Tudományos Diákköri Dolgozat

Átírás

1 Tudományos Diákköri Dolgozat Alacsony energiaigényű lakóépület megújuló energiaforrásokon alapuló villamosenergia- -ellátásának és épületirányítási rendszerének tervezése Készítette: Kovács Imre PTE-PMMK Villamosmérnöki szak III. évfolyam Konzulens: Elmer György Pécs,

2 Tartalomjegyzék Bevezetés...2 Megújuló energiaforrások...3 Napenergia...3 Szélenergia...4 Villamos energia előállítása...4 Napelem...4 Szélgenerátor...7 Napelemes és szélgenerátoros berendezések telepítése...8 Napelemes berendezések telepítése...8 Szélgenerátoros berendezések telepítése...9 Villámvédelem...9 Napelem...9 Szélgenerátor...10 Nap-és szélgenerátoros rendszerek megvalósítása...10 Hálózatra visszatápláló rendszerek...10 Szigetüzemű rendszerek...11 Hibrid rendszerek...11 Fogyasztók...11 Nyári időszak...11 Téli időszak...14 Napelemes és szélgenerátoros rendszer tervezése...17 A rendszer működése...19 Elosztóhálózatra csatlakozás...21 Csatlakozóvezeték méretezése...22 Hálózatra való visszatáplálás...23 Kültéri világítás...24 A meleg víz előállítására szolgáló készülék és a fűtés vezérlése...25 Klíma vezérlése...26 A családi ház vezetékhálózatának tervezése...28 Elosztóhálózat áramkörei...29 Felhasznált irodalom

3 Bevezetés Napjainkban a világ villamos energia ellátása és az emberi élet fenntartásához szükséges környezet megőrzése kulcsfontosságú kérdéssé vált. A gazdasági élet egyik alapfeltétele a megfelelő mennyiségű és minőségű energiaellátás. Azonban ez rendkívül költségigényes, ezért nagy jelentősége van a megújuló energiaforrások széleskörű alkalmazhatóságának és kihasználásának. A megújuló energiaforrások olyan energiahordozók, amelyek folyamatosan újratermelődnek, ezáltal kimeríthetetlenek, vagyis egész évben rendelkezésre állnak. Természetesen azonban nem mindig ugyanakkora mennyiségben. Nyáron a napsugárzás intenzitása sokkal erősebb, mint télen, ezért akkor sokkal több napenergiát tudunk hasznosítani. A megújuló energiaforrások további előnyei közé sorolható, hogy használatuk nem okoz olyan káros hatásokat, mint a nem megújuló energiaforrások. Ilyen káros hatások például az üvegházhatás, a levegőszennyezés és a vízszennyezés. A fosszilis tüzelőanyagok (kőolaj, földgáz, szén) erőművekben történő elégetésével üvegházhatású anyagok képződnek (metán, széndioxid), ezáltal egy olyan réteg keletkezik a Föld légköre és a világűr között, amely a Napból érkező sugarakat átengedi, viszont a Földről a visszavert sugarakat nem, ezáltal melegíti a Földet. Ez a megújuló energiaforrásoknál nem okoz problémát, hiszen nincs káros anyag kibocsátásuk, ezáltal nem szennyezik sem a Földet, sem annak légkörét. A megújuló energiaforrások hasznosítása lehetőséget ad arra is, hogy saját magunk állítsunk elő villamos energiát a hálózati villamos energiaellátástól függetlenül. A megújuló erőforrások hosszú távú megoldást jelentenek az emberiség energiaszükségleteinek a kielégítésére. A megújuló energiaforrásokon alapuló rendszerek igen költségigényesek, de költségeinket csökkenthetjük, ha állami támogatást igénylünk, amire ma már Magyarországon is lehetőségünk van. 3

4 Megújuló energiaforrások - napenergia (hasznosítása elektromos, vagy hőenergia formájában, napelem, illetve napkollektor felhasználásával) - szélenergia (szélgenerátor alkalmazásával) - vízenergia - geotermikus energia - biomassza Napenergia A földfelszínt érő napsugárzás erőssége a világ különböző pontjain más és más. Függ a földrajzi szélességtől, mert a napsugárzás beesési szöge eltérő a különböző földrajzi szélességeken, illetve függ az évszaktól és attól, hogy mennyire borult, felhős az idő. Ebből is látható, hogy minél több megújuló energiaforrást kell kiépíteni egyidejűleg és ezek együttes alkalmazása a célszerű, mert így kevésbé leszünk kiszolgáltatva az időjárás viszontagságainak. A legnagyobb problémát az jelenti e rendszerek esetén, hogy a kínálat (a napsütés, a szél stb.) és az igény (fogyasztás) nem mindig esik egybe, vagyis nem mindig akkor süt a Nap, vagy fúj a szél, amikor nekünk villamos energiára van szükségünk, hogy működtetni tudjuk a háztartási készülékeinket, barkácsgépeinket, vagy a világítási fogyasztóinkat. A másik hátrányuk, hogy nehezen lehet előrejelezni, hogy mikor és hol állnak rendelkezésre ezek az energiaforrások, ezért az energiatárolásról is gondoskodni kell, hogy energiaigényünket akkor is fedezni tudjuk, amikor nincs lehetőségünk energiatermelésre megújuló energiaforrásainkkal. A napenergiát hasznosító berendezések mind a közvetlen, mind a szórt sugárzást képesek hasznosítani, amit a napelemes és napkollektoros berendezések elektromos, vagy hőenergiává alakítanak. Szélenergia A szél mindenhol jelen van és rendelkezésre áll, szinte korlátlan mennyiségben, de minden egyes területre más szélviszonyok jellemzőek, ezért a kinyerhető teljesítmény mennyisége is változó. A szél mozgása azonban a földfelszín közelében nem egyenletes, mert azt akadályozzák a hegyek, a dombok, a fák és a bokrok, illetve az épületek. A szélenergia hasznosítását a szélgenerátor végzi, amely a szél kinetikus energiáját alakítja villamos energiává. Közép-Európában átlagosan napos óra és szeles óra van, ezért lehetőség van a szél és napenergia együttes használatára. 4

