Резервно захранване за соларни енергийни системи

Все повече домакинства се оборудват с различни видове фотоволтаични системи. Съвременните фотоволтаични модули вече са способни да преобразуват около 20% от слънчевата енергия в електричество, което прави този вид производство на електроенергия много привлекателен.

Резервен генератор за соларни системи без и с батерийно съхранение

Сърцето на PV системата е инверторът. Съществуват инвертори за свързване към мрежата, хибридни и автономни инвертори.

Инверторите за работа в мрежа и хибридните инвертори са синхронизирани с обществената мрежа и могат да подават излишната енергия в обществената мрежа.

Резервният генератор за соларни системи не може да замени обществената мрежа за инвертори, свързани към мрежата и хибридни инвертори, тъй като не може да абсорбира излишната енергия. Обратната връзка от инвертора може да повреди генератора.

Изключение могат да бъдат инверторите, които имат допълнителен вход за генератор, където обратната връзка може да бъде 100% предотвратена чрез вградени сензори за ток. Въпреки това, такъв генератор трябва да има параметри на напрежението, които са приемливи за инвертора, което не винаги е така при обикновените електрически генератори.

В случай на прекъсване на електрозахранването, резервният генератор в соларна система с мрежов инвертор трябва да захранва само електрическите консуматори, които имат право на резервно захранване, като инверторът и всяко съществуващо AC съхранение остават на страната на обществената електрическа мрежа и се изключват на всички полюси с превключвател, така че генераторът да не работи паралелно с инвертора или AC съхранението на енергия.

Диаграма на свързване на резервното захранване 230V за соларна система при използване на инверторни генератори без функция ATS:

Автоматично превключване към резервно захранване за потребителите на 230V е също възможно при използване на генератори с функция ATS.

Диаграма на свързване на резервното захранване 230V за соларна система с инверторен генератор KS 5500iES ATSR с външно ATS устройство KS ATS 4/25 Inverter:

Диаграма на свързване на резервното захранване 230V за соларна система с инверторен генератор KS 8100iE ATSR с външно ATS устройство KS ATS 4/25 Gasoline:

Резервното захранване във всички описани по-горе случаи е 230V. По този начин почти всички електрически консуматори в дома могат да бъдат захранени в случай на прекъсване на електрозахранването. Трифазните консуматори (ако има такива) трябва да бъдат захранени отделно. Трифазните консуматори с електронно управление обикновено изискват "чиста" синусоида, която конвенционалният генератор на ток не може да генерира. Повече информация за резервното захранване 230V и 400V можете да намерите в нашите информационни материали.

Ако генераторът няма да бъде инсталиран постоянно или се намира далеч от превключвателя за прехвърляне, препоръчваме използването на нашите уникални инверторни генератори с вътрешен ATS модул. Въпреки това, това изисква използването на външен приоритетен автоматичен превключвател за прехвърляне от едната страна.

Генераторът следи напрежението в контакта, който е свързан преди ключа и е защитен от прекъсвач и дефектнотокова защита или от RCBO (защита от претоварване и контакт в едно). Този контакт без свързания генератор може да се използва като нормален външен контакт. Този контакт е без напрежение по време на прекъсване на захранването и това е критично за управлението на ATS на генератора. Това е сигнал за стартиране на генератора.

Диаграма на свързване на резервното захранване 230V за соларна система с инверторен генератор KS 6000iES ATS Version 2, при която ВХОДЪТ ОТ МРЕЖАТА следи 230V, но не го предава към изхода в режим на изчакване:

Генераторът на схемата не е постоянно инсталиран, а е свързан към предварително инсталирания контакт и входа CEE 230V 32A при необходимост. Това означава, че генераторът може да се използва и в движение, ако е необходимо. Разбира се, възможна е и постоянна инсталация, но за това е необходимо подходящо помещение и изпускателна система.

Генераторът е свързан към N-страната на автоматичния превключвател, който има приоритетно превключване, така че когато основното захранване се възстанови, превключвателят не се превключва към мрежата веднага, а само когато генераторът изключи изхода си. Генераторът KS 6000iES ATS версия 2 анализира напрежението на своето MAINS INPUT свързване за около 1 минута и едва тогава изключва изхода, като по този начин позволява превключване към основното захранване. Това съответства на регламента, според който автоматичното превключващо устройство не трябва да се превключва към обществената електрическа мрежа веднага, а с 1-минутно забавяне.

Автоматичната работа е възможна само с версия KS 6000iES версия 2 (без превключване от MAINS INPUT към изхода). Функцията ATS трябва да бъде активирана, за да може генераторът да стартира автоматично, ако вече няма напрежение в контакта и съответно няма напрежение на MAINS INPUT.

