Резервне живлення для сонячних електростанцій, генератор для СЕС

Все більше домогосподарств оснащуються різними типами сонячних електростанцій. Сучасні фотоелектричні модулі вже здатні перетворювати близько 20% енергії сонця в електроенергію, що робить цей вид виробництва електроенергії дуже привабливим.

Резервне живлення сонячної станції з акумуляторною батареєю або без неї

Головним елементом сонячної електростанції є інвертор. Слід розрізняти мережеві on-grid, гібридні та off-grid інвертори для автономних систем.

Мережеві та гібридні інвертори сонячних електростанцій мають бути синхронізовані з зовнішньою мережею та можуть направляти надлишкову енергію до неї.

У разі збою живлення резервний генератор не може замінити загальну мережу для мережевих і гібридних інверторів, оскільки він не може поглинути надлишок енергії. Спрямована від інвертора енергія може пошкодити генератор.

Винятком можуть бути мережеві інвертори, які мають окремий вхід для генератора з вбудованими датчиками струму, завдяки яким зворотнє живлення у бік генератору гарантовано виключене. Однак такий генератор повинен мати параметри напруги, прийнятні для інвертора, що не завжди можна сказати про звичайний електрогенератор.

Резервний генератор для сонячної електростанції з мережевим інвертором повинен забезпечувати лише споживачів, які мають право на резервне живлення, при цьому інвертор та наявні накопичувачі змінного струму залишаються на стороні зовнішньої електромережі та мають бути відокремлені за допомогою перемикача, щоб генератор не працював паралельно з інвертором або накопичувачем змінного струму.

Схема резервного живлення з використанням СЕС та інверторних генераторів без функції автоматичного вводу резерву АВР:

У разі використання генераторів з функцією АВР можливий автоматичний перехід на резервне живлення споживачів 230В у разі відключення зовнішньої електромережі.

Схема резервного живлення з використанням СЕС та інверторного генератора KS 5500iES ATSR із зовнішнім блоком автоматичного вводу резерву KS ATS 4/25 Inverter:

Схема резервного живлення з використанням сонячних панелей, on-grid інвертора та інверторного генератора KS 8100iE ATSR із зовнішнім блоком автоматичного вводу резерву KS ATS 4/25 Gasoline:

Резервне живлення у всіх описаних вище випадках відбувається напругою 230В. Таким чином можна забезпечити живлення майже всіх споживачів електроенергії в будинку. Трифазні споживачі (за їх наявності) підключаються окремо. 3-фазні споживачі електроенергії з електронним керуванням зазвичай потребують «чистої» синусоїди, яку звичайний генератор не може створити. Детальніше про резервне джерело живлення 230В і 400В ви можете знайти в нашому інформаційному матеріалі на сайті. Якщо генератор не встановлюється стаціонарно або розташований далеко від перемикача, ми рекомендуємо використовувати наші унікальні інверторні генератори з внутрішнім модулем ATS здатні контролювати напругу зовнішньої електромережі та запускатись у разі необхідності. Перемикання живлення відбувається зовнішнім автоматичним перемикачем, при чому генератор підключається до його сторони з пріоритетом.

Генератор контролює напругу в розетці, яка підключена до перемикача і захищена автоматичним та диференційним вимикачем або RCBO (захист від перевантаження і контакту в одному). Цю розетку без підключеного генератора можна використовувати як звичайну зовнішню розетку. Вона знеструмлюється під час відключення електроенергії від зовнішньої електромережі, що є сигналом для запуску генератора.

Схема резервного живлення будинку з сонячною електростанцією з мережевим інвертором за допомогою генератору KS 6000iES ATS Version 2, в якому MAINS INPUT контролює напругу 230 В, але не передає її на вихід (розетка CEE 230V 32A) в режимі очікування:

Генератор у такій схемі встановлений не стаціонарно, а підключений до попередньо встановленої розетки 230V для моніторингу напруги та вилки живлення CEE 230V 32A. Це означає, що за потреби генератор також можна відключити і взяти з собою. Стаціонарна установка генератору також можлива, але для цього потрібно відповідне приміщення та система відводу вихлопних газів.

