Grid-vázaný solární fotovoltaický (PV) systém

většina fotovoltaických systémů jsou systémy vázané na síť, které pracují ve spojení s energií dodávanou elektrickou společností. Solární systém vázaný na síť má speciální střídač, který může přijímat energii ze sítě nebo posílat střídavou energii v kvalitě sítě do rozvodné sítě, pokud je ze sluneční soustavy nadbytek energie.

Grid-Tied Solar PV System

kromě toho může inženýrská společnost vyrábět energii ze solárních farem a posílat energii do sítě přímo.

obytné a malé sítě vázané PV systémy

sítě vázané PV systémy lze nastavit s nebo bez zálohování baterie. Nejjednodušší fotovoltaický systém vázaný na síť nepoužívá zálohování baterií, ale nabízí způsob, jak doplnit nějaký zlomek energie. Hlavními součástmi tohoto systému jsou FV moduly a střídač.

obytný FV systém vázaný na síť (zdroj: Wikipedia)

moduly mohou být zapojeny do série s měničem, pokud nejsou překročeny mezní hodnoty napětí, nebo může být použita samostatná kombinační skříňka pro paralelní kombinování výstupů různých modulů.

střídač musí být speciální typ, který může být připojen přímo k rozvaděči střídavého proudu, takže musí převést DC z FV modulů na střídavý proud kompatibilní s mřížkou a odpovídat fázi sinusové vlny.

musí být také schopen odpojit FV systém (pomocí automatického přepínače), když je mřížka vypnutá, takže musí být schváleným střídačem, který splňuje normu ul 1741. Přepínač přenosu je automatický spínač, který může přepínat zatížení mezi alternativními zdroji energie bez přerušení proudu.

na obrázku 1 je znázorněno základní blokové schéma fotovoltaického systému se sériovými fotovoltaickými moduly.

ve srovnání se systémem se zálohou baterie je takový systém bez baterií levnější, jednodušší na instalaci a téměř bezúdržbový. Má tu výhodu, že nemusí dodávat veškerou energii potřebnou pro domácnost nebo podnikání; může kompenzovat jakýkoli zlomek energie a mít nástroj, který tvoří rozdíl.

pokud je síť spolehlivá, jako je tomu ve většině městských oblastí, pak systém bez baterií nabízí nejlepší výkon za vynaložený dolar.

pro mnoho komerčních kancelářských budov, obchodů a průmyslových budov má systém bez baterií smysl. Tyto typy budov jsou obvykle obsazeny během denního světla, což odpovídá době, kdy je k dispozici solární zdroj.

obvykle mohou být moduly instalovány na střeše budovy nebo na parkovací konstrukci, takže půda není obětována pro pole. Systém lze nastavit tak, aby jakýkoli přebytečný výkon byl prodán zpět do nástroje, zmírnění jakýchkoli obav o víkend nebo dovolenou nevyužitou kapacitu.

Obrázek 1 zjednodušený Battery-Free Grid-Tied Solar PV System

UL Standard 1741

Underwriters Laboratories® (UL) je nezávislá organizace pro certifikaci bezpečnosti výrobků, která píše standardy pro bezpečnost a testuje výrobky pro shodu.

UL standard 1741 uvádí požadavky na střídače, měniče, regulátory náboje a zařízení propojovacích systémů jak pro elektrické systémy s interaktivními (vázanými na síť), tak pro systémy bez sítě.

Další standardy UL jsou psány pro FV moduly a propojovací krabice, kabeláž, konektory, baterie a montážní systémy. Například norma ul 1703 specifikuje standardy pro fotovoltaické systémy do 1 000 v.

společnosti, které obdrží certifikaci UL, mohou na výrobku(výrobcích) Zobrazit značku UL.

obytný a malý fotovoltaický systém vázaný na síť se zálohováním baterií

fotovoltaické systémy vázané na síť se zálohováním baterií mohou pokračovat v napájení kdykoli dojde k výpadku sítě. Systém může bez problémů přepnout na záložní napájení, když dojde k výpadku elektrického proudu. Současně odpojí systém od sítě, takže nevysílá napájení, když je síť vypnutá.

zálohované zatížení

malý systém s plnou kapacitou zálohování baterií je mnohem dražší než systém bez baterií.

jedním ze způsobů, jak snížit náklady, je rozdělit systém na zálohované zatížení a nezálohované zatížení, čímž se sníží počet potřebných baterií, ušetří se počáteční náklady a sníží se nároky na údržbu a prostor.

tato volba vyžaduje opětovné zapojení servisního panelu a umístění nezálohovaných zátěží na Samostatně vyhrazený panel od těch, které jsou zálohovány. V podstatě, tato možnost je ekvivalentní dvěma systémům, ale opětovné zapojení panelu může být levnější možností než plně zálohovaný systém.

systém se zálohovaným zatížením a se zálohovaným zatížením je znázorněn na blokovém diagramu na obrázku 2. Panely jsou zobrazeny jít do slučovacího boxu, ale uspořádání série je další možností pro připojení modulů.

kombinační skříňka je elektrická připojovací skříňka pro kombinování výstupů více solárních panelů do jednoho stejnosměrného výstupu.

