1/60 Fotovoltaika systémy rozdělení grid on (do sítě) grid off (autonomní) prvky FV systémů akumulace
Rozdělení FV systémů 2/60 grid on systémy FV systém je napojen na nadřazenou elektrickou síť dodává plně nebo částečně do sítě net-metering elektrická síť jako nekonečný akumulátor grid off systémy systém není napojen na nadřazenou elektrickou síť dodává zcela do budovy (aplikace) doplněn akumulací
Rozdělení FV systémů 3/60
Rozdělení FV systémů 4/60
Grid on systémy 5/60 1 panely 2 junction box 3 střídač 4 měření 5 napojení na síť 6 spotřebiče
Napětí FV pole: seriové zapojení 6/60
Napětí FV pole: paralelní zapojení 7/60
Napětí FV pole: kombinované zapojení 8/60
Střídač (měnič) 9/60 převod DC elektřiny na AC elektřinu jednofázové, třífázové (nad 5 kwp) požadovaná frekvence pro napojení na síť spojení se sledování maxima výkonu (MPPT) centrální, řetězcové (stringové), modulové požadavky generování čistého sinusového signálu synchronního se sinusovkou sítě přesné sledování bodu maxima výkonu MPP vysoká účinnost při plném i částečném zatížení (výkonu) automatický a spolehlivý provoz
Centrální střídač vysoká napětí 10/60 centrální instalace, velké výkony od 5 kw do 1000 kw kombinace sériového a paralelního zapojení panelů pole je vystaveno rovnoměrnému (homogennímu) příjmu záření pouze stejné panely (el. vlastnosti), nízké ztráty, špatná lokalizace poruch
Centrální střídač nízká napětí 11/60 centrální instalace lepší funkce při nevyhnutelném stínění výhodné pro moduly s větší výkonovou tolerancí nízká napětí, vysoké proudy, větší dimenze kabelů
Řetězcový střídač 12/60 pouze pro jednu (single-string) nebo více (multi-string) řad, 1 až 5 kw MPP je sledován pro každou řadu zvlášť, lepší efektivita není potřeba sdružovač (combiner box), snadné rozšiřování, krátké DC vedení invertory se instalují u řetězců, dobrá lokalizace poruch
Modulový střídač 13/60 každý modul nebo pár modulů má vlastní střídač (do 50 až 180 W) MPP je sledován pro každý panel zvlášť, zabudovaný ve svorkovnici stínění modulu neovlivňuje zbytek FV pole, různé druhy modulů bez DC kabelů, střídač má kratší životnost než panel (teplota), cena (-)
Modulový střídač 14/60 FV AC panel
Parametry pro volbu střídače 15/60 vstupní strana jmenovitý DC výkon, špičkový DC výkon jmenovitý DC proud, špičkový DC proud jmenovité DC napětí, špičkové DC napětí rozsah napětí pro MPPT výstupní strana jmenovitý AC výkon, špičkový AC výkon jmenovitý AC proud, špičkový AC proud účinnost střídače při různém zatížení, evropská účinnost, 94 až 98%
Účinnost střídače (EURO) 16/60 pro podmínky středoevropského klimatu P P AC DC EURO 0.03 5% 0.06 10% 0.13 20% 0.10 30% 0.48 50% 0. 20 100%
Dimenzování střídače 17/60 střídač musí být zvolen podle parametrů FV pole výkon nesmí být menší než 90 % špičkového výkonu FV pole např. pro 10 kwp se zvolí střídač 9-10 kw, jinak snížení produkce pouze u FV polí, které jsou nevhodně orientovány, nemohou dosáhnout špičkového výkonu v provozu vstupní proud I DC,INV,max > I SC (I MPP ) vstupní napětí U DC,INV,max > U OC (-15 C)
Dimenzování střídače 18/60 MPP rozsah musí odpovídat rozsahu provozního napětí FV pole musí odpovídat rozsahu provozního proudu FV pole maximální napětí a proud provozní teplota (< 70 C) přirozeně chlazené (žebra) ventilátorové chlazení
Dimenzování výkonu střídače 19/60 správný návrh pracovní oblast střídače V-A charakteristika FV pole
Dimenzování výkonu střídače 20/60 FV pole mimo proudový rozsah střídače
Dimenzování výkonu střídače 21/60 FV pole mimo napěťový rozsah střídače
Pracovní rozsah střídače 22/60