Генератор підключений до сторони N автоматичного перемикача, яка має пріоритет, тому, коли основне живлення повертається, вимикач не перемикається на зовнышню електромережу негайно, а лише коли генератор вимикає свій вихід. Генератор KS 6000iES ATS версії 2 аналізує напругу на своєму вході MAINS INPUT протягом приблизно 1 хвилину, вимикає вихід (розетка CEE 230V 32A) і таким чином дозволяє перемикання на основне джерело живлення. Це відповідає регулюванню, згідно з яким автоматичний перемикач живлення повинен перемикатися з резервного живлення на загальну електромережу не відразу, а із затримкою в 1 хвилину.

Автоматична робота можлива лише з KS 6000iES версії 2 (без перемикання напруги з MAINS INPUT на вихід). Функція ATS повинна бути активована, щоб генератор запускався автоматично, якщо у розетці, куди він підключений, більше немає напруги і, відповідно, немає напруги на вході генератору MAINS INPUT.

Гібридні інвертори сонячних електростанцій з батареями постійного струму у разі вимкнення зовнішньої мережі перемикаються на резервне живлення від батареї та сонячних панелей. Для живлення витрачається енергія, що постачається сонячними панелями та накопичена у акумуляторній батареї.

Сонячні станції з гібридним інвертором зазвичай мають акумуляторні батареї меншої ємності, оскільки вони призначені лише для накопичення надлишку енергії для використання вночі тощо. Але що робити, коли сонячної та накопиченої у акумуляторі енергії недостатньо ? У такому випадку потрібен генератор.

У цьому випадку ми рекомендуємо заряджати акумулятор (тільки постійного струму) від резервного генератора електроенергії, щоб гібридний інвертор міг продовжувати забезпечувати будинок електроенергією у звичайному режимі.

Акумулятор заряджається або від генератора змінного струму та зарядного пристрою, або від генератора постійного струму. Зарядний пристрій або генератор постійного струму має підходити до акумуляторної батареї за своїми параметрами.

Схема резервного живлення будинку з сонячною електростанцією з гібридним інвертором та акумулятором за допомогою генератору KS 6000iES ATS Version 2, в якому MAINS INPUT контролює напругу 230 В, але не передає її на вихід (розетка CEE 230V 32A) в режимі очікування:

Блок контролю напруги батареї перериває 230 В від виходу інвертора до розетки, якщо напруга батареї падає нижче заданого значення. Генератор запускається та подає напругу змінного струму на зарядний пристрій, який, у свою чергу, заряджає акумуляторну батарею, щоб забезпечити достатньо енергії для роботи сонячного інвертора.

KS 6000iES ATS оснащений літієвою батареєю, яка заряджається коли на MAINS INPUT є напруга 230 В або під час роботи генератору. Завдяки цьому акумулятор залишається зарядженим і готовим до використання. Літієва батарея має невелику ємність, але має високий пусковий струм і відносно швидко заряджається знову після запуску генератора.

УВАГА!
Така схема можлива тільки з генератором KS 6000iES ATS версії 2! Залежно від конструкції зарядного пристрою (в залежності від коефіцієнта потужності і типу споживаного струму) зарядна потужність за такою схемою може бути до 2-4 кВт.

У системах з менеджментом енергії контролер MPPT часто враховує лише процес заряджання від сонячних панелей. Запитайте у виробника вашого інвертора, чи є технічно допустимим заряджання акумуляторної батареї від зовнішнього джерела живлення постійного струму та чи не викликає це помилок системи.

Таке джерело живлення постійного струму має функціонувати як зарядний пристрій з характеристикою IU і звичайне джерело постійної напруги не підходить. Такий зарядний пристрій або зарядний модуль повинен мати так звану «точку максимальної потужності», де напруга падає, якщо вихідний струм досягає встановленого максимального значення. Завдання зарядного пристрою полягає не в тому, щоб зарядити акумулятор повністю, а в тому, щоб поповнити енергію батареї та підтримувати живлення споживачів. Повний заряд акумулятора здійснюється від сонячних панелей через контролер заряду.

