solarna struja 11 Schrack Technik: Projektiranje otočnog fotonaponskog sustava PRIMJER ZA ZIMSKO PROMIŠLJANJE Nedavno, u prosincu 2014., u sklopu aktivnosti Studentske udruge za promicanje energetske učinkovitosti SUPEUS na zagrebačkom Fakultetu elektrotehnike i računalstva (FER) održana je radionica s temom Projektiranje otočnih fotonaponskih sustava, a tvrtka SCHRACK TECHNIK d.o.o. predstavila je studentima i praktičan primjer projektnog zadatka tipičnog za pripremu izvedbe fotonaponskog sustava. Zbog djelotvornije razrade pojedinih segmenata projekta, stotinjak sudionika podijeljeno je u dvadesetak manjih grupa. Bili su tu studenti elektrotehnike, strojarstva, arhitekture i građevine... Iako ih nitko nije prisiljavao da dođu na radionicu, a nisu se dijelile ni ocjene ni bodovi, odaziv nas je iznenadio. Očito, željeli su čuti nešto novo ili barem na novi način, a pritom se okušati u rješavanju vrlo konkretnog projektnog zadatka. Bio nam je pravi izazov prenijeti znanje i iskustvo studenticama i studentima koji će za koju godinu postati inženjeri... N a predavanju je predstavljeno konkretno rješenje primijenjeno na kući u blizini Vodica koje već tri godine uspješno proizvodi struju... U zadatku za projektiranje zadan je sličan sustav, ali s djelomice izmijenjenim brojkama. Upravo taj projektni zadatak 1 opisat ćemo i u ovom članku. Vjerujemo da i čitatelje Majstora, kao i studente, zanima proces kojim se od zamisli stiže do učinkovitog fotonaponskog sustava, bez obzira na spoj raznih tehničkih disciplina. Upravo bi se tijekom zime moglo naći vremena za čitanje i detaljnije 1-2/15 solarna struja 11 Slika 1.: Komponente otočnog fotonaponskog sustava upoznavanje sa sustavom za koji inače vlada veliko zanimanje. Prilika je da na stvarnom primjeru pogledamo cjelinu, sa svim parametrima koji određuju uspješan pogon. Sve je jednostavnije kad se unaprijed poznaju nužni detalji i parametri prema kojima se planira i projektira sustav prilagođen stvarnim zahtjevima - makar i na idejnoj razini. Za čitatelje Majstora ovaj put smo pripremili putovanje od zamisli do realizacije - pa čak i cijena. Da bi sve bilo lakše, a dijelovi sustava razumljiviji po svojim funkcijama i međusobnim vezama, sve smo opisali postupno, u šest koraka. Zatreba li vam više, znajte da vam je u tomu znanje i iskustvo kojim raspolaže SCHRACK TECHNIK uvijek nadohat ruke! Zimski su mjeseci pravo vrijeme da razmislite o pothvatu kojim biste besplatno sunce mogli pretvoriti u vlastiti energetski izvor visoke autonomije. Ako ste vješti, mnogo toga mogli biste napraviti i sami, no najvažnije je znati što vam treba, što želite i što procjenjujete kao moguće. Ne zaboravite da svaki priključeni modul odmah proizvodi struju, a moguće su i razne kombinacije - baš po vašoj mjeri. U dosadašnjim nastavcima ove serije prikazani su razni gotovi sustavi sa svim svojim sastavnim dijelovima i pravilima za oblikovanje cjeline od raznih elemenata. Membrain kuća u Parizu 2014. godine. Na slici 1. prikazani su osnovni elementi otočnog fotonaponskog sustava gdje je kao pomoćni izvor spojen generator kojim se postže stopostotna pouzdanost pouzdanost napajanja objekta energijom. Dakako, to nije luksuz jer hladnjaci nerado ostaju bez napajanja! Kada se iz bilo kojeg razloga baterije privremeno iscrpe, automatski se uključuje generator kao dodatni ili vanjski izvor. Generator se uključuje i u trenutku kad je trenutna kućna potrošnja veća od projektirane. Vrlo slično rješenje prikazali smo opširnije u Majstoru 9/102014., u opisu studentskog projekta Membrain u okviru međunarodnog natjecanja SOLAR DECATHLON 2014 u Parizu, gdje je za