Резервне живлення для сонячних енергосистем

Все більше домогосподарств оснащуються різними типами фотоелектричних систем. Сучасні фотоелектричні модулі вже здатні перетворювати близько 20% енергії сонця в електроенергію, що робить цей тип генерації електроенергії дуже привабливим.

Резервний генератор для сонячних систем без і з акумуляторним зберіганням

Серцем системи PV є інвертор. Існують мережеві, гібридні та автономні інвертори.

Мережеві та гібридні інвертори синхронізовані з публічною мережею та здатні подавати надлишкову енергію в публічну мережу.

Резервний генератор для сонячних систем не може замінити загальну електромережу для мережевих та гібридних інверторів, оскільки він не може поглинати надлишкову енергію. Зворотний зв'язок від інвертора може пошкодити генератор.

Винятком можуть бути інвертори, які мають додатковий вхід для генератора, де зворотний зв'язок може бути повністю запобігнутий за допомогою вбудованих датчиків струму. Однак такий генератор повинен мати параметри напруги, які є прийнятними для інвертора, що не завжди можливо з традиційним генератором електроенергії.

У разі відключення електроенергії резервний генератор у сонячній системі з мережевим інвертором повинен постачати електроенергію лише тим споживачам, які мають право на резервне живлення, при цьому інвертор та будь-яке існуюче змінне струмове сховище залишаються на стороні громадської електромережі та відключаються на всіх полюсах за допомогою перемикача, щоб генератор не працював паралельно з інвертором або сховищем змінного струму."

Схема підключення резервного джерела живлення 230В для сонячної системи при використанні інверторних генераторів без функції ATS:

Автоматичне переключення на резервне джерело живлення для споживачів електроенергії 230В також можливе при використанні генераторів з функцією ATS.

Схема підключення резервного джерела живлення 230В для сонячної системи з інверторним генератором KS 5500iES ATSR з зовнішнім блоком автоматичного ввімкнення резерву KS ATS 4/25 Inverter:

Схема підключення резервного джерела живлення 230В для сонячної системи з інверторним генератором KS 8100iE ATSR з зовнішнім блоком ATS KS ATS 4/25 Бензин:

Резервне джерело живлення у всіх описаних вище випадках становить 230В. Таким чином, майже всі споживачі електроенергії в будинку можуть бути забезпечені у разі відключення електроенергії. Трифазні споживачі (якщо вони є) повинні бути забезпечені окремо. Трифазні споживачі з електронним управлінням зазвичай потребують "чистої" синусоїди, яку звичайний генератор не може забезпечити. Більше інформації про резервне живлення 230В та 400В можна знайти в нашому інформаційному матеріалі.

Якщо генератор не буде встановлено на постійній основі або він розташований далеко від перемикача передачі, ми рекомендуємо використовувати наші унікальні інверторні генератори з внутрішнім модулем ATS. Однак це вимагає використання зовнішнього пріоритетного автоматичного перемикача передачі з одного боку.

Генератор контролює напругу в розетці, яка підключена перед вимикачем і захищена автоматичним вимикачем та ПЗВ або RCBO (захист від перевантаження та контакту в одному). Цю розетку без підключеного генератора можна використовувати як звичайну зовнішню розетку. Під час відключення електроенергії ця розетка знеструмлюється, що є критично важливим для автоматичного керування генератором (ATS). Це сигнал для запуску генератора.

Схема підключення резервного джерела живлення 230В для сонячної системи з інверторним генератором KS 6000iES ATS Version 2, в якій ВХІД МЕРЕЖІ контролює 230В, але не передає його на вихід у режимі очікування:

Генератор на схемі підключення не встановлений постійно, а підключається до попередньо встановленої розетки та входу CEE 230V 32A за потреби. Це означає, що генератор може також використовуватися в дорозі, якщо це необхідно. Звичайно, можлива і стаціонарна установка, але для цього потрібне відповідне приміщення та система відведення вихлопних газів.

