Napelemes rendszerek érdekes kérdései
Szinkron üzemű napelemrendszer Kiserőmű 50kW-ig
Komponensek: 1) Napelem 2) DC oldali elosztó szekrény 3) Fotovillamos kábelek és csatlakozók 4 Szakaszoló 5) Inverter 6) Fogyasztásmérő 7) AC oldali villamos elosztás
Mi az ami műszakilag újdonság egy napelemes rendszerben: -1000 V DC feszültség -Áramgenerátoros működés -Az energia forrás energia leadó képessége nagyon változó -A napelem lekapcsolhatatlansága -Védelmek, túláram, túlfeszültség, villám -Inverterek, felharmonikusok -Fokozott tűzveszély -Tervezéskor a napelem speciális jellemzőinek figyelembe vétele Hőmérséklet Árnyékmentesség Leadott feszültség Tisztántarthatóság Telepítési szög Mechanikai rögzítés
Mono kristály
Polykristály
Amorf
1000 V DC Napelemes rendszerek 650 V – 1000 V feszültségszinten dolgoznak Miért: Inverter, rendszer hatásfok
Nincs a szakembereknek DC tapasztalata, főleg nem 1000 V-on DC rendszerek Magyarországon
Különbségek AC és DC rendszerek között Ívoltás: AC rendszerben áram nullaátmenet. Cosφ hatása az ívoltásra. AC3 üzemmódban már csak 60% AC4 ben 25% a kapcsolóképesség, DC rendszerben nincs nullaátmenet PV egy speciális DC rendszer : Vontatásban terhelés szabályozható PV rendszerben nem, a terhelés maximális. (Terhelés lekapcsolás PV rendszerben)
Ívoltás lehetőségei AC és DC rendszerben Az ív nyújtása Az ív hűtése Az ív feldarabolása
Áramgenerátoros üzem Áram értéke a napsugárzással arányos.
A napelem sorbakötött áramgenerátorok összessége Elvi kapcsolási rajz
Valós karakterisztika
U
IMPP
Rb
I I(U)
Rb
C
P(U) Rt U UMPP
Rb
U
Rb
Hol találkozhatunk áramgenerátorral? Mi történik, ha az egyik cella áramleadó képessége csökken?
Az energia forrás energia leadó képessége nagyon változó • • • • • •
Napsugárzás mértéke Környezeti hőmérséklet Öregedés Helyi elemhiba Árnyékképződés Szennyezés a felületen
• Miért fontos a hibakeresés? (önmagát gerjesztő folyamat, a végén akár tűz is lehet)
• Hogyan lehet hibát keresni a nagyon sok elemet tartalmazó rendszerben (napelemenként akár 60 cella)
Napelem tábla vizsgálata hőkamerával, hibakeresés
Egyes cellák túlmelegedésének okai -
Cella hiba (elem hiba) Telepítési hiba Félárnyék Magárnyék
December 21-én 12:00 órakor a leghosszabb a magárnyék kialakulásának határa.
Árnyékképződés elmélete Fénysugár
PV modul
Felfogórúd
Felfogórúd által okozott árnyékképződés a PV modul felületén
Napelem tűz
Nem biztos hogy a napelem okoz tűzet, de az biztos hogy tudja táplálni
Tűzvédelem
Napelem lekapcsoló távműködtetés
INVERTER
JELZŐTÁBLA
Intézkedések • Figyelmeztető tábla; • Áttekinthető épületelrendezési rajz az elosztóban; • Kapcsolási rajz az elosztóban; • Távműködtetésű tűzoltókapcsoló; • Tűzoltók számára eligazítás • Tűzjelző rendszer kapcsolja le az invertert
Áramütés elleni védelem Vonatkozó szabványok: MSZ HD 60364 - 4 - 41: 2007 „Áramütés elleni védelem” MSZ HD 60364 - 5 - 54: 2007 „Földelők, védővezetők és egyenpotenciálra hozó vezetők” MSZ HD 60364-7-712:2006 „Napelemes (PV) energiaellátó rendszerek” Elég hiányos a szabványgyűjtemény
Hibavédelem (érintésvédelem) megoldásai: -DC IT-rendszer (Amorf napelemnél nem biztos hogy használható) -Kettős vagy megerősített szigetelés -Védőakadályok és az elérhető tartományon kívül helyezés
Vigyázat!!! A NAPELEMET a napsütés kapcsolja be és ki!!! A PV oldalon a villamos szerkezeteket feszültség alatt állónak kell tekinteni!
DC IT-RENDSZER – Az inverter mindkét oldalára leválasztó eszköz kell, ami az egyenáramú oldalon szakaszolókapcsoló. – Földzárlat: az inverter leszabályoz, lekapcsol, jelzést ad – A váltakozó áramú oldal hibavédelmére önműködő megszakításra alkalmas védelmi eszközt kell beépíteni, és ha ez ÁVK, akkor az B típusú legyen
KETTŐS VAGY MEGERŐSÍTETT SZIGETELÉS VÉDELMI MÓD! – 412.1.2. A KETTŐS VAGY MEGERŐSÍTETT SZIGETELÉS VÉDELMI MÓD MINDEN ESETBEN ALKALMAZHATÓ, hacsak a 7.rész nem tartalmaz korlátozásokat – 712.413.2. A védelem céljára II. é. v. osztály vagy azzal egyenértékű szigetelés inkább az egyenáramú oldalon ajánlott.