pomoćni izvor na raspolaganju bila javna mreža. Prvi korak: Definiranje potrošnje objekta. Projektiranje uvijek započinjemo od želja investitora. U ovom slučaju od želje za određenom dnevnom količinom raspoložive energije. Zbog jednostavnosti projektiramo jednofazni sustav, no najprije definiramo snagu trošila i vrijeme u kojem trošila rade. Energija potrebna trošilu (Wh) je umnožak snage trošila (W) i vremena njegove uključenosti (h). Sva trošila i vrijeme njihove uključenosti upisujemo u tablicu (dolje). Naprimjer, za neka trošila poput perilica znamo da imaju snažan grijač, no taj grijač nije uključen cijelo vrijeme. Zato u tablicu dodajemo i koeficijent „od maksimalne snage do srednje snage“. Tablica 1.: Primjer definiranja dnevnih potreba za energijom. 1-2/15 2 solarna struja 11 Tako bi perilica s 1200 W koja je dnevno uključena 3 sata potrošila 1200 x 3 = 3600 Wh, no kako grijač ne radi stalno, potrebna energija je ipak nešto manja: 3600 x 0,7 = 2520Wh. Kada obiđemo kuću i popišemo sva trošila i njihovu potrošnju, zbrajanjem na dnu tablice dobivamo maksimalnu snagu koju objekt u nekom trenutku može zahtijevati. Tu je i ukupna energija potrebna za jedan dan rada objekta. Pritom obvezno treba uzeti u obzir da izmjenični jednofazni motori mogu kratkotrajno povući i mnogostruko više od svoje nazivne snage! U pravilu to ne predstavlja poteškoću jer bidirekcijski pretvarač može kratkotrajno, tijekom 60 sekundi, dati i dvostruko više od svoje nazivne snage. Nazivna snaga je ona snaga koju bidirekcijski pretvarač može davati trajno, a povremeno uključeni motor nekog stroja sigurno nije i najveći potrošač u kući. Drugi korak: Osnovni parametri sustava Kad ustanovite broj i snagu svih trošila te najduža trajanja njihovog uključenja, dobit ćete sliku o njihovoj maksimalnoj snazi i energetskim potrebama nekog objekta tijekom jednog radnog dana. Pritom se bez skanjivanja morate hrabro suočiti baš sa svim trošilima. Jer, da biste zadovoljili i najveće energetske potrebe, otočni sustav treba prilagoditi tim zahtjevima. To je jedino pouzdano mjerilo za određivanje njegovih osnovnih parametara. Za uspostavu optimalnog odnosa raspoložive snage i trošila u nekom vremenu, nije dovoljna linearna usporedba “ulaza i izlaza”. Tablica 2 prikazuje nam osnovne parametre koji određuju buduću konfiguraciju sustava. Izabire se: o napon akumulatora, o projektirani stupanj pražnjenja akumulatora, o stupanj korisnog djelovanja u Tablica 2.: Izbor osnovnih parametara sustava 3 o o o procesu punjenja akumulatora, trajanje autonomije sustava, prihvatljivo trajanje samooporavka sustava i koeficijent korištenja objekta. Pri izboru napona akumulatora nužno je pripaziti da odgovara višekratniku broja 12, a samo u iznimnom slučaju i višekratniku broja 2. To je zbog tehnologije akumulatora koji su najčešće jedinice od 12V koje međusobnim spajanjem u seriju mogu ponuditi i viši napon - 24V ili 48V. O akumulatorima u manjim i većim fotonaponskim sustavima opširnije smo i detaljnije pisali u ranijim nastavcima ove serije u Majstoru. Što je veći napon akumulatora to su manje struje u sustavu. A uz manje struje treba i manji presjek kabela... Približno, za istosmjernu struju (DC) vrijedi jednostavno pravilo po kojemu dozvoljeno opterećenje struje po četvornom milimetru presjeka kabela (mm2) iznosi 2 Ampera, tj. 2A/mm2. No, važno je ustanoviti - gdje je stvarna granica za prijelaz s 12 V na 24 V, odnosno na 48 V napona akumulatora, a time i odabir odgovarajućeg bidirekcijskog pretvarača? Uobičajeno je da se do 1,2 kW nazivne snage izmjeničnih trošila može primijeniti akumulator s naponom 12 V (i strujom na DC