Генератор підключений до N-сторони автоматичного перемикача, який має пріоритетне перемикання, тому коли основне живлення повертається, перемикач не перемикається на мережу одразу, а лише коли генератор вимикає свій вихід. Генератор KS 6000iES ATS версії 2 аналізує напругу на своєму з'єднанні MAINS INPUT приблизно 1 хвилину і лише тоді вимикає вихід, що дозволяє перемикання на основне джерело живлення. Це відповідає регламенту, згідно з яким автоматичний перемикач не повинен перемикатися на загальну електромережу одразу, а з затримкою в 1 хвилину.

Автоматична робота можлива лише з версією KS 6000iES версія 2 (без перемикання з ВХОДУ МЕРЕЖІ на вихід). Функцію ATS слід активувати, щоб генератор запускався автоматично, якщо в розетці більше немає напруги і, відповідно, більше немає напруги на ВХОДІ МЕРЕЖІ.

Гібридні інвертори з системою зберігання енергії на основі постійного струму від сонячних панелей переходять на резервний режим роботи у разі відключення електроенергії. При цьому використовується енергія, що постачається сонячними елементами та зберігається в накопичувачі енергії PV.

Сонячні системи з гібридним інвертором зазвичай мають акумуляторні батареї з меншими ємностями, оскільки вони призначені лише для зберігання надлишкової енергії для використання вночі тощо. Але що робити, коли сонце не світить і збережена енергія вичерпана? Тоді вам потрібен генератор.

У цьому випадку ми рекомендуємо заряджати накопичувач енергії (лише постійного струму) від резервного генератора, щоб гібридний інвертор міг продовжувати забезпечувати будинок, як зазвичай.

Зберігання енергії заряджається або від змінного струму генератора з зарядним пристроєм, або від генератора постійного струму. Зарядний пристрій або генератор постійного струму повинні відповідати системі зберігання енергії від сонячних панелей.

Схема підключення резервного джерела живлення для сонячної системи з інверторним генератором KS 6000iES ATS Версія 2, в якій ВХІД МЕРЕЖІ контролює 230В, але не передає його на вихід у режимі очікування.

Блок контролю напруги акумулятора відстежує напругу акумулятора і перериває подачу 230В на розетку Schuko, якщо напруга акумулятора падає нижче встановленого значення. Генератор запускається і подає змінну напругу на зарядний пристрій, який, у свою чергу, заряджає блок зберігання енергії для забезпечення достатньої енергії для інвертора.

KS 6000iES ATS оснащений літієвою батареєю, яка заряджається, коли на ВХОДІ МЕРЕЖІ присутня напруга 230В або коли генератор працює. Батарея завжди заряджена і готова до використання. Літієва батарея має невелику ємність, але високий пусковий струм і відносно швидко перезаряджається після запуску генератора.

УВАГА!
Така схема підключення можлива лише з генератором KS 6000iES ATS версії 2! Залежно від конструкції зарядного пристрою (залежно від коефіцієнта потужності та типу споживання струму), зарядна потужність за такою схемою може досягати 2-4 кВт.

У системах з управлінням енергією часто враховується лише процес заряджання накопичувача сонячної енергії контролером MPPT. Запитайте у виробника вашого інвертора, чи є технічно допустимим заряджання акумуляторного блоку від зовнішнього джерела постійного струму і чи не викликає це жодних помилок.

Такий джерело постійного струму має функціонувати як зарядний модуль з характеристикою IU, що робить використання чистого джерела постійної напруги неможливим. Такий зарядний пристрій або зарядний модуль повинен мати так звану "Точку Максимальної Потужності", де напруга знижується, коли вихідний струм досягає максимального значення. Завдання зарядного модуля полягає не в повному зарядженні акумулятора, а принаймні частковому, щоб можна було підтримувати живлення. Повне заряджання акумулятора здійснюється від сонячних панелей через контролер заряду.