Túláramvédelem • Kicsi a zárlati áram (120%) • Topográfia • Védelmi eszközök
PV
PV
……
……
Kismegszakító Olvadó biztosító (145%-nál kiold)
A védelmi eszköz csak akkor használható, ha legalább 3 párhuzamos string van. Csak gPV jelzéssel ellátottt betét használható
AC sín AC sín String inverter
Központi (central) inverter
Inverterek Maximális teljesítményű munkapont követése I IMPP
I(U)
C
Napelem modul jelleggörbéi
P(U)
UMPP
U
Maximális teljesítményű munkapontot követő rendszer (MPPT - Maximum Power Point Tracking) szükségessége!
Napelemes inverter rendszerek felépítése PV
PV
……
……
PV
Központi (central) inverter
String inverter
……
AC sín PV
AC sín
……
Multi-string inverter AC sín
Modul inverter
Túláramvédelem kialakítása rendszer függvényében
AC sín
Elvárások a napelemekhez kapcsolódó invertereknél -A napelemekre vonatkozólag pontos MPPT - Jobb, mint 95% hatásfok - A hálózatra csatlakozás szabványos követelményeinek betartása - Magas szintű hálózati monitoring és szinkronizálás - Aktív anti-islanding algoritmusok - Elszigetelés, szivárgási áram monitoring, és a DCbetáplálás ellenőrzés -A teljesítmény jellemzőinek jó minősége (alacsony THD) -Hosszú élettartam -Nagy megbízhatóság
PV inverter topológiák kisfrekvenciás transzformátorral szigetelt DC-DC átalakítóval
nem szigetelt szigetelt
DC-DC átalakító nélkül
nagyfrekvenciás transzformátorral
kisfrekvenciás transzformátorral
nem szigetelt
Legjobb hatásfok kevés egységgel és speciális megoldásokkal érhető el!
A megfelelő inverter kiválasztása • Minden alkalmazásra az oda legmegfelelőbb inverter(eke)t kell választani. A kiválasztás főbb szempontjai: • A napelemek elhelyezésének / elhelyezhetőségének (pl. tagolt elhelyezés) figyelembevételével a szükséges munkapont követő bemenetek (MPPT) meghatározása • Az adott napelem teljesítményhez kiválasztani a megfelelő inverter(eke)t a rendelkezésre álló teljesítmény skálából • Lehetőség szerint az inverterek számának minimalizálása a meghibásodások, és karbantartási igény és a költségek minimalizálása érdekében
A fotoelektromos (napelemes) berendezések villám-és túlfeszültség védelme
Külső villámvédelem
Védőtávolság nincs meg
Nincs villámvédelem, fokozott veszély
Már jobb megoldások
Belső villámvédelem
A belső villámvédelem feladata a veszélyes szikraképződés elkerülése a védendő építészeti létesítményben. A veszélyes szikraképződés megakadályozható az alábbiak által: – a fémes részek és elektromos berendezések szükséges biztonsági távolságának betartása a villámvédelemmel szemben; – fémes részek és elektromos berendezések konzekvens villámvédelmi potenciálkiegyenlítése a villámvédelmi rendszerrel.
•
A közvetlen atmoszferikus kisülések következtében keletkező túlfeszültségeket az 1. típusú túlfeszültségvédő-készülékekkel határolják
Túlfeszültségvédelem DC oldalon * AC oldalon is ki kell alakítani
Y kapcsolású védelmi eszköz használható
Hibatűrő Y-kapcsolás DC +
DC -
SCI
hibatűrő Y - kapcsolás Elkerüli a modulok túlterhelését szigetelési hiba esetén
SCI
3 modul 2 különböző komponens Alkalmazható földfüggetlen és funkcionális földeléssel rendelkező rendszereknél
Előnyök: •
•
•
•
Bizonyított hibatűrő Y-kapcsolás megakadályozza a túlfeszültségvédelem károsodását a generátorköri szigetelés megsérülésekor Biztonságos , villamos ívmentes védőmodul-csere az integrált egyenáramú olvadóbiztosító révén A védőmodulban lévő kombinált leválasztó és rövidrezáró kapcsolás biztonságos villamos leválasztással megakadályozza a tűzkárokat a DC-villamos ív kioltásával Minden fotovillamos berendezésben előtétbizosító nélkül alkalmazható a beépített olvadóbiztosító révén
Minden kis, közepes vagy nagyteljesítményű fotovillamos berendezésnél használható előtétbiztosító nélkül a beépített olvadóbiztosító révén
Napelem telepítésénél jó tudni -
A környezeti hőmérséklet növekedésével a napelem hatásfoka romlik, élettartama rövidül. Vízszintesen lefektetett napelem nem „öntisztuló”. Fokozott karbantartás igény. Kiemelten veszélyes üzem. A nap beesési szöge évszakonként változik. Nem érdemes a legmagasabb beesési szögre állítani. Invertert a napelemhez közel kell helyezni Minden felülethez lehet megfelelő típust találni
Beruházási költség megoszlás 3% 2% 7%
Napelem Tartószerkezet Villanyszerelés Inverter Tervezés, eng. Ügyint.
10%
Túlfeszvédelem Telepítés 53%
11%
14%
Köszönöm
megtisztelő figyelműket
