Ostrovní systém VFE
Napsal: 31.10.2012 12:13
Ahoj,
nenašel jsem tu téma o ostrovním provozu solární elektrárny, tak bych ráz poskytl svých několik málo zkušeností z provozu malé sluneční elektrárny, která funguje výhradně v ostrovním systému.
Uvodem. Co budeme potřebovat.
1. Solární panely
Solární panely se dělí na několik skupin podle technologie výroby
Monokrystalické - dodávají nejvyšší výkon na plochu. Ovšem jsou citlivé na ideální náklon ke slunci, kde při svitu "z boku" dodávají menší výkony.
Polykrystalické - nedosahují takových výkonů při přímém svitu jako mono, ale zase nejsou tak citlivé na ideální sklon ke slunci. Dodávají vyšší výkon při svitu "z boku".
Amorfní - Moc se už nepoužívají. Ke stejnému výkonu jako předchozí panely potřebují 2x tak větší plochu. Díky tomu že zabírají více plochy dodávají více elektřiny při špatných podmínkách tzv "difůzním světle" ale není to žádný zázrak. cca o 5-10%.
Všechny typy panelů v součtu za rok dodávají téměř schodný výkon v kWh. Ovšem pro celoroční ostrovní provoz jsou vhodné poly a amorf, neboť v zimě bývá nedostatek energie a tyto panely jsou schopné o nějaké procento dodávat více při špatných podmínkách. V létě jsou přebytky tak jako tak, takže tam je to jedno.
Panely zapojené do série musí mít ochrannou obtokovou diodu. Při zastínění jednoho panelu by se ostatní snažili procpat proud přes něj a došlo by k jeho destrukci. V takovém případě proud projde diodou a panelu se nic nestane. Větší typy touto diodou bývají vybaveny již z výroby.
K montáži panelů se používají střešní háky nebo vruty (podle typu střechy) a hliníkové profily. Jen pro představu montáž dvou panelů na eternitovou střechu mě vyšla na 2 tisíce.
Elektřinu ze střechy vedeme pouze solárnímy kabely. Jsou odolné teplu a UV záření. Panely podle výrobce mají vývody na kabelech zakončené konektory. Tyco solarlok, mc4 atd. Většinou jsou stavěny pro průměr vodiče 6 mm. Problém je v lisování, originál kleště jsou drahé a při pokusech lisovat něčím jiným může dojít k destrukci celkem drahého konektoru. Já jsem zvolil metodu pájení.
Ideální orientace panelů je samozřejmě na jih. V celoročním provozu volíme sklon 49° protože v zimě jak už jsem psal je energie nedostatech a slunce je na obzoru níže. Tím docílíme většího výkonu v tomto období. Oproti tomu v létě je výkon poněkud nižší, ale to nevadí, protože v létě se méně svítí a slunečných dní je dost, takže i přebytků.
Nejlepší je použití sledovače, který otáčí panely kolmo k slunci celý den podle toho jak putuje po obloze. Problém je, že jsou celkem drahé a málo kdo má prostor na jeho umístění. Výkon se tak navýší cca o 30%
2. regulátor nabíjení
Protože solární panel je zdroj měkký a napětí nestálé (např u mě až 36V na jeden panel)je potřeba používat regulátor nabíjení. Ten hlídá napětí v systému (běžně 12, 24, 48V) a dobíjení bateríí. Při napojení panelů přímo na baterie dojde k jejich přebíjení, navýšení napětí v rozvodech a následnému odpojování spotřebíčů, nebo jejich destrukci .
Regulátory se také dělí
PWM - pulzní regulace, je to základní levný regulátor. Nedosahuje takové učinnosti jako následující protože pouze omezuje maximální napění a přebytky mění v teplo.
MPPT - (maximum power point tracking) regulátor je vlastně řízený DC DC step down měnič. Dochází ke konverzi napětí a tím se zvyšuje jeho účinnost. Dále ještě hledá optimální zatížení solárních panelů.
Solární panely mají svůj bod dodávaného napětí a proudu v kterém dosahují nejvyšší účinnosti. Tento bod se mění v závislosti na osvětlení a teplotě. MPPT regulátor tento bod neustále hledá a tím vytěžuje z panelů maximum.
Výsledek reálného testu:
MPPT: 3A x 19.5V = 58W
PWM: 3.3A x 12.2V = 40W
3. Baterie
Vyrobený proud je potřeba někam uskladnit na dobu kdy slunce nesvítí.
