verkkoon sidottu aurinkosähköjärjestelmä

useimmat aurinkosähköjärjestelmät ovat verkkoon sidottuja järjestelmiä, jotka toimivat yhdessä sähköyhtiön toimittaman sähkön kanssa. Verkkoon sidotussa aurinkokunnassa on erityinen invertteri, joka voi vastaanottaa sähköverkosta sähköä tai lähettää sähköverkon tasaista vaihtovirtaa sähköverkkoon, kun aurinkokunnasta on ylimääräistä energiaa.

verkkoon sidottu aurinkosähköjärjestelmä

lisäksi sähköyhtiö voi tuottaa sähköä aurinkovoimaloista ja lähettää sähköä suoraan verkkoon.

asuinrakennuksiin ja pieniin verkkoon sidottuihin AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMIIN

verkkoon sidottuihin AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMIIN voidaan asentaa akun varajärjestelmä tai ilman sitä. Yksinkertaisin verkkoon sidottu PV-järjestelmä ei käytä akun varmuuskopiointia, mutta tarjoaa keinon täydentää jonkin murto-osan käyttövoimasta. Järjestelmän pääkomponentit ovat AURINKOSÄHKÖMODUULIT ja invertteri.

asuin-verkkoon sidottu aurinkosähköjärjestelmä (lähde: Wikipedia)

moduulit voidaan kytkeä sarjana invertteriin, jos jänniterajat eivät ylity, tai erillisellä yhdistelmäkotelolla voidaan yhdistää eri moduulien lähdöt rinnakkain.

invertterin on oltava erityistyyppi, joka voidaan kytkeä suoraan ac-katkaisijarasiaan, joten sen on muunnettava PV-moduulien tasavirta verkkoon yhteensopivaksi AC: ksi ja sovitettava apuohjelman siniaallon vaihe.

sen on myös voitava irrottaa aurinkosähköjärjestelmä (automaattisella siirtokytkimellä), kun verkko on alhaalla, joten sen on oltava hyväksytty invertteri, joka täyttää UL-standardin 1741. Siirtokytkin on automaattinen kytkin, joka voi vaihtaa kuormia vaihtoehtoisten virtalähteiden välillä keskeyttämättä virtaa.

kuvassa 1 on ruudukkoon sidotun aurinkosähköjärjestelmän peruslohkokaavio SARJATUOTANTOMODUULEINEEN.

verrattuna akun varajärjestelmään tällainen akkuton järjestelmä on edullisempi, helpompi asentaa ja lähes huoltovapaa. Sen etuna on, ettei sen tarvitse toimittaa kaikkia kodin tai yrityksen tarvitsemia tehoja; se voi kompensoida minkä tahansa osan virrasta ja saada apuohjelman muodostamaan eron.

jos verkko on luotettava, kuten se on useimmilla kaupunkialueilla, niin Paristoton järjestelmä tarjoaa parhaan suorituskyvyn käytettyä dollaria kohden.

monien kaupallisten toimistorakennusten, myymälöiden ja teollisuusrakennusten kohdalla Paristoton järjestelmä on järkevä. Tämäntyyppiset rakennukset ovat yleensä käytössä päiväsaikaan, mikä vastaa aikoja, jolloin aurinkovaranto on käytettävissä.

yleensä moduulit voidaan asentaa rakennuksen katolle tai parkkitaloon, joten maata ei uhrata array-varustelulle. Järjestelmä voidaan asentaa niin, että ylimääräinen teho myydään takaisin sähkölaitokselle, mikä lievittää huolta viikonlopun tai loman käyttämättömästä kapasiteetista.

Kuva 1 yksinkertaistettu Akkuton verkkoon sidottu aurinkosähköjärjestelmä

UL-standardi 1741

Underwriters Laboratories® (UL) on riippumaton tuoteturvallisuussertifiointiorganisaatio, joka kirjoittaa turvallisuusstandardeja ja testaa tuotteiden vaatimustenmukaisuutta.

