MALI FOTONAPONSKI OTOČNI SUSTAVI

solarna struja
Schrackov mini, midi i hibridi
U prošlom broju Majstora opširnije
smo pisali o fotonaponskim panelima, i
stvaranju struje unjima, a prikazali smo
i razne varijante najčešćih instalacijskih
rješenja.
Kako je danas na našem tržištu
dostupan i golem izbor Schrackovih
elemenata za oblikovanje najrazličitijih
fotonaponskih postrojenja, od
najmanjih do najvećih, s podjednako
bogatom ponudom pribora, sklopova
i instalacijskih dijelova, nema
potrebe za lutanjem, propitkivanjem,
kombiniranjem neusklađenih dijelova
i - improvizacijom. Sve što treba
možete naći na jednome mjestu,
a komunikacija s projektantima,
instalaterima i kupcima moguća je svim
suvremenim pomagalima, od interneta
do naručivanja mobitelom. I skladišta u
Hrvatskoj dostupna su stalno, čak i sa
slikom proizvoda na ekranu...
Ovaj put ograničit ćemo se na manje,
ali tipične otočne sustave, tzv. mini i
midi, za koje vlada najveće zanimanje.
1
Dostupnost električne energije i blagodati koje pruža moderna tehnologija
odlučujuće utječu na ekonomski i društveni razvoj pojedinih regija pa i cijelih
država. Dostupna električna energije
omogućuje standard primjeren današnjem vremenu, proizvodnju, protok
informacija, zdravstvenu sigurnost.
U uvjetima krize ona omogućuje i
samozapošljavanja, a ako je sami proizvodimo - i neovisnost o monopolu, tarifama i trajno negativnim trendovima.
Međutim, udaljeni krajevi i pojedine
lokacije u blizini većih naselja, naročito
u rijetko naseljenom području, ne mogu
u skoroj budućnosti očekivati kvalitetan
pristup električnoj energiji, a na pojedinim mjestima priključak osamljenih
objekata na javnu mrežu naprosto ne
postoji ni u dugoročnom planu.
Zaista, struju ponekad nije moguće, ili
naprosto nije isplativo, dovesti do svih
lokacija na kojima postoji potreba za
tim civilizacijskim dostignućem.
Dok su se nekoć takvi problemi rješavali dizelskim agregatima, pa i vodeni-
cama na riječnim tokovima i potocima,
ponegdje čak i s parnim strojevima u industrijskim pogonima, danas tehnička
rješenja i iskustva nude mnoge varijante. U tomu svi nastoje ostvariti dobavu
električne energije iz što čišćih i dostupnijih izvora, a upravo je naše Sunce
apsolutno najveći izvor takve energije.
Kako su i toplina sunčevog zračenja i
vidljivo svjetlo i vjetar posljedica upravo sunčevog utjecaja, ne nudi nam se
ništa veće, jače i trajnije. Ta energija
stiže nam izravno, ižarivanjem topline i
svjetla, ili pak posredno, zagrijavanjem
i hlađenjem Zemljine atmosfere, promjenom tlaka i vlažnosti zraka, pri čemu
nastaje vjetar.
Nema nijedne točke na našem planetu na kojoj ne bi bilo nekog osunčanja
i vjetra, no brzina i učestalost zračnog
strujanja nije uvijek i posvuda stalna.
Zato je i danas najveći problem pohrana
električne energije stvorene u optimalnim uvjetima koji ne traju dovoljno dugo
da bismo takvu struju mogli neograničeno trošiti...
7-8/13
Ilustracije: Schrack
MALI FOTONAPONSKI
OTOČNI SUSTAVI
solarna struja
Podjela fotonaponskih
sustava prema
priručniku
Dr Ljubomira Majdanžića.
Solarne fotonaponske sustave možemo podijeliti u dvije osnovne grupe
- one koji su priključeni na gradsku tj.
javnu mrežu, i one koji su samostalni,
odvojeni od svega, poput otoka.
Sustavi spojeni na mrežu moraju
zadovoljiti neizbježne zahtjeve koje
postavlja lokalni, državni ili privatni
distributer električne energije.
