Robert Mořkovský Solární Panely.CZ, s.r.o.

Transkript

1 Hybridní fotovoltaické elektrárny HFVE, ostrovní systémy, energetická bezpečnost a soběstačnost, ochrana proti blackoutu, řízení vytápění a přípravy TUV podle předpovědi počasí, snižování spotřeby, nezávislost na růstu cen energií, chytré domy, chytré lokální distribuční soustavy lokální a decentralizované chytré sítě, minigrids, rozšíření stávajících FVE na HFVE, elektromobilita, monitoring, návrh řešení na míru, regulace obnovitelných zdrojů, úspory energií Robert Mořkovský Solární Panely.CZ, s.r.o.

2 Základní typy fotovoltaických systémů 1. ON-GRID FVE (Síťové fotovoltaické elektrárny) - všechny paralelně připojené systémy k DS - nutnost povolení distributora - ON-GRID FVE, Backup FVE, AC-Coupling HFVE - nesplňují podmínku galvanického oddělení 2. OFF-GRID, (Ostrovní systémy) - chaty, ostrovy, mobilní zařízení, lodě, auta - objekty bez přípojky elektřiny 3. HYBRID (Grid Interactive) (Hybridní systémy) - Hybridní fotovoltaické elektrárny (HFVE) - Chytré sítě (Smart Grid) - Chytré lokální distribuční soustavy (Smart LDS)

3 Hybridní systém versus ostrovní systém. Základní funkcí hybridních měničů je možnost maximálního energie z obnovitelných zdrojů a nastavení směru toku vyrobené elektřiny do nebo z distribuční soustavy, ukládání v akumulátorech nebo její přímé spotřebě založené na inteligentním řízení dle aktuální celkové energebcké bilance objektu. Hybridním provozem měniče se obecně rozumí především schopnost hybridního měniče pracovat SOUČASNĚ v on grid ( grid Qe ) a zároveň v off grid režimu. Hybridní měnič je tedy narozdíl od ostrovního měniče, který jen PŘEPÍNÁ mezi provozem z akumulátorů nebo síg, schopen plynule a současně v reálném čase regulovat množství energie odebírané ze sítě nebo z akumlátorů, což je jeho nejpodstatnější a nejvíce využívanou funkcí.

4 Hybridní FVE s DC vazbou HFVE (DC Coupling) Vhodný systém pro vlastní spotřebu pokud není povolena dodávka do sítě Efek6vní a plynulá minimalizace spotřeby ze sítě ve prospěch vlastní vyrobené energie Spolehlivé zajištění dodávky elektřiny v případě výpadku sítě integrovaná funkce UPS Rychlý přechod do ostrovního režimu při výpadku sítě (8 15 milisekund)!!!

5 Hybridní FVE s AC vazbou (AC Coupling) Zálohování všech spotřebičů v domácnosb OpQmalizace vlastní spotřeby s plným zálohováním FVE a spotřebičů (AC Coupling) Důraz na použio ekvivalentního síťového a hybridního střídače Ideální pro vlastní spotřebu opbmalizovánou s použiem externího (SCADA systému) PLC Správně navržený systém pokryje v případě výpadku sítě kompletní energe6cké požadavky objektu

6 Hybridní (ostrovní) 3 fázová síť pro náročné aplikace 3 x 400 Vac 3 fázová soustava pro náročné provozy Ostrovní a hybridní systémy do výkonu 1 bloku až 72kVA Možnost neomezeného paralelního skládání více 72kVA bloků

7 Nový energetický zákon (NEZ)

8

9

10 Paralelní připojení vs. galvanické oddělení Paralelně připojený (propojený) / Oddělený (galvanicky)

11

12 Hybridní DC coupling fotovoltaické systémy v ČR Výhody nezávislost na růstu cen energií a výpadcích DS maximální zužitkování vlastní vyrobené energie (100%) možnost kombinace FV systému s el. přípojkou Hybridní DC Coupling FVE (HFVE) je prokazatelně galvanicky oddělena od DS negabvně neovlivňuje parametry kvality DS mimo stanovené meze možnost provozovat DC Coupling HFVE bez získání povolení o připojení k DS a bez licence na výrobu elektřiny návratnost invesbce většinou do cca 8 15B let bez Zeleného Bonusu, bez dalšího papírování Nevýhody vyšší pořizovací náklady než u FVE (Neporovnává se skutečně využitá elektřina pro vlastní spotřebu, běžná FVE bez dalšího řízení přetoků dodává většinou do sítě více než 50% celkové výroby)