UL-standardissa 1741 luetellaan vaatimukset vaihtosuuntaajille, muuntajille, varauksensäätimille ja yhteenliitäntäjärjestelmälaitteille sekä yleishyödyllisissä (verkkoon kytketyissä) sähköjärjestelmissä että ei-verkkoon kytketyissä järjestelmissä.

muut UL-standardit on kirjoitettu PV-moduuleille ja liitäntärasioille, kaapeloinneille, liittimille, paristoille ja asennusjärjestelmille. Esimerkiksi ul-standardi 1703 määrittelee standardit AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMILLE 1 000 V: een asti.

yritykset, jotka saavat UL-sertifikaatin, saavat näyttää UL-merkin tuotteissaan.

asuin-ja pieni verkkoon sidottu aurinkosähköjärjestelmä, jossa on akun varajärjestelmä

verkkoon sidottu aurinkosähköjärjestelmä, jossa on akun varajärjestelmä, voi jatkaa virransyöttöä aina, kun verkko menee poikki. Järjestelmä voi siirtyä saumattomasti varavirtaan sähkökatkon sattuessa. Samalla se irrottaa järjestelmän verkosta, jotta se ei lähetä virtaa, kun verkko on poikki.

Varakuormat

pieni järjestelmä, jossa on täysi akun varakyky, on paljon kalliimpi kuin akkuton järjestelmä.

yksi tapa vähentää kustannuksia on jakaa järjestelmä varakuormiin ja ei-varakuormiin, mikä vähentää akkujen määrää, säästää alkukustannuksia sekä vähentää huolto-ja tilatarvetta.

tämä valinta vaatii huoltopaneelin uudelleenjohdon ja varaamattomien kuormien asettamisen erikseen varatulle paneelille varatuista. Periaatteessa tämä vaihtoehto on sama kuin ottaa kaksi järjestelmää, mutta rewiring paneeli voi olla halvempi vaihtoehto kuin täysin varmuuskopioitu järjestelmä.

järjestelmä, jossa on tukikuormia ja ei-tukikuormia, on esitetty kuvan 2 lohkokaaviossa. Paneelit näytetään menossa combiner ruutuun, mutta sarja järjestely on toinen vaihtoehto liittää moduulit.

yhdistelmäkotelo on sähköliitäntälaatikko, jolla yhdistetään useiden aurinkopaneelien tuotokset yhdeksi TASAVIRTALÄHDÖKSI.

kuva 2 yksinkertaistettu akun varajärjestelmä osalle VAIHTOVIRTAKUORMAA

kun järjestelmä on verkko-vuorovaikutteisessa tilassa, invertteri ottaa energiaa lähteistä ja lähettää sen varakuormille. Pääkuormat saavat virtaa suoraan verkosta.

jos AURINKOSÄHKÖMODUULEISTA saadaan enemmän energiaa kuin varakuormat tarvitsevat, ylimääräinen energiamäärä siirretään verkkoon sisäisen siirtokytkimen kautta, jolloin asunnonomistaja saa hyvityksen (nettomittaus).

kun verkko on alhaalla tai epäkunnossa, siirtokytkin avautuu ja vain varakuormat saavat virtaa invertteristä. Pääkuormat riippuvat yksinomaan sähköverkosta, joten ne ovat pois päältä, kunnes sähköt saadaan palautettua.

PV-invertterin mitoitus

osittain varmuuskopioituun järjestelmään tarvittavan invertterin ja akun varajärjestelmän koko edellyttää taustajärjestelmään kohdistuvien kuormien analysointia.

varakuormien tehontarpeen arvioimiseksi kunkin kuorman teho voidaan tiivistää taulukkolaskentaan. Moottorit tarvitsevat enemmän tehoa käynnistyksen aikana kuin ajon aikana, joten järjestelmä on mitoitettava käynnistystehon perusteella. Tämän analyysin tuloksista voidaan valita invertteri, mukaan lukien erilaiset vaihtoehdot. Yksi vaihtoehto on käyttää inverttereitä, joita voi pinota.

termi pinoaminen viittaa kahden vaihtosuuntaajan liittämiseen 120/240 V: n jakovaiheen ulostuloihin. Toinen vaihtoehto joissakin inverttereissä on tarjota varamoottorigeneraattorin tulo.

aurinkosähköjärjestelmän akkupankki

akkupankki on mitoitettu sen mukaan, kuinka monta itsenäistä päivää tarvitaan. Koko voi perustua historiallisiin kuvioihin ajasta, jonka ruudukko on alhaalla.

yleensä ruudukkoa varmuuskopioiva järjestelmä syklitetään vain ruudukon ollessa alhaalla, joten mitoitus on erilainen kuin ruuduttomassa järjestelmässä, joka kiertää päivittäin.