strani oko 100 A). Za više od 1,2 kW, pa do maksimalno 5 kW nazivne snage trošila ugrađuju se akumulatori 24 V (struje na DC strani do 200A). No, iznad 5 kW, pa do 10 kW nazivne snage trošila, obvezno se primjenjuje 48 V (struje na DC strani do 200 A). U našem konkretnom slučaju, na primjeru kuće u Vodicama, izabran je napon akumulatora 24V. Akumulatori se ne smiju prazniti ispod određene razine jer promjene na njima postaju nepovratne i fatalne. Podatak o tome valja uzeti iz tehničkih uputa proizvođača akumulatora. Naprimjer, broj tz u iznosu 0,2 značio bi da se akumulator smije prazniti do 20% svog kapaciteta. U našem primjeru preuzet je tz = 50%. To znači da ćemo akumulatore prazniti do polovice njihovog kapaciteta čime, teorijski, osiguravamo trajnost akumulatora od najmanje 5-7 godina. U procesu punjenja akumulatora neće se moći uskladištiti sva energije privedena do njegovih stezaljki. Stoga trebamo odrediti stupanj korisnog djelovanja pri punjenju akumulatora ηAh. Broj ηAh u iznosu 0,9 znači da će se svega 90% privedene energije zaista uskladištiti u akumulatoru. I taj podatak treba preuzeti od proizvođača akumulatora. Trajanje autonomije nA govori nam koliko će dana potrošnje biti pokriveno iz akumulatora u slučaju da nije moguće dopunjavanje baterije, primjerice za jako oblačnog vremena ili kvara na fotonaponskim modulima. Trajanje oporavka sustava nE izražava se u danima. Ako se sustav isprazni do dozvoljene razine akumulatora, taj broj pokazuje za koliko je dana projektiran očekivani Slika 2.: Spoj akumulatora u tzv. banku akumulatora Tablica 3.: Proračun kapaciteta akumulatora i dnevnog punjenja 1-2/15 solarna struja 11 oporavak sustava do razine od 100% napunjenosti - uz projektiranu potrošnju tijekom tog radoblja. Taj podatak (nE) je itekako važan, jer izravno utječe na broj fotonaponskih modula koji moraju osigurati dodatno punjenje akumulatora, tj. proizvoditi više energije od one koju planiramo dnevno potrošiti. Time bi se sustav uz projektiranu potrošnju i uz stupanj korisnog punjenja akumulatora iz FN modula uredno oporavio, upravo u razdoblju od nE dana. Koeficijent hB je koeficijent korištenja. On pokazuje koristi li se energija iz akumulatora kontinuirano (tada je koeficijent = 1) ili, naprimjer, samo preko vikenda, kad bi taj koeficijent iznosio 2/7. Treći korak: Proračun kapaciteta akumulatora i dnevnog punjenja Dakle, u prvom koraku izračunavaju se potrebe za energijom i određuju osnovni parametri sustava, a u drugom koraku proračunava se kapacitet akumulatora. Dnevna potreba za energijom izražena u Wh svodi se preko napona akumulatora na dnevno potrebne ampersate (Ah) koje mora osigurati akumulator (drugi redak Tablice 3.). U trećem retku tablice 3. uzima se u obzir i željeni broj dana autonomije sustava, objašnjen u drugom koraku. Sad je jasno da povećanje broja dana autonomije sustava povećava kapacitet baterija, odnosno, u konačnici, i cijenu sustava. Zato smo u ovom slučaju izabrali samo jedan dan autonomije Četvrti korak: Proračun broja potrebnih modula Kad su određene potrebe za dnevnom količinom energije u prvom koraku, zatim osnovni paramteri sustava u drugom koraku te kapacitet baterije i energija potrebna za dnevno punjenje baterija u trećem koraku - vrijeme je da u četvrtom koraku odredimo i broj potrebnih fotonaponskih modula. Slika 3.: Od fotonaponskog modula do fotonaponskog polja (postrojenja). sustava. U četvrtom retku tablice 3. pretpostavili smo da akumulator zbog održanja životnog vijeka želimo prazniti samo do polovice kapaciteta. Kapacitet realnog akumulatora je tako došao do 833 Ah. To će u konkretnom slučaju značiti da 