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.
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)
Hybridní systém versus ostrovní systém. Základní funkcí hybridních měničů je možnost maximálního využi@ 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.
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)!!!
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
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
Nový energetický zákon (NEZ)
Paralelní připojení vs. galvanické oddělení Paralelně připojený (propojený) / Oddělený (galvanicky)
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)
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.
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
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.
Vstupní AC in napě@ / výstupní AC out napě@ - Napětí AC-IN ze sítě je v režimu SmartBost vždy vyšší než AC-Out a tím pádem nedochází k přetoku do DS.
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.
Aplikace metody lineárního řízení zátěží dle aktuálního výkonu z FV panelů Graf závislosti výroby elektřiny, spotřeby elektřiny a nákupu elektřiny ve větším RD.
Napětí AC-In a AC-Out při souvislém 19h blackoutu (1.12.2014) Průběh Kapacita kapacity při akumulátoru souvislém 19h 1000Ah/48V blackoutu (1.12.2014)
Prioritní využi@ 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
Prioritní využi@ 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
MožnosQ rozšíření stávajících FVE na HFVE
Řízení nákupu elektřiny dle HDO v NT v době nedostatečného množství záření
Ukládání energie pro pozdější využi@ při vysoké výrobě a malé spotřebě
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.
Rozložení spotřeby tepla a elektřiny v rezidenčních budovách Zdroj: http://fuelcellpower.org.uk/
Ukládání tepelné energie do vody řízením TČ dle slunečního svitu
Příklad přifázování k síq (Grid Qe) v režimu SmartBoost
Příklad přechodu do ostrovního režimu (Off Grid)
Řízení nákupu elektřiny dle HDO a dle předpovědi počasí na další den
Řízení nákupu elektřiny dle predikce spotřeby a aktuálních cen na burze h h h h
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%
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
Příklad současného využi@ 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
Příklad vyrovnané denní výroby a spotřeby díky lineárnímu řízení výkonu TČ. - Denní výroba - Denní spotřeba
Příklad vysoké míry nezávislosq na externích energiích v podzimních dnech - Nízký nákup ze sítě
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
Minimalizace vybíjecích cyklů akumulátoru pomocí lineárního řízení zátěží
Reálné využi@ přípojky elektřiny 1x25A v RD s HFVE 9,55 kwp a TČ 10kW (03/2015)
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
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%
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.
HFVE (Hybridní FVE) 29,9kWp / 24kW 3f DC Coupling (ČR)