Dnes se používají 3 typy baterií
Olověné - celkem dobrá cena v přepočtu Kč/kW ovšem hnejhorší volba, i takzvané trakční deep cycle baterie trpí při hlubokém vybytí a při takovém provozu málokdy přežijí 300 cyklů než dojde ke ztrátě kapacity na nepoužitelnou mez. Při zachování rozumné životnosti se doporučuje využívat 20-30% jejich kapacity. Takže rázem je ze 150 Ah baterie jen 45 Ah baterie. Po tomto přepočtu už nákupní cena nevychází tak příznivě. I u bezúdržbových bateríí dochází k úbytku kyseliny a jednou za čas je jí potřeba násilně otevřít a dolít. Proto když už olověné baterie, tak jedině samostatné údržbové články s kapalným elektrolytem v průhledném obalu, kde je možnost kontroly elektrolitu i stavu elektrod nebo výměny samostatného článku. Řada olověných akumulátorů často končí na tom, že odejte jeden článek, který ale není možné vyměnit, tak se vyhazuje celá baterie.
Učinnost olověné je cca 75-80%. Tj pokud uložíme vyrobenou kilowatt hodinu můžeme odebrat pouze 0.8 Kilowatt hodin. Tento údaj často není nikde zmiňovaný.
Louhové baterie - NiCd a NiFe. Jsou léty prověřené, kdy 30 let staré baterie pracují dodnes. Nové jsou neskutečné drahé ovšem nechají se levně sehnat starší kusy, které po repasi stále mají cca 80% kapacity. Jsou to asi nejodolnější baterie. Nevadí jim přebíjení, hluboké vybití, nebo ponechání ve vybytém stavu. Jediné na co trpi louh je CO2 kterému je potřeba zamezit přístup. Jejich další předností je také jejich dlouhá životnost. Nevýhodou je asi nejnižší účínnost (nevím přesně kolik %) a ponekud nestandardní rozsah pracovního napětí.
lifeypo4 - novinka na trhu. Má udávaných 2000 cyklů při vybíjení na 80% a až po té začne kapacita klesat. Bohužel chybí dlouhodobé skušenosti. Zatím zkušenosti majitelů nasvědčůjí tomu, že to co udávají výrobci by mohla být pravda. mají vysokou účinnost 90%, nic se z nich neodpařuje jako z předchozím dvou typů (vyjma bezůdožbovým Pb), takže můžou být v místnostech. Jsou nejnáchylnější na provozní napětí. Při podbytí nebo přebíjení dochází spolehlivě k jejich destrukci. Proto je potřeba používat kvalitní regulátory nabíjení, balanční členy a odpojovače zátěže.
Volbu kapacity baterí je třeba počítat podle instalovaného výkonu panelů a spotřebičů. Každé baterie mají dané výrobce optimální nabíjecí a vybíjecí proud.
V současné době je nejvhodnější volbou sehnat starší louhové články, nebo zakoupit lifeypo4 samostatné články.
4. měniče napětí
Pokud by jsme nemohli napájet spotřebiče na 230V byla by nám elektrárna pouze celkem k ničemu, pouze na svícení a provoz stejnosměrných spotřebičů.
Měniče se dělí na dva typy. S čistý sinus a modifikovaný sinus. Modifikovaný je nevhodný. Spousta spotřebičů bude vrčet, nebo nebude pracovat vůbec. Měnič s čistým sinusem dodává stejný proud jako je v zásuvce, takže můžeme napáje jakýkoli spotřebič (pouze jsem zaslechl, že není dobré napájet spotřebiče, kde jsou tlumivky, jako jsou výbojky atd. Nevím co je na tom pravdy).
Volba měniče je čistě na finacních. Existují kvalitní výrobky a výrobky z číny, které mají své mouchy, které se nechají bastlením opravit. Čína je až o polovinu levnější, proto jí lidi často berou, upravují doma, nebo žijí s těma mouchama.
Pro napájení ledničky a motorů obecně je potřeba měnič dostatečně dimenzovat. Například k ledničce se doporučuje 1,5kW.
Veškeré instalace je třeba dělat pečlivě. Při sériovém zapojení panelů může být jejich výstup až 150V. Baterie ve zkratu dokáží dát obrovské proudy a to 25mm kabely hoří jak papír. Odfláknutou instalací bez jištění si klidně můžete zapálit střechu nad hlavou.
Poslední věc. Jak potvrzuje většina ostrovníků, bez zálohy se neobejdete. Protože může přijít několik dní špatného počasí kdy přes den vyrobíte sotva pár Wh. Takže centrála, ČEZ, vítr je potřeba.
Pro představu můj 400Wp systém měl problém v poslední pár zamračených dnes udržet v nonstop provozu router, switch a notebook v nostop provozu. Dnes od rána svítí, baterie jsou babité. Už jsem nabil veškeré akumulátorové spotřebiče a nevím co s přebytky.