4 baterijska sloga po 24V/220Ah spojena u paralelu daju ukupno 24V/880Ah (slika 2.). Na slici 2. prikazan je spoj pojedinih akumulatora u baterijskoj banci. Slijedom toga određuje se i potrebno dnevno punjenje QL, odnosno energija u Ah koja dnevno mora stići do stezaljki akumulatora. Time se osigurava projektirana potrošnja iz akumulatora. QL je ključan podatak u daljnjem proračunu jer određuje koliko energije moramo dobiti iz fotonaponskih modula, a time se, nakraju, određuje i broj modula. Kako je vidljivo u našem konkretnom primjeru, prema 5. retku tablice 3., da bismo iz akumulatora mogli „potrošiti“ 417 Ah, na stezaljke mu dnevno moramo dovesti punjenje od 509 Ah. Tablica 4. Očekivana dnevna proizvodnja energije iz 1 kWp fotonaponskih modula na poznatoj lokaciji, uz unaprijed određeni orijentaciju i nagib modula, prikazano po mjesecima. Ed - Očekivana dnevna proizvodnja (kWh) iz 1 kWp modula. Em - Očekivana mjesečna proizvodnja zkWh) iz 1 kWp modula. Hd - Prosječno dnevno osunčanje primljeno po kvadratnom metru modula (kWh/m2) Hm - Prosječno mjesečno osunčanje primljeno po kvadratnom metru modula (kWh/m2) 1-2/15 Spajanjem fotonaponskih modula u seriju dobiva se niz modula (engl. string). Takvim spajanjem u seriju zbrajaju se naponi modula u nizu, ali uz zadržavanje iste struje koja protječe kroz sve module. Koliko modula možemo spojiti u niz, odredit će maksimalan dozvoljeni ulazni napon uređaja na koji se moduli priključuju. Međutim, spajanjem nizova u paralelu zadržava se napon niza, a zbraja se struja nizova. Koliko se nizova smije spojiti u paralelu odredit će maksimalna ulazna struja uređaja na koji se moduli priključuju. Nekoliko nizova spojenih paralelno tvori fotonaponsko polje, odnosno fotonaponsko postrojenje, kako je to prikazano na slici 3. Za sustav projektiran u našem primjeru zasada znamo da prema akumulatoru trebamo dnevno dovesti 509 Ah. Za pretvaranje sunčevog svjetla u električnu energiju primijenit ćemo fotonaponske module snage 250 Wp, opisane u prošlom nastavku serije. Također, pretpostavit ćemo da nam 10 modula spojenih u niz (string) osigurava snagu fotonaponskog polja od 2500 Wp (10 x 250 Wp ). Za generator kao dodatni ili povremeni vanjski izvor odredili smo da će imati snagu približno jednaku snazi fotonaponskog polja. Stoga je izabran generator snage 3000 VA - uz pretpostavljeni jednosatni (1h) dnevni rad. Time će ukupni dnevni doprinos generatora biti oko 3000 Wh. Iz javnog internetskog servisa PVGIS (http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/), spomenutog u prošlom nastavku serije, došli smo do podatka s koliko kWh u pojedinom mjesecu možemo računati na ciljnoj lokaciji Vodica. Dakako, uz unaprijed zadanu orijentaciju i nagib modula s visokim stupnjem točnosti znat ćemo i koliko može proizvesti 1 kWp instaliranih fotonaponskih modula. Sve što smo dosad opisali u četvrtom koraku vodi nas prema tablici 5. U njoj 4 solarna struja 11 su prikazani svi podaci koji određuju naš fotonaponski sustav projektiran upravo za kuću u Vodicama. Tablica je dvodijelna i prikazuje dvije faze u izračunavanju svih podataka nužnih za oblikovanje djelotvorno sustava. Tako ćete lakše uočiti podatke do kojih možete doći izravno, na osnovu mjerenja koje su umjesto vas napravili drugi, pa ih lako možete preuzeti iz aplikacije na spomenutoj internetskoj adresi. Pritom podatke pod 1. i 2. unosite Vi, a sve ostalo ostalo predlaže aplikacija! Osam je podataka na osnovu kojih su u tablici 5. izrađeni proračuni: 1. Mikrolokacija objekta: okolica Vodica. 2. Orijentacija objekta: jugoistok, 35 stupnjeva otklonjeno od juga, nagib modula 30 stupnjeva. 