Umístění střídače 23/60 venkovní přímo na konstrukci (chráněné před sluncem, přímým deštěm apod.) technologický kontejner vnitřní ve vhodné místnosti teplota, větrání
Kabeláž 24/60 DC kabely dvojitá izolace odolnost vodě, UV záření, teplotám -40 až +120 C napětí > 2 kv lehké, pružné bez halogenů, netoxické při požáru dimenzování minimálně na 1.25 x P STC 1.15 U OC (STC) 600 až 1000 V
Kabeláž 25/60 výkonové ztráty P = I 2 R volba vyšších napětí s nižším proudem pro snížení ztrát v rozvodech vyšší proudy vyžadují větší průřezy kabelů, vyšší náklady ztráty na DC kabeláži do 2 % výkonu
Propojovací skříně, rozvaděče 26/60 funkce propojení kabelů od více polí nebo stringů (paralelně) možnost zkoušení stringů uložení pojistek pro různé větve, zpětné diody ochrana proti přepětí, měření proudu větví, monitoring stavu jisticích prvků
Ochrané prvky FV systému 27/60 síťová ochrana napětí v rozsahu 196 253 V nadfrekvence, podfrekvence 49,8 50,2 Hz pro systémy od 10 kwp funkce nezávislá na integrovaných ochranách ve střídačích ochrana před bleskem
Měření pro grid on FV systémy 28/60 napojení FV elektrárny přímo na síť elektroměr 1 měření spotřeby elektroměr 2 měření produkce AC odpojovač vhodné pro prodej veškeré FV elektřiny do sítě
Měření pro grid on FV systémy 29/60 napojení FV elektrárny na síť přes domovní rozvaděč elektroměr měření produkce a spotřeby (rozdílový) bez záznamu výroby kompenzace spotřeby výrobou
Měření pro grid on FV systémy 30/60 napojení FV elektrárny na síť přes domovní rozvaděč elektroměr 1 měření produkce a spotřeby (rozdílový) elektroměr 2 měří produkci elektřiny
Měření pro grid on FV systémy 31/60 třífázový systém 3 jednofázová FV pole zapojená do 3 pojistkových skříní elektroměr 1: 3 fázový rozdílový elektroměr, 2, 3, 4 jednofázové elektroměry
Měření pro grid on FV systémy 32/60 třífázový systém, přímé napojení na síť elektroměr 1: 3 fázový rozdílový elektroměr odběru ze sítě elektroměr 2: 3 fázový elektroměr exportu do sítě
Grid off FV systémy 33/60 1 panely 2 regulátor nabíjení 3 baterie 4 střídač 5 spotřebiče
Grid off FV systémy 34/60 použití přímé napájení DC spotřebičů denní spotřebiče přímé napájení AC spotřebičů (inverter pro autonomní systémy) akumulace elektrické energie hybridní systémy kombinace s větrnými elektrárnami, diesel agregáty, se sítí napěťové úrovně 12 V DC, 24 V DC 48 V DC (větší systémy), menší proudy
Grid off FV systémy 35/60
Grid off FV systémy 36/60
Akumulátory - baterie 37/60 funkce překlenutí doby mezi produkcí elektřiny a požadavky spotřebičů akumulace energie na několik dní denní nabíjení vybíjení
Akumulátory - druhy 38/60 použití automobilové startovací (SLI), zajištění vysokých startovacích proudů po krátkou dobu, nevhodné pro cyklování (nabíjení-vybijení), nevhodné pro hluboké vybíjení stacionární záložní zdroje trakční pro elektromobily konstrukce olověné zaplavené kapalný elektrolyt, doplňování destilované vody olověné gelové, bezúdržbové, elektrolyt ve formě gelu
Akumulátory - parametry 39/60 napětí elektrochemický olověný článek: jmenovité napětí 2 V skládání článku do baterie (článků): 6 V, 12 V skládání baterií do bateriové banky: 12 V, 24 V, 48 V kapacita kapacita akumulátoru [Ah] kolik hodin [h] dodává baterie konkrétní proud [A] z plně nabitého stavu do vybití energie [Wh] = napětí U [V] * kapacita [Ah] vybíjení vysokými proudy snižuje kapacitu: přibližně kapacita při C100 (pro 100 h), kapacita při C10 (pro 10 h) teplota ovlivňuje kapacitu (čím nižší teplota, tím nižší kapacita: 1 C = 1 %)
Akumulátory bateriová banka 40/60
Akumulátory - řazení, kapacita 41/60 baterie sériově sčítání napětí stejná kapacita