Резервне живлення шляхом заряджання акумуляторної батареї має явні переваги щодо споживачів електроенергії. Споживачі отримують «чисту» синусоїду від інвертора у звичайному режимі без перебоїв. Максимальна потужність все ще визначається параметрами інвертора та батареї. Генератор лише поповнює енергію системи та виконує таку ж функцію як сонячні панелі з контролером заряду.

У системах, де споживання електроенергії коливається (наприклад, будинок або офіс), генератор не працюватиме безперервно, а лише коли є потреба у додатковій енергії. Після підзарядки батареї до напруги, встановленої на приборі контролю напруги батареї, генератор вимикається, а споживачі електроенергії живляться від батареї через інвертор. Таким чином можливе довгострокове безперебійне електропостачання, що дуже важливо в разі тривалого відключення електроенергії. Генератор працює з перервами і встигає охолонути. Паливо також використовується оптимально, оскільки двигун працює при більш оптимальному навантаженні.

Off-grid інвертори автономних сонячних електростанцій живлять лише підключених споживачів електроенергії і не направляють енергію у зовнішню мережу. Такі інвертори працюють у поєднанні з акумуляторними батареями та зазвичай мають вхід для зовнішнього джерела змінного струму лише у якості резерву.

Залежно від налаштувань інвертора, це зовнішнє джерело змінного струму має бути в змозі забезпечити достатню кількість енергії для споживачів та для заряджання акумулятора. У цьому контексті деякі інвертори мають додаткове налаштування, яке обмежує загальну потужність, яку інвертор може отримати від зовнішнього джерела змінного струму. Потім ця потужність розподіляється між акумуляторною батареєю та споживачами електроенергії, підключеними до виходу інвертора.

Заряджання акумуляторів великої потужності від джерела змінного струму має особливості, які необхідно враховувати, особливо при використанні генератора. Реактивна потужність і перехідні процеси, що виникають під час процесу зарядки, можуть пошкодити споживачів та генератор.

Більшість зарядних пристроїв змінного/постійного струму мають імпульсне споживання струму на стороні змінного струму та заряджають акумулятор також імпульсами:

Напруга змінного струму показано жовтим кольором. У випадку зарядних пристроїв без корекції коефіцієнта потужності споживаються лише максимуми синусоїди.

Заряджання акумулятора через зарядний модуль, встановлений у інверторі, часто має ту ж саму проблему. Батарея заряджається імпульсами:

Жовтим кольором ліворуч позначено напругу акумулятора, а праворуч — напругу зовнішньої електромережі. Зеленим кольором позначено зарядний струм, виміряний на кабелі акумулятора під час заряджання через інвертор.

Ефективне значення зарядного струму таких зарядних модулів регулюється шириною імпульсу, що може посилити проблему нерівномірного навантаження синусоїди:

Акумулятор сонячної станції у такому випадку заряджається 100 імпульсами в секунду (при частоті 50 Гц). У такому випадку систему не слід розраховувати лише за середньоквадратичними значеннями, але потрібно також враховувати миттєві амплітуди.

Імпульсне споживання струму має коефіцієнт потужності 0,5-0,7, що може призвести до високої реактивної потужності. Якщо ви живите зарядний пристрій або зарядний модуль інвертора від електричної мережі, це компенсується іншими споживачами електроенергії в електричній мережі. Інакше виглядає при використанні генератора.

Генератор і споживачі електроенергії утворюють замкнуту систему, елементи якої впливають один на одного і дуже важливо, щоб вони підходили один до одного і система залишалася стабільною.

Імпульсне споживання струму означає, що не можна використовувати більше половини номінальної потужності генератора, і необхідно вжити додаткових заходів проти гармонік, викликаних імпульсним споживанням струму, щоб стабілізувати схему.