Obrázek 2 zjednodušený systém zálohování baterií pro část zátěže střídavého proudu

když je systém v režimu interaktivní sítě, střídač odebírá energii ze zdrojů a odešle ji do zálohovaných zátěží. Hlavní zátěže jsou napájeny přímo z mřížky.

pokud je z fotovoltaických modulů více energie, než je potřeba při zálohovaném zatížení, je přebytek vložen do sítě prostřednictvím interního přenosového spínače, což má za následek úvěr pro majitele domu(Net metering).

když je síť vypnutá nebo mimo specifikaci, přepínač přenosu se otevře a pouze zálohované zátěže přijímají energii z měniče. Hlavní zatížení závisí výhradně na síti, takže budou vypnuty, dokud nebude obnoveno napájení.

Velikost PV měniče

velikost zálohy střídače a baterie potřebná pro částečně zálohovaný systém vyžaduje analýzu zatížení, která budou vložena do zálohovaného systému.

Chcete-li odhadnout požadavek na napájení záložních zátěží, lze výkon každého zatížení shrnout do tabulky. Motory potřebují více energie při startu než při běhu, takže systém musí být dimenzován na základě startovacího výkonu. Z výsledků této analýzy lze vybrat střídač, včetně různých možností. Jednou z možností je použití střídačů, které lze skládat.

termín stohování se vztahuje k připojení dvou střídačů pro poskytnutí split-phase 120/240 v výstupů. Další možností, která je k dispozici u některých střídačů, je poskytnout vstup generátoru záložního motoru.

bateriová banka pro FV systém

bateriová banka je dimenzována podle požadovaného počtu dnů autonomie. Velikost může být založena na historických vzorcích času, kdy je mřížka dole.

Obecně platí, že systém, který zálohuje mřížku, se cykluje pouze tehdy, když je mřížka dole, takže dimenzování se liší od systému bez mřížky, který denně cykluje.

80% hloubka výboje je vhodná pro systém, který se cykluje zřídka, a počet dní autonomie je založen spíše na výkonu sítě než na vzorcích počasí.

časté cyklování znamená, že uzavřené baterie mohou být dobrou volbou pro záložní systém, protože vyžadují méně údržby než zaplavené typy.

nevýhodou uzavřených baterií je to, že jsou dražší a mají kratší životnost než zaplavené typy.

pro systémy zálohování baterií jsou užitečné měřiče baterií, které mohou hlásit stav nabití. Tyto měřiče ukazují napětí, proud a procento plného nabití.

další možností je měřič výkonu, který monitoruje výkon systému a upozorňuje uživatele na poruchy.

studie ukázaly, že monitorovací systémy podporují úsporu energie a že podrobnější informace vedou k větší ochraně.

malé fotovoltaické systémy s mikro měniči

dříve uvedené systémy převádějí stejnosměrný proud na centrální střídač a v tomto bodě jej převádějí na střídavý proud. Další možností, která roste v popularitě, je použití mikroinverteru u každého modulu.

mikroinvertor je měnič stejnosměrného proudu, který je dimenzován pro provoz s jedním solárním modulem. Může tedy poskytnout maximální sledování výkonových bodů pro modul a větší účinnost, zejména pro situace, jako je jediný stínovaný modul, který má snížený výkon. Základní systém je znázorněn na obrázku 3.

každý střídač vydává střídavý proud kompatibilní s mřížkou, který je synchronizován s jinými mikroinvertery v systému. Mikroinvertery jsou instalovány paralelně k sobě, aby vytvořily odbočovací obvod.

větvové obvody jsou často kombinovány v subpanelu. Výsledkem je modularizovanější systém; pokud modul nebo mikroinverter selže, zbytek systému pokračuje v provozu (při sníženém výkonu), protože ostatní mikroinvertery jsou zapojeny paralelně a jeden otevřený zdroj neovlivňuje provoz ostatních.

vadný modul nebo mikroinvertor lze opravit, aniž by byl zbytek systému offline; vadný modul však může být nutné odstranit kvůli údržbě.

některé moduly jsou vybaveny vestavěným mikroinvertorem a obvody pro optimalizaci výstupu.