80 prosentin purkaussyvyys on sopiva systeemille, joka pyörähtää harvakseltaan, ja autonomisten päivien määrä perustuu ruudukon suorituskykyyn eikä säämalleihin.

harvoin tapahtuva pyöriminen tarkoittaa, että suljetut akut voivat olla hyvä valinta varajärjestelmäksi, koska ne vaativat vähemmän huoltoa kuin tulvivat tyypit.

suljettujen akkujen haittapuolena on se, että ne ovat kalliimpia ja niiden elinikä on lyhyempi kuin tulvivien tyyppien.

akun varausjärjestelmissä ovat hyödyllisiä akkumittarit, jotka voivat ilmoittaa lataustilan. Nämä mittarit näyttävät jännitteen, virran ja täyden latauksen prosenttiosuuden.

toinen vaihtoehto on tehomittari, joka seuraa järjestelmän toimintaa ja hälyttää käyttäjän vikatilanteista.

tutkimukset ovat osoittaneet, että seurantajärjestelmät edistävät energiansäästöä ja että tarkempi tieto lisää energiansäästöä.

Pienet aurinkosähköjärjestelmät, joissa on Mikroinvertterit

aiemmin esitetyt järjestelmät vievät DC: n keskusinvertteriin ja muuntavat sen siinä vaiheessa VAIHTOVIRTASUUNTAAJAKSI. Toinen vaihtoehto, joka on kasvava suosio on käyttää mikroverteri jokaisessa moduulissa.

mikroverteri on tasavirta-VAIHTOVIRTAMUUNNIN, joka on mitoitettu toimimaan yhdellä aurinkomoduulilla. Siten se voi tarjota maksimitehopisteen seuranta moduulin ja enemmän tehokkuutta, erityisesti tilanteissa, kuten yhden varjostettu moduuli, joka on vähentynyt teho. Perusjärjestelmä esitetään kuvassa 3.

jokainen invertteri asettaa verkkoon yhteensopivan vaihtovirran, joka synkronoidaan järjestelmän muihin mikrovertereihin. Mikroinvertaajat asennetaan rinnakkain toistensa kanssa haarapiirin muodostamiseksi.

haarapiirit yhdistetään usein alapaneelissa. Tuloksena on modularisoitu järjestelmä; jos moduuli tai mikroverteri epäonnistuu, muu järjestelmä jatkaa toimintaansa (pienemmällä teholla), koska muut mikroverterit on kytketty rinnakkain ja yksi avoin lähdekoodi ei vaikuta muiden toimintaan.

viallinen moduuli tai mikroverteri voidaan korjata ilman, että muu osa järjestelmästä on pois päältä; viallinen moduuli voidaan kuitenkin joutua poistamaan huoltoa varten.

jotkut moduulit on varustettu sisäänrakennetulla mikroverterilla ja piireillä, jotka optimoivat tuotoksen.

sisäänrakennetuilla mikroinverttereillä ei ole pääsyä AURINKOSÄHKÖMODUULIN TASAVIRTAPIIREIHIN, mutta ne poistavat TASAVIRTAJOHDOT, liittimet, yhdistinkotelot jne. Tämä yksinkertaistaa asennusta ja tekee kokonaisjärjestelmästä tehokkaan ja kustannustehokkaan. Se poistaa myös suurjännitteiset TASAVIRTAPIIRIT (jopa 600 V), joten mikroinvertterijärjestelmä on turvallisempi kuin suurjännitteiset järjestelmät, joissa on keskussuuntaaja.

kuva 3 Mikroinvertterin perusjärjestelmä. Tasavirta kustakin moduulista muunnetaan vaihtovirtaan, jossa se on kytketty järjestelmän muihin mikroinverttereihin.

kaupalliset ja institutionaaliset aurinkosähköjärjestelmät

kaupalliset ja institutionaaliset aurinkosähköjärjestelmät voivat tarjota mittakaavaetuja, ja niiden etuna on usein suhteellisen alhainen sähköntarve yöllä.

useimmat näistä järjestelmistä on suunniteltu vähentämään suuremman käyttäjän, kuten liike -, koulu-tai tuotantolaitoksen, sähköntarvetta, joten järjestelmä on suunniteltu verkkoon sidotuksi AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMÄKSI.

muutamat järjestelmät on suunniteltu off-grid-järjestelmiksi etäsovelluksiin, kuten aurinkosähköjärjestelmä, joka asennettiin merisuojelualuetta varten Farallonesin saarille.

marine sanctuary oli aiemmin tuonut maahan dieseliä generaattorien pyörittämiseen sähköä varten. Hyötyvoiman täydentämisen lisäksi toinen kaupallisten ja institutionaalisten laitosten hakemus on tarjota aurinkopolttoaineasema työntekijöidensä tai yleisön käyttöön.

aurinkopaneelit on asennettu pysäköintialueen yläpuolelle, ja ne tuottavat latausvoimaa sähköautoille, mikä vastaa erinomaisesti käytettävissä olevaa resurssia tarpeeseen (sähköautojen lataus). Kuvassa 4 on aurinkopolttoaineasema.

monet yhteisöt ja valtion yksiköt tarjoavat näitä asemia julkisiin pysäköintilaitoksiin kannustaakseen sähköautojen käyttöön ja vähentääkseen päästöjä.

