On Grid

W rozwiązaniu ON GRID możliwe jest zasilanie domku 1-rodzinnego 24 godziny na dobę przez 365 dni w roku z okresowym poborem energii z sieci Zakładu Energetycznego.

Jako dodatkowe źródło energii zastosowano automatyczne przełączenie się na sieć ZE przy przeciążeniu naszego systemu.

Założenia (szacunki i dane bezpośrednie na podstawie rocznika GUS 2009) :

roczne średnie zużycie energii elektrycznej przez rodzinę: 2,6MWh/rok
ilość osób w rodzinie – niecałe 4 osoby (dziwnie wygląda, ale to statystyka)

Dodatkowo zastosowano automatyczne przełączenie się na sieć Zakładu Energetycznego w celu skompensowania przejściowych niedoborów energii które wystąpią w okresach zmniejszonego nasłonecznienia.

Przykładowa mapka

Wyliczenia dotyczą strefy 1100 mapki nasłonecznienia ale sprawdzą się również w pozostałych strefach. Pewne korekty będą wymagane ze względu na indywidualne podejście do każdego projektu.

Poglądowy schemat przyjętego rozwiązania

Moduły fotowoltaiczne

Bezpośrednio przemieniają promieniowanie słoneczne w energię elektryczną.

Dobrano moduły polikrystaliczne o mocy 144W w ilości 30szt. uwzględniając współczynnik poprawkowy na ilość modułów = 2. Daje to maksymalnie 4,3kW przy ustawieniu modułów pod kątem 36° do horyzontu w kierunku południowym. Ilość wyprodukowanej energii w tym układzie w ciągu roku powinna być na poziomie 5MWh.

Dane modułów:

Moc znamionowa 144W
Napięcie przy mocy max 18,4V
Napięcie bez obciążenia 21,8V
Prąd przy mocy max 7,8A
Prąd zwarcia 8,3A
Sprawność 15,4%
Wymiary 1485 x 665mm
Waga 11,05kg
Profil aluminiowy

Ta ilość modułów (30 szt.) zajmuje powierzchnię 6,7m x 4,5m = 30m².

Kontroler ładowania

Obsługuje cała instalację. Dzięki unikalnemu oprogramowaniu kontroluje przepływy energii, na bieżąco określa stan naładowania akumulatorów, chroni baterię akumulatorów przed przeładowaniem i zbyt głębokim rozładowaniem, wysyła sygnały do podłączenia i odłączenia sieci Zakładu Energetycznego, załącza odbiorniki nadmiarowe gdy wystąpią nadwyżki energii, wysyła sygnał do odłączenia wybranych odbiorników przy niedoborach energii.

Próg podłączenia / odłączenia sieci Zakładu Energetycznego, obciążeń nadmiarowych (np. podgrzewanie wody użytkowej), odbiorników krytycznych, ustala się programowo przez panel operatorski na kontrolerze ładowania.

Czujnik prądu

Czujnik Halla, montowany na przewodzie, mierzy prądy ładujące i rozładowujące baterię akumulatorów. Zmierzone wartości wysyła do kontrolera ładowania. Dzięki temu kontroler potrafi obliczyć stan naładowania akumulatorów.

Data logger

Rejestrator danych. Wbudowana pamięć pozwala na zapisanie parametrów systemu przez 4 lata. Dostępny w wersjach z RS-232 do bezpośredniego podłączenia komputera, z modemem analogowym lub z modemem GSM. Pozwala na swobodne programowanie stanów alarmowych. Zbiory danych można eksportować np. do Excela.

Falownik

Przetwarza stałe napięcie z baterii akumulatorów na zmienne 230V 50Hz. Dodatkowo posiada wbudowany kontroler ładowania. Gdy poziom naładowania akumulatorów spadnie poniżej zaprogramowanej wartości nap. 30%, zostanie podłączona sieć Zakładu Energetycznego. Falownik przełączy się wówczas w tryb transfer i rozpocznie ładowanie akumulatorów. Energia z sieci ZE będzie jednocześnie kierowana do odbiorników w mieszkaniu. Gdy poziom naładowania akumulatorów osiągnie górną zaprogramowaną wartość np. 90%, sieć ZE zostanie odłączona, a falownik zacznie przetwarzać prąd z akumulatorów.

