Rezervno napajanje za solarne energetske sisteme

Sve više domaćinstava je opremljeno različitim tipovima PV sistema. Moderni PV moduli već mogu da konvertuju oko 20% sunčeve energije u električnu energiju, što čini ovaj tip proizvodnje električne energije veoma privlačnim.

Rezervni generator za solarne sisteme bez i sa skladištem baterija

Srce PV sistema je inverter. Postoje on-grid, hibridni i off-grid inverteri.

On-grid i hibridni inverteri su usklađeni sa javnom mrežom i mogu da šalju višak energije u javnu mrežu.

Rezervni generator za solarne sisteme ne može zameniti javnu mrežu za on-grid i hibridne invertere jer ne može apsorbovati višak energije. Povratna struja iz invertera može oštetiti generator.

Izuzetak mogu biti inverteri koji imaju dodatni ulaz za generator, gde se povratna struja može 100% sprečiti ugrađenim senzorima struje. Međutim, takav generator mora imati naponske parametre koji su prihvatljivi za inverter, što nije uvek slučaj sa konvencionalnim generatorom.

U slučaju nestanka struje, rezervni generator u solarnom sistemu sa on-grid inverterom treba da napaja samo potrošače koji imaju pravo na rezervno napajanje, dok inverter i bilo koje postojeće AC skladište ostaju na strani javne mreže i isključuju se na svim polovima pomoću prekidača, kako bi se sprečilo da generator radi paralelno sa inverterom ili AC skladištem energije.

Dijagram povezivanja rezervnog napajanja od 230V za solarni sistem kada se koriste inverter generatori bez ATS funkcije:

Automatsko prebacivanje na rezervno napajanje za potrošače od 230V je takođe moguće kada se koriste generatori sa ATS funkcijom.

Dijagram povezivanja rezervnog napajanja od 230V za solarni sistem sa inverter generatorom KS 5500iES ATSR sa eksternom ATS jedinicom KS ATS 4/25 Inverter:

Dijagram povezivanja rezervnog napajanja od 230V za solarni sistem sa inverter generatorom KS 8100iE ATSR sa eksternom ATS jedinicom KS ATS 4/25 Benzin:

Rezervno napajanje u svim gore opisanim slučajevima je 230V. Na ovaj način, gotovo svi potrošači električne energije u kući mogu biti snabdeveni u slučaju nestanka struje. Trofazni potrošači (ako postoje) moraju biti snabdeveni odvojeno. Trofazni potrošači sa elektronskom kontrolom obično zahtevaju "čistu" sinusoidu, koju konvencionalni generator struje ne može generisati. Više informacija o rezervnom napajanju od 230V i 400V možete pronaći u našem informativnom materijalu.

Ako generator ne treba da bude trajno instaliran ili se nalazi daleko od prekidača, preporučujemo korišćenje naših jedinstvenih inverter generatora sa internim ATS modulom. Međutim, to zahteva korišćenje spoljnog prioritetnog automatskog prekidača na jednoj strani.

Generator prati napon u utičnici, koja je povezana pre prekidača i zaštićena prekidačem i RCD-om ili RCBO-om (zaštita od preopterećenja i kontakta u jednom). Ova utičnica bez povezanog generatora može se koristiti kao normalna spoljašnja utičnica. Ova utičnica je bez napona tokom nestanka struje i to je kritično za ATS kontrolu generatora. To je signal za pokretanje generatora.

Šema povezivanja rezervnog napajanja od 230V za solarni sistem sa inverter generatorom KS 6000iES ATS Verzija 2, u kojem MAINS INPUT prati 230V, ali ga ne prosleđuje na izlaz u režimu čekanja:

Generator na šematskom prikazu nije trajno instaliran, već je povezan na unapred instaliranu utičnicu i CEE 230V 32A ulaz po potrebi. To znači da se generator može koristiti i u pokretu ako je potrebno. Fiksna instalacija je naravno takođe moguća, ali za to vam je potrebna odgovarajuća prostorija i sistem za izduvavanje.