Резервне джерело живлення шляхом зарядки акумуляторного сховища має очевидні переваги щодо споживачів електроенергії, які потрібно забезпечити. Електроенергія все ще подається з "чистою" синусоїдою, яку генерує інвертор. Максимальна потужність все ще визначається параметрами інвертора та енергетичного сховища. Генератору потрібно лише доповнити достатньою кількістю енергії.

У системах, де споживання електроенергії не є постійним (наприклад, у будинку або офісі), генератор не працює безперервно, а лише за потреби. Після того, як акумулятор заряджено до напруги, встановленої на моніторі акумулятора, генератор вимикається, і споживачі електроенергії отримують живлення від акумулятора через інвертор. Таким чином, можлива безперебійна подача електроенергії в довгостроковій перспективі, що є дуже важливим у разі тривалого відключення електроенергії. Генератор працює з перервами і також має час для охолодження. Паливо також використовується оптимально, оскільки двигун не повинен працювати без навантаження.

Інвертори для автономних систем не підключаються до загальної електромережі і постачають електроенергію лише підключеним споживачам. Ці інвертори працюють у поєднанні з накопичувачами постійного струму і зазвичай мають з'єднання для зовнішнього джерела змінного струму, яке може забезпечити електроенергію за потреби.

Залежно від налаштувань інвертора, це зовнішнє джерело змінного струму також повинно бути здатним забезпечити достатню енергію для зарядки акумулятора. У цьому контексті деякі інвертори мають додаткове налаштування, яке обмежує загальну потужність, яку інвертор може отримати від зовнішнього джерела змінного струму. Ця потужність потім розподіляється між зберіганням постійного струму в акумуляторі та споживачами енергії, які мають бути забезпечені.

Зарядка акумуляторів від джерела змінного струму з високою потужністю має особливості, які необхідно враховувати, особливо при використанні генератора. Реактивна потужність і перехідні процеси, що виникають під час зарядки, можуть пошкодити генератор.

Більшість зарядних пристроїв змінного/постійного струму або зарядних модулів мають імпульсоподібне споживання струму на стороні змінного струму та заряджають пристрій зберігання батареї імпульсоподібним чином:

Напруга змінного струму відображається жовтим кольором. У випадку зарядних пристроїв або модулів зарядки без корекції коефіцієнта потужності споживаються лише максимуми синусоїди.

Зарядка акумулятора через зарядний модуль, встановлений в інверторі, часто має ту ж саму проблему. Акумулятор заряджається надзвичайно імпульсивно:

Зліва жовтим кольором вказано напругу акумулятора, а справа - напругу мережі. Зеленим кольором позначено зарядний струм, виміряний на кабелі акумулятора під час зарядки через інвертор.

Зарядний струм таких модулів зарядки регулюється шириною імпульсу, що може погіршити проблему нерівномірного навантаження синусоїди:

Акумуляторна система сонячної електростанції заряджається зі швидкістю 100 імпульсів на секунду (при напрузі 50 Гц). У такому випадку систему не можна розраховувати лише за середньоквадратичними значеннями, необхідно також враховувати миттєві амплітуди.

Споживання імпульсного струму має коефіцієнт потужності 0,5-0,7, що може призвести до високої реактивної потужності. Якщо ви живите зарядний пристрій або зарядний модуль інвертора від мережі, це компенсується іншими споживачами електроенергії в мережі. Інакше це відбувається при використанні генератора.

Генератор і споживачі електроенергії утворюють замкнену систему, елементи якої впливають один на одного, і дуже важливо, щоб вони відповідали один одному, а система не коливалася.

Споживання струму імпульсного типу означає, що в найкращому випадку ви не можете використовувати більше половини номінальної потужності генератора, і необхідно вжити додаткових заходів проти гармонік, викликаних споживанням струму імпульсного типу, щоб стабілізувати ланцюг.

На практиці це часто призводить до нестабільної роботи зарядного модуля і навіть пошкодження генератора, такого як перегрів обмоток, поломка регулятора напруги або інверторного модуля.

У більшості випадків автономні інвертори перемикають зовнішнє джерело живлення та завантажують його імпульсами для зарядки власної системи зберігання сонячної енергії, що може спотворювати форму напруги звичайного генератора до такої міри, що це може вплинути на чутливих споживачів електроенергії.