На практиці це часто призводить до нестабільної роботи зарядного модуля і навіть до пошкодження генератора, наприклад, перегріву обмоток, поломки регулятора напруги або модуля інвертора.

У більшості випадків автономні інвертори перемикають споживачів на зовнішнє джерело живлення та навантажують його імпульсами для зарядки власної акумуляторної батареї, що може викривити форму напруги звичайного генератора до такої міри, що це може вплинути на чутливих споживачів електроенергії.

Ми рекомендуємо у випадках з автономними інверторами у якості зовнішнього джерела змінного струму використовувати саме інверторні генератори, які можуть набагато краще підтримувати форму напруги, що може бути дуже важливим для чутливих споживачів електроенергії:

Схема резервного живлення будинку з сонячною електростанцією з off-grid інвертором та акумулятором за допомогою генератору KS 6000iES ATS Version 2, в якому MAINS INPUT контролює напругу 230 В, але не передає її на вихід (розетка CEE 230V 32A) в режимі очікування:

Увага! Це рішення ЛИШЕ для використання з автономними off-grid інверторами!

Інверторний генератор KS 6000iES ATS версії 2 запускається, як тільки блок контролю напруги акумулятора перериває напругу 230 В від виходу інвертора до MAINS INPUT генератора, і зупиняється, коли воно повертається.

Слід зазначити, що генератор повинен забезпечувати енергією як споживачів електроенергії, які підключені до виходу інвертора, так і заряджання акумулятора сонячної станції.

У разі автономних рішень із автономним off-grid інвертором акумуляторна батарея постійного струму може заряджатися за допомогою генератора + зарядного пристрою, як і в системах з гібридними інверторами. Таким чином може функціонувати навіть трифазне живлення від інвертора у звичайному режимі.

Схема підключення резервного джерела живлення сонячної станції з інверторним генератором KS 6000iES ATS Version 2, в якому MAINS INPUT контролює напругу 230 В, але не передає її на вихід (розетка CEE 230V 32A) в режимі очікування:

Акумулятор постійного струму також можна заряджати безпосередньо від відповідного генератора постійного струму, якщо це технічно можливо для відповідної сонячної станції.

Приклад використання KS 48V-DC в системі живлення на базі акумуляторів 48В:

Приклад використання KS 48V-DC з гібридним інвертором та акумуляторною батареєю напругою 48 В:

Генератор постійного струму підключається безпосередньо до акумуляторної батареї 48 В, щоб заряджати її напряму.

KS 48V-DC може контролювати напругу батареї самостійно в автоматичному режимі або ж керуватися ззовні за допомогою «сухих» контактів.

Генератор запускається в режимі AUTO при досягненні напруги акумулятора нижче 48В, заряджає батарею напругою до 54В і струмом до 70А і вимикається, коли напруга досягає 53,5-54В та струм заряджання падає нижче 20А. . Генератор також можна запускати та зупиняти вручну або ззовні за допомогою «сухих» безпотенційних контактів що дозволяє різні способи використання та інтеграцію у різні існуючі системи. Генератор не має власної батареї і використовує для запуску в режимі AUTO та EXTERNAL CONTROL енергію від батареї, яка має бути заряджена. Також можливий ручний запуск за допомогою ручного стартера.

Приклади підтримуваних акумуляторів 48 В:

1. 4 батареї AGM, з'єднані послідовно з діапазоном напруги прибл. 48-54В
2. Батареї з 14 LiIon елементами, з'єднаними послідовно з діапазоном напруги прибл. 47-56В
3. Батареї з 16 елементами LiFePo4, з'єднаними послідовно з діапазоном напруги прибл. 48-54В
4. Батареї з 15 елементами LiFePo4, з'єднаними послідовно з діапазоном напруги прибл. 45-51 В (рекомендується режим зовнішнього управління EXTERNAL CONTROL).