3. Baza korištena za proračun dobivene električne energije: PVGIS-CMSAF. 4. Nazivna snaga fotonaponskog postrojenja: 1 kWp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 5. Očekivani, pretpostavljeni, gubici uzrokovani utjecajem temperature okoline: 10% 6. Očekivani, pretpostavljeni gubici zbog refleksije površina: 2.7% 7. Ostali pretpostavljeni gubici (kabeli, spojnice, izmjenjivač): 14.0% 8. Pretpostavljeni, očekivani zbirni gubici na kompletnom fotonaponskom sustavu: 24.7%. Tablica 5. prikazana je u dvije varijante gdje i gornji i donji dio imaju jednake osnovne podatke i formule, no u gornjem su dijelu podaci koje upisujete na osnovi zadanih parametara određnih projektom, dok su u donjoj, popunjenoj tablici upisani i svi izvedeni podaci na osnovi izračuna prema formulama. Za početak, u tablicu 5., u siva polja unijet ćete dosad poznate veličine: o snagu modula, o napon akumulatora, o broj modula u stringu, o potrebno dnevno punjenje u Ah, (određeno u drugom koraku), iz pomoćnog izvora u Wh te o energiju u Wh koju je u jednome danu moguće dobiti iz 1 Wp fotonaponskih modula. Ostali, neispunjeni reci tablice 5 (donji prikaz) izračunat će se iz polaznih podataka prema formulama u prvom (lijevom) stupcu. Račun se provodi za sve mjesece. Energiju pomoćnog izvora od 3000 Wh izražavamo u ampersatima (Ah) koji će u biti poslani akumulatoru iz generatora (QH; redak 7.). Pritom se uzima 10% veći napon baterije (1,1 US) jer to odgovara stvarnom stanju gdje se akumulator uvijek puni na višem naponu nego što mu je nazivni napon! U retku 8. definiramo koliko ampersati (Ah) mora biti proizvedeno iz fotonaponskih modula QPV - tako da se od dnevno potrebne energije punjenja akumulatora QL (izračunate u drugom koraku) oduzme energija koja će biti o energiju Tablica 5.: Proračun broja potrebnih modula - prva faza. Tablica 5.: Proračun broja potrebnih modula - druga faza. Ovdje prema formulama u lijevom dijelu tablice izračunavamo sve parametre s kojima dobivamo optimalan rezultat usklađen s potrebama, željama i mogućnostima investitora. 7 8 9 10 11 12 5 1-2/15 Foto: SCHRACK TECHNIK solarna struja 11 GORE: Malo veći otočni sustav s dva stringa po devet modula. 1-2/15 proizvedena u generatoru QH. U retku 10. računamo koliko se energije EDC-S izražene u Wh može dnevno dobiti iz jednog stringa koji sadrži nMS fotonaponskih modula. U 11. retku izražavamo dnevnu energiju proizvedenu iz jednog stringa (Wh iz 10. retka) - u Ah. Iznose navedene u zadnjem, 12. retku tablice 5., dobivamo tako da podatke o energiji koju moraju proizvesti fotonaponski moduli (QPV - 8. redak) podijelmo s brojkom za energiju koju može proizvesti jedan string (QS - 11. redak). Dobiveni broj nS je broj stringova koji mogu proizvesti potrebnu energiju QPV. Istodobno, taj najdonji redak tablice 5 zorno nam pokazuje koliko nam stringova (a time i modula) treba u pojedinom mjesecu da bismo ostvarili željenu proizvodnju energije iz fotonaponskih modula i time uspješno pokrili projektiranu potrošnju. Također, iz tablice 5. razabiremo da otočni fotonaponski sustav koji ima 1 string može pokriti potrebe objekta od travnja do rujna, uz uključivanje generatora do 1 sat na dan. Kad bismo htjeli pokriti cijelu godinu, morali bismo ili produžiti rad generatora ili povećati broj stringova s jednoga - na dva ili tri. No, za pokrivanje cijele godine bilo bi dobro analizirati i specifičnosti trošenja energije u hladnijim mjesecima. To je trenutak kad u procjenu obvezno uključujemo investitora i s njim razgovaramo što i koliko je u stvari spreman platiti! U ovom opisu našeg primjera namijenjenog objektu u Vodicama za- Slika 4.: Usklađenje napona fotonaponskih modula i ulaza izmjenjivača državamo se samo na jednom stringu s 10 modula koji pokriva projektirane energetske potrebe objekta od travnja do rujna, uz predviđen jednosatni dnevni rad generatora. Peti korak: Provjera usklađenosti komponenata Dosad smo definirali sljedeće komponente: o broj potrebnih fotonaponskih modula, o organizaciju 10 modula u jedan string i o baterijsku banku 880Ah, 24V. Sad moramo odabrati mrežni izmjenjivač na koji ćemo priključiti fotonaponske module. Kako je poznata snaga modula 2500 Wp, optimalan je mrežni izmjenjivač 2500 VA do 3000 VA. 6 solarna struja 11 Nije dobro pretjerivati sa snagom izmjenjivača u odnosu na snagu fotonaponskog polja, jer to naprosto nema smisla. Naime, pri znatno većoj snazi izmjenjivača u odnosu na fotonaponsko polje - smanjuje se i stupanj korisnog djelovanja sustava! Međutim, izuzetno je važno osigurati da napon niza (stringa) bude manji od ulaznog napona izmjenjivača. Na osnovi podataka o fotonaponskom modulu provjerava se napon pri najvećem osunčanju i pri najnižoj temperaturi modula u radu (iako se, srećom, ta dva stanja nikad ne događaju istodobno!). Pri takvim ekstremnim uvjetima bilo bi dobro da napon niza bude što bliži maksimumu dozvoljenog ulaznog napona mrežnog izmjenjivača, no ta se granica nipošto ne smije prijeći. Jer, izmjenjivač nema zaštitu od previsokog napona na ulazu i taj se njegov dio može lako štetiti. U praksi, pri maksimalnom osunčanju i minimalnoj radnoj temperaturi izabranog modula od 250 W, napon iz pojedinog modula neće prijeći 40 V, a time ni napon niza od 10 modula neće prijeći Slika 5.: Bidirekcijski pretvarač kao punjač baterija. 7 400 V. Kako je ulazni napon izmjenjivača 500 V, niz od 10 modula moguće je bez problema priključiti na izmjenjivač. Uz pravilno odabrani napon, treba osigurati da i struja modula (odnosno niza ili paralelnih nizova) bude niža od maksimalno dozvoljene struje ulaznog dijela odabranog mrežnog izmjenjivača. Ako je mrežni izmjenjivač jednake ili malo veće snage od snage fotonaponskog polja, većinom se taj povoljan odnos održava automatski. Za sustav u našem primjeru izabran je mrežni izmjenjivač od 2500 VA. Na redu je izbor bidirekcijskog pretvarača, uređaja koji smo detaljno opisali u ranijim nastavcima serije. Kako u sebi objedinjuje i punjač baterija i izmjenjivač, ključan je element koji omogućuje fleksibilnu prilagodbu sustava raznim vanjskim utjecajima, ali i stvarnim potrebama tijekom pogona. Izbor bidirekcijskog pretvarača određuje istosmjerni napon akumulatorske banke, u našem primjeru 24 VDC. Punjač bidirekcijskog pretvarača mora osigurati potrebnu istosmjernu struju punjenja akumulatora, a to je približno od 10% do 15% njegovog kapaciteta (slika 5.). U ovom primjeru bidirekcijski pretvarač mora osigurati istosmjernu struju punjenja od 90 A do 140 A. Kad u objektu trošila nisu aktivna, a baterija je prazna (energiju se ne može predati generatoru!), bidirekcijski pretvarač mora propustiti cjelokupnu snagu fotonaponskog polja. Smjer energije - uz neaktivna trošila pri punom osunčanju fotonaponskih modula - prikazan je na slici 6. Kad bi fotonaponsko polje bilo veće snage od snage koja može proći kroz punjač, dogodila bi se prorada zaštite punjača. Prorada zaštite punjača u uvjetima najvećeg osunčanja znači da baterije nije moguće puniti upravo u vrijeme kad sunca ima najviše - što zasiguno nije optimalno rješenje... Snagu punjača provjerava se množenjem napona punjenja akumulatora (koji je malo viši od nazivnog napona akumulatora, oko 28 V za bateriju od 24 V) s maksimalno dozvoljenom trajnom strujom punjača. Iz tehničkih podataka bidirekcijskih pretvarača Multiplus vidljivo je da se akumulatoru od 24 V nude dvije jedinice: o Multiplus 24 V / 3000 VA / struja punjača 70A i o Multiplus 24 V / 5000 VA / struja punjača 120A. Po kriteriju iznosa struje punjenja od 90 A do 140 A treba izabrati jedinicu od 5000 VA koja može dati struju punjenja Slika 6.: Provjera mogućnosti prolaska snage fotonaponskog polja kroz punjač prema baterijama. 