Akumulátory - řazení, kapacita 42/60 baterie sériově sčítání napětí stejná kapacita
Akumulátory - řazení, kapacita 43/60 baterie paralelně stejné napětí sčítání kapacit
Akumulátory - řazení, kapacita 44/60 baterie serio-paralelně 9600 Wh
Akumulátory využitelná kapacita 45/60 vybíjení 1 A (100 Ah) vybíjení 8 A (80 Ah) baterii lze vybíjet pomalu 100 h (1 ampérem) nebo rychle 10 h (8 A)
Akumulátory - životnost 46/60 životnost elektrochemické reakce v bateriích nejsou plně reverzibilní tvorba sulfátu olova každým vybitím baterie degraduje, cyklování snižuje životnost (počet cyklů) hloubka vybití baterie by neměly být nikdy zcela vybity pod jejich maximální dovolenou hloubku vybití typická dovolená hloubka vybití: typická doporučená hloubka vybití menší vybíjení, delší životnost 80 % u deep cycle baterií 50 % u deep cycle baterií
Akumulátory - životnost 47/60
Akumulátory - baterie 48/60
Olověné akumulátory 49/60 popis modifikované SLI gelové bezúdržbové gelové deep cycle zaplavené deep cycle konstrukce automobilové těsněné gelový elektrolyt napětí 12 V 12 V 2 V až 6 V kapalný elektrolyt 2 V až 6 V kapacita 60 až 260 Ah 10 až 130 Ah 200 až 12000 Ah 20 až 2000 Ah samovybíjení 2 až 4 % 3 až 4 % < 3 % 2 až 4 % % DOD / počet cyklů 20 % / 1000 40 % / 500 30 % / 800 50 % / 300 30 % / 3000 80 % > 1000 30 % / 4500 80 % >1200
Další akumulátory 50/60 popis NiCd Ni-MH Li-ion Pb hustota energie Wh/kg počet cyklů při DOD 80% 45-80 60-120 90-120 30-50 1500 300-500 >1500 400-500 životnost 5 let 3-4 roky 10 let 5-10 let samovybíjení 20 % 30 % 5-10 % 5 % napětí článku 1.2 V 1.2 V 3.3 V 2 V cena EUR/Wh 0.33 0.65 0.33 0.11
Regulátor nabíjení 51/60 funkce ochrana baterie před hlubokým vybitím, nízkonapěťové odpojení zátěže ochrana baterie před přebíjením, omezení nabíjecího napětí, vysokonapěťové odpojení zátěže zajištění dlouhé životnosti baterie bez dopadu na účinnost systému, MPP tracking různé nabíjecí režimy pro různé druhy baterií napěťové úrovně 12 V DC, 24 V DC 48 V DC (větší systémy)
Regulátor nabíjení 52/60 funkce ochrana baterie před přebíjením, omezení nabíjecího napětí, vysokonapěťové odpojení zátěže snižuje a stabilizuje napětí z FV pole na úroveň vhodnou pro nabíjení akumulátoru ochrana baterie před hlubokým vybitím (poškození, snížení životnosti), nízkonapěťové odpojení zátěže od akumulátoru zajištění dlouhé životnosti baterie vestavěná dioda proti nočnímu vybíjení akumulátoru přes FV pole kompenzace nabíjecí a vybíjecí charakteristiky podle teploty akumulátoru
Regulátor nabíjení 53/60
Grid off s DC spotřebiči 54/60
Grid off s AC spotřebiči 55/60
Návrh grid off FV systému 56/60 potřeba energie E p předpokládáný provoz spotřebičů příkon * doba provozu druhy osvětlení (LED, zářivky) řádově W vaření (trouba, vařič, mixér) stovky W zábava (TV, hi-fi, PC) desítky W lednička do 100 W
Návrh grid off FV systému 57/60 bilance E FV sys H e T A FV sys E p E FV produkce FV panelů sys účinnost systému (60 až 75 %) pro návrhový měsíc leden prosinec: pro samoty červenec: zvýšení soběstačnosti
Návrh grid off FV systému 58/60 účinnost systému sys MPP DC CC BAT INV D MPP pokud není MPPT 0.75 (při správném návrhu) pokud je MPPT 0.98 DC ztráty na DC kabeláži 0.98 CC regulátor nabíjení 0.98 BAT účinnost baterie 0.90 INV měnič pro grid off 0.90 D ztráty na distribuci 0.98
Návrh grid off FV systému 59/60 návrh akumulátoru Q BAT U T E DOD p n INV D [Ah] n počet dnů pro akumulaci [-] U systémové napětí [V] T DOD hloubka vybíjení [-] 0.30 až 0.80 INV účinnost inverteru 0.90 1.00 (bez inverteru) D účinnost distribuce (ztráty) 0.98
60/60