F O T O V O L T A I C K Ý O H Ř E V T U V S A K T I V N Í M P Ř I Z P Ů S O B E N Í M T Y P O V É Ř E Š E N Í 7,5 kwp / 7,5 kw / 0,75 m 3 A 1. T e c h n i c k á z p r á v a Vypracoval: Asolar s.r.o., Palliardiho 2a, 669 02 Znojmo Ing. Tomáš Vocílka, +420 736 625 020, tomas.vocilka@asolar.cz Ing. David Pytlík, +420 777 657 672, david.pytlik@asolar.cz Navržený systém ohřevu je duševním vlastnictvím Ing. Tomáše Vocílky a Ing. Davida Pytlíka a slouží pro potřeby realizace systémů fotovoltaického ohřevu firmou Asolar s.r.o a jejími smluvními partnery. Řešení je chráněno podaným užitným vzorem. Porušování práv vlastníka autorského práva bude stíháno dle platných právních předpisů.
1 Úvod Fotovoltaický ohřev je aktuální téma současnosti. Díky poklesu cen hlavních technologií a díky novým perspektivním směrům v oblasti impedančního přizpůsobení a optimalizaci se fotovoltaický ohřev stává více než jenom rovnoceným partnerem stávajících solárně-termických systémů. Cílem textu je popis systému fotovoltaického ohřevu s měničem. 2 Popis systému fotovoltaického ohřevu Níže popsaný systém se vyznačuje vysokou účinností přeměny světelné energie na tepelnou díky použití aktivního impedančního přizpůsobení DC/AC měničem (účinnost srovnatelná s běžným fotovoltaickým měničem). Problematika impedančního přizpůsobení je podrobně popsána v práci Optimalizace fotovoltaického systému pro přípravu teplé vody autorů Ing. Petr Wolf, Ing. Vítězslav Benda, CSc. http://elektro.tzb-info.cz/teorie-elektrotechnika/10697-optimalizace-fotovoltaickehosystemu-pro-pripravu-teple-vody 2.1 Součásti systému Systém fotovoltaického ohřevu se skládá z následujících částí: fotovoltaický generátor PV sériová či sério-paralelní kombinace fotovoltaických panelů (typicky jednotkového výkonu 250Wp, o rozměrech 1650x990x40mm) rozváděč RTF, obsahující jištění stringů panelů včetně přepěťové ochrany třídy B, hlavní vypínač přívodu zásobníku a signalizaci chodu vytápění zásobníku (signálka na dveřích rozváděče) DC/AC měnič INV s MPP vstupním obvodem impedanční přizpůsobení zásobníkový ohřívač s elektrickou topnou vložkou EO, s doplňkovým ohřevem (elektřinou z vnější sítě, topná voda kotle viz. výkres), s termostatem provozním a havarijním, čidlem nebo termostatem doplňkového ohřevu, teploměrem kabelová propojovací vedení 2.2 Funkce systému Stejnosměrný proud, produkovaný po rozednění jedním nebo více stringy sériově zapojených panelů, je přiveden do rozváděče RTF (jištění, vypínání, přepěťová ochrana). Následně je stejnosměrný proud přiveden na vstup měniče INV. Měnič je vybaven vstupním stejnosměrným obvodem, umožňujícím práci měniče v blízkosti optimálního pracovního bodu U mpp a I mpp pole fotovoltaických panelů ( maximum power point tracking MPPT, stabilizací pracovního napětí U mpp v oblasti pracovního bodu, apod.). Z měniče INV je přes hlavní vypínač zásobníku HV napojena topná vložka EO zásobníku (vypínač může být součástí rozváděče RTF). Blokování natápění zásobníku je zajištěno provozním termostatem BT1 a havarijním termostatem BT2, oba termostaty jsou přivedeny na příslušný blokovací vstup měniče INV. Po dosažení provozní či havarijní teploty v zásobníku měnič přeruší napájení topné vložky zásobníku.