Хибридни инвертори с PV DC система за съхранение превключват на резервно захранване при прекъсване на електрозахранването. В този процес се използва енергията, предоставена от слънчевите клетки и съхранена в PV устройството за съхранение.

Соларните системи с хибриден инвертор обикновено имат батериен блок с по-малки капацитети, тъй като те са предназначени само за съхранение на излишната енергия за използване през нощта и т.н. Но какво правите, когато слънцето не грее и съхранената енергия е изчерпана? Тогава ви е необходим генератор.

В този случай препоръчваме зареждането на енергийния акумулатор (само DC) от резервен генератор, за да може хибридният инвертор да продължи да захранва къщата както обикновено.

Захранването за съхранение на енергия се зарежда или от променливотоков генератор с зарядно устройство, или от генератор на постоянен ток. Зарядното устройство или генераторът на постоянен ток трябва да съответстват на PV захранването за съхранение на енергия.

Диаграма на свързване на резервното захранване за соларна система с инверторния генератор KS 6000iES ATS Version 2, в която ВХОДЪТ ОТ МРЕЖАТА следи 230V, но не го предава към изхода в режим на изчакване.

Устройството за контрол на напрежението на батерията следи напрежението на батерията и прекъсва 230V към шуко контакта, ако напрежението на батерията падне под зададената стойност. Генераторът стартира и подава променливотоково напрежение към зарядното устройство, което от своя страна зарежда енергийния акумулатор, за да осигури достатъчно енергия за инвертора.

KS 6000iES ATS е оборудван с литиева батерия, която се зарежда, докато има 230V на ВХОДА ЗА МРЕЖА или генераторът работи. Батерията винаги е заредена и готова за употреба. Литиевата батерия има малък капацитет, но има висок стартов ток и се презарежда сравнително бързо след стартиране на генератора.

ВНИМАНИЕ!
Такава схема на свързване е възможна само с генератора KS 6000iES ATS версия 2! В зависимост от дизайна на зарядното устройство (в зависимост от коефициента на мощност и типа на консумация на ток), капацитетът на зареждане според такава схема на свързване може да достигне до 2-4 kW.

В системи с управление на енергията, често само процесът на зареждане на PV съхранението се взема предвид от MPPT контролера. Попитайте производителя на вашия инвертор дали зареждането на батерийния блок от външен DC източник на енергия е технически допустимо и не предизвиква грешки.

Такъв източник на постоянен ток трябва да функционира като модул за зареждане с IU характеристика, което прави използването на чист източник на постоянен ток невъзможно. Такова зарядно устройство или модул за зареждане трябва да има така наречената "Максимална точка на мощност", където напрежението намалява, когато изходният ток достигне максималната стойност. Задачата на модула за зареждане не е да зареди напълно батерията, а поне частично, за да може захранването да се поддържа. Пълното зареждане на батерията се извършва от соларни панели чрез контролера за зареждане.

Резервното захранване чрез зареждане на батерийното хранилище има ясни предимства по отношение на захранваните консуматори. Захранването все още се осигурява с "чиста" синусоида, която генерира инверторът. Максималната мощност все още се определя от параметрите на инвертора и енергийното хранилище. Генераторът трябва само да допълни с достатъчно енергия.

В системи, където консумацията на енергия не е постоянна (например в къща или офис), генераторът няма да работи непрекъснато, а само при необходимост. След като батерията бъде заредена до напрежението, зададено на монитора на батерията, генераторът се изключва и електрическите консуматори се захранват от батерията чрез инвертора. По този начин е възможно дългосрочно непрекъснато захранване, което е много важно в случай на продължително прекъсване на електрозахранването. Генераторът работи с прекъсвания и също така има време да се охлади. Горивото също се използва оптимално, тъй като двигателят не трябва да работи без товар.

Инверторите за работа извън мрежата не подават енергия в обществената мрежа и захранват само свързаните електрически консуматори. Тези инвертори работят в съчетание с DC съхранение на енергия и обикновено имат връзка за външен AC източник на енергия, който може да осигури захранване при необходимост.

В зависимост от настройката на инвертора, този външен източник на променлив ток също трябва да може да осигури достатъчно енергия за зареждане на батерията. В този контекст, някои инвертори имат допълнителна настройка, която ограничава общата мощност, която инверторът може да черпи от външен източник на променлив ток. Тази мощност след това се разпределя между съхранението на постоянен ток в батерията и потребителите на енергия, които трябва да бъдат захранени.

Зареждането на батериите с висока мощност от източник на променлив ток има специфики, които трябва да се вземат предвид, особено при използване на генератор. Реактивната мощност и преходните процеси, генерирани по време на процеса на зареждане, могат да повредят генератора.