Samostalni, otočni sustavi, nemaju
vezu s javnom mrežom, što im je i najveća prednost.
Osim potpune samostalnosti u
određivanju strukture sustava prema
potrebama, mogućnostima i lokalnim
pogodnostima, tu nema gomile papira
i birokratskih dosjetki bez kojih priključenje na mrežu inače nije moguće.
Dvije su važne primjene otočnih sustava:
o vlastiti izvor struje u područjima ili
objektima bez pristupa javnoj elektroenergetsku mreži i
o osiguranje besprekidnog napajanja u umreženim sustavima u slučaju
ispada s nepouzdane ili preopterećene
mreže.
Otočni sustavi mogu biti izravno
priključeni na trošila (dakako, preko
pretvarača i ostalih elemenata nužnih
za sigurno funkcioniranje), no prevelika
je ovisnost o vremenskim uvjetima i
godišnjem dobu.
Mogli bismo slobodno reći da takva
izvedba nema mnogo smisla, osim u
nekim, zaista specijalnim slučajevima,
što ovisi o primjeni i načinu potrošnje
energije. Naime, i fotonapon i vjetrogeneratori imaju velike oscilacije u
proizvodnji struje, od golemih viškova
u jednom razdoblju, do dužih stanki u
drugom.
Stoga su fotonaponski sustavi s
pohranom, uglavnom s baterijom,
nekoliko baterija ili pravim baterijskim
bankama pohranjene električne energije, danas itekako atraktivni.
Mogućnost dogradnje sustava povećanjem broja modula izloženih suncu
i povećanjem kapaciteta baterije, naprosto mora biti dio prirodnog razvoja
svakog ozbiljnijeg projekta.
Također, sve su popularniji i tzv.
hibridni fotonaponski sustavi s vjetrogeneratorom, kogeneracijom ili klasičnim dizelskim generatorom. Kako
su u tim kombinacijama glavni izvor
električne energije u otočnom sustavu
ipak fotopaneli ili vjetrogenerator, svi
ostali pomoćni uređaji, naročito oni na
fosilna goriva, uključuju se uglavnom
povremeno, u slučaju neuobičajeno
povećane potrošnje ili u nepogodnim
vremenskim uvjetima.
Napomena: Kratica AC označuje izmjeničnu struju (alternating current),
a kratica DC istosmjernu struju (direct current). Te su oznake i na shematskim
prikazima sustava u ovom članku.
7-8/13
Ilustracije: Schrack
Zato se uz osnovni izvor energije iz
prirodnih izvora, sunca ili vjetra, moraju
osigurati i dodatni, pomoćni izvori struje, čime se oblikuje tzv. hibridni otočni
sustav.
Zbog jednostavnosti, a pomalo i tradicije ili navike, danas se kao najpouzdaniji dodatni izvor primjenjuje dizelski
agregat.
Takvi sustavi s dodatnim ili pomoćnim
agregatom najčešći su u izoliranim
kućanstvima ili na imanjima s trajnim
potrebama za električnom energijom, u
manjim naseljima ili na otocima.
Razvoj gorivnih članaka (gorivnih ćelija), gdje se iz vodika izravno proizvodi
struja i toplina, u uređaju bez pokretnih
dijelova, polako napreduje prema široj
primjeni, o čemu smo tijekom godina
nekoliko puta pisali i u Majstoru, no
u našem okruženju zasad s time treba
malo pričekati...
Prikaz mogućeg učinka instaliranih
FN-modula na vanjskim plohama kuće
s obzirom na položaj prema stranama
svijeta (istok, jug i zapad).
Brojke označuju postotak iskoristivosti
pojedinih ploha izloženih dnevnom ili
sezonskom osunčanju. Dakako procjena
je samo orijentacijska, jer konačni
učinak ovisi i o drugim čimbenicima...
Na mjestima izloženim dugom dnevnom
osunčanju, bez ikakve sjene krošanja,
stupova ili bliskih građevina, fotopanele
je najjednostavnije postaviti na tlo.
