A hálózatra kapcsolt inverterek megválasztása és méretezése Az inverterek csak akkor tudnak optimális hatásfokot elérni, ha a rájuk kapcsolt modulstrangokon ugyan az a feltétel valósul meg. Ez azt jelenti, hogy soha sem szabad olyan modulokat egy stringbe kötni, amelyek különböző dőlésű tetőn vannak felszerelve, eltérő dőlésszögben vannak felállítva vagy netán különböző teljesítményüek és típusúak (gyártó, cella típus). Ilyen esetekben tervezzük minden dőlési szöghöz és tájoláshoz tartozó modult vagy külön inverterre kötni vagy alkalmazzunk multistring invertert, ahol ezek külön strangokban lesznek összefogva. Így minden stranghoz a saját és megfelelő MPP trakkere, munkapontja lesz hozzásorolva. Ugyan ez érvényes a napközben elkerülhetetlen leárnyékolások esetében is. Ekkor is össze kel fogni lehetőség szerint ezeket a modulokat és ki kell a strangot alakítani. Az állandóan leárnyékolt modulokat is külön strangba kell fogni. Az igaz, hogy a modulok el vannak látva áthidaló (bypass) diódákkal, de az optimálistól eltérő üzem akkor is veszteséget jelent nekünk, mivel néha nem kapcsolnak be még a diódák, amikor még csak részleges a leárnyékolás és ilyenkor az ilyen modul lehúzza az egész fűzér teljesítményét. Egyenlőtlen fázisterhelés • •
•
Az áramszolgáltató követelménye: Egyenlőtlen fázisterhelés kiküszöbölése. (MSZ 13207-3:1995) A tervezésnél az inverterek összekapcsolásánál az L1, L2, L3 fázisokat feltétlenül figyelembe kell venni. A max. megengedett aszimmetria 4,6 kVA. Ez azt jelenti az egy fázisú üzemnél is, hogy az inverter névleges teljesítménye nem lehet nagyobb, mint 4,6 kVA. Az inverter maximálisan 110%-ra emelheti meg névleges teljesítményét, amit még a hálózatra rátermelhet, ez a maximális teljesítmény így 5,06 kVA.
Egyenlőtlen fázisterhelés kiküszöbölése.
Azokon a helyeken, ahol egy fázis van a lakásba bevezetve az egyenlőtlen terhelés nem okozhat gondot. A fogyasztó felől nézve "legkésőbb" a villanyóránál úgyis minden fázisvezető közösítve van. Ami nagyon fontos, hogy a falba beépített vezetékek összes terhelhetősége mennyi. Ha megfelelően kiépített elektromos rendszerről beszélünk, nem lehet problémás a teljes terhelhetőség egy konnektoron
való levétele sem. Tehát ha a hálózatunk pl. 16-25 amperes kisbiztosítékkal van védve, az egész kijöhet egy konnektorból. Viszont régebbi házakban, vagy ismeretlen kiépítés esetén, vagy ha tudjuk, hogy a hálózat rossz állapotú, valóban célszerű lehet a terhelést megosztani, és más-más konnektorból kivenni az energiát. Ez amúgy általában a nagyfogyasztókra (mikrosütő, klíma, hősugárzó, elektromos grill, komolyabb vasaló, esetleg porszívó, hajszárító) érvényes, amiknek a fogyasztása kilowattos nagyságrendbe esik. A DVD lejátszók, borotvák, ventilátorok, de az újabb TV-k, Monitorok, notebookok nem ilyenek. NS-hálózatba betáplálható legnagyobb érték fázisonként 4,6 kVA (lásd alábbi számítást is). Minden ennél nagyobb rendszert már több fázisúra kell tervezni.
Kábelkeresztmetszetek meghatározása, SMA: Kábelszámítások DC-AC V1.3., Excel-szoftver,
ahol: Material L A
-vezeték anyaga => réz - vezetékhossz - vezeték keresztmetszete
A teljesítményveszteség (Pv) az alkalmazott kábel miatt csak 1,2%. Az inverter(ek) optimális megválasztása érdekében jó pár nevezetes invertergyártó tesz közzé a saját honlapján ingyenes konfigurációs szoftvereket. Alább kiválasztottunk Magyarországon is ismert 11 gyártót. Garancia és felelősségvállalás Mivel az alábbi konfigurációs szoftvereket ingyenesen letöltheti a felhasználó, ezért a helyes üzemmódért és alkalmazásért valamint az eredmények alkalmazásáért és az előbbiek következményeiért illetve az esetleges károkért nem vállal a gyártó felelősséget.
