nu cauzează erori.

O astfel de sursă de curent continuu ar trebui să funcționeze ca un modul de încărcare cu o caracteristică IU, ceea ce face imposibilă utilizarea unei surse de tensiune continuă pură. Un astfel de încărcător sau modul de încărcare ar trebui să aibă un așa-numit „Punct de Putere Maximă” unde tensiunea scade atunci când curentul de ieșire atinge valoarea maximă. Sarcina modulului de încărcare nu este de a încărca complet bateria, ci cel puțin parțial, astfel încât alimentarea cu energie să poată fi menținută. Încărcarea completă a bateriei se face de la panourile solare prin intermediul controlerului de încărcare.

Alimentarea de rezervă prin încărcarea stocării bateriei are avantaje clare în ceea ce privește consumatorii de energie care trebuie alimentați. Energia este furnizată în continuare cu un val sinusoidal „curat” generat de invertor. Puterea maximă este încă determinată de parametrii invertorului și ai stocării de energie. Generatorul trebuie doar să completeze cu suficientă energie.

În sistemele unde consumul de energie nu este constant (de exemplu, o casă sau un birou), generatorul nu va funcționa continuu, ci doar atunci când este necesar. După ce bateria a fost încărcată până la tensiunea setată pe monitorul de baterie, generatorul se oprește, iar consumatorii de energie electrică sunt alimentați de baterie prin invertor. În acest fel, este posibilă o alimentare neîntreruptă cu energie pe termen lung, ceea ce este foarte important în cazul unei întreruperi prelungite a curentului electric. Generatorul funcționează cu pauze și are, de asemenea, timp să se răcească. Combustibilul este utilizat optim deoarece motorul nu trebuie să funcționeze fără sarcină.

Invertoarele off-grid nu alimentează rețeaua publică și furnizează energie doar consumatorilor electrici conectați. Aceste invertoare funcționează împreună cu stocarea de energie DC și, de obicei, au o conexiune pentru o sursă externă de energie AC care poate furniza energie atunci când este necesar.

În funcție de setarea invertorului, această sursă externă de curent alternativ trebuie să fie capabilă să furnizeze suficientă energie pentru a încărca bateria. În acest context, unele invertoare au o setare suplimentară care restricționează puterea totală pe care invertorul o poate prelua de la o sursă externă de curent alternativ. Această putere este apoi împărțită între stocarea bateriei DC și consumatorii de energie care urmează să fie alimentați.

Încărcarea bateriilor cu o putere mare de la o sursă de curent alternativ are specificități care trebuie luate în considerare, mai ales atunci când se utilizează un generator. Puterea reactivă și procesele tranzitorii generate în timpul procesului de încărcare pot deteriora generatorul.

Majoritatea încărcătoarelor AC/DC sau modulelor de încărcare au un consum de curent asemănător unui puls pe partea de curent alternativ și încarcă dispozitivul de stocare a bateriei într-un mod asemănător unui puls:

Tensiunea AC este afișată în galben. În cazul încărcătoarelor sau modulelor de încărcare fără corecție a factorului de putere, sunt consumate doar maximele undei sinusoidale.

Încărcarea bateriei prin modulul de încărcare instalat în invertor are adesea aceeași problemă. Bateria este încărcată extrem de impulsiv:

În galben, pe partea stângă, este tensiunea bateriei, iar pe partea dreaptă este tensiunea de rețea. În verde este curentul de încărcare măsurat la cablul bateriei atunci când se încarcă prin invertor.

Curentul de încărcare al unor astfel de module de încărcare este reglat prin lățimea impulsului, ceea ce poate agrava problema încărcării inegale a undei sinusoidale:

Stocarea de energie a sistemului PV este încărcată cu 100 de impulsuri pe secundă (la o tensiune de 50Hz). Într-un astfel de caz, sistemul nu trebuie calculat doar cu valori RMS, ci trebuie luate în considerare și amplitudinile instantanee.

Consumul de curent pulsatoriu are un factor de putere de 0,5-0,7, ceea ce poate duce la o putere reactivă ridicată. Dacă alimentați încărcătorul sau modulul de încărcare al invertorului de la rețeaua electrică, acesta este compensat de alți consumatori de energie electrică din rețea. Situația este diferită atunci când se utilizează un generator.

Un generator și consumatorii de energie electrică formează un sistem închis, ale cărui elemente se influențează reciproc și este foarte important ca acestea să se potrivească și sistemul să nu oscileze.

Consumul de curent de tip puls înseamnă că, în cel mai bun caz, nu puteți utiliza mai mult de jumătate din puterea nominală a generatorului și trebuie luate măsuri suplimentare împotriva armonicilor cauzate de consumul de curent de tip puls pentru a stabiliza circuitul.