1-2/15 solarna struja 11 akumulatora od 120 A. Snaga punjača te jedinice je 120 A x 28 V = 3360 VA, što je više od 2500 VA snage iz fotonaponskog polja. Dogodi li se da istodobno imamo ispražnjenu bateriju i neaktivna trošila, Multiplus 5000 će u tom slučaju bez problema propustiti prema baterijama i svu snagu fotonaponskog polja. Također, važno je provjeriti može li sustav u cjelini, s izabranim bidirekcijskim pretvaračem, na trošilima osigurati trajnu snagu zahtijevanu projektom. Prisjetimo li se prvog koraka gdje smo spomenuli kako se istodobno može dogoditi da nam se na objektu uključe sva trošila, s maksimalnom snagom (prema proračunu) od 6 kW, tada naš izabrani bidirekcijski pretvarač od svega 5 kVA može ipak nakratko dati i dvostruko više od svoje nazivne snage. Međutim, zatreba li zaista trajna snaga veća od 5 kW, sustav će automatski sam uključiti generator - kao dodatni vanjski izvor. Naime, bidirekcijski pretvarač ima u sebi transfer-sklopku koja u takvom slučaju omogućuje predavanje pune snage generatora (3000 VA) prema trošilima - uz istodobno predavanje 5000 VA iz baterija. Dakle, pokriće trajne snage trošila od 6 kW je neupitno, tim više što bidirekcijski pretvarač može kroz 60 sekundi dostaviti i dvostruku nazivnu snagu, dakle 10 kW (slika 7.). Zajedno s 3 kW dodatne snage iz generatora bit će to će sasvim dovoljno i za kratkotrajne zalete motora koji se uključuju na pojedinim na uređajima u objektu (rashladni kompresori, motori perilica...). Nakraju, slijedi i provjera usklađeno- sti akumulatora i bidirekcijskog pretvarača - kroz rad izmjenjivača unutar bidirekcijskog pretvarača. Kako smo u ranijim nastavcima opisali, akumulator određenog kapaciteta definira i maksimalnu snagu izmjenjivača koji je sastavni dio bidirekcijskog pretvarača. U primjeni, maksimalna snaga tog izmjenjivača mora biti tako odabrana da ne utječe štetno na životni vijek akumulatora. Ponovimo: o Priključimo li na akumulator „prejaki“ izmjenjivač, on će ubrzano trošiti i stariti bateriju. o Priključimo li pak na bateriju „preslabi“ izmjenjivač može se dogoditi da u trajnom radu, pri maksimalnom opterećenju, nećemo pokriti sve potrebe trošila. Općenito, vrijedi pravilo: kapacitet baterije (Ah) > 5h x Pizmj / Ubat Bidirekcijski pretvarač u našem primjeru ima ugrađeni izmjenjivač koji trošilima može trajno davati 5000 VA, dok bi akumulator na koji je spojen morao imati najmanji kapacitet od: 5h x Pizmj/Ubat = 5x5000 / 24 = 1042 Ah Slika 7.: Provjera osiguranja maksimalne trajne snage trošila 1-2/15 Kako u sustavu koji opisujemo imamo akumulator od 880 Ah, izmjenjivač koji bi trošila trajno hranio s 5000 VA značajno bi ubrzao starenje baterija. Očito, jedini izlaz iz te neugodne situacije bilo bi ograničenje potrošnje iz baterije, čime bi se i maksimalna snaga trošila ograničila na 4000 VA. Kad bismo trošila u trajnom radu 8 solarna struja 11 ograničili na snagu od 4000V A, zadovoljili bismo nužan uvjet: kapacitet baterije = 880 Ah > 5h x Pizmj / Ubat = 5 x 4000 / 24 = 834 Ah Slika 8.: Projektirani sustav kakav smo opisali u našem primjeru za objekt u Vodicama. To znači da izmjenjivač valja tako podesiti da iz baterija trajno crpi najviše 4000 VA, a čim zatreba veća