Ми рекомендуємо використовувати інверторні генератори як зовнішнє джерело змінного струму для резервного живлення від автономних інверторів, які можуть набагато краще підтримувати форму напруги, що може бути дуже важливим для чутливих споживачів електроенергії.

Схема підключення резервного джерела живлення 230В для сонячної системи з інверторним генератором KS 6000iES ATS Версія 2, в якій ВХІД МЕРЕЖІ контролює 230В, але не передає його на вихід у режимі очікування:

Це рішення слід використовувати ТІЛЬКИ з автономними інверторами та енергетичними островами!

Інверторний генератор KS 6000iES ATS версії 2 запускається, як тільки блок контролю напруги акумулятора перериває напругу 230В, відгалужену від виходу інвертора до ВХОДУ МЕРЕЖІ генератора, і зупиняється, коли вона повертається.

Слід зазначити, що генератор повинен забезпечувати енергією як споживачів електроенергії, так і заряджати пристрій для зберігання електроенергії.

У випадку автономних рішень з автономним інвертором, накопичувач енергії (DC) може заряджатися генератором + зарядним пристроєм, так само як у системах з гібридними інверторами. Таким чином, трифазне електропостачання від інвертора може продовжувати працювати.

Схема підключення резервного джерела живлення для сонячної системи з інверторним генератором KS 6000iES ATS Версія 2, в якій ВХІД МЕРЕЖІ контролює 230В, але не передає його на вихід у режимі очікування:

Акумуляторна батарея постійного струму також може заряджатися безпосередньо від відповідного генератора постійного струму, якщо це технічно можливо для відповідної сонячної системи.

Приклад використання KS 48V-DC у рішенні для енергетичного острова:

Приклад використання KS 48V-DC з гібридним інвертором з накопичувачем енергії на 48V:

генератор постійного струму підключається безпосередньо до пристрою зберігання енергії на 48В для його прямої зарядки.

KS 48V-DC може самостійно контролювати напругу акумулятора або керуватися зовнішньо за допомогою "сухих" контактів.

Генератор запускається в режимі AUTO, коли досягається нижнє значення напруги 48В, заряджає акумулятор напругою до 54В і струмом до 70А, і вимикається, коли напруга досягає 53,5-54В, а зарядний струм падає нижче 20А. Генератор також може бути запущений і зупинений вручну або зовнішньо за допомогою контактів PF, що дозволяє різні застосування та інтеграцію в існуючі системи. Генератор не має власного акумулятора і використовує енергію з акумулятора для запуску в режимах AUTO та EXTERN CONTROL. Можливий також ручний запуск за допомогою ручного стартера.

Приклади підтримуваних акумуляторних систем зберігання на 48В постійного струму:

1. 4 AGM батареї, з'єднані послідовно, з діапазоном напруги приблизно 48-54В
2. Акумулятори з 14 літій-іонними елементами, з'єднаними послідовно, з діапазоном напруги приблизно 47-56 В
3. Акумулятори з 16 елементами LiFePo4, з'єднаними послідовно, з діапазоном напруги приблизно 48-54В
4. Акумулятори з 15 елементами LiFePo4, з'єднаними послідовно, з діапазоном напруги приблизно 45-51В (рекомендовано режим ЗОВНІШНЬОГО КЕРУВАННЯ).

Залежно від накопичувача енергії та інвертора, слід використовувати або режим AUTO, або режим ЗОВНІШНЬОГО КОНТРОЛЮ. Функція генератора полягає в тому, щоб служити резервним джерелом живлення і, за необхідності, завантажувати кілька кВт·год енергії в накопичувач постійного струму, щоб споживачі електроенергії, які живляться від інвертора, залишалися забезпеченими навіть тоді, коли від сонця надходить занадто мало енергії і без живлення від мережі DSO (рішення для енергетичного острова або відмова енергомережі). Отже, генератор зазвичай працює близько 1-2 годин і вимикається. Будинок живиться від накопичувача постійного струму, який також може компенсувати пікові навантаження, коли генератор працює.