2
solarna struja
ključenje bilo kojeg standardnog izvora
energije: generatora, vjetroelektrane,
javne mreže...Na slici 59 vidimo primjer
bidirekcijskog izmjenjivača Multiplus
koji osim DC ulaza (baterije) ima i jedan
AC ulaz za izvor pomoćne energije (generator).
Osnovni dijelovi fotonaponskog
otočnog sustava
Na slici desno prikazani su osnovni
dijelove male sunčane elektrane:
o fotonaponski moduli,
o punjač baterija,
o izmjenjivač,
o pomoćni izvor energije (generator),
o baterija,
o AC-izlaz na koji su priključena trošila uobičajena u kućanstvu.
Shema prikazuje varijantu otočnog
rješenja gdje je kao pomoćni izvor priključen generator.
Najvažni dio sustava je bidirekcijski
izmjenjivač koji upravlja tokovima
energije i omogućuje rad u promjenjivim
uvjetima pri raznim opterećenjima, sukladno stanju baterija.
fotonaponski
paneli
BlueSolar
mrežni
izmjenjivač
pomoćni generator
AC-izlaz
izmjenične struje
prema trošilima
Solarni paneli priključeni su na AC-sabirnicu preko običnog izmjenjivača kroz
koji energija protječe samo u jednom
smjeru.
Kada se baterije isprazne, uključuje se pomoćni izvor energije, u
ovom slučaju dizelski generator, a
baterije se tada pune preko punjača
koji je ugrađen u izmjenjivač (odatle
i naziv - bidirekcijski). Start generatora je automatski, a sustav na
slici predviđa trošila za izmjeničnu
struju (AC-izlaz).
Bidirekcijski izmjenjivač je tipičan
elektronički uređaj iz suvremene fotonaponske opreme koji u sebi objedinjuje izmjenjivač, punjač baterija i sklopku.
Zbog toga se u otočnim sustavima
primjenjuju češće od običnih od običnih
izmjenjivača.
Osim formiranja izmjenične stuje sukladne struji u mreži i trošilima, bidirekcijski izmjenjivači održavaju i potpunu
kontrolu nad otočnim sustavom gdje
upravljaju:
o punjenjem i pražnjenjem baterija,
o uključivanjem i isključivanjem dodatnih izvora napajanja
o upravljaju trošilima.
Za razliku od običnih izmjenjivača
mogu energiju prenositi u oba smjera:
iz baterija u AC-mrežu ili iz AC-mreže u
bateriju kako je to prikazano na shemi
(DESNO).
Osim trošila i baterija moguće je pri-
3
Schrack MultiPlus
bidirekcijski
izmjenjivač/punjač
baterije
pomoćni generator
Mrežni izmjenjivači serije Bluesolar
posebno su prilagođeni primjeni u
otočnim sustavima.
Sunčevu energiju iz fotonaponskih
modula pretvaraju u električnu energiju
prilagođenu mreži izmjenične struje
koju treba uspostaviti unutar otočnog
sustava na nekom objetu. Imaju sklop
za automatsko odvajanje (isključivanje)
čim uvjeti ne zadovoljavaju parametr
za sigurno funkcioniranje sustava. Ako
priključena trpčila ne mogu preuzeti su
struju nastalu u fotopanelima, višak se
preko izmjenične sabirnice i punjača-izmjenjivača Multiplus ili Quattro predaje
baterijama.
DOLJE: Bidirekcijski izmjenjivač
MultiPlus (Schrack Technik) s mogućim
smjerovima protoka energije.
Uređaj ima dva izlaza. Jedan je stalno
spojen, a drugi samo kad je na ulaz
uređaja spojen izmjenični napon, u ovom
slučaju iz pomoćnog generatora.