Залежно від акумуляторної батареї та інвертора слід використовувати режим AUTO або EXTERNAL CONTROL. Функція генератора полягає в тому, щоб служити резервним джерелом енергії і, якщо необхідно, завантажити кілька кВт*год енергії в акумуляторну батарею постійного струму, щоб споживачі електроенергії, що живляться від інвертора, могли працювати у звичному режимі, навіть якщо енергії занадто мало від сонця та без живлення від зовнішньої електромережі. Таким чином, генератор зазвичай працює близько 1-2 годин і вимикається. Будинок живиться від акумулятора постійного струму, який також може компенсувати піки потужності під час роботи генератора.

Будинок зазвичай споживає лише кілька сотень ват безперервно, і лише коли потужний пристрій увімкнено, споживання електроенергії збільшується на кілька кВт, у цей момент енергія може надходити як від генератора, так і від акумулятора, оскільки вони працюють паралельно . Таким чином, споживання електроенергії може на короткий час перевищити вихідну потужність генератора, і електропостачання будинку може тривати у звичайному режимі.

Генератор в режимі AUTO вимикається, коли сила струму падає нижче 20А. Час реакції близько 30 секунд. Якщо споживання електроенергії в будинку постійно перевищує 1 кВт, рекомендуємо використовувати режим зовнішнього управління EXTERNAL CONTROL або вимкнути генератор вручну.

Завдяки різним режимам роботи генератор можна інтегрувати в різні системи електропостачання.

Генератор постійного струму набагато економічніший і може навіть забезпечити безперебійне резервне живлення протягом кількох днів, оскільки генератор працює з перервамиі має достатньо часу, щоб охолонути.

Генератор постійного струму виконує ту ж функцію, що й сонячна панель + контролер заряду, і є набагато ефективнішим, ніж комбінація «генератор змінного струму + зарядний пристрій». Зарядний струм від генератора постійного струму не є імпульсним (є лише пульсації), що також важливо для акумуляторів і контролерів BMS (для літієвих акумуляторів).

Генератор постійного струму має кілька обмоток і електронне управління, що робить вихідний струм більш рівномірним. Ось так виглядає зарядний струм (зеленим) акумулятора LiFePo4 при струмі 40А і 70А (середньоквадратичне значення):

Пульсації вихідної напруги генератора постійного струму низькі, що все ще може спричинити пульсації зарядного струму в акумуляторі LiFePo4. Зі збільшенням зарядного струму збільшується різниця між власною напругою батареї та напругою генератора, що призводить до зменшення пульсацій зарядного струму.

Генератор постійного струму для заряджання акумуляторів є хорошим рішенням з усіх точок зору, і в деяких випадках немає кращої альтернативи, якщо взагалі така може бути.

Кілька KS 48-DC можна підключити паралельно, щоб підвищити загальну потужність або забезпечити тривале живлення.

Усі KS 48-DC підключаються до шини 48 В, до якої також підключаються інші джерела постійного струму, акумулятори та інвертори.

Залежно від необхідної потужності можливо, наприклад, активувати певну кількість генераторів зовнішнім керуванням, включати їх по черзі, тощо.

Якщо всі генератори постійного струму, підключені до шини 48 В, знаходяться в режимі AUTO, спочатку запуститься той генератор, керуюча електроніка якого відреагує першою, а інші запускатимуться лише за необхідності, напр. якщо потужність лише від першого генератора недостатня та напруга акумулятора продовжує падати, або якщо в першому генераторі сталася несправність. Таким чином діє своєрідне саморегулювання системи.

Ця властивість дуже важлива в системах, де потрібно кілька кВт потужності. Ви просто використовуєте кілька KS 48-DC, щоб надійно задовольнити потребу в потужності. Таким чином, частина генераторів може залишатися як резерв на випадок, якщо один із активних генераторів постійного струму вимкнеться (наприклад, закінчиться бензин).

Ось приклад використання кількох KS 48-DC одночасно:

Обмеження відповідальності:

Ця інструкція є лише рекомендаціями, які є ілюстративними та повинні бути адаптовані до точних місцевих обставин та умов під час встановлення. Сама установка має бути виконана з дотриманням усіх стандартів і правил. Ми не несемо відповідальності за неправильні інсталяції та їх наслідки.