Kontroler PA-15

Kontroler ładowania przewodami prądowymi wysyła modulowane sygnały które są odbierane przez PA-15. Dzięki temu rozwiązaniu nie są wymagane dodatkowe przewody sterujące. Sygnały te zawierają informacje o stanie naładowania baterii akumulatorów i porze dzień / noc. Na tej podstawie PA-15 który ma pięć progów działania wybieranych przełącznikami, potrafi podłączyć i odłączyć sieć ZE, sterować odbiornikami nadmiarowymi, obciążeniami krytycznymi, sterować np. oświetleniem nocnym.

Sieć Zakładu Energetycznego

Przewidziano tylko pobór energii z sieci ZE. Jest możliwa sprzedaż nadwyżek energii jednak wymaga to zarejestrowania działalności gospodarczej (opłacania składek ZUS, prowadzenia księgi podatkowej, składania comiesięcznych deklaracji), uzyskania koncesji na wytwarzanie energii elektrycznej (zaświadczenia o niezaleganiach, o niekaralności – niby po co?? To raczej producent energii mógłby żądać zaświadczeń od swojego odbiorcy), uzyskania w ZE warunków przyłączenia i przebudowania układu pomiarowego. A tyle się mówi o odbiurokratyzowaniu, uproszczeniu, ułatwieniach itd.

Można poszukać sobie inwestora który prowadzi już działalność i przejmie na siebie współpracę z ZE, ale to raczej ma sens przy dużych instalacjach.

Skrzynka ZE

To koncepcja Steca Solsafe S-Box. Zawiera układy wykonawcze do podłączenia i odłączenia sieci ZE. Posiada zabezpieczenia przed podaniem do sieci ZE napięcia z naszej instalacji w przypadku odłączenia lub awarii sieci ZE.

Bateria akumulatorów

Dla zapewnienia autonomicznej pracy systemu spełniając przyjęte na wstępie założenie, bateria akumulatorów powinna mieć pojemność 210kWh. Daje to w zaokrągleniu 80 szt akumulatorów 12V, 200Ah (proszę pamiętać że przyjęto współczynnik bezpieczeństwa = 2).

Takie rozwiązanie byłoby ekonomicznie nieuzasadnione (80 szt x 1,7 tys = 136 tys zł), dlatego ilość akumulatorów zmniejszono do 12 szt. a powstały niedobór pojemności zrekompensowano przez okresowe automatyczne podłączenie do sieci Zakładu Energetycznego, w razie potrzeby.

Dane akumulatorów:

Akumulatory żelowe, bezobsługowe
Pojemność: 200Ah
Napięcie: 12V
Wymiary: 52 x 24 x 22 cm
Waga: 66kg
Temperatury pracy: -20 do +50°C

Na akumulatorach zamontowano czujnik temperatury podłączony do kontrolera ładowania. Bardzo ważne jest aby prąd ładowania był odpowiednio dobrany do temperatury akumulatorów.

Kontroler ładowania musi mieć prawidłowo zaprogramowaną opcję typu obsługiwanych akumulatorów. Kontroler potrafi prawidłowo współpracować z każdym typem akumulatorów. Akumulatory żelowe wybrano ze względu na ich bezobsługowość.

Koszty

Przybliżony koszt tego rozwiązania to 140 tys zł (przy kursie Euro = 4,10 zł).

Cena zawiera podatek VAT, materiały i robociznę.

Moduły PV są produkcji krajowej, elektronika niemiecka (niemiecka solidność).

W każdym przypadku należy indywidualnie określić zapotrzebowanie na energię (w istniejących budynkach najlepiej podliczyć wartości z rachunków za energię za cały rok, dla nowych należy oszacować) i na tej podstawie dobrać ilość modułów PV oraz układy sterujące.