Generator je povezan na N-stranu automatskog prekidača, koji ima prioritetno prebacivanje, tako da kada se glavno napajanje vrati, prekidač se ne prebacuje odmah na mrežu, već tek kada generator isključi svoj izlaz. KS 6000iES ATS verzija 2 generator analizira napon na svom MAINS INPUT priključku oko 1 minut i tek tada isključuje izlaz i time omogućava prebacivanje na glavno napajanje. Ovo odgovara regulativi prema kojoj automatski uređaj za prebacivanje ne sme odmah prebaciti na javnu mrežu, već sa zakašnjenjem od 1 minuta.

Automatski rad je moguć samo sa verzijom KS 6000iES verzija 2 (bez prebacivanja sa MAINS INPUT na izlaz). ATS funkcija treba biti aktivirana kako bi generator automatski startovao ako više nema napona u utičnici i shodno tome više nema napona na MAINS INPUT.

Hibridni invertori sa PV DC sistemom skladištenja prelaze na rad u režimu rezervnog napajanja u slučaju nestanka struje. U tom procesu, energija koju obezbeđuju solarne ćelije i skladišti u PV skladištu se troši.

Solarni sistemi sa hibridnim invertorom obično imaju baterijski bank sa manjim kapacitetima, jer su oni namenjeni samo za skladištenje viška energije za korišćenje noću, itd. Ali šta raditi kada sunce ne sija i skladištena energija se potroši? Tada vam je potreban generator.

U ovom slučaju, preporučujemo punjenje skladišta energije (samo DC) iz rezervnog generatora kako bi hibridni invertor mogao nastaviti da snabdeva kuću kao i obično.

Skladište energije se puni ili iz AC generatora sa punjačem ili iz DC generatora. Punjač ili DC generator moraju odgovarati PV skladištu energije.

Šema povezivanja rezervnog napajanja za solarni sistem sa invertorskim generatorom KS 6000iES ATS Verzija 2, u kojoj MAINS INPUT prati 230V, ali ga ne prosleđuje na izlaz u režimu čekanja

Jedinica za kontrolu napona baterije prati napon baterije i prekida 230V do Schuko utičnice ako napon baterije padne ispod podešene vrednosti. Generator se pokreće i isporučuje naizmenični napon punjaču, koji zauzvrat puni jedinicu za skladištenje energije kako bi obezbedio dovoljno energije za invertor.

KS 6000iES ATS je opremljen litijumskom baterijom koja se puni sve dok je 230V prisutno na MAINS INPUT ili dok generator radi. Baterija je uvek napunjena i spremna za upotrebu. Litijumska baterija ima mali kapacitet, ali ima visok startni tok i relativno brzo se puni nakon pokretanja generatora.

PAŽNJA!
Takva šema kola je moguća samo sa generatorom KS 6000iES ATS verzija 2! U zavisnosti od dizajna punjača (u zavisnosti od faktora snage i tipa potrošnje struje), kapacitet punjenja prema takvoj šemi kola može biti do 2-4 kW.

U sistemima sa upravljanjem energijom, često se uzima u obzir samo proces punjenja PV skladišta od strane MPPT kontrolera. Pitajte proizvođača vašeg invertora da li je tehnički dozvoljeno punjenje baterijskog banke iz spoljnog izvora jednosmerne struje i da li to ne izaziva greške.

Takav izvor jednosmerne struje treba da funkcioniše kao modul za punjenje sa IU karakteristikom, što onemogućava korišćenje čistog izvora jednosmernog napona. Takav punjač ili modul za punjenje treba da ima takozvanu "Maksimalnu tačku snage" gde napon opada kada izlazna struja dostigne maksimalnu vrednost. Zadatak modula za punjenje nije da potpuno napuni bateriju, već barem delimično kako bi se napajanje moglo održati. Potpuno punjenje baterije se vrši iz solarnih panela preko kontrolera punjenja.

