Noodstroomvoorziening voor zonne-energiesystemen

Steeds meer huishoudens worden uitgerust met verschillende soorten PV-systemen. Moderne PV-modules zijn al in staat om ongeveer 20% van de zonne-energie om te zetten in elektriciteit, wat dit type elektriciteitsopwekking zeer aantrekkelijk maakt.

Noodstroomgenerator voor zonne-energiesystemen zonder en met batterijopslag

Het hart van het PV-systeem is de omvormer. Er zijn on-grid, hybride en off-grid omvormers.

On-grid en hybride omvormers zijn gesynchroniseerd met het openbare net en kunnen overtollige energie aan het openbare net leveren.

De noodstroomgenerator voor zonnestelsels kan het openbare net niet vervangen voor on-grid en hybride omvormers omdat het de overtollige energie niet kan absorberen. Terugkoppeling van de omvormer kan de generator beschadigen.

Een uitzondering kunnen omvormers zijn, die een extra generatoringang hebben, waarbij terugkoppeling voor 100% kan worden voorkomen door ingebouwde stroom sensoren. Echter, een dergelijke generator moet spanningsparameters hebben die acceptabel zijn voor de omvormer, wat niet altijd het geval is bij een conventionele stroomgenerator.

In het geval van een stroomstoring dient de noodstroomgenerator in een zonne-energiesysteem met een on-grid omvormer alleen de elektriciteitsverbruikers te voorzien die recht hebben op noodstroom, waarbij de omvormer en eventuele bestaande AC-opslag aan de zijde van het openbare elektriciteitsnet blijven en met een omschakelschakelaar op alle polen worden losgekoppeld, zodat de generator niet parallel loopt met de omvormer of AC-opslag.

Aansluitschema van de 230V noodstroomvoorziening voor zonne-energiesystemen bij gebruik van invertergeneratoren zonder ATS-functie:

Een automatische omschakeling naar de noodstroomvoorziening voor de 230V stroomverbruikers is ook mogelijk bij het gebruik van generatoren met een ATS-functie.

Aansluitschema van de 230V noodstroomvoorziening voor zonne-energiesystemen met de omvormergenerator KS 5500iES ATSR met een externe ATS-eenheid KS ATS 4/25 Inverter:

Aansluitschema van de 230V noodstroomvoorziening voor zonne-energiesystemen met de omvormergenerator KS 8100iE ATSR met een externe ATS-eenheid KS ATS 4/25 Benzine:

De noodstroomvoorziening in alle bovengenoemde gevallen is 230V. Op deze manier kunnen bijna alle elektriciteitsverbruikers in het huis van stroom worden voorzien in geval van een stroomstoring. Driefasige verbruikers (indien aanwezig) moeten afzonderlijk worden voorzien. 3-fase stroomverbruikers met elektronische besturing hebben meestal een "schone" sinusgolf nodig, die een conventionele stroomgenerator niet kan genereren. Meer informatie over 230V en 400V noodstroomvoorziening is te vinden in ons informatiemateriaal.

Indien de generator niet permanent geïnstalleerd wordt of zich ver van de omschakelschakelaar bevindt, raden wij aan onze unieke invertergeneratoren met interne ATS-module te gebruiken. Dit vereist echter het gebruik van een externe prioriteitsautomatische omschakelschakelaar aan één zijde.

De generator bewaakt de spanning in het stopcontact, dat is aangesloten vóór de schakelaar en beschermd door een stroomonderbreker en een aardlekschakelaar of door een RCBO (overbelastings- en aanraakbeveiliging in één). Dit stopcontact zonder de aangesloten generator kan worden gebruikt als een normaal buitenstopcontact. Dit stopcontact is spanningsloos tijdens een stroomstoring en dit is cruciaal voor de ATS-besturing van de generator. Het is een signaal om de generator te starten.

Aansluitschema van de 230V noodstroomvoorziening voor zonne-energiesystemen met de inverter generator KS 6000iES ATS Versie 2, waarbij de NETVOEDING de 230V bewaakt, maar deze niet doorstuurt naar de uitgang in de wachtstand:

De generator op het schakelschema is niet permanent geïnstalleerd, maar aangesloten op het vooraf geïnstalleerde stopcontact en de CEE 230V 32A inlaat indien nodig. Dit betekent dat de generator ook onderweg kan worden gebruikt indien nodig. Een vaste installatie is natuurlijk ook mogelijk, maar hiervoor heeft u een geschikte ruimte en een uitlaatsysteem nodig.

De generator is verbonden met de N-zijde van de automatische omschakelaar, die prioriteitsschakeling heeft, zodat wanneer de hoofdvoeding terugkeert, de schakelaar niet onmiddellijk naar het elektriciteitsnet schakelt, maar pas wanneer de generator zijn output uitschakelt. De KS 6000iES ATS versie 2 generator analyseert de spanning bij zijn MAINS INPUT-aansluiting gedurende ongeveer 1 minuut en schakelt pas daarna de output uit, waardoor overschakeling naar de hoofdvoeding mogelijk wordt. Dit komt overeen met de regelgeving volgens welke een automatische omschakelinrichting niet onmiddellijk naar het openbare elektriciteitsnet mag overschakelen, maar met een vertraging van 1 minuut.

Automatische werking is alleen mogelijk met de KS 6000iES versie 2 (zonder overschakeling van MAINS INPUT naar de output). De ATS-functie moet geactiveerd worden zodat de generator automatisch start als er geen spanning meer is in het stopcontact en er dienovereenkomstig geen spanning meer is bij MAINS INPUT.

Hybride omvormers met een PV DC opslagsysteem schakelen over naar noodstroombedrijf bij een stroomstoring. Hierbij wordt de door de zonnecellen geleverde en in de PV-opslageenheid opgeslagen energie verbruikt.

Zonne-energiesystemen met een hybride omvormer hebben meestal een accubank met kleinere capaciteiten, aangezien deze alleen bedoeld zijn om de overtollige energie op te slaan voor gebruik 's nachts, enzovoort. Maar wat doet u wanneer de zon niet schijnt en de opgeslagen energie is verbruikt? Dan heeft u een generator nodig.

In dit geval raden wij aan om de energieopslag (alleen DC) op te laden met een noodstroomgenerator, zodat de hybride omvormer het huis zoals gebruikelijk kan blijven voorzien van stroom.

De energieopslag wordt opgeladen, hetzij door een wisselstroomgenerator met een oplader, hetzij door een gelijkstroomgenerator. De oplader of de gelijkstroomgenerator moet overeenkomen met de PV-energieopslag.

Aansluitschema van de noodstroomvoorziening voor het zonne-energiesysteem met de omvormergenerator KS 6000iES ATS Versie 2, waarin de NETVOEDING de 230V bewaakt, maar deze niet doorstuurt naar de uitgang in de wachtstand.

De batterijspanningsregelaar bewaakt de batterijspanning en onderbreekt 230V naar het Schuko-stopcontact als de batterijspanning onder de ingestelde waarde daalt. De generator start en levert de wisselspanning aan de oplader, die op zijn beurt de energieopslag oplaadt om voldoende energie voor de omvormer te leveren.

De KS 6000iES ATS is uitgerust met een lithiumbatterij die wordt opgeladen zolang er 230V aanwezig is bij de NETINGANG of de generator draait. De batterij is altijd opgeladen en klaar voor gebruik. De lithiumbatterij heeft een beperkte capaciteit, maar heeft een hoge startstroom en wordt relatief snel opgeladen nadat de generator is gestart.

AANDACHT!
Een dergelijk schakelschema is alleen mogelijk met de generator KS 6000iES ATS versie 2! Afhankelijk van het ontwerp van de oplader (afhankelijk van de arbeidsfactor en het type stroomverbruik), kan de laadcapaciteit volgens een dergelijk schakelschema oplopen tot 2-4 kW.

In systemen met energiebeheer wordt vaak alleen het laadproces van de PV-opslag in aanmerking genomen door de MPPT-controller. Vraag de fabrikant van uw omvormer of het technisch toegestaan is om de batterijbank op te laden vanuit een externe DC-stroombron en of dit geen fouten veroorzaakt.

Een dergelijke DC-voedingsbron moet functioneren als een laadmodule met een IU-karakteristiek, waardoor het gebruik van een pure DC-spanningsbron niet mogelijk is. Een dergelijke lader of laadmodule moet een zogenaamd "Maximum Power Point" hebben, waarbij de spanning daalt wanneer de uitgangsstroom de maximale waarde bereikt. De taak van de laadmodule is niet om de batterij volledig op te laden, maar ten minste gedeeltelijk, zodat de stroomvoorziening kan worden gehandhaafd. Het volledig opladen van de batterij gebeurt via zonnepanelen door middel van de laadregelaar.

De noodstroomvoorziening door het opladen van de batterijopslag heeft duidelijke voordelen met betrekking tot de te leveren stroomverbruikers. Er wordt nog steeds stroom geleverd met een "schone" sinusgolf die de omvormer genereert. Het maximale vermogen wordt nog steeds bepaald door de parameters van de omvormer en de energieopslag. De generator hoeft alleen maar voldoende energie aan te vullen.

In systemen waar het energieverbruik niet constant is (bijv. een huis of een kantoor), zal de generator niet continu draaien, maar alleen wanneer dat nodig is. Nadat de batterij is opgeladen tot de op de batterijmonitor ingestelde spanning, schakelt de generator uit en worden de elektriciteitsverbruikers via de omvormer door de batterij van stroom voorzien. Op deze manier is een ononderbroken stroomvoorziening op de lange termijn mogelijk, wat zeer belangrijk is bij een langdurige stroomuitval. De generator draait met onderbrekingen en heeft ook tijd om af te koelen. De brandstof wordt ook optimaal gebruikt omdat de motor niet zonder belasting hoeft te draaien.

Off-grid omvormers voeden niet in het openbare net en leveren alleen stroom aan de aangesloten elektriciteitsverbruikers. Deze omvormers werken samen met DC-energieopslag en hebben doorgaans een aansluiting voor een externe AC-stroombron die stroom kan leveren wanneer dat nodig is.

Afhankelijk van de instelling van de omvormer moet deze externe AC-bron ook in staat zijn voldoende energie te leveren om de batterij op te laden. In deze context hebben sommige omvormers een extra instelling die het totale vermogen beperkt dat de omvormer van een externe AC-voedingsbron kan afnemen. Dit vermogen wordt vervolgens verdeeld tussen de DC-batterijopslag en de te voeden stroomverbruikers.

Het opladen van de batterijen met een hoog vermogen vanuit een wisselstroombron heeft specifieke aandachtspunten, vooral bij het gebruik van een generator. Het reactieve vermogen en de transiënte processen die tijdens het laadproces worden gegenereerd, kunnen de generator beschadigen.

De meeste AC/DC-opladers of oplaadmodules hebben een pulsachtig stroomverbruik aan de AC-zijde en laden het batterijopslagapparaat op een pulsachtige manier op:

De wisselspanning wordt in geel weergegeven. In het geval van laders of laadmodules zonder vermogensfactorcorrectie worden alleen de maxima van de sinusgolf verbruikt.

Het opladen van de batterij via de oplaadmodule die in de omvormer is geïnstalleerd, heeft vaak hetzelfde probleem. De batterij wordt extreem impulsief opgeladen:

Links in geel staat de batterijspanning en rechts de netspanning. In groen is de laadstroom gemeten bij de batterijkabel tijdens het opladen via de omvormer.

De laadstroom van dergelijke laadmodules wordt geregeld door pulsbreedte, wat het probleem van ongelijke belasting van de sinusgolf kan verergeren:

De energieopslag van het PV-systeem wordt opgeladen met 100 pulsen per seconde (bij 50Hz spanning). In een dergelijk geval mag het systeem niet alleen met RMS-waarden worden berekend, maar moet men ook rekening houden met de onmiddellijke amplitudes.

Pulsstroomverbruik heeft een arbeidsfactor van 0,5-0,7, wat kan leiden tot een hoog reactief vermogen. Als u de oplader of de laadmodule van de omvormer voedt vanuit het elektriciteitsnet, wordt dit gecompenseerd door andere elektriciteitsverbruikers in het elektriciteitsnet. Het is anders bij gebruik van een generator.

Een generator en elektriciteitsverbruikers vormen een gesloten systeem, waarvan de elementen elkaar beïnvloeden en het is zeer belangrijk dat ze op elkaar aansluiten en het systeem niet oscilleert.

Stroomverbruik met pulsachtige kenmerken betekent dat u in het beste geval niet meer dan de helft van het nominale generatorvermogen kunt gebruiken en dat er extra maatregelen moeten worden genomen tegen de harmonischen die worden veroorzaakt door pulsachtig stroomverbruik om het circuit te stabiliseren.

In de praktijk leidt dit vaak tot een onstabiele werking van de oplaadmodule en zelfs tot schade aan de generator, zoals oververhitte wikkelingen, een kapotte spanningsregelaar of omvormermodule.

In de meeste gevallen schakelen off-grid omvormers de externe stroombron door en laden deze in pulsen om hun eigen PV-opslagsysteem op te laden, wat de spanningsvorm van een conventionele generator zodanig kan vervormen dat het gevoelige stroomverbruikers kan beïnvloeden.

Wij raden aan om invertergeneratoren te gebruiken als een externe AC-bron voor noodstroomvoorziening van off-grid inverters, die hun spanningsvorm veel beter kunnen behouden, wat zeer belangrijk kan zijn voor gevoelige elektriciteitsverbruikers.

Aansluitschema van de 230V noodstroomvoorziening voor zonne-energiesystemen met de Inverter Generator KS 6000iES ATS Versie 2, waarbij de NETINGANG de 230V bewaakt, maar deze niet doorstuurt naar de uitgang in de wachtstand:

Deze oplossing mag ALLEEN worden gebruikt met off-grid omvormers en stroomeilanden!

De KS 6000iES ATS versie 2 invertergenerator start zodra de batterijspanningsregelaar de 230V spanning onderbreekt die van de inverteruitgang naar de NETINGANG van de generator is afgetakt en stopt wanneer deze terugkomt.

Er dient opgemerkt te worden dat de generator zowel de energie moet leveren voor de te bevoorraden elektriciteitsverbruikers als voor het opladen van het elektriciteitsopslagapparaat.

In het geval van off-grid oplossingen met een off-grid omvormer, kan de energieopslag (DC) worden opgeladen door een generator + lader, net zoals in systemen met hybride omvormers. Op deze manier kan de 3-fasen stroomvoorziening van de omvormer blijven functioneren.

Aansluitschema van de noodstroomvoorziening voor het zonne-energiesysteem met de Inverter Generator KS 6000iES ATS Versie 2, waarbij de NETINGANG de 230V bewaakt, maar deze niet naar de uitgang doorstuurt in de wachtstand:

De DC-batterijopslag kan ook rechtstreeks worden opgeladen vanuit een geschikte DC-generator, indien dit technisch mogelijk is voor het betreffende PV-systeem.

Voorbeeld van het gebruik van de KS 48V-DC in een power island-oplossing:

Voorbeeld van het gebruik van de KS 48V-DC met een hybride omvormer met de 48V energieopslag:

De gelijkstroomgenerator is direct verbonden met het 48V energieopslagapparaat om het direct op te laden.

De KS 48V-DC kan ofwel de batterijspanning zelf monitoren of extern worden aangestuurd door "droge" contacten.

De generator start in AUTO-modus wanneer de lagere spanningswaarde van 48V wordt bereikt, laadt de batterij op met een spanning tot 54V en met een stroom tot 70A en schakelt uit wanneer de spanning 53,5-54V bereikt en de laadstroom onder 20A komt. De generator kan ook handmatig of extern worden gestart en gestopt via PF-contacten, waardoor verschillende toepassingen en integratie in bestaande systemen mogelijk zijn. De generator heeft geen eigen batterij en gebruikt de energie van de batterij die moet worden geleverd om te starten in AUTO- en EXTERN CONTROL-modus. Handmatig starten met de trekstarter is ook mogelijk.

Voorbeelden van ondersteunde 48V DC batterijopslag:

1. 4 AGM-batterijen in serie geschakeld met een spanningsbereik van ca. 48-54V
2. Batterijen met 14 LiIon-cellen in serie geschakeld met een spanningsbereik van ongeveer 47-56V
3. Batterijen met 16 LiFePo4-cellen in serie geschakeld met een spanningsbereik van ca. 48-54V
4. Batterijen met 15 LiFePo4-cellen in serie geschakeld met een spanningsbereik van ongeveer 45-51V (EXTERNE CONTROLE modus aanbevolen).

Afhankelijk van de energieopslag en omvormer, moet ofwel AUTO of EXTERNAL CONTROL modus worden gebruikt. De functie van de generator is om te dienen als een reserve-energiebron en, indien nodig, een paar kWh energie in de DC-batterijopslag te laden, zodat de stroomverbruikers die door de omvormer worden voorzien, van stroom blijven voorzien, zelfs wanneer er te weinig energie van de zon is en zonder stroom van het DSO-netwerk (stroomeilandoplossing of stroomnetuitval). Dus de generator draait meestal ongeveer 1-2 uur en wordt dan uitgeschakeld. Het huis wordt van stroom voorzien door de DC-batterijopslag, die ook stroompieken kan opvangen wanneer de generator draait.

Een huis verbruikt doorgaans slechts enkele honderden watts continu en alleen wanneer een krachtig apparaat wordt ingeschakeld, neemt het elektriciteitsverbruik toe met enkele kW. Op dat moment kan de energie zowel van de generator als van de batterijopslag komen, omdat deze twee parallel werken. Op deze manier kan het stroomverbruik voor korte tijd de output van de generator overschrijden en kan de stroomvoorziening aan het huis zoals gebruikelijk doorgaan.

De generator in AUTO-modus schakelt uit wanneer de stroom onder de 20A daalt. Reactietijd ongeveer 30 seconden. Als het stroomverbruik in het huis constant boven de 1 kW ligt, raden we aan de EXTERNAL CONTROL-modus te gebruiken of de generator handmatig uit te schakelen.

Dankzij verschillende bedrijfsmodi kan de generator worden geïntegreerd in verschillende stroomvoorzieningssystemen.

Een DC-generator is veel brandstofefficiënter en biedt ononderbroken noodstroom voor meerdere dagen, aangezien de generator in pauzes draait en voldoende tijd heeft om af te koelen.

De DC-generator vervult dezelfde functie als een zonnepaneel + laadregelaar en is veel effectiever dan de combinatie "AC-generator + oplader". De laadstroom van de DC-generator is niet impulsief (er is alleen rimpel) en bereikt daardoor bij dezelfde maxima een veel hogere effectieve waarde, wat ook zeer belangrijk is voor batterijen en BMS-controllers (voor lithiumbatterijen).

De DC-generator heeft meerdere wikkelingen en elektronische besturing, waardoor de uitgangsstroom veel gelijkmatiger is. Zo ziet de laadstroom (in groen) van een LiFePo4-batterij (een extreem geval) eruit bij 40A en 70A stroom (rms-waarde):

De rimpel in de uitgangsspanning van de DC-generator is laag, wat nog steeds een rimpel in de laadstroom van een LiFePo4-batterij kan veroorzaken. Naarmate de laadstroom toeneemt, neemt het verschil tussen de eigen spanning van de batterij en de spanning van de generator toe, wat kan leiden tot een vermindering van de rimpel in de laadstroom.

Een DC-generator om de batterijen op te laden is vanuit alle gezichtspunten een goede oplossing en in sommige gevallen is er geen betere, zo niet enige, alternatieve mogelijkheid.

Meerdere KS 48-DC's kunnen parallel worden aangesloten om de algehele prestaties te verhogen of om de stroomvoorziening voor een langere periode te waarborgen.

Alle KS 48-DC zijn aangesloten op de 48V verzamelrail, waaraan ook andere DC-bronnen, energieopslag en omvormers zijn verbonden.

Afhankelijk van het vereiste vermogen kan een bepaald aantal generatoren door externe besturing worden geactiveerd, afwisselend worden gebruikt, enz.

Als alle DC-generatoren die op de 48V-verdeelrail zijn aangesloten in de AUTO-modus staan, zal slechts één generator starten, waarbij de besturingselektronica iets eerder reageert, en de andere zullen alleen worden gestart indien nodig, bijvoorbeeld als het vermogen van de eerste generator alleen niet voldoende is en de batterijopslagspanning blijft dalen, of als er een storing is opgetreden in de eerste generator. De DC-generatoren zullen elkaar als het ware ondersteunen om de spanning op de 48V-verdeelrail te handhaven.
Deze eigenschap is zeer belangrijk in systemen waar meerdere kW aan vermogen vereist zijn. U gebruikt eenvoudigweg meerdere KS 48-DC om veilig aan de vermogensbehoefte te voldoen. Waarbij een deel van de generatoren als reserve kan blijven voor het geval een van de actieve DC-generatoren een storing ondervindt (bijv. geen benzine meer).

Hier is een voorbeeld van hoe u meerdere KS 48-DC tegelijkertijd kunt gebruiken:

Vrijwaring

Deze instructies kunnen alleen als aanbeveling worden beschouwd, zijn illustratief en moeten worden aangepast aan de exacte lokale omstandigheden en voorwaarden tijdens de installatie. De installatie zelf dient te worden uitgevoerd in overeenstemming met alle normen en voorschriften. Wij nemen geen verantwoordelijkheid voor verkeerde installaties en de gevolgen daarvan.