Kuva 4 Aurinkotankkausasema. Tämän tankkausaseman aurinkomoduuleja käytetään sähköautojen lataamiseen.

sähköverkkoon sidotut aurinkosähköjärjestelmät

joillakin alueilla sähkölaitokset ovat rakentaneet suuria aurinkosähköjärjestelmiä, jotka on suunniteltu syöttämään virtaa verkkoon. Sähkölaitoksilla on monia erilaisia näkökohtia aurinkoenergiajärjestelmien toteuttamiseksi, koska ne toimittavat sähköä sen sijaan, että kuluttaisivat sitä.

kun sähköyhtiö harkitsee aurinkosähkön lisäämistä, järjestelmä analysoidaan ja mallinnetaan ensin vaikutusten, kuormitustasapainon, laitteiden lastauksen ja sähkönlaatukysymysten määrittämiseksi.

arvioidaan kokonaiskustannukset, kuten tarvittavat uudet siirto-ja jakeluverkot, sekä vaikutukset olemassa oleviin laitoksiin, kuten polttoainekustannusten aleneminen.

joissakin tapauksissa saattaa olla edullisempaa kehittää hajautettuja järjestelmiä, joissa käytetään tiettyihin syöttölaitteisiin asennettuja pienempiä aurinkopaneeleita lisäkuormituksen käsittelemiseksi ja pääomakustannusten alentamiseksi.

hajautetuilla järjestelmillä voidaan myös vähentää linjaan liittyviä kustannuksia, koska voimajohtojen virta katkeaa.

Kertauskysymykset

1. mikä on verkkoon sidottujen PV-inverttereiden vaatimus?
2. mitkä ovat kaksi syytä siihen, että verkkoon sidottu aurinkosähköjärjestelmä ei ole varmuuskopioitu?
3. miten akkuryhmän mitoitus verkkoon sidotussa AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMÄSSÄ eroaa akkuryhmän mitoituksesta ruudukottomassa järjestelmässä?
4. miksi jatkuva järjestelmän seuranta on hyödyllistä verkkoon sidotussa AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMÄSSÄ?
5. mitä kustannustekijöitä yleishyödyllisten laitosten tulisi ottaa huomioon lisätessään AURINKOSÄHKÖVOIMAVAROJA, joita asunnonomistajan ei tarvitse ottaa huomioon?

vastauksia:

1. verkkoon sidottujen PV-inverttereiden on synkronoitava ulostulonsa apuohjelman kanssa ja pystyttävä irrottamaan aurinkokunta, jos verkko menee nurin.
2. (1) järjestelmä, joka on suunniteltu täydentämään verkkovirtaa eikä korvaamaan sitä missään vaiheessa, ei tarvitse varmuuskopiointia, joten asennus on yksinkertaistettu. (2) akun varmuuskopiointi on kallista, vie tilaa ja vaatii säännöllistä huoltoa.
3. verkkoon sidotussa AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMÄSSÄ akun tulee korvata verkko vain katkosten aikana, joten katkosten todennäköisyys ja pituus on avaintekijä akun koon määrittämisessä. Erillisjärjestelmässä akun koon määrittämisessä ratkaisevaa on sijaintipaikan sää ja mahdollisuudet pitkiin pilvisiin tai sateisiin, jotka estäisivät järjestelmän toiminnan parhaimmillaan.
4. järjestelmän seurannasta voidaan saada järjestelmän suorituskykyä koskevia perustietoja ja sen avulla voidaan paikantaa järjestelmän ongelmia.
5. joitakin tekijöitä, joita yleishyödyllisten laitosten on otettava huomioon, ovat kuormituksen tasaus, laitteiden lataus, sähkönlaatukysymykset, kokonaiskustannukset, mukaan lukien uudet siirto-ja jakeluverkot, sekä monet muut tekijät.