Rezervno napajanje punjenjem skladišta baterija ima jasne prednosti u pogledu potrošača energije koji se napajaju. Energija se i dalje isporučuje sa "čistim" sinusnim talasom koji generiše inverter. Maksimalna snaga se i dalje određuje parametrima invertera i skladišta energije. Generator samo treba da dopuni sa dovoljno energije.

U sistemima gde potrošnja energije nije konstantna (npr. kuća ili kancelarija), generator neće raditi kontinuirano, već samo po potrebi. Nakon što se baterija napuni do napona postavljenog na monitoru baterije, generator se isključuje, a potrošači električne energije se napajaju iz baterije preko invertera. Na ovaj način, dugoročno je moguća neprekidna isporuka energije, što je veoma važno u slučaju produženog nestanka struje. Generator radi sa prekidima i takođe ima vremena da se ohladi. Gorivo se takođe optimalno koristi jer motor ne mora da radi bez opterećenja.

Off-grid inverteri ne napajaju javnu mrežu i samo snabdevaju povezane potrošače električne energije. Ovi inverteri rade u kombinaciji sa DC skladištem energije i obično imaju priključak za spoljašnji AC izvor napajanja koji može obezbediti energiju kada je to potrebno.

U zavisnosti od podešavanja invertera, ovaj spoljašnji AC izvor takođe mora biti u stanju da obezbedi dovoljno energije za punjenje baterije. U tom kontekstu, neki inverteri imaju dodatno podešavanje koje ograničava ukupnu snagu koju inverter može povući iz spoljašnjeg AC izvora napajanja. Ova snaga se zatim deli između DC skladišta baterija i potrošača energije koji se napajaju.

Punjenje baterija sa visokom snagom iz AC izvora napajanja ima specifičnosti koje se moraju uzeti u obzir, posebno kada se koristi generator. Reaktivna snaga i prolazni procesi generisani tokom procesa punjenja mogu oštetiti generator.

Većina AC/DC punjača ili modula za punjenje ima potrošnju struje nalik impulsima na AC strani i puni uređaj za skladištenje baterije na impulsni način:

AC napon je prikazan u žutoj boji. U slučaju punjača ili modula za punjenje bez korekcije faktora snage, troše se samo maksimumi sinusnog talasa.

Punjenje baterije preko modula za punjenje instaliranog u inverteru često ima isti problem. Baterija se puni izuzetno impulsivno:

Na levoj strani u žutoj boji je napon baterije, a na desnoj je napon mreže. U zelenoj boji je struja punjenja merena na kablu baterije prilikom punjenja preko invertera.

Struja punjenja takvih modula za punjenje reguliše se širinom impulsa, što može pogoršati problem neravnomernog opterećenja sinusnog talasa:

Skladište energije PV sistema se puni sa 100 impulsa u sekundi (pri naponu od 50Hz). U takvom slučaju, sistem se ne sme računati samo sa RMS vrednostima, već se moraju uzeti u obzir i trenutne amplitude.

Impulsna potrošnja struje ima faktor snage od 0.5-0.7, što može dovesti do visoke reaktivne snage. Ako napajate punjač ili modul za punjenje invertera iz mreže, to se kompenzuje drugim potrošačima električne energije u mreži. To je drugačije kada koristite generator.

Generator i potrošači električne energije formiraju zatvoren sistem, čiji elementi utiču jedni na druge i veoma je važno da se međusobno uklapaju i da sistem ne oscilira

Impulsna potrošnja struje znači da, u najboljem slučaju, ne možete koristiti više od polovine nominalne snage generatora i moraju se preduzeti dodatne mere protiv harmonika uzrokovanih impulsnom potrošnjom struje kako bi se stabilizovao krug.

U praksi, to često dovodi do nestabilnog rada modula za punjenje, pa čak i oštećenja generatora kao što su pregrejane namotaje, pokvaren regulator napona ili inverter modul.