În practică, aceasta duce adesea la funcționarea instabilă a modulului de încărcare și chiar la deteriorarea generatorului, cum ar fi supraîncălzirea înfășurărilor, defectarea regulatorului de tensiune sau a modulului invertor.

În majoritatea cazurilor, invertoarele off-grid comută sursa de alimentare externă și o încarcă în impulsuri pentru a-și încărca propriul sistem de stocare PV, ceea ce poate distorsiona forma de tensiune a unui generator convențional într-o asemenea măsură încât poate afecta consumatorii de energie sensibili.

Recomandăm utilizarea generatoarelor cu invertor ca sursă externă de curent alternativ pentru alimentarea de rezervă de la invertoarele off-grid, deoarece acestea pot menține forma tensiunii mult mai bine, ceea ce poate fi foarte important pentru consumatorii de energie electrică sensibili.

Diagrama de conexiune a sursei de alimentare de rezervă de 230V pentru sistemul solar cu Generatorul Inverter KS 6000iES ATS Versiunea 2, în care INTRAREA PRINCIPALĂ monitorizează 230V, dar nu o transmite la ieșire în modul de așteptare:

Această soluție este destinată EXCLUSIV utilizării cu invertoare off-grid și insule de putere!

Generatorul invertor KS 6000iES ATS versiunea 2 pornește imediat ce unitatea de control a tensiunii bateriei întrerupe tensiunea de 230V derivată de la ieșirea invertorului către INTRAREA PRINCIPALĂ a generatorului și se oprește când aceasta revine.

Trebuie menționat că generatorul trebuie să furnizeze energie atât pentru alimentarea consumatorilor de electricitate, cât și pentru încărcarea dispozitivului de stocare a energiei electrice.

În cazul soluțiilor off-grid cu un invertor off-grid, stocarea de energie (DC) poate fi încărcată de un generator + încărcător, la fel ca în sistemele cu invertoare hibride. În acest mod, alimentarea cu energie trifazată de la invertor poate continua să funcționeze.

Diagrama de conexiune a sursei de alimentare de rezervă pentru sistemul solar cu Generatorul Inverter KS 6000iES ATS Versiunea 2, în care INTRAREA PRINCIPALĂ monitorizează 230V, dar nu o transmite la ieșire în modul de așteptare:

Stocarea bateriei DC poate fi, de asemenea, încărcată direct de la un generator DC adecvat, dacă acest lucru este tehnic posibil pentru sistemul PV respectiv.

Exemplu de utilizare a modelului KS 48V-DC într-o soluție de insulă energetică:

Exemplu de utilizare a modelului KS 48V-DC cu un invertor hibrid cu stocare de energie de 48V:

generatorul de curent continuu este conectat direct la dispozitivul de stocare a energiei de 48V pentru a-l încărca direct.

KS 48V-DC poate monitoriza fie tensiunea bateriei în mod independent, fie poate fi controlat extern prin contacte „uscate”.

Generatorul pornește în modul AUTO atunci când valoarea de tensiune inferioară de 48V este atinsă, încarcă bateria cu o tensiune de până la 54V și cu un curent de până la 70A și se oprește când tensiunea ajunge la 53,5-54V și curentul de încărcare scade sub 20A. Generatorul poate fi, de asemenea, pornit și oprit manual sau extern prin contacte PF, permițând diferite aplicații și integrarea în sisteme existente. Generatorul nu are propria sa baterie și folosește energia din baterie pentru a fi alimentat pentru a porni în modul AUTO și CONTROL EXTERN. Pornirea manuală cu demarorul cu sfoară este, de asemenea, posibilă.

Exemple de stocare a bateriilor de 48V DC suportate:

1. 4 baterii AGM conectate în serie cu intervalul de tensiune aprox. 48-54V
2. Baterii cu 14 celule LiIon conectate în serie, cu interval de tensiune de aproximativ 47-56V
3. Baterii cu 16 celule LiFePo4 conectate în serie, cu interval de tensiune de aproximativ 48-54V
4. Baterii cu 15 celule LiFePo4 conectate în serie, cu interval de tensiune de aproximativ 45-51V (se recomandă modul CONTROL EXTERN).