13 Hybridní provoz typu AC nebo DC Coupling? U hybridních systémů typu AC Coupling není možné zajistit nulové přetoky do DS a jedná se tedy o paralelní připojení výrobny s DS. Galvanicky oddělené Paralelně připojené (propojené) U hybridních systémů typu DC Coupling je z principu fungování fyzikálně možné zajistit plné galvanické oddělení od DS a současně tak zcela zamezit jakýmkoliv přetokům do DS včetně nutného vyloučení negativních vlivů na parametry kvality DS.

14 Základní rozdělení on-grid a hybridních střídačů dle typu připojení k síti a vlivu na distrubuční soustavu 1. Střídač FVE bez transformátoru (TL Transformerless) - je přes domovní rozvody paralelně připojen k DS 2. Střídač FVE s transformátorem - je galvanicky oddělen od DS, bohužel není možné zcela vyloučit přetoky do DS. - možnost ovlivňování DS nepovolenou dodávkou nutné povolení distributora 3. Střídač HFVE bez transformátoru (HF High Frequency) - není od DS galvanicky oddělen (chybí trafo) - z principu může negativně ovlivňovat DS vyššími harmonickými frekvencemi (HF) 4. Střídač HFVE s transformátorem (LF Low frequency) - je prokazatelně galvanicky oddělen od DS, - z principu lze zcela zamezit přetokům do DS - negativně neovlivňuje DS (naopak ji vyrovnává) - minimální rušení DS vyššími harmonickými frekvencemi

15 Řešení nežádoucích vlivů na DS pomocí LF hybridního měniče napětí Studer Innotec. Moderní hybridní LF měniče umí na 100% udržet směr toku proudu jedním směrem. - žádné přetoky do DS - stále stejný směr proudu - nehrozí rušení parametrů kvality DS mimo stanovené meze Graf závislosti výstupního proudu Iac-out, na vstupním proudu Iac-in v běžném RD.

16 Vstupní AC in / výstupní AC out - Napětí AC-IN ze sítě je v režimu SmartBost vždy vyšší než AC-Out a tím pádem nedochází k přetoku do DS.

17 DC Coupling hybridní fotovoltaické elektrárny (HFVE) Hybridní měniče plní funkci záložních zdrojů UPS s - důraz na využití obnovitelných zdrojů pro domácí spotřebu Důvodem k jejich používání je také známý fakt, že elektřina je z fotovoltaických panelů získávána pouze přes den s výkonovou špičkou v maximu kolem poledne. Výroba takové elektrické energie ale značně kolísá a není téměř nikdy v souladu s aktuální spotřebou v objektu. Pro překonání tohoto rozdílu mezi přes den vyrobenou elektřinou a elektřinou, která je potřeba večer, v noci a ráno kdy naopak není vyráběna elektřina žádná, je třeba energii krátkodobě skladovat pro pozdější využití a zároveň ideálně řídit spotřebu elektřiny v domácnosti pomocí lineárního řízení zdrojů vytápění/chlazení se současnou akmulací tepelné energie ve straifikačních zásobnících topné vody s možností kombinace s komfortnější průtokovou přípravou TUV, případně připojení externích výměníků tepla pro bazény, pasivní chlazení, atd. Graf závislosti výroby elektřiny, spotřeby elektřiny a nákupu elektřiny ve větším RD.

18 Aplikace metody lineárního řízení zátěží dle aktuálního výkonu z FV panelů Graf závislosti výroby elektřiny, spotřeby elektřiny a nákupu elektřiny ve větším RD.

