RD bez elektrické přípojky

Ostrovní fotovoltaický systém s vysokou provozní spolehlivostí a s inovativními funkcemi

V průběhu minulého roku byl na Českomoravské vrchovině vzájemnou kooperací společností www.neosolar.cz a www.asolar.cz realizován unikátní ostrovní fotovoltaický systém v trvale obývané samostatně stojící dvougenerační novostavbě. Objekt je nejen klasickým rodinným domem, ale i zázemím pro malou rodinnou farmu. Hlavním důvodem realizace systému byla nepřítomnost distribuční sítě a vysoké náklady na její případné vybudování. Požadavek investora byl jednoznačný: realizovat propracovaný systém s vysokou funkční spolehlivostí, minimálními nároky na obsluhu a snadným ovládáním pro všechny členy rodiny. Základem úspěchu pro dosažení těchto cílů bylo použití kvalitních komponent od renomovaného holandského výrobce Victron Energy. Svým základním konceptem se jedná o tzv. DC- coupling s MPPT solárními regulátory a hybridními měniči Quattro a MultiPlus v kombinaci s olověnou baterií (Hoppecke, Německo). Systém je koncipován jako jednofázový o jmenovitém napětí 230 V AC. Vyrobenou elektrickou energií jsou v první prioritě napájeny spotřebiče, druhou prioritou je dobíjení baterie a třetí ohřev teplé vody.

 

 Hlavní DC obvody ostrovního FV systému.


FV pole

Je tvořeno 36 ks polykrystalických panelů IBC Monosol 275 ZX black s celkovým výkonem 9,9 kWp, umístěným ve dvou řadách na šikmé střeše. Velikost FV pole byla dána prostorovými možnostmi střechy a výpočtově ověřena energetickou analýzou. Z estetického hlediska byly zvoleny panely černé barvy s integrací do střešní krytiny. Panely jsou uspořádány do 12 paralelních sekcí po třech panelech v sérii.

 

 Fotovoltaické pole ostrovního systému tvoří 36 panelů o celkovém nominálním výkonu 9,9 kWp.

  

MPPT solární nabíječe pro maximalizaci zisků

Je použito dvou Victron BlueSolar MPPT  solárních nabíječů 150 V/85 A s ultrarychlým vyhledáváním bodu maximálního výkonu pro co nejvyšší energetickou výtěžnost a to i za zhoršených světelných podmínek. Samozřejmostí je ochrana proti přepólování, odpojené baterii a nadměrnému výkonu z FV pole. Regulátory jsou navzájem datově propojené pro vzájemnou synchronizaci činnosti. Mohou však fungovat i nezávisle na sobě v případě poruchy jednoho z nich. Výjimečnou vlastností systému je v případě poruchy obou regulátorů jejich snadné funkční vyřazení (manuální DC-bypass) s přímým propojením panelů s baterií s možností nouzového solárního nabíjení baterie i bez MPPT regulátorů. Jde o unikátní funkci, která zvyšuje provozuschopnost systému i za nestandardních situací (zničení MPPT regulátorů).

  

Koncepce dvou nezávislých měničů

Pro zvýšení spolehlivosti je systém osazen dvojicí navzájem nezávislých měničů. Srdcem systému je jednofázový hybridní měnič/nabíječka Victron Quattro 48 V DC/10 000 VA/140-100/100 A s trvalým výstupním výkonem 9 000 W a špičkovým výkonem až 20 000 W. Systém je doplněn o druhý záložní jednofázový měnič/nabíječku Victron MultiPlus 48 V DC/5 000 VA/70-100 A s trvalým výstupním výkonem 4 500 W a špičkovým výkonem až 10 000 W. Záložní měnič zastupuje hlavní měnič v případě jeho poruchy a umožňuje snížení spotřeby provozní energie v období sníženého odběru a její maximální zachování pro chod spotřebičů domácnosti. Oba měniče je možno výkonově spřáhnout a dosáhnout trvalého výstupního výkonu až 13 500 W pro případ mimořádných odběrů. K tomuto výkonu je možno přidat výkon hlavního generátoru 5 000 W (funkce PowerAssist souběžného chodu centrály a měničů). Tím může být trvalá spotřeba navýšena až na 18 500 W. Přepínačem „Volba měniče“ je umožněna manuální volba měniče (vyřazení vadného měniče), jejich vzájemné výkonové spřažení (zvýšené odběry) nebo vypnutí a to bez nutnosti složité parametrizace.

