Robert Mořkovský Solární Panely.CZ, s.r.o. http://www.solarni

Robert Mořkovský Solární Panely.CZ, s.r.o. http://www.solarni

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.
http://www.solarni-panely.cz
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)
http://www.solarni-panely.cz
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.
http://www.solarni-panely.cz
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)!!!
http://www.solarni-panely.cz
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
http://www.solarni-panely.cz
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 http://www.solarni-panely.cz
Nový energetický zákon (NEZ)
http://www.solarni-panely.cz
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)
http://www.solarni-panely.cz
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
http://www.solarni-panely.cz
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
http://www.solarni-panely.cz
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.
http://www.solarni-panely.cz
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.
http://www.solarni-panely.cz
Graf závislosti výroby elektřiny, spotřeby elektřiny a nákupu elektřiny ve větším RD.
Aplikace
metody
lineárního
řízení
zátěží
dle
aktuálního
výkonu
z
FV
panelů
http://www.solarni-panely.cz
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
kapacity
1000Ah/48V
Kapacita
přiakumulátoru
souvislém 19h
blackoutu (1.12.2014)
(1.12.2014)
http://www.solarni-panely.cz
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
http://www.solarni-panely.cz
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
http://www.solarni-panely.cz
MožnosQ
rozšíření
stávajících
FVE
na
HFVE
http://www.solarni-panely.cz
Řízení
nákupu
elektřiny
dle
HDO
v
NT
v
době
nedostatečného
množství
záření
http://www.solarni-panely.cz
Ukládání
energie
pro
pozdější
využi@
při
vysoké
výrobě
a
malé
spotřebě
http://www.solarni-panely.cz
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.
http://www.solarni-panely.cz
Rozložení
spotřeby
tepla
a
elektřiny
v
rezidenčních
budovách
Zdroj: http://fuelcellpower.org.uk/
Ukládání
tepelné
energie
do
vody
řízením
TČ
dle
slunečního
svitu
http://www.solarni-panely.cz
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
http://www.solarni-panely.cz
http://www.solarni-panely.cz
Řízení
nákupu
elektřiny
dle
predikce
spotřeby
a
aktuálních
cen
na
burze
h
h
h
h
http://www.solarni-panely.cz
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%
http://www.solarni-panely.cz
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
http://www.solarni-panely.cz
Minimalizace
vybíjecích
cyklů
akumulátoru
pomocí
lineárního
řízení
zátěží
http://www.solarni-panely.cz
Reálné
využi@
přípojky
elektřiny
1x25A
v
RD
s
HFVE
9,55
kWp
a
TČ
10kW
(03/2015)
http://www.solarni-panely.cz
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
http://www.solarni-panely.cz
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%
http://www.solarni-panely.cz
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.
http://www.solarni-panely.cz
HFVE
(Hybridní
FVE)
29,9kWp
/
24kW
3f
DC
Coupling
(ČR)
http://www.solarni-panely.cz