Omluvte pravopisné chyby. Je možné že jsou zde určité nepřesnosti. Veškeré informace jsou čerpané z mypower.cz a dosavadních krátkých zkušeností. Na dotazy rád odpovím.
nenašel jsem tu téma o ostrovním provozu solární elektrárny, tak bych ráz poskytl svých několik málo zkušeností z provozu malé sluneční elektrárny, která funguje výhradně v ostrovním systému.
Uvodem. Co budeme potřebovat.
1. Solární panely
Solární panely se dělí na několik skupin podle technologie výroby
Monokrystalické - dodávají nejvyšší výkon na plochu. Ovšem jsou citlivé na ideální náklon ke slunci, kde při svitu "z boku" dodávají menší výkony.
Polykrystalické - nedosahují takových výkonů při přímém svitu jako mono, ale zase nejsou tak citlivé na ideální sklon ke slunci. Dodávají vyšší výkon při svitu "z boku".
Amorfní - Moc se už nepoužívají. Ke stejnému výkonu jako předchozí panely potřebují 2x tak větší plochu. Díky tomu že zabírají více plochy dodávají více elektřiny při špatných podmínkách tzv "difůzním světle" ale není to žádný zázrak. cca o 5-10%.
Všechny typy panelů v součtu za rok dodávají téměř schodný výkon v kWh. Ovšem pro celoroční ostrovní provoz jsou vhodné poly a amorf, neboť v zimě bývá nedostatek energie a tyto panely jsou schopné o nějaké procento dodávat více při špatných podmínkách. V létě jsou přebytky tak jako tak, takže tam je to jedno.
Panely zapojené do série musí mít ochrannou obtokovou diodu. Při zastínění jednoho panelu by se ostatní snažili procpat proud přes něj a došlo by k jeho destrukci. V takovém případě proud projde diodou a panelu se nic nestane. Větší typy touto diodou bývají vybaveny již z výroby.
K montáži panelů se používají střešní háky nebo vruty (podle typu střechy) a hliníkové profily. Jen pro představu montáž dvou panelů na eternitovou střechu mě vyšla na 2 tisíce.
Elektřinu ze střechy vedeme pouze solárnímy kabely. Jsou odolné teplu a UV záření. Panely podle výrobce mají vývody na kabelech zakončené konektory. Tyco solarlok, mc4 atd. Většinou jsou stavěny pro průměr vodiče 6 mm. Problém je v lisování, originál kleště jsou drahé a při pokusech lisovat něčím jiným může dojít k destrukci celkem drahého konektoru. Já jsem zvolil metodu pájení.
Ideální orientace panelů je samozřejmě na jih. V celoročním provozu volíme sklon 49° protože v zimě jak už jsem psal je energie nedostatech a slunce je na obzoru níže. Tím docílíme většího výkonu v tomto období. Oproti tomu v létě je výkon poněkud nižší, ale to nevadí, protože v létě se méně svítí a slunečných dní je dost, takže i přebytků.
Nejlepší je použití sledovače, který otáčí panely kolmo k slunci celý den podle toho jak putuje po obloze. Problém je, že jsou celkem drahé a málo kdo má prostor na jeho umístění. Výkon se tak navýší cca o 30%
2. regulátor nabíjení
Protože solární panel je zdroj měkký a napětí nestálé (např u mě až 36V na jeden panel)je potřeba používat regulátor nabíjení. Ten hlídá napětí v systému (běžně 12, 24, 48V) a dobíjení bateríí. Při napojení panelů přímo na baterie dojde k jejich přebíjení, navýšení napětí v rozvodech a následnému odpojování spotřebíčů, nebo jejich destrukci .
Regulátory se také dělí
PWM - pulzní regulace, je to základní levný regulátor. Nedosahuje takové učinnosti jako následující protože pouze omezuje maximální napění a přebytky mění v teplo.
MPPT - (maximum power point tracking) regulátor je vlastně řízený DC DC step down měnič. Dochází ke konverzi napětí a tím se zvyšuje jeho účinnost. Dále ještě hledá optimální zatížení solárních panelů.
Solární panely mají svůj bod dodávaného napětí a proudu v kterém dosahují nejvyšší účinnosti. Tento bod se mění v závislosti na osvětlení a teplotě. MPPT regulátor tento bod neustále hledá a tím vytěžuje z panelů maximum.
Výsledek reálného testu:
MPPT: 3A x 19.5V = 58W
PWM: 3.3A x 12.2V = 40W
3. Baterie
Vyrobený proud je potřeba někam uskladnit na dobu kdy slunce nesvítí.