5 Villamosenergia előállítása Napelem A napsugárzást elektromos áram előállítására is fel lehet használni. A napelem a Napból érkező közvetlen és szórt sugárzást is hasznosítja, amit közvetlenül villamos energiává alakít. A fényelektromos cellákat, vagyis a fényelemeket félvezető anyagból készítik, amelyben az eredetileg kötött elektronok fény hatására szabadon mozgó, vezető elektronokká válnak és mozgásuk következménye, hogy elektromos feszültség keletkezik. A napelemcellák kétrétegű szilícium (Si) lapkákból állnak, amelyet pozitív és negatív rétegnek nevezünk. Amikor a fény fotonjai a félvezető kristály (Si = szilícium) felületére érkeznek és elnyelődnek, a kristály vegyértékelektronjait gerjesztik. Az elektronok magasabb energiaszintre (a vezetési sávba) kerülnek, vagyis szabad töltéshordozók keletkeznek. A töltéshordozókat egy külső terhelésen átvezetve (ami lehet például egy izzólámpa), zárt áramkört létrehozva, a terhelésen áram fog folyni, mert a pozitív és a negatív elektróda között feszültség jön létre. A keletkezett feszültség nagysága függ a félvezető anyagától, ezenkívül a fény pillanatnyi erősségétől és intenzitásától függően változik, ha nő a fény intenzitása, például a déli órákban erősebb a napsugárzás, akkor nő a feszültség nagysága, szürkületkor pedig csökken a feszültség. ábra 1: Energiatermelés napelemmel ábra 2: Napelem felépítése Fényelektromos cellák készítésére szilíciumot használnak, mert ez az anyag lényegesen olcsóbb, mint a többi félvezető. Egy napelemcella hatásfoka típustól függően % között változik. Egy cella kapocsfeszültsége szilíciumból készült cella esetén1v-nál kevesebb, ezért a névleges kimeneti kapocsfeszültség növelése céljából több napelemcellát kapcsolnak össze, így különböző kimeneti feszültségű és áramterhelhetőségű napelemtáblákat alakítanak ki. Az ilyen tokozott, egybeépített cellákat napelemmoduloknak nevezzük. 5

6 Napelemcella típus Hatásfok [%] Monokristály 15-21,5 Polikristály Amorf 5-7 A napelemmodulokban az egyes cellákat sorosan, párhuzamosan kapcsolják, így tudják változtatni a feszültség, vagy az áramerősség nagyságát. Sorba kapcsolás estén a kapocsfeszültséget, párhuzamos kapcsolás esetén az áramerősséget tudják változtatni. Napelem típusai: monokristályos napelemtáblák: Monokristály (egykristály) cellákból áll, soros-párhuzamos kapcsolással összekötve. Cellái fekete színűek, külsőleg jól elkülöníthetőek. Hatásfokuk 15-21,5%-os. Keretezettek, élettartamuk év. Ezek a legdrágább, ám minőségileg kiváló napelemek. Méretük néhány száz négyzetmillimétertől a néhány négyzetméteres tartományig bármilyen méretben megtalálhatóak. A kereskedelemben kapható típusok teljesítménye néhány wattól 250 W-ig terjed. polikristályos napelemtáblák: Polikristály cellákból áll, melyek sorba-párhuzamosan vannak kapcsolva. Külsőleg kékeslila színezetűek. Teljesítményük W, élettartamuk év, hatásfoka 13-15%, így hatásfokuk kisebbek a monokristályos típusokéhoz képest. ábra 3: monokristályos napelem ábra 4: polikristályos napelem 6