Zásobníkový ohřívač je opatřen jímkou pro instalaci dvojitého termostatu BT1 a BT2. Dále je vybaven jímkou pro čidlo/termostat doplňkového ohřevu (kotel PK, elektrický příhřev) BT3. Tento příhřev zajišťuje základní zásobu teplé vody (40 C) nebo slouží pro ohřev zásobníku v solárně nedostatečných údobích (dodávka vytápění). Vzhledem k využití maximální kapacity akumulace zásobníku je natápění z fotovoltaického systému prováděno na maximální možné teploty. Pro zajištění bezpečné výstupní teploty topné vody do rozvodů domu bude za výstupem ze zásobníku osazena samočinná termostatická směšovací armatura (dodávka ZTI). Výstup ze zásobníku bude osazen pojistným přetlakovým ventilem (dodávka ZTI). Poznámka: použitý měnič pracuje s pulsně-šířkovou modulací výstupního napětí s taktovací frekvencí v řádu kilohertz (3,33 khz) = slyšitelné pásmo. Ve velice omezené míře mohou mechanické části topné vložky vydávat slyšitelný zvuk (minimalizováno velikostí nádrže a její izolací). Zdrojem případného dalšího akustického šumu mohou být ve slunných dnech chladící ventilátory měniče. Z toho důvodu není doporučena instalace v místě s pobytem osob, případně je potřeba učinit opatření na odclonění akustických šumů. 2.3 Fotovoltaický ohřev s přizpůsobením versus ohřev fototermický výhody a nevýhody Výhody fotovoltaiky: instalace fotovoltaických panelů je investicí do vlastní bezpečnosti a nezávislosti. Montáží dodatečného zařízení se systém ohřevu může stát plnohodnotnou hybridní elektrárnou, tedy zdrojem elektrické energie pro daný objekt navržený systém je zcela autonomní a nepotřebuje napájení z vnější elektrické sítě (nulové náklady na provoz systému), vhodné řešení pro ostrovní systémy, systém je funkční i v případě blackoutu. vysoký měrný výnos systému (kwh/kwp) srovnatelný s běžnou fotovoltaickou elektrárnou. Téměř dvojnásobný výnos oproti běžně dodávaným přímočinným fotovoltaickým systémům bez přizpůsobení (Logitex) srovnatelné náklady na pořízení nulové či minimální provozní náklady (bezúdržbové zařízení) technologická čistota, jednoduchá instalace nepřehřívání / nezamrzání systému (platí jen pro některé srovnávací fototermické systémy) téměř nulové ztráty při přenosu energie mezi panely a místem akumulace
funkční i při nízkých teplotách topný výkon elektrické vložky zásobníku není závislý na tepelném spádu v místě vložky, jasně definovatelný roční výnos Nevýhody fotovoltaiky: 3x větší plocha, zastavěná fotovoltaickým generátorem vyšší riziko poškození atmosférickým přepětím (doporučeny přepěťové ochrany, hromosvod) akustický šum měniče negativní vliv i částečného zastínění na celkový výnos nutná pečlivá analýza zastínění ve fázi návrhu 2.4 Parametry navrženého systému (vzorový projekt) Pozice: 48 50'01.5"N, 16 08'50.5"E Azimut panelů ( ) 189 Sklon panelů vůči horizontální rovině ( ) 38 E a - celková roční energie, realizovaná v topné vložce zásobníku EO (při zajištění 100% odběru), model PVGIS Em a - celková měrná roční energie, realizovaná v topné vložce zásobníku EO (při zajištění 100% odběru), model PVGIS (kwh) 8 120 (kwh/kwp) 1 083 P i - instalovaný výkon fotovoltaických panelů (kwp) 7,5 P inv - jmenovitý výkon měniče (kw) 7,5 P top - jmenovitý výkon topné vložky (kw) 7,5 S - celková plocha fotovoltaického generátoru (m 2 ) 51 V - objem zásobníkové nádrže (m 3 ) 0,75 Poznámka: předpokládaný energetický výnos navrženého systému pro jednotlivé měsíce roku je uveden na obrázku 1 (model PVGIS). Případ od případu může být použita redukce výkonu měniče o stupeň níže efektivnější využití měniče u nepříznivě orientovaného fotovoltaického systému.
obr. 1: tabulka předpokládaného výnosu systému pro jednotlivé měsíce (E m ), model PVGIS 2.5 Hranice dodávky Rozhraním dodávky budou vstupní/výstupní příruby na zásobníkové nádrži. Napojení na rozvod TUV (včetně směšovací armatury a pojistného přetlakového ventilu) provede profese ZTI, napojení na plynový kotel provede profese vytápění. Znojmo, 15.9.2014 Ing. Tomáš Vocílka
A 2. V ý k r e s o v á d o k u m e n t a c e