Повечето AC/DC зарядни устройства или модули за зареждане имат пулсово потребление на ток от AC страната и зареждат устройството за съхранение на батерията по пулсов начин:

Променливото напрежение е показано в жълто. В случая на зарядни устройства или модули за зареждане без корекция на фактора на мощността, се консумират само максималните стойности на синусоидалната вълна.

Зареждането на батерията чрез модула за зареждане, инсталиран в инвертора, често има същия проблем. Батерията се зарежда изключително импулсивно:

В жълто отляво е напрежението на батерията, а отдясно е напрежението на мрежата. В зелено е зарядният ток, измерен на кабела на батерията при зареждане чрез инвертора.

Зарядният ток на такива зарядни модули се регулира чрез широчината на импулса, което може да влоши проблема с неравномерното натоварване на синусоидалната вълна:

Захранването на PV системата се зарежда със 100 импулса в секунда (при напрежение 50Hz). В такъв случай системата не трябва да се изчислява само с RMS стойности, а трябва да се вземат предвид и моментните амплитуди.

Консумацията на импулсен ток има коефициент на мощност от 0.5-0.7, което може да доведе до висока реактивна мощност. Ако захранвате зарядното устройство или зарядния модул на инвертора от електрическата мрежа, тя се компенсира от други електрически потребители в мрежата. Различно е, когато се използва генератор.

Генераторът и потребителите на електричество формират затворена система, чиито елементи си влияят взаимно и е много важно те да се съчетават и системата да не осцилира.

Консумацията на ток с импулсен характер означава, че в най-добрия случай не можете да използвате повече от половината от номиналната мощност на генератора и трябва да се предприемат допълнителни мерки срещу хармониците, причинени от импулсната консумация на ток, за да се стабилизира веригата.

На практика това често води до нестабилна работа на зарядния модул и дори до повреда на генератора, като например прегряване на намотките, счупен регулатор на напрежение или инверторен модул.

В повечето случаи, инверторите за работа извън мрежата превключват външния източник на енергия и го зареждат на импулси, за да заредят собствената си PV система за съхранение, което може да изкриви формата на напрежението на конвенционален генератор до такава степен, че да повлияе на чувствителни потребители на енергия.

Препоръчваме използването на инверторни генератори като външен източник на променлив ток за резервно захранване от автономни инвертори, които могат да поддържат формата на напрежението си много по-добре, което може да бъде от голямо значение за чувствителни електрически консуматори.

Диаграма на свързване на резервното захранване 230V за соларна система с инверторен генератор KS 6000iES ATS Версия 2, при която ВХОДЪТ ОТ МРЕЖАТА следи 230V, но не го предава към изхода в режим на изчакване:

Това решение трябва да се използва САМО с автономни инвертори и енергийни острови!

Инверторният генератор KS 6000iES ATS версия 2 стартира веднага щом блокът за контрол на напрежението на батерията прекъсне 230V напрежение, разклонено от изхода на инвертора към ВХОДА НА МРЕЖАТА на генератора, и спира, когато то се възстанови.

Следва да се отбележи, че генераторът трябва да осигурява енергия както за захранване на електрическите консуматори, така и за зареждане на устройството за съхранение на електричество.

В случай на автономни решения с автономен инвертор, съхранението на енергия (DC) може да бъде зареждано от генератор + зарядно устройство, точно както в системите с хибридни инвертори. По този начин, трифазното захранване от инвертора може да продължи да работи.

Диаграма на свързване на резервното захранване за соларна система с инверторен генератор KS 6000iES ATS Версия 2, при която ВХОДЪТ ОТ МРЕЖАТА следи 230V, но не го предава към изхода в режим на изчакване:

DC батерията за съхранение може също да бъде зареждана директно от подходящ DC генератор, ако това е технически възможно за съответната PV система.

Пример за използване на KS 48V-DC в решение за енергийна островна система:

Пример за използване на KS 48V-DC с хибриден инвертор с 48V съхранение на енергия:

генераторът за постоянен ток е свързан директно към устройството за съхранение на енергия 48V, за да го зарежда директно.

KS 48V-DC може или да следи напрежението на батерията самостоятелно, или да бъде управляван външно чрез „сухи“ контакти.

Генераторът стартира в режим AUTO, когато се достигне по-ниската стойност на напрежение от 48V, зарежда батерията с напрежение до 54V и с ток до 70A и се изключва, когато напрежението достигне 53.5-54V и зарядният ток падне под 20A. Генераторът може също да бъде стартиран и спрян ръчно или външно чрез PF контакти, което позволява различни приложения и интеграция в съществуващи системи. Генераторът няма собствена батерия и използва енергията от батерията, за да бъде захранен за стартиране в режим AUTO и EXTERN CONTROL. Ръчно стартиране с издърпващ стартер също е възможно.