7 amorf napelemtáblák: Könnyen gyártható, olcsó. Külsőleg fekete sávokat tartalmazó, keretezett üveglap. Kis gyártási költsége révén kedvező a költség/teljesítmény aránya. Ezek a típusok általában W teljesítményhatárok között készülnek. Az amorf napelemek hatásfoka a legalacsonyabb, élettartamuk rövid (10-15 év). Nagyobb a telepítési helyszükségletük és a tömegük, viszont gyenge megvilágítási, felhős körülmények között is jó hatásfokkal képes dolgozni, ezenkívül nem olyan kényes a benapozottságra, ellentétbe a kristályos típusúakkal, amelyek egyáltalán nem kerülhetnek árnyékba, mert az a teljes rendszert blokkolhatja. ábra 5: amorf napelem 7

8 Szélgenerátor A szél kinetikai (mozgási) energiáját villamos energiájává alakítja. A szélkerék egy áramfejlesztő generátort hajt meg. Teljesítményük 60W-20kW. Kimeneti feszültségük: 12, 24, 36, 48 és 230V lehet. A szélgenerátorok indítási szélsebessége típustól függően 1,8-3,5 m/s. A leggyakrabban alkalmazott szélgenerátoros változat az akkumulátoros tárolás. Ez lehetővé teszi, hogy az áram a szélben szegényebb időszakban is rendelkezésünkre álljon. A töltésszabályozó gondoskodik arról, hogy az akkumulátort ne lehessen túltölteni, de túlzottan ki se sütni. A töltésszabályozó a szélkereket az üresjárat állapotától is védi és az akkumulátor töltött állapota esetén azt fékezi, vagy azok forgását le is állítja. Az üresjárási állapot azért veszélyes, mert a szélgenerátort akkumulátorral, vagy villamos fogyasztóval kell összekötni, hogy megfelelő járását egyáltalán biztosítani lehessen. Ha a szélkerékhez nem kapcsolunk fogyasztót, akkor a lapátkerék, illetve a rotor az üresjáratban nagyon felgyorsulna és ennek következtében tönkremenne. Szélgenerátor típusai: vízszintes tengelyű szélgenerátorok: Ez a legáltalánosabban elterjedt kialakítás. A repülőgép légcsavarjához hasonló turbinalapátok és a generátor egy torony tetején helyezkednek el. függőleges tengelyű szélgenerátorok: A forgó tengely ebben az esetben függőlegesen áll. Ennek előnye, hogy a szélturbinát nem kell a szél irányába állítani. ábra 6: Vízszintes tengelyű szélgenerátor ábra 7: Függőleges tengelyű szélgenerátor 8

9 Napelemes és szélgenerátoros berendezések telepítése Napelemes berendezések telepítése Célunk, hogy a napelemből a legtöbb energiát nyerjük ki. A termelt villamos energia mennyisége a napelemmodul fajtájától, típusától, annak a munkafelületére eső megvilágítás erősségétől és a napelemmodulok elhelyezésétől függ. Az optimális elhelyezés az lenne, ha a nap folyamán a fény a leghosszabb ideig merőlegesen érné a napelemmodult. Minél alacsonyabb a Nap járása, annál hosszabb utat tesz meg a Föld légkörében, ezáltal növekszik az abszorpció. A napelemtáblákat a déli irányba állítva célszerű felszerelni, ekkor érik el legnagyobb hatásfokukat. Az ideális dőlésszög A vízszintes elhelyezés azért sem célszerű, mert nincs megoldva a napelem öntisztulása. Fontos, hogy az energiatermelés időpontjában semminek sem szabad, még részlegesen sem árnyékot vetnie a napelemmodul felületére. A monokristályos és polikristályos napelemmodulok esetén már egy közepes méretű falevél árnyéka is képes blokkolni a rendszert. Az amorf szilícium napelemmodulok esetében ez kevésbé jelent gondot, mivel ezeknél csak a leárnyékolt felület arányában csökken az energiatermelés. A kedvezőbb energiatermelés céljára készíthetők olyan állványzatok, illetve tartószerkezetek is, amelyek lehetővé teszik az adott évszaknak megfelelő dőlésszög optimális beállítását. Szélgenerátoros berendezések telepítése Nagyon fontos a szélerőmű felállítási helyének helyes megválasztása, mert a forgórészt lehetőleg a házak és fák zavaró hatásától mentesen kell a szélnek elérnie. A felállítás szempontjából a legjobb a teljesen szabad terep, ahol nincs a közelben épület, vagy fa. A felállítás feltételei a gyakorlatban sokszor ettől teljesen eltérőek. Lakott területen a szél főirányában jelentős eltérések vannak, mert az épületek a szelet eltéríthetik. Ügyelni kell ara, hogy a lapát megfúvása lehetőleg egyenes és egyenletes legyen. Sok, szabadban felállított szélerőműnek van némi hangja. A szél háttérzajától 3-10 db-lel zajosabbak. A szélkerék háztetőre való elhelyezése nem szerencsés, mert amikor a szélkereket egy tetőre szereljük, a generátor zaja az árbocon át az egész épületre átterjed és ezáltal jelentősen felerősödik. Lakóépület esetén ez kellemetlenné is válhat