Зазвичай будинок споживає лише кілька сотень ватт безперервно, і лише коли вмикається потужний пристрій, споживання електроенергії збільшується на кілька кВт, в цей момент енергія може надходити як від генератора, так і від акумуляторного сховища, оскільки вони працюють паралельно. Таким чином, споживання електроенергії може на короткий час перевищити потужність генератора, і електропостачання будинку може продовжуватися як зазвичай.

Генератор в режимі AUTO вимикається, коли струм падає нижче 20А. Час реакції приблизно 30 секунд. Якщо споживання електроенергії в будинку постійно перевищує 1 кВт, ми рекомендуємо використовувати режим EXTERNAL CONTROL або вимикати генератор вручну.

Завдяки різним режимам роботи, генератор може бути інтегрований у різні системи електропостачання.

Генератор постійного струму є значно економнішим у витраті пального та забезпечує безперервне резервне живлення протягом кількох днів, оскільки генератор працює з перервами і має достатньо часу для охолодження.

DC-генератор виконує ту ж функцію, що й сонячна панель + контролер заряду, і є набагато ефективнішим, ніж комбінація "AC-генератор + зарядний пристрій". Зарядний струм від DC-генератора не є імпульсним (є лише пульсація), і тому при тих самих максимумах досягається значно вища ефективна величина, що також дуже важливо для акумуляторів і контролерів BMS (для літієвих акумуляторів).

Генератор постійного струму має кілька обмоток та електронне управління, що робить вихідний струм значно плавнішим. Ось як виглядає зарядний струм (зеленим кольором) акумулятора LiFePo4 (екстремальний випадок) при струмі 40A та 70A (середньоквадратичне значення):

Пульсація вихідної напруги генератора постійного струму є низькою, що все ж може викликати пульсацію зарядного струму в акумуляторі LiFePo4. Зі збільшенням зарядного струму різниця між власною напругою акумулятора та напругою генератора зростає, що може призвести до зменшення пульсації зарядного струму.

Генератор постійного струму для зарядки акумуляторів є хорошим рішенням з усіх точок зору, і в деяких випадках немає кращої, якщо взагалі існує, альтернативи.

Кілька KS 48-DC можуть бути підключені паралельно для підвищення загальної продуктивності або для забезпечення електропостачання на триваліший період часу.

Усі KS 48-DC підключені до 48V шинопроводу, до якого також підключені інші джерела постійного струму, накопичувачі енергії та інвертори.

Залежно від необхідної потужності, певна кількість генераторів може бути активована зовнішнім управлінням, працювати почергово тощо.

Якщо всі генератори постійного струму, підключені до шини 48В, знаходяться в режимі AUTO, то запуститься лише один генератор, при цьому електроніка управління реагуватиме трохи раніше, а інші будуть запущені лише за необхідності, наприклад, якщо потужності від першого генератора недостатньо і напруга акумуляторного сховища продовжує знижуватися, або якщо в першому генераторі виникла несправність. Таким чином, генератори постійного струму, так би мовити, підтримуватимуть один одного, щоб підтримувати напругу на шині 48В.
Ця властивість є дуже важливою в системах, де потрібна потужність у кілька кВт. Ви просто використовуєте кілька KS 48-DC, щоб безпечно покрити потребу в потужності. При цьому частина генераторів може залишатися в резерві на випадок, якщо один з активних генераторів постійного струму вийде з ладу (наприклад, через відсутність бензину).

Ось приклад того, як використовувати кілька KS 48-DC одночасно:

Відмова від відповідальності

Ці інструкції можуть розглядатися лише як рекомендація, є ілюстративними і повинні бути адаптовані до конкретних місцевих обставин та умов під час встановлення. Саме встановлення має здійснюватися у відповідності до всіх стандартів та норм. Ми не несемо відповідальності за неправильне встановлення та його наслідки.