Ingyenes inverter- és rendszerkonfigurációk: Egy pár ismertebb gyártó különböző nyelvű linkjei: (Figyelem: néhány gyártónál be kell először (ingyenesen) regisztrálni!)
SMA
Sunny-Design V2.3. Online kalkulátor
SMA
Sunny-Design V1.09. Szigetüzemű pv-rendszer kalkulátor
SMA
GenAu_7-451 PV-generátor összeállítás, Excel-szoftver
SMA
Kábelszámítások DC-AC V1.3. Excel-szoftver
Fronius
Fronius Solar.configurator V2.8.5.
Kaco
Kacocalc Pro V2.9.6.
Mastervolt
Syscalc Excel-szoftver
Siel-Siac
Configurator V10.0. Excel-szoftver
Steca
StecaGrid Configurator V3.0. Offline kalkulátor
Steca
StecaGrid Configurator V4.0. Online kalkulátor
DIEHL-Alko PLATINUM® SolarConfig V4.1.3.
Siemens
Sinvert-Select
Solarmax
MaxDesign V3.3.1.
Sunway
Sundim, V5.29. Excel-szoftver
Power-one PVGIS
Aurora Designer PVGIS-Europa Globális besugárzás, irányító szám szerinti adatbázis
Némelyik szoftver olyan rugalmas, hogy lehetőséget nyújt egy idegen új modul vagy inverter felvételére is. Ilyen pl. az SMA Sunny Design konfigurációs szoftvere. Az új adatok bevitele közben azonban legyünk óvatosak és ügyeljünk a pontos adatbevitelre, különben fals eredményt kapunk (lsd. garancia és felelősségvállalás). Ezekkel a kifejlesztett konfigurációs szoftverekkel megállapíthatjuk, hogy lehetségese a modul-inverter kombinációja illetve, hogy megfelelő-e az inverter és a pvmodulgenerátor teljesítmények egymáshoz viszonyított hatásfoka. Az eredményeket nem csak számszerűen, hanem grafikában is megkapjuk minden gyártó konfigurációjában. Ezért ezzel egyből láthatjuk az esetleges rendellenességet és természetesen a helyes konfigurációt is. Ha a számított értékmező zöld vagy kék színű, úgy megtaláltuk a helyes párosítást, a narancs illetve sárga mező jelenti, ha még megfelelő, de határos értékű, a piros mező, amikor teljesen helytelen az eddigi gondolatunk. Ügyeljünk arra, hogy maradjunk a kb. 80%-os maximum 110%-os leterhelési aránynál (válasszunk általában a 90-95%-osat, így meghosszabbítjuk az inverter üzemidejét). A napelemek generátorteljesítményét (T=25°C; E=1.000 W/m²) csak néha érjük el az évben. A maximális modul- ill. generátorteljesítményt tavasszal és télen érhetjük el optimális felállítás esetében. Amikor alacsonyak a külső hőmérsékletek, úgy még túl is léphetik a névleges teljesítményt, de ez tényleg ritka (ezért is legyen csak 90-95%osra az inverterteljesítmény beállítva!). A rendszerünk hatásfokát csökkentik még a kábelek és a dugaszok ellenállása is egy-két százalékkal. Ne feledjük el, hogy az erősebb teljesítményű inverter költsége is magasabb és a 100 százalékos és az ezen felüli méretezés ezért nem értelmes. Csak akkor lépjük túl az itteni figyelmeztetéseket, ha valóban nincs más választásunk. Ugyanakkor van egy másik oldala is a skótoskodásunknak. Képzeljük el, hogy nap mint nap figyeljük rendszerünket az internetes monitoring rendszerünkön keresztül. Olykor látjuk, hogy valójában felhőtlenül és ragyogóan süt a Nap tavasszal, de a hozamgörbénk felső görbéje le van egyszerűen vágva és este észrevesszük ezt a kevesebb kilowattóra mennyiségben, ha a többi nappal összehasonlítjuk a hozamot. Ilyenkor mérgelödünk. Ha Ön ehhez a tipushoz tarozik, akkor fektessen inkább pár ezerrel többet bele az inverterbe és örüljön a néhány nap csúcshozamainak ilyenkor is.
De, ha az előbbihez tartozik és gazdaságosabban gondolkodik, úgy inkább lemond a néhány nap top értékéről és elfogadja, hogy az inverter leszabályoz és gazdaságosabban üzemel (pl. nem hajtja túl a motort és tovább üzemel). Az inverter túlméretezését sem szabad azonban túlzásba vinni, mivel a gazdaságos hatásfok az inverter névleges teljesítményének az 1/3-ánál lesz először elérve!