Schrack MultiPlus
bidirekcijski izmjenjivač/punjač
AC-izlaz
prema trošilima
na izmjeničnu struju
(220 V / 50 Hz)
MPPT punjač
kontrola punjanja
baterije iz fotopanela
baterije
Sustav s izmjeničnim trošilima i
pomoćnim izvorom energije
7-8/13
solarna struja
DC-izlaz
istosmjerne
struje
MPPT punjač
i kontrola
punjenja
baterije
fotonaponski
paneli
Sheme prikazuju tri osnovne
kombinacije najnužnijih elemenata za otočne fotonaponske
sustave. Odmah se vidi da je u
svima i regulator punjenja MPPT,
koji stalno održava najbolji mogući učinak fotopanela jer stalno
slijedi točku maksimalne snage
(MaximumPowerPointTracker).
Regulator punjenja preuzima
energiju iz fotonapona, uvijek u
točki maksimalne snage. Radna
točka je uvijek pri naponu UMPP
i struji IMPP. Taj princip djelo-
MPPT punjač
i kontrola punjenja
AC-izlaz
izmjenične struje
prema trošilima
Schrackov
MPPT-regulator
punjenja koji
uspješno održava optimalno
punjenje baterija strujom iz fotopanela.
vanja osigurava gotovo 30 % veću struju
punjenja u uspredbi sa uobičajenim PWMregulatorima gdje je točka punjenja u zoni
kad je napon ćelija u fotopanelu približno
jednak naponu baterije, što je manje od
Vmp (napona maksimalne snage).
Dijagram prikazuje I-U karakteristiku solarnih ćelija, te karakteristiku punjenja regulatora s MPPT u točki kad je postignuta
maksimalna snaga ćelija.
Phoenix Inverter
(pretvarač)
fotonaponski
paneli
baterije
AC-izlaz
izmjenične struje
prema trošilima
pomoćni
generator
Schrack
MultiPlus
bidirekcijski i
izmjenjivač/punjač
MPPT punjač
i kontrola punjenja
fotonaponski
paneli
baterije
Bidirekcijski izmjenjivač MultiPlus
Cijelo područje Sredozemlja, a s njim i
područje Jadrana, nudi gotovo optimalne uvjete za primjenu hibridnih otočnih
sustava, podjednako na otocima i na
obali. Klimatski i vremenski uvjeti jamče mnogo sunčanih dana u zimskim
mjesecima, a priobalna cirkulacija
zraka s kopna prema moru i obrnuto,
osigurava dovoljno vjetra čak i u ljetnim
mjesecima. Kako se najviše energije iz
prirodnih izvora može proizvesti upravo
u vrijeme kad je u priobalju najveća potražnja i potrošnja, otočni sustavi nude
velike mogućnosti za postizanje visoke
neovisnosti o lokalnoj mreži, pa i za sa-
7-8/13
mostalnu proizvodnju struje na lokacijama udaljenim od mrežnih priključaka.
Uz fotonapon koji u našim krajevima
nudi zaista mnogo, može se kao dodatni ili noćni izvor struje uz generator (ili
umjesto njega) priključiti i vjetrogenerator.
Općenito, vjetroturbine se mogu
podijeliti na male (do 30 kW), srednje
(30-1500 kW) i velike (veće od 1500
kW). Za razliku od sunčevih elektrana,
vjetroelektrane zasad nisu isplative kao
glavni izvori energije za potrebe malih
kućanstava. Visoka cijena, složeni zahtjevi pri postavljanju i moguće velike
oscilacije učinka čine vjetroelektrane
prifitabilnima isključivo u pogodnim
područjima i na pomno odabranim lokacijama, gdje relativno snažni vjetrovi
pušu tijekom čitave godine. Ozbiljniji
profit mogu donijeti samo veliki vjetroparkovi. Pritom je stalnost vjetra važnija
od snage i brzine...
Šira primjena energije vjetra u otočnim
sustavima kod nas ne postoji, a zbog
klimatskih i mnogih drugih specifičnosti
i ubuduće će biti prava rijetkost. Prevelike su oscilacije u ponašanju vjetrova,
a baterijski sustavi za pohranu velikih
povremenih viškova zasad su presku-
4
solarna struja
pi. Ipak, za individualne investitore
najviše nudi primjena energije vjetra u
hibridnim fotonaponskim sustavima,
s manjim vjetrogeneratorima koji noću
ili po oblačnom vremenu mogu itekako
nadoknaditi smanjenu proizvodnju fotonapona. Općenito, takve projekte treba
procjenjivati od slučaja do slučaja, prema lokaciji. Također, odlučuju i stvarne
potrebe i mogućnosti investitora.