Примери за поддържано 48V DC съхранение на батерии:

1. 4 AGM батерии, свързани последователно с диапазон на напрежение приблизително 48-54V
2. Батерии с 14 LiIon клетки, свързани последователно с диапазон на напрежение приблизително 47-56V
3. Батерии с 16 LiFePo4 клетки, свързани последователно с диапазон на напрежение приблизително 48-54V
4. Батерии с 15 LiFePo4 клетки, свързани последователно с диапазон на напрежение приблизително 45-51V (препоръчителен режим EXTERNAL CONTROL).

В зависимост от съхранението на енергия и инвертора, трябва да се използва или режим AUTO, или режим EXTERNAL CONTROL. Функцията на генератора е да служи като резервен източник на енергия и, ако е необходимо, да зареди няколко kWh енергия в DC батерийното съхранение, така че потребителите на енергия, които се захранват от инвертора, да останат захранени дори когато има твърде малко енергия от слънцето и без захранване от мрежата на DSO (решение за енергийни острови или повреда на електрическата мрежа). Така че генераторът обикновено работи около 1-2 часа и след това се изключва. Къщата се захранва от DC батерийното съхранение, което също може да компенсира енергийни пикове, когато генераторът работи.

Една къща обикновено консумира само няколко стотин вата непрекъснато и само когато мощно устройство е включено, електрическата консумация се увеличава с няколко kW, като в този момент енергията може да идва както от генератора, така и от батерийното съхранение, тъй като двете работят паралелно. По този начин, консумацията на енергия може за кратко време да надвиши изхода на генератора и електрозахранването на къщата може да продължи както обикновено.

Генераторът в режим AUTO се изключва, когато токът падне под 20A. Време за реакция около 30 секунди. Ако консумацията на електроенергия в къщата постоянно надвишава 1 kW, препоръчваме използването на режим EXTERNAL CONTROL или ръчно изключване на генератора.

Благодарение на различните режими на работа, генераторът може да бъде интегриран в различни системи за електрозахранване.

DC генераторът е много по-икономичен по отношение на горивото и позволява непрекъснато резервно захранване за няколко дни, тъй като генераторът работи на прекъсвания и има достатъчно време да се охлади.

DC генераторът изпълнява същата функция като соларен панел + контролер за зареждане и е много по-ефективен от комбинацията "AC генератор + зарядно устройство". Зарядният ток от DC генератора не е импулсен (има само пулсации) и по този начин при същите максимални стойности се достига много по-висока ефективна стойност, което също е много важно за батериите и BMS контролерите (за литиеви батерии).

DC генераторът има множество намотки и електронно управление, което прави изходния ток много по-гладък. Така изглежда зарядният ток (в зелено) на LiFePo4 батерия (краен случай) при 40A и 70A ток (ефективна стойност):

Изходното напрежение на DC генератора има ниска пулсация, което все пак може да предизвика пулсация на зарядния ток в батерия LiFePo4. С увеличаването на зарядния ток, разликата между собственото напрежение на батерията и напрежението на генератора се увеличава, което може да доведе до намаляване на пулсацията на зарядния ток.

Генератор на постоянен ток за зареждане на батериите е добро решение от всички гледни точки и в някои случаи няма по-добра, ако изобщо има, алтернатива.

Няколко KS 48-DC могат да бъдат свързани паралелно, за да се увеличи общата производителност или да се осигури захранването за по-дълъг период от време.

Всички KS 48-DC са свързани към шината 48V, към която са свързани и други DC източници, системи за съхранение на енергия и инвертори.

В зависимост от необходимата мощност, определен брой генератори могат да бъдат активирани чрез външно управление, да работят последователно и т.н.

Ако всички DC генератори, свързани към шината 48V, са в режим AUTO, само един генератор ще стартира, като контролната електроника ще реагира малко по-рано, а останалите ще бъдат стартирани само при необходимост, например ако мощността от първия генератор не е достатъчна и напрежението на батерийното съхранение продължава да пада, или ако е възникнала повреда в първия генератор. Така DC генераторите ще се подкрепят взаимно, така да се каже, за да поддържат напрежението на шината 48V.
Това свойство е много важно в системи, където са необходими няколко kW мощност. Просто използвате няколко KS 48-DC, за да покриете безопасно изискването за мощност. При което част от генераторите могат да останат като резерв в случай, че някой от активните DC генератори изпита неизправност (например липса на бензин).

Ето пример за това как да използвате няколко KS 48-DC едновременно:

Отказ от отговорност

Тези инструкции могат да се приемат само като препоръка, са илюстративни и трябва да бъдат адаптирани към конкретните местни обстоятелства и условия по време на инсталацията. Самата инсталация трябва да бъде извършена в съответствие с всички стандарти и регулации. Не поемаме отговорност за неправилни инсталации и техните последствия.