Rendszerfelügyelet Az utolsó évek tapasztalatai mutatják: A még látszólag jól működő rendszerben is lehetséges az energiahozam javítása egy rendszerfelügyelettel! Hagyományos kijelző ellenőrzéskor vagy számláló leolvasásakor eldugva maradnak leginkább a hálózati ingadozások miatti lekapcsolások. Ilyenkor az inverter a hálózat védelme érdekében kiszáll a betáplálási üzemmódból - az áramszállítást leállítja! Bizonyos körülmények alatt 50 ilyen lekapcsolást figyeltünk meg egy nap. Ez már 1 perces lekapcsolási tartam miatt is kb. 1 órás üzemkiesést jelent naponta (50 perc)! Az inverter méri a frekvencia-, a feszültség- és a hálózati impedancia értékeket és a határértékek elérésekor automatikusan lekapcsol. Csak részletes felügyeleti rendszerrel (pl.: Sunny Boy Control vagy Fronius Datenlogger) lehetséges ilyen hibákat kinyomozni! Ezek a felügyeleti rendszerek felismerik az inverter teljesítménygörbéjének a megszakadásából a lekapcsolásokat. A legtöbb alkalmazások ezen túlmenően még információkkal is szolgálnak a felelős hibákról.
Konfigurációs példa
A 10,080 kWp napelemes rendszer, felállítási helye: D-72469 Meßstetten/Tübingen (BadenWürttenberg).
Tervezési adatok: Üzembe helyezési év: Tető dőlési szöge: Teljesítmény: Rendszer: Tájolás: Modulok: Inverter:
2007 33° 10,080 kWp fix 0°=dél 56 db Aleo Solar S16 180Wp 1 x SB 5000TL HC
1 x SB 4200 TL HC Üzem felügyelete: Felállítási költségek:
Solare Datensysteme – SolarLog 400e 0€
A fenti rendszerünkhöz kiválasztottunk tehát kettő SMA invertert: 1 x SB 4200 TL HC-t és 1 x SB 5000 TL HC-t. A konfigurációhoz pedig szintén az SMA Sunny Design szorftverét használjuk, amihez a következő adatok szükségesek: •
•
Moduladatok Az adatbankban sok ismert modult megtalálunk. Ha nem találjuk a modulunkat, úgy felvehetjük a saját modulunkat minden egyes adatával és azzal számíthatunk tovább. Modul mennyisége Vegyünk egy már létező Aleo S_16 típusú á 180Wp modult 56 darabbal, PNévl = 10,080 kWp.
A napelemes rendszerünk invertereinek meghatározása A hely kiválasztásánál vagy rátalálunk, vagy a legközelebbit kell kiválasztanunk. Ebben a programban nem lehet pontosabb adatot megadni. Vegyük át nyugodtan a Sunny Design által ajánlott hőmérsékleteket. A dőlési szög megegyezik a tető dőlési szögével (33°), vagy ha állványozott a rendszerünk, úgy szabadon megválaszthatjuk azt. Most a megfelelő modult (Aleo S_16) és a rendszerünk tájolását is megválasztjuk (jelen esetben ez Nulla, 0°, azaz dél). Most felléphet a modulok számával az a probléma, hogy a Sunny Design nem osztja szét a modulok számát különböző inverterekre. Némelyik más konfigurációs gyártó programja ezt már tudja és felajánlja ezt. Itt csak az óvatos lépésenkénti próbálgatás hozhat eredményt. Milyen jó a fiktív tervezés, amikor mindent és egyből módosíthatunk még a papíron? A mi rendszerünkben 30 db modult szeretnénk az SB 5000 TL HC-re rákötni. Tehát megadjuk ezt:
Most ha a „Wechselrichter” nyelvre és jobb oldalon a „string”-re kattintunk, úgy megjelenik az alábbi ablak:
A generátor csúcs(peak)teljesítményéhez adjuk meg az összes (itt 30 db) modul teljesítményét, a mi esetünkben ez 30 db modul á 180 Wp = 5.400 Wp, azaz 5,4 kWp. Most megkapjuk a szükséges felületet is, A = 42 m². A legfontosabb értéket most a második oszlopban láthatjuk meg: PV/WR kompatibel. Ez azt jelenti, hogy rákapcsolhatjuk a 30 db modult a kiválasztott SB 5000-res inverterre. A névleges teljesítmény aránya az inverter max. DC-teljesítménye és a pv-generátor csúcsteljesítménye közötti arányszám: 5,31 kW / 5,4 kW = 0,9833 illetve 98%. Ennek az aránynak 90% és 100% között kell lenni. Alacsonyabb értéknél alul van méretezve az inverter, magasabb értéknél pedig túl van méretezve. Még egy db modult hozzárakhattunk volna az stringhez, de akkor 92%-ra csökkent volna le a névleges teljesítmény aránya és ezt nem akarjuk ennél a jó feltételeknél. Egy kattintás az „Ergebnis” (eredmény) gombra megmutatja az összefoglalt eredményt:
Érdekes az inverter 94,1%-os kihasználtsági foka, valamint az éves fajlagos energiahozam. Ez a saccolt 991 kWh/kWp-el igen közel van az 1.018 kWh/kWp-hez, amit a pvgis-sel kaptunk erre a helyre. Ugyan ezeket a lépéseket lehet megtenni az SB 4200TL HC inverterrel is, azonban csak a megmaradt 26 modullal. Itt is minden a zöld mezőben van. A névleges teljesítmény aránya itt ugyan csak 94%-os és az inverter hatásoka is kissé leesik a 93,8%-ra.