U većini slučajeva, off-grid inverteri prebacuju spoljni izvor napajanja i opterećuju ga u impulsima kako bi napunili svoj PV sistem za skladištenje, što može izobličiti oblik napona konvencionalnog generatora do te mere da može uticati na osetljive potrošače energije.

Preporučujemo korišćenje inverter generatora kao spoljnog AC izvora za rezervno napajanje iz off-grid invertera, koji mogu mnogo bolje održavati svoj oblik napona, što može biti veoma važno za osetljive potrošače električne energije.

Dijagram povezivanja 230V rezervnog napajanja za solarni sistem sa Inverter Generatorom KS 6000iES ATS Verzija 2, u kojem MAINS INPUT nadgleda 230V, ali ga ne prosleđuje na izlaz u režimu čekanja:

Ovo rešenje se koristi SAMO sa off-grid inverterima i energetskim ostrvima!

Inverter generator KS 6000iES ATS verzija 2 pokreće se čim jedinica za kontrolu napona baterije prekine 230V napon koji se odvaja od izlaza invertera do MAINS INPUT generatora i zaustavlja se kada se vrati.

Treba napomenuti da generator mora obezbediti energiju i za potrošače električne energije koji se napajaju i za punjenje uređaja za skladištenje električne energije.

U slučaju off-grid rešenja sa off-grid inverterom, skladište energije (DC) može se puniti pomoću generatora + punjača, baš kao u sistemima sa hibridnim inverterima. Na taj način, trofazno napajanje iz invertera može nastaviti da radi.

Dijagram povezivanja rezervnog napajanja za solarni sistem sa Inverter Generatorom KS 6000iES ATS Verzija 2, u kojem MAINS INPUT nadgleda 230V, ali ga ne prosleđuje na izlaz u režimu čekanja:

DC baterijsko skladište može se takođe puniti direktno iz odgovarajućeg DC generatora ako je to tehnički moguće za odgovarajući PV sistem.

Primer korišćenja KS 48V-DC u rešenju ostrva energije:

Primer korišćenja KS 48V-DC sa hibridnim inverterom sa 48V skladištem energije:

The direktni strujni generator je povezan direktno sa 48V skladištem energije kako bi ga direktno punio.

KS 48V-DC može ili sam nadgledati napon baterije ili biti kontrolisan eksterno putem „suvih” kontakata.

Generator se pokreće u AUTO režimu kada se dostigne donja vrednost napona od 48V, puni bateriju naponom do 54V i strujom do 70A i isključuje se kada napon dostigne 53.5-54V i struja punjenja padne ispod 20A. Generator se takođe može pokrenuti i zaustaviti ručno ili eksterno putem PF kontakata, omogućavajući različite primene i integraciju u postojeće sisteme. Generator nema svoju bateriju i koristi energiju iz baterije koja se napaja za pokretanje u AUTO i EXTERN CONTROL režimu. Ručno pokretanje povlačenjem startera je takođe moguće.

Primeri podržanih 48V DC skladišta baterija:

1. 4 AGM baterije povezane u seriju sa naponskim opsegom približno 48-54V
2. Baterije sa 14 LiIon ćelija povezanih u seriju sa naponskim opsegom približno 47-56V
3. Baterije sa 16 LiFePo4 ćelija povezanih u seriju sa naponskim opsegom približno 48-54V
4. Baterije sa 15 LiFePo4 ćelija povezanih u seriju sa naponskim opsegom približno 45-51V (preporučen EXTERNAL CONTROL režim).

U zavisnosti od skladišta energije i invertera, treba koristiti ili AUTO ili EXTERNAL CONTROL režim. Funkcija generatora je da služi kao rezervni izvor energije i, po potrebi, da napuni nekoliko kWh energije u DC skladište baterija kako bi potrošači energije koje napaja inverter ostali napajani čak i kada ima premalo energije od sunca i bez napajanja iz DSO mreže (rešenje ostrva energije ili kvar mreže). Tako generator obično radi oko 1-2 sata i isključuje se. Kuća se napaja iz DC skladišta baterija, koje takođe može kompenzovati vrhove potrošnje kada generator radi.