În funcție de stocarea energiei și invertor, ar trebui utilizat fie modul AUTO, fie CONTROL EXTERN. Funcția generatorului este de a servi ca sursă de energie de rezervă și, dacă este necesar, de a încărca câțiva kWh de energie în stocarea de baterii DC, astfel încât consumatorii de energie alimentați de invertor să rămână alimentați chiar și atunci când există prea puțină energie de la soare și fără energie din rețeaua DSO (soluție de insulă de energie sau defecțiune a rețelei electrice). Astfel, generatorul funcționează de obicei aproximativ 1-2 ore și este oprit. Casa este alimentată de stocarea de baterii DC, care poate compensa și vârfurile de putere atunci când generatorul funcționează.

O casă consumă de obicei doar câteva sute de wați în mod continuu și doar atunci când un dispozitiv puternic este pornit, consumul de electricitate crește cu câțiva kW, moment în care energia poate proveni atât de la generator, cât și de la stocarea în baterii, deoarece cele două funcționează în paralel. În acest fel, consumul de energie poate depăși pentru o perioadă scurtă de timp capacitatea generatorului, iar alimentarea cu energie a casei poate continua ca de obicei.

Generatorul în modul AUTO se oprește atunci când curentul scade sub 20A. Timp de răspuns aproximativ 30 de secunde. Dacă consumul de energie în casă este constant peste 1 kW, recomandăm utilizarea modului CONTROL EXTERN sau oprirea manuală a generatorului.

Datorită diferitelor moduri de operare, generatorul poate fi integrat în diverse sisteme de alimentare cu energie electrică.

Un generator DC este mult mai eficient din punct de vedere al consumului de combustibil și permite furnizarea neîntreruptă de energie de rezervă timp de câteva zile, deoarece generatorul funcționează cu pauze și are suficient timp pentru a se răci.

Generatorul DC îndeplinește aceeași funcție ca un panou solar + controler de încărcare și este mult mai eficient decât combinația „generator AC + încărcător”. Curentul de încărcare de la generatorul DC nu este impulsiv (există doar ondulații) și astfel, la aceleași maxime, se atinge o valoare efectivă mult mai mare, ceea ce este de asemenea foarte important pentru baterii și controlerele BMS (pentru bateriile cu litiu).

Generatorul DC are multiple înfășurări și control electronic, ceea ce face ca curentul de ieșire să fie mult mai uniform. Așa arată curentul de încărcare (în verde) al unei baterii LiFePo4 (un caz extrem) la un curent de 40A și 70A (valoare eficace):

Ondulația tensiunii de ieșire a generatorului DC este scăzută, ceea ce poate totuși provoca ondulații ale curentului de încărcare într-o baterie LiFePo4. Pe măsură ce curentul de încărcare crește, diferența dintre tensiunea proprie a bateriei și tensiunea generatorului crește, ceea ce poate duce la o reducere a ondulației curentului de încărcare.

Un generator DC pentru încărcarea bateriilor este o soluție bună din toate punctele de vedere și, în unele cazuri, nu există o alternativă mai bună, dacă există vreuna.

Mai multe unități KS 48-DC pot fi conectate în paralel pentru a crește performanța generală sau pentru a asigura alimentarea cu energie electrică pentru o perioadă mai lungă de timp.

Toate KS 48-DC sunt conectate la bara colectoare de 48V, la care sunt conectate și alte surse de curent continuu, unități de stocare a energiei și invertoare.

În funcție de puterea necesară, un anumit număr de generatoare poate fi activat prin control extern, funcționând alternativ, etc.

Dacă toate generatoarele de curent continuu conectate la bara de distribuție de 48V sunt în modul AUTO, doar un generator va porni, cu electronica de control reacționând puțin mai devreme, iar celelalte vor fi pornite doar dacă este necesar, de exemplu, dacă puterea de la primul generator nu este suficientă și tensiunea de stocare a bateriei continuă să scadă, sau dacă a apărut o defecțiune la primul generator. Astfel, generatoarele de curent continuu se vor sprijini reciproc, ca să spunem așa, pentru a menține tensiunea pe bara de distribuție de 48V.
Această proprietate este foarte importantă în sistemele unde sunt necesari câțiva kW de putere. Pur și simplu utilizați mai multe KS 48-DC pentru a acoperi în siguranță necesarul de putere. Astfel, o parte dintre generatoare pot rămâne ca rezervă în cazul în care unul dintre generatoarele DC active întâmpină o defecțiune (de exemplu, rămâne fără benzină).

Iată un exemplu de utilizare simultană a mai multor KS 48-DC:

Declinare de responsabilitate

Aceste instrucțiuni pot fi considerate doar ca o recomandare, sunt ilustrative și trebuie adaptate la circumstanțele și condițiile locale exacte în timpul instalării. Instalarea propriu-zisă trebuie realizată în conformitate cu toate standardele și reglementările. Nu ne asumăm responsabilitatea pentru instalările incorecte și consecințele acestora.