Az adatlap után leellenőrizhetjük az eredményeket:
Két okból lettek multistring inverterek kiválasztva: 1. A modulok leárnyékolása végett. Ilyenkor egy stringbe kell venni ezeket a modulokat, hogy a lehető legkisebb legyen az összteljesítmény veszteség. 2. A fennmaradt hó miatt. A fennmaradt hó drasztikusabb kihatással van, mint a leárnyékolás. Csak nagyon vékony porhórétegnél lesz betáplálásunk, ha egyáltalán.
Az invereterekre kettő stringet köthetünk egyenként. A stringenkénti modulszámot már meghatároztuk, azaz 2 string x 15 modul az 5000-resen és 2 string x 13 modul a 4200-ason. Ez eddig rendben van, de hogyan osztjuk fel a stringeket a tetőn? Az épület tetején lévő moduloknak feltétlenül egy strangba kell kerülniük, ez már eleve világos. Ha elfelejtük a hót, úgy a fentről lefelé elosztott stringek lennének értelmesek, mivel a felmenő és a lemenő Nap mindig a tető egyik oldalán kezdődne és aztán a másik oldaláig vonulna. Ez az egyéb más árnyékoló elemeknél is így van, mint pl. fák, antennák, oszlopok, szomszédos épületek stb. Tehát figyeljük meg mindig, hogy hogyan vonul az árnyék és a stringeket mindig úgy helyezzük el, hogy csak is egy stringet érjen árnyék, ha az nem kerülhető el.
A rendszer stringfelosztása.
Ebben a rendszerben nem kell leárnyékolással számítani. A modulok párhuzamosan helyezkednek el a tető síkjához képest. A tető 33°-os dőlési szöge miatt nem kell fennakadó hóréteggel számítani, mivel az ekkora dőlési szög alatt már a súlyától kifolyólag lecsúszik. Ezért is logikus a stringeket lehetőség szerint a tetőgerinccel párhuzamosan elrendezni és legalább azzal a stringgel betáplálni, amelyikről már lecsúszott a hóréteg. Amennyiben csak az alsó sorokat takarítjuk le hóesés közben/után, mert azokat könyyebben elérjük, úgy a többi hamarosan utána fog csúszni és mivel az előbbiek már áramot termelnek és melegebb a felületük, így az utánnacsúszó hóréteg is egyhamar lecsusszan innen is. De ahogy látjuk, a stringek felosztása nem sikerült teljesen. AZ 1. és a 2. stringből egy-egy modul „felkerült”. A lényeg, hogy az egy strangban lévő modulok ne legyenek túl távol egymástól, mert akkor a modulokon lévő konfekcionált kábelek sem lesznek elegendőek (ált. 90 cm) és meg kell hosszabbítani a kábeleket. Ami ismét csak ellenállást jelent a csatlakozókon.
Figyelem: még véletlenül se rakjuk ilyenkor fordítva fel a modulokat, mert így beszivároghat a víz a lefelé vezető kábeleken keresztül a modulok hátoldalán lévő kapcsoló dobozokba! A napelemes rendszer helyes tervezését és kivitelezését mutatja az alábbi diagram is. Ahol összehasonlításul Németország, Baden-Württenberg (tartomány) és a HighLight rendszerünk pontosan mért adatait hasonlítjuk össze (a 2012 decemberi hozamadat még nem teljes).
2012.12.21. | Tanulmány | Michael Debreczeni