Pritom valja pripaziti i na preduvjete
koji takvim projektima mogu osigurati
isplativost, a ponekad su važni detalji:
• srednja godišnja brzina vjetra trebala bi na lokaciji biti barem 4 m u sekundi,
• treba procijeniti koliko je električna
mreža zaista nedostupna i koliki bi bili
Glavna
sklopka
(200 A)
i osigurači
PRIMJERI MALIH OTOČNIH SUSTAVA
Kako Schrack Technik ima golemu ponudu
FN-elemenata, pribora i uređaja za gotovo
sve vrste izvedbi i kombinacija, na ove dvije
stranice prikazujemo dva relativno
jednostavna tipska kompleta za otočne
sustave, s internim nazivima MINI i MIDI.
Ako vas zbunjuju razne sheme i nazivi sličnih,
a ipak različitih uređaja, ovi primjeri izdvajaju
jednostavnije instalacijske grupe koje se
mogu promatrati kao zasebna cjelina.
Riječ je o dijelovima kompleta koji sadrže
sve usklađene elemente, a oznake otkrivaju
snagu i kapacitet.
GORE: Standardna napojna jedinica za
MINI-komplet ima tri fotopanela
od 3 x 250 W = 750 W.
DESNO: U sasvim prosječnim uvjetima
MINI-komplet može iz fotopanela prema
baterijama dnevno dopremiti
oko 3000 Wh (vat-sati).
Istodobno, iz baterije se može izvući
110 Ah x 24 V = 2.640 Wh na dan, pri
čemu tzv. dubina pražnjenja baterije ne
premašuje 50 posto. Uz snagu
izmjenjivača od 750 VA (Phoenix Inverter)
to daje 3 sata rada pri punoj nazivnoj
snazi.
DESNO: Kako se u fotonaponskim
sustavima krije istosmjerna struja od
nekoliko desetaka do nekoliko stotina
Ampera, nužna je primjena specijalnih
kabela velikog presjeka, ali i ugradnja
moćnih sklopki za potpuno isključenje.
5
U Schrackovim fotonaponskim sustavima primjenjuju se kabeli tvrtke RADOX.
Izuzetno su izdržljivi, otporni na vodu, ulja, koroziju, kemikalije, visoke temperature
i sunčevo zračenje. Ne mijenjaju duljinu ni oblik, pa u svim priključnim manšetama
trajno ostaju tijesni spojevi. Savitljivu upletku od pocinčanih niti (1) zaštićuju dvije
ovojnice (2 i 3) prilagođene različitimm zaštitnim funkcijama.
7-8/13
solarna struja
stvarni troškovi postavljanja električnih
vodova ili podzemnog kabela.
Ako su troškovi postavljanja veći od
cijene solidnog otočnog sustava, a
energetska neovisnost vam je zaista
nužna, treba naprosto odabrati optimalnu kombinaciju izvora, zajedno s
pomoćnim uređajima na fosilna goriva.
• imate li zainteresirane susjede kojima je važan i povoljan utjecaj na okoliš,
možete se odvažiti i na malo veći i pouzdaniji projekt.
• mali vjetrogenerator može na
pogodnoj lokaciji smanjiti upotrebu
dizelskih agregata ili kogeneracije s
ukapljenim plinom na minimum - ponekad i u rijetkim razdobljima klimatskih i
vremenskih anomalija.
• valja znati da se sheme s raznim
kombinacijama opreme u otočnim
sustavima koje prikazujemo na ovim
stranicama neće nimalo promijeniti,
jer se vjetrogenerator prikljujuče na
istome mjestu gdje i dizelski agregat.
Ipak zbog oscilacija u dobavi struje, u
sustavu treba biti upravljačka jedinica
koja automatski odabire najpovoljniju
kombinaciju izvora. Sve to je dostupno
na tržitu.