snaga, automatski će se uključiti generator. Kratkotrajna, jednominutna opterećenja do 5000 VA (kolika je nazivna snaga bidirekcijskog pretvarača) nisu bitna za životni vijek baterije i smiju se događati. Već smo spomenuli da izmjenjivač bidirekcijskog pretvarača može tijekom 60 sekundi dati i dvostruku snagu od nazivne, dakle do 10 kW, što također neće smanjiti životni vijek baterija. Time smo u cijelosti definirali i uskladili sve komponente sustava koji je prikazan na slici 8. Tablica 6.: Cijene glavnih komponenti sustava Korak 6.: Susret investitora s realnošću Ovaj je korak sigurno najinteresantniji. Svaki se investitor mora zapitati: Koliko me to zapravo košta u izgradnji, koliki je trošak održavanja i konačno - kolika je zapravo cijena 1 kWh iz tog sustava? Krenimo redom: U tablici 6. je pregled glavnih komponenti sustava. Dakako, treba dodati i vrijednost rada i znanja, potrošni materijal, poneki dodatni element koji uvjetuje lokacija, no tablica ipak daje okvir za razmišljanje. Prema tablici 6., cijena novog postrojenja opisanog na ovim stranicama iznosi 84.643 kn. Pretpostavimo li da sustav radi 15 godina, da baterije (akumulator) treba zamijeniti svake 3 godine, što u navedenom razdoblju pretpostavlja četiri zamjene: 4 zamjene x 8 kom x 300€ = 9.600 €; 9.600€ x 7,66 kn/€ = 73. 536 kn . U proračun valja uključti i rad generatora. Pretpostavimo li da generator troši 7 kuna po svakom satu rada (7 kn/h) a 9 godišnje radi 1 sat dnevno, tijekom 200 dana: 7 kn/h x 1h x 200 dana x 15 god = 21. 000 kn. Kroz 15 godina, od nabavke sustava, ukupni trošak bit će: 179.179 kn Pretpostavimo da smo tijekom tih 15 godina električnu energiju trošili na sljedeći način: 10 kWh / dan x 200 dana x 15 god = 30.000 kWh. Tako stižemo i do cijene jednog kilovatsata (1 kWh) energije: 179.179 kn / 30.000 kWh = 5,97kn/ kWh. Dakako, netko može reći da je ova računica konzervativna... da akumulatori traju duže... da generator troši manje... ... da ima i jeftinijih komponenti… No, znamo li da je danas cijena 1 kWh energije kupljene od elektroopskrbljivača oko 1 kn/kWh, vidljivo je da kilovatsat iz otočnih fotonaponskih sustava košta mnogo više. Međutim, nitko ne krije kako je fotonaponski sustav potpuno opravdan samo na lokacijama gdje nema drugog izvora energije. Tamo je svaka struja koje nema - najskuplja. Ova kratka računica pokazuje nam i smjer u kojem treba ići. Očito je da su u cijeloj priči najskuplji akumulatori (baterije), a potom struja iz dopunskog generatora. No, integriramo li otočni sustav u javnu mrežu, iz proračuna bi mogle nestati baterije... Uklonimo li i generator (iako je ponegdje važan sigurnosni dodatak!), jer nužno dopunjavanje stiže iz naponske mreže - sva ostala elektronika bit će i dalje više-manje slična - i potrebna. Otočni fotonaponski sustav možemo projektirati tako da ne preuzima teret ukupne potrošnje kuće, već samo manji dio, trošeći izravno energiju proizvedenu u najpovoljnijem razdoblju. Sve što proizvedemo, sigurno ćemo i potrošiti. Takav je danas trend i u Europi. Ako smo se zbog javne mreže riješili generatora kao pomoćnog izvora, bilo bi dobro riješiti se i baterija kao najskupljeg i najzaostalijeg tehnološkog rješenja. Istina, nećemo biti potpuno samostalni, no energetske troškove možemo smanjiti zahvaljujući vlastitoj proizvodnji struje, koju ne moramo pohranjivati ni u baterije... Uspijemo li glavnu jednokratnu investiciju u sustav pokriti iz nekog fonda ili povoljnim kreditom, energija bi nas ipak mogla koštati manje negoli iz javne mreže. O tome u nekom od sljedećih nastavaka ovog serijala. (tt) Pripremio Josip Zdenković 1-2/15
© Copyright 2024 Paperzz