vestavěné mikro měniče nemají přístup k stejnosměrným obvodům z FV modulu, ale eliminují stejnosměrné zapojení, konektory, slučovací boxy atd. To zjednodušuje instalaci, čímž je celkový systém efektivní a nákladově efektivní. Eliminuje také vysokonapěťové stejnosměrné obvody (až 600 V), takže mikro invertorový systém je bezpečnější než vysokonapěťové systémy s centrálním střídačem.

obrázek 3 základní mikro měničový systém. DC z každého modulu je převeden na ac, kde je připojen k jiným mikro měničům v systému.

komerční a institucionální fotovoltaické systémy

komerční a institucionální solární fotovoltaické systémy mohou nabídnout úspory z rozsahu a často mají výhodu relativně nižší poptávky po elektřině v noci.

většina z těchto systémů je navržena tak, aby snížila poptávku po elektřině pro většího uživatele, jako je obchodní, školní nebo výrobní zařízení, takže systém je navržen jako fotovoltaický systém vázaný na síť.

několik systémů je navrženo jako off-grid systémy pro vzdálené aplikace, jako je například fotovoltaický systém, který byl nainstalován pro námořní útočiště na ostrovech Farallones.

Námořní svatyně dříve dovážela naftu, aby provozovala generátory na elektřinu. Kromě doplnění užitkové energie je další aplikací pro komerční a institucionální zařízení poskytnutí solární palivové stanice pro jejich zaměstnance nebo veřejnost k použití.

solární panely jsou namontovány nad parkovacím prostorem a dodávají energii pro nabíjení elektrických vozidel, což je vynikající shoda dostupného zdroje s potřebou (nabíjení elektrických vozidel). Obrázek 4 ukazuje solární palivovou stanici.

mnoho komunit a vládních subjektů poskytuje tyto stanice na veřejných parkovištích, aby podpořilo používání elektrických vozidel a snížilo emise.

Obrázek 4 Solární Čerpací Stanice. Solární moduly této čerpací stanice se používají k nabíjení elektrických vozidel.

Utility Grid-vázané fotovoltaické systémy

v některých oblastech inženýrské sítě vybudovaly velká fotovoltaická pole, která jsou navržena tak, aby dodávala energii do sítě. Nástroje mají mnoho různých úvah pro implementaci solárních fotovoltaických systémů, protože dodávají energii spíše než ji spotřebovávají.

když inženýrská společnost uvažuje o přidání solární energie, systém je nejprve analyzován a modelován, aby určil účinky, vyvažování zátěže, zatížení zařízení a problémy s kvalitou energie.

hodnotí se celkové náklady, jako jsou nové požadované přenosové a distribuční systémy, a dopad na stávající zařízení, jako jsou snížené náklady na palivo.

v některých případech může být ekonomičtější vyvinout distribuované systémy pomocí menších solárních polí rozmístěných na konkrétních podavačích, aby zvládly dodatečné zatížení a snížily kapitálové náklady.

distribuované systémy mohou také snížit náklady na vedení v důsledku energie rozptýlené v přenosových vedeních.

Review Questions

1. jaký je požadavek na PV střídače vázané na mřížku?
2. jaké jsou dva důvody pro to, že není zálohován fotovoltaický systém vázaný na síť?
3. jak se liší dimenzování bateriového pole v PV systému vázaném na síť od dimenzování bateriového pole v systému bez sítě?
4. proč je monitorování konstantního systému užitečné pro fotovoltaický systém vázaný na síť?
5. jaké nákladové faktory by měly nástroje zvážit přidání solárních fotovoltaických zdrojů, které majitel domu nemusí zvážit?

odpovědi:

1. síťově vázané PV střídače musí synchronizovat svůj výstup s nástrojem a musí být schopny odpojit sluneční soustavu, pokud mřížka klesne.
2. (1) systém, který je navržen tak, aby doplňoval napájení sítě a nenahrazoval jej kdykoli, nepotřebuje zálohu, takže instalace je zjednodušena. (2) zálohování baterie je drahé, zabírá místo a vyžaduje pravidelnou údržbu.
3. v fotovoltaickém systému vázaném na síť musí baterie vyměnit mřížku pouze během výpadků, takže pravděpodobnost a délka výpadků je klíčovým faktorem při určování velikosti baterie. V samostatném systému, klíčovým faktorem při určování velikosti baterie je počasí v místě a vyhlídky na dlouhá období mraků nebo deště, které by bránily systému v nejlepším provozu.
4. monitorování systému může poskytnout základní údaje o výkonu systému a pomoci určit problémy se systémem.
5. některé faktory, které je třeba zvážit, jsou vyvažování zátěže; zatížení zařízení; problémy s kvalitou energie; celkové náklady, včetně všech nových přenosových a distribučních systémů; stejně jako mnoho dalších faktorů.