 

 Jednopólové schéma přepínače „Volba měniče“, objekt napájen hlavním měničem.

 

Dva generátory – jistota záložní energie za každé situace (koncepce dvou nezávislých zdrojů)

V případě nedostatku solární energie je hlavním zdrojem doplňkové elektrické energie  jednofázový dieselový generátor Kipor Sinemaster ID 6000 s jmenovitým výstupním výkonem 5000 W. Generátor je vybaven automatickým startem, ovládaný systémem elektrárny na základě míry vybití baterie (nedostatek solární energie, ochranné dobíjení baterie). V případě potřeby je možnost jeho snadného manuálního nastartování spínačem z pohodlí domova bez ohledu na stav systému. Chod centrály je kromě krizových situací automaticky povolen pouze v denní dobu pro eliminaci nočního ruchu. Pro zvýšení bezpečnosti je systém vybaven záložním benzinovým generátorem Kipor Simemaster IG 2600 pro případ selhání hlavního generátoru. Startuje se ručně a v případě potřeby je nutno jej fyzicky připojit k systému pomocí zástrčky. Volba podpůrného zdroje energie se provádí přepínačem „Volba zdroje“ na boku rozváděče, který umožňuje volbu „Vypnuto“ – rozvody domu odpojeny od obou generátorů, volby „Napájení hlavním generátorem“ a „Napájení záložním generátorem“ slouží pro přímé napájení rozvodů domů z generátorů v případě poruchy měničů, volby „Napájení hlavní generátor + měnič“ a „Napájení záložní generátor + měnič“  jsou standardními volbami kombinující společné fungování měniče a vybraného generátoru.

 

Hlavní generátor Kipor Sinemaster IG 6000 včetně  automatického startu (elektrorozvaděč) a možnosti připojení záložního generátoru Kipor Sinemaster ID 2600 (černý kabel).

 

   

 Jednopólové schéma přepínače „Volba zdroje“. 

 

Skladování energie 

Pro akumulaci vyrobené energie byla zvolena osvědčená technologie olověných trakčních baterií Hoppecke OPzS s kapacitou 1520 Ah/48 V (C100), což představuje celkové množství uskladnitelné energie téměř 73 kWh. Baterie sestává z 24 kusů sériově zapojených 2 V článků (nominální napětí 48 V). Vysoká kapacita zajišťuje možnost nízké míry pravidelného vybíjení baterie a tím pádem i dlouhou cyklickou životnost. Olověná technologie vyžaduje pravidelné profylaktické dobíjení pro zabránění tvorby nerozpustných sulfátů doprovázené degradací baterie. Této potřebě byla věnována zvýšená pozornost. Manažer SOC v případě, kdy baterie není dostatečně dobitá solární energií za určitou definovanou dobu, spustí automaticky nucené dobíjení z generátoru.

 

Skladování energie je realizováno v olověných trakčních bateriích s celkovou kapacitou 73 kWh.

  

Funkce PowerGen – maximální využití generátoru 

 Systém disponuje vytěžovací funkcí, umožňující využití běžícího hlavního generátoru na maximální možnou míru. Chod generátoru se vyznačuje vysokými provozními náklady téměř bez ohledu na míru využití jeho energie. Plným vytížením docílíme co nejlepšího poměru vložené provozní investice na jednotku vyrobené a využité energie.  Prioritně je generátorem nabíjena baterie. V závěrečné fázi dobíjení je absorpční schopnost baterie omezena a v té chvíli se přebytky vyráběné energie přesměrovávají do ohřevu vody. Funkce je volitelná pomocí přepínače. 