Kuća obično troši samo nekoliko stotina vati kontinuirano, a samo kada se uključi snažan uređaj, potrošnja električne energije raste za nekoliko kW, u tom trenutku energija može dolaziti i iz generatora i iz skladišta baterija jer oba rade paralelno. Na ovaj način, potrošnja energije može kratko vreme premašiti izlaz generatora i napajanje kuće može nastaviti kao obično.

Generator u AUTO režimu se isključuje kada struja padne ispod 20A. Vreme reakcije oko 30 sekundi. Ako je potrošnja energije u kući konstantno iznad 1 kW, preporučujemo korišćenje EXTERNAL CONTROL režima ili ručno isključivanje generatora.

Zahvaljujući različitim režimima rada, generator se može integrisati u različite sisteme napajanja.

DC generator je mnogo efikasniji u potrošnji goriva i omogućava neprekidno rezervno napajanje nekoliko dana jer generator radi u prekidima i ima dovoljno vremena da se ohladi.

DC generator obavlja istu funkciju kao solarni panel + kontroler punjenja i mnogo je efikasniji od kombinacije "AC generator + punjač". Struja punjenja iz DC generatora nije impulsna (postoji samo nabor) i tako se na istim maksimumima postiže mnogo viša efektivna vrednost, što je takođe veoma važno za baterije i BMS kontrolere (za litijumske baterije).

DC generator ima više namotaja i elektronsku kontrolu, što čini izlaznu struju mnogo glatkijom. Ovako izgleda struja punjenja (u zelenom) LiFePo4 baterije (ekstremni slučaj) pri struji od 40A i 70A (efektivna vrednost):

Nabor napona na izlazu DC generatora je nizak, što ipak može izazvati nabor struje punjenja u LiFePo4 bateriji. Kako se struja punjenja povećava, razlika između sopstvenog napona baterije i napona generatora se povećava, što može dovesti do smanjenja nabora struje punjenja.

DC generator za punjenje baterija je dobro rešenje iz svih aspekata i u nekim slučajevima nema bolje, ako uopšte postoji, alternative.

Više KS 48-DC može biti povezano paralelno kako bi se povećala ukupna performansa ili obezbedilo napajanje za duži vremenski period.

Svi KS 48-DC su povezani na 48V sabirnicu, na koju su povezani i drugi DC izvori, skladišta energije i inverteri.

U zavisnosti od potrebne snage, određen broj generatora može biti aktiviran spoljašnjom kontrolom, raditi naizmenično, itd.

Ako su svi DC generatori povezani na 48V sabirnicu u AUTO režimu, samo jedan generator će se pokrenuti, pri čemu će kontrolna elektronika reagovati malo ranije, a ostali će se pokrenuti samo ako je potrebno, npr. ako snaga iz prvog generatora nije dovoljna i napon baterijskog skladišta nastavi da opada, ili ako se dogodi kvar u prvom generatoru. Tako će DC generatori, da tako kažemo, podržavati jedni druge kako bi održali napon na 48V sabirnici.
Ova karakteristika je veoma važna u sistemima gde je potrebno nekoliko kW snage. Jednostavno koristite nekoliko KS 48-DC da bezbedno pokrijete potrebu za snagom. Deo generatora može ostati kao rezerva u slučaju da jedan od aktivnih DC generatora doživi kvar (npr. ostane bez goriva).

Evo primera kako koristiti više KS 48-DC odjednom:

Odricanje od odgovornosti

Ova uputstva se mogu smatrati samo preporukom, ilustrativna su i moraju se prilagoditi tačnim lokalnim okolnostima i uslovima tokom instalacije. Sama instalacija treba biti izvršena u skladu sa svim standardima i propisima. Ne preuzimamo odgovornost za pogrešne instalacije i njihove posledice.