Dnes se používají 3 typy baterií
Olověné - celkem dobrá cena v přepočtu Kč/kW ovšem hnejhorší volba, i takzvané trakční deep cycle baterie trpí při hlubokém vybytí a při takovém provozu málokdy přežijí 300 cyklů než dojde ke ztrátě kapacity na nepoužitelnou mez. Při zachování rozumné životnosti se doporučuje využívat 20-30% jejich kapacity. Takže rázem je ze 150 Ah baterie jen 45 Ah baterie. Po tomto přepočtu už nákupní cena nevychází tak příznivě. I u bezúdržbových bateríí dochází k úbytku kyseliny a jednou za čas je jí potřeba násilně otevřít a dolít. Proto když už olověné baterie, tak jedině samostatné údržbové články s kapalným elektrolytem v průhledném obalu, kde je možnost kontroly elektrolitu i stavu elektrod nebo výměny samostatného článku. Řada olověných akumulátorů často končí na tom, že odejte jeden článek, který ale není možné vyměnit, tak se vyhazuje celá baterie.
Učinnost olověné je cca 75-80%. Tj pokud uložíme vyrobenou kilowatt hodinu můžeme odebrat pouze 0.8 Kilowatt hodin. Tento údaj často není nikde zmiňovaný.
Louhové baterie - NiCd a NiFe. Jsou léty prověřené, kdy 30 let staré baterie pracují dodnes. Nové jsou neskutečné drahé ovšem nechají se levně sehnat starší kusy, které po repasi stále mají cca 80% kapacity. Jsou to asi nejodolnější baterie. Nevadí jim přebíjení, hluboké vybití, nebo ponechání ve vybytém stavu. Jediné na co trpi louh je CO2 kterému je potřeba zamezit přístup. Jejich další předností je také jejich dlouhá životnost. Nevýhodou je asi nejnižší účínnost (nevím přesně kolik %) a ponekud nestandardní rozsah pracovního napětí.
lifeypo4 - novinka na trhu. Má udávaných 2000 cyklů při vybíjení na 80% a až po té začne kapacita klesat. Bohužel chybí dlouhodobé skušenosti. Zatím zkušenosti majitelů nasvědčůjí tomu, že to co udávají výrobci by mohla být pravda. mají vysokou účinnost 90%, nic se z nich neodpařuje jako z předchozím dvou typů (vyjma bezůdožbovým Pb), takže můžou být v místnostech. Jsou nejnáchylnější na provozní napětí. Při podbytí nebo přebíjení dochází spolehlivě k jejich destrukci. Proto je potřeba používat kvalitní regulátory nabíjení, balanční členy a odpojovače zátěže.
Volbu kapacity baterí je třeba počítat podle instalovaného výkonu panelů a spotřebičů. Každé baterie mají dané výrobce optimální nabíjecí a vybíjecí proud.
V současné době je nejvhodnější volbou sehnat starší louhové články, nebo zakoupit lifeypo4 samostatné články.
4. měniče napětí
Pokud by jsme nemohli napájet spotřebiče na 230V byla by nám elektrárna pouze celkem k ničemu, pouze na svícení a provoz stejnosměrných spotřebičů.
Měniče se dělí na dva typy. S čistý sinus a modifikovaný sinus. Modifikovaný je nevhodný. Spousta spotřebičů bude vrčet, nebo nebude pracovat vůbec. Měnič s čistým sinusem dodává stejný proud jako je v zásuvce, takže můžeme napáje jakýkoli spotřebič (pouze jsem zaslechl, že není dobré napájet spotřebiče, kde jsou tlumivky, jako jsou výbojky atd. Nevím co je na tom pravdy).
Volba měniče je čistě na finacních. Existují kvalitní výrobky a výrobky z číny, které mají své mouchy, které se nechají bastlením opravit. Čína je až o polovinu levnější, proto jí lidi často berou, upravují doma, nebo žijí s těma mouchama.
Pro napájení ledničky a motorů obecně je potřeba měnič dostatečně dimenzovat. Například k ledničce se doporučuje 1,5kW.
Veškeré instalace je třeba dělat pečlivě. Při sériovém zapojení panelů může být jejich výstup až 150V. Baterie ve zkratu dokáží dát obrovské proudy a to 25mm kabely hoří jak papír. Odfláknutou instalací bez jištění si klidně můžete zapálit střechu nad hlavou.
Poslední věc. Jak potvrzuje většina ostrovníků, bez zálohy se neobejdete. Protože může přijít několik dní špatného počasí kdy přes den vyrobíte sotva pár Wh. Takže centrála, ČEZ, vítr je potřeba.
Pro představu můj 400Wp systém měl problém v poslední pár zamračených dnes udržet v nonstop provozu router, switch a notebook v nostop provozu. Dnes od rána svítí, baterie jsou babité. Už jsem nabil veškeré akumulátorové spotřebiče a nevím co s přebytky.
Omluvte pravopisné chyby. Je možné že jsou zde určité nepřesnosti. Veškeré informace jsou čerpané z mypower.cz a dosavadních krátkých zkušeností. Na dotazy rád odpovím.