 

DC a AC ohřev vody

O plnohodnotném ostrovním nebo hybridním systému by nemohla být řeč, pokud by nezajistil ohřev vody ze solárních přebytků, které jsou v letním období poměrně výrazné. Po prioritním napájení AC spotřebičů a nabíjení baterie je v dalším pořadí solární energie přesměrována na ohřev teplé vody a vytápění. Ohřev je realizován ve dvou 750 l akumulačních nádobách pomocí trojice suchých topných patron o příkonu 3 x 2 kW. Ty jsou upraveny pro stejnosměrné DC napětí. Spínání DC ohřevu se řídí dle aktuálního stavu nabití baterie, které sofistikovaně propočítává sledovač stavu nabíjení Victron BMV700. Pokud je míra nabití baterie vyšší jak 95%, spustí se DC ohřev vody (bezkontaktní zapnutí patron). Pokud klesne míra nabití baterie na 94%, je ohřev vypnut (regulační diference 1%, pulsní regulace na konstantní SOC). Pokud je aktuální výroba energie vyšší než společná spotřeba AC spotřebiči a topného tělesa, je baterie dobíjena až do plného stavu. Pokud je výroba nižší než spotřeba včetně ohřevu vody, je baterie krátce vybita na stav nabití 94% s následným vypnutím DC ohřevu vody. Systém je vybaven přepínačem, který umožňuje trvalé vypnutí DC ohřevu vody nebo naopak ohřev aktivovat i na úkor hlubokého vybíjení baterie.

 

Ukázka regulace ohřevu TUV na konstantní hodnotu SOC.
 

Významnou výhodou stejnosměrného DC ohřevu vody je neopotřebovávání měniče/nabíječe Quattro  a zachování výkonové kapacity pro ostatní AC spotřebiče domácnosti. Nejsou zde energetické ztráty přeměnou energie z DC na AC. DC ohřevu vody se účastní solární MPPT nabíječe, které maximalizují solární zisky. To odlišuje jiné systémy ohřevu vody bez MPPT  přizpůsobení, které mají ziskovost o desítky procent nižší. Plánované rozšíření systému o větrnou elektrárnu umožní mařit přebytečnou větrnou energii taktéž do ohřevu vody bez nutnosti jejího maření bez využití (brzdný rezistor rotoru).

Současně je systém vybaven i doplňkovým AC ohřevem vody se samostatným topným tělesem. V případě nedostatku solární energie je možno manuálně spínačem aktivovat AC ohřev vody a to ve výkonu 0,5 kW nebo 4 kW pro ohřev části objemu akumulačních nádob. Energie je čerpána přes měnič z DC zdrojů (FV pole, baterie), jsou-li k dispozici nebo z hlavního generátoru, je-li zapnut. Hlavním zdrojem tepla je pak peletkový kotel.

  

 

Kompaktní provedení

Vnitřní technologie včetně jistících prvků a propojovací kabeláže je umístěna v kompaktním a na míru vyrobeném elektrorozvaděči. Vně rozvaděče je umístěno veškeré výše popsané ovládání + světelné kontrolky chodu systému pro rychlou volbu a kontrolu funkčního stavu.

 

Předpokladem spolehlivosti je i přehledná vizualizace provozního stavu a snadné ovládání (přepínače „Volba zdroje“ a „Volba měniče“).

 

Veškerá vnitřní technologie je umístěna v kompaktním elektrorozvaděči.

 

Monitoring displejem Color Control GX – kontrola systému odkudkoli a kdykoli

Victron displej Color Control GX poskytuje uživateli komfortní přehled o aktuálním provozním stavu systému. Další užitečnou funkcí je napojení na internet s možností vzdáleného sledování (PC, mobil), přehlednou vizualizací a ukládáním provozních dat. Funkce je zdarma a umožňuje mít systém stále pod kontrolou, ať už jste kdekoli, s možností zpětného dohledání provozních stavů pro optimalizaci nastavení systému.

   

 Přehledná vizualizace provozních stavů pomocí displeje Color Control GX  se vzdáleným přístupem přes internet.

   

Závěr

První měsíce chodu systému prokazují spolehlivost celého zařízení. K tomuto stavu přispělo výraznou měrou použití komponent od renomovaného holandského výrobce Victron Energy a pečlivá příprava s detailní projektovou dokumentací.


Podrobná projektová příprava – předpoklad spolehlivosti a budoucí opravitelnosti systému.

Reference fotovoltaika

Kontakty
O nás

NEOSOLAR, spol. s r.o. Pávovská 5456/27a 58601 Jihlava  IČO: 26287030  DIČ: CZ26287030  telefon: +420 567 313 652
Ostrovní solární systémy
Ostrovní solární systémy pro chaty, chalupy a místa bez elektrické energie. Podívejte se na aktuální nabídku výhodných solárních sestav zde