19 Napětí AC-In a AC-Out při souvislém 19h blackoutu ( ) Průběh Kapacita kapacity při akumulátoru souvislém 19h 1000Ah/48V blackoutu ( )

20 Prioritní energie z obnovitelných zdrojů / s využi@m sítě 1. Priorita používání energie přímo z obnovitelných zdrojů, když OZE nestačí zbytek se odebere ze sítě 2. V případě nedostatku záření možnost nabíjení baterií ze sítě v NT

21 Prioritní energie z obnovitelných zdrojů / při výpadku sítě z baterie 1. Použití energie přímo z obnovitelných zdrojů. 2. Když OZE nestačí zbytek se odebere ze sítě 3. V případě nedostatku záření možnost nabíjení baterií ze sítě v NT 4. V případě výpadku DS se využije uložená energie z baterie

22 MožnosQ rozšíření stávajících FVE na HFVE

23 Řízení nákupu elektřiny dle HDO v NT v době nedostatečného množství záření

24 Ukládání energie pro pozdější při vysoké výrobě a malé spotřebě

25 Ideální průběh poměru výroby/spotřeby v RD s pomocí lineárního řízení výkonu TČ s invertorem (0 10V) s akumulací tepla do vody dle aktuálních přebytků elektřiny z HFVE.

26 Rozložení spotřeby tepla a elektřiny v rezidenčních budovách Zdroj:

27 Ukládání tepelné energie do vody řízením TČ dle slunečního svitu

28 Příklad přifázování k síq (Grid Qe) v režimu SmartBoost

29 Příklad přechodu do ostrovního režimu (Off Grid)

30 Řízení nákupu elektřiny dle HDO a dle předpovědi počasí na další den

31 Řízení nákupu elektřiny dle predikce spotřeby a aktuálních cen na burze h h h h

32 RD s vysokou mírou nezávislosq na vnějších energiích - HFVE 9,55kWp - výroba cca 11,0 MWh/rok - roční nákup ze sítě - spotřeba 3,1 MWh/rok - spotřeba elektřiny celkem - celkem 14,1 MWh/rok - vypočtená tepelná ztráta RD 13,6kW při 8 C - žádná plynová přípojka - topení pouze elektřinou TČ vzduch-voda do akumulačního zásobníku - doplňkově topení a ohřev TUV dřevem v krbu v zimě (cca 1x týdně) Celková míra nezávislosti RD cca 78%

33 Příklad běžného provozu RD v hybridním režimu (SmartBoost) - vysoká odolnost proti přetížení a následným výpadkům oproti ostrovním střídačům - rozdíl chybějící energie se okamžitě odebere ze sítě

34 Příklad současného energie ze sítě a z měničů bez důsledku výpadku měniče při pře@žení (souběhu vysoké spotřeby) - Vysoká odolnost proti přetížení - Možnost nastavení max. vstupního proudu pro zabránění výpadku jističe při přetížení

35 Příklad vyrovnané denní výroby a spotřeby díky lineárnímu řízení výkonu TČ. - Denní výroba - Denní spotřeba

36 Příklad vysoké míry nezávislosq na externích energiích v podzimních dnech - Nízký nákup ze sítě

37 14 Q denní průběh kapacity akumulátoru 1000Ah/48V - výhoda vyšších kapacit akumulátorů (častá změna počasí) - možnost využití vyrobené energie v delším časovém období - vyšší nezávislost na výpadcích sítě a změnách počasí - vysoký počet cyklů při minimálním vybíjení

38 Minimalizace vybíjecích cyklů akumulátoru pomocí lineárního řízení zátěží

39 Reálné přípojky elektřiny 1x25A v RD s HFVE 9,55 kwp a TČ 10kW (03/2015)

40 Průměrné vybíjení akumulátoru v RD s HFVE 9,55 kwp a lineárním řízením TČ 10kW (03/2015) Průměrné vybíjení 166 Ah x 48V = 7,96kWh Při vybíjení do 50% kapacity 7,96kWh x 2 = 15,9kWh akumulátor 15,9kWh / 48V = 332Ah/48V

41 Průměrná spotřeba (kva) v RD s HFVE 9,55 kwp a TČ 10kW vzduch voda (03/2015) Celková míra energetické nezávislosti 03/2015 cca 50%

42 HFVE (Hybridní FVE) 10kWp / 8kW 1f (DC Coupling) + tepelné čerpadlo vzduch/voda 10 kw (ČR) HFVE řídí lineárně tepelné čerpadlo dle počasí. Optimální ukládání přebytků z fotovoltaiky do stratifikačního zásobníku s integrovaným kondenzátorem chladiva.

43 HFVE (Hybridní FVE) 29,9kWp / 24kW 3f DC Coupling (ČR)