Stoga u procjenu takvih projekata treba uključiti i argumente koji nisu izravno
povezani s brzom isplativošću.
Zadržimo li se samo na omjeru uloženo i dobivenog, u ovom slučaju i kroz
uštede, krajnji rezultat izražen u novcu
ne mora uvijek biti pozitivan. Znamo li
da je najskuplja struja koje nema, a o
njoj ovise i mnoge druge aktivnosti, računica postaje kompleksnija. No, kako
praksa potvrđuje, proširenjem analize
na veće vremensko razdoblje može biti
itekako pozitivna. Ako je riječ o obiteljskoj kući, restoranu, radionici ili lokaciji
na kojoj želite živjeti i raditi, bez obzira
na teškoće, kalkulacija mora uključiti i
te manje vidljive dobitke.
Tu nema mnogo sličnosti s ekonomskom analizom na državnoj ili regionalnoj razini gdje se kalkulira o gospodarskoj dobrobiti, razvoju, ili kvaliteti života
šireg područja.
U MIDI-komplet uključene su dvije
napojne jedinice identične onoj
iz MINI-kompleta.
No, udvostručeno fotonaponsko polje
zahtijeva i drukčije elemente sustava i
baterije većeg kapaciteta.
Izmjenjivači serije Phoenix Compact
pretvaraju istosmjerni napon baterije
u jednofazni izmjenični napon mrežne
frekvencije sinusnog valnog oblika.
U ponudi su jedinice od 1200 VA, 1600 VA
i 2000 VA, a mogu se spajati i paralelno,
za veću snagu. Moguća je i izvedba
trofaznog sustava.
MIDI-komplet
ima dvije napojne
jedinice koje u
prosječnim uvjetima
mogu zajedno u baterije
dnevno dopremiti
oko 6000 Wh.
Istodobno, trošila iz
baterije mogu
dnevno izvući
220 Ah x 24V = 5.280 Wh.
Pritom je dubina
pražnjenja baterija
do 50 posto.
Uz snagu
izmjenjivača od
2000 VA
(Phoenix Compact)
to nudi oko 2,5 sata
nazivnog rada.
7-8/13
6
solarna struja
Za razliku od komercijalnih projekata, kojima je isključivi cilj povećanje
vrijednosti uloženog kapitala, ulaganje
u osobnu ili obiteljsku energetsku neovisnost gotovo i nema točaka za usporedbu.
Da bismo maglovitim, često i subjektivnim argumentima dodali barem jedan
konkretniji, prikazujemo usporedbu
troškova izgradnje otočnog sustava od
5 kW u odnosu na postavljanje kabela
ili nadzemnih vodova do odabrane lokacije.
Prema današnjim cijenama i tarifama,
u koje valja uključiti i sve nevolje s papirologijom, regionalnim i lokalnim planovima - polaganje kabela od najbližeg
javnog priključka nije isplativo ako je
udaljenost veća od 600 m. Postavljanje
zračnog voda na stupovima, neisplativo
je čim udaljenost premaši 900 metara.
Za veće zalihe energije, veću elastičnost i sigurnost cijelog sustava moguće
je oblikovati i pravu baterijsku banku s
mnogo pohranjene energije.
Donja shema prikazuje takvu banku
s dva izmjenjivača/punjača i osnovnu
shemu spajanja.
Umjesto takve baterijske banke sa
7
suhim baterijama moguće je oblikovati
banku s kiselinskim baterijama od 2 V, s
potrebnim konačnim kapacitetom.
Serijski su povezane pa nema problema s preciznom izvedbom detalja koji
se pojavlju pri paralelnom spajanju. U
takvoj banci elektrolit mora biti u bespri-
jekornom stanju, što zahtijeva intervenciju stručnjaka i poskupljuje održavanje.
No, baterija je najvažniji dio sustava i
treba je pomno odabrati i održavati..
Mini i Midi sustavi imaju suhe GELbaterije 220Ah C20. Što se krije iza
oznake C20 čitajte u slijedećem broju…
7-8/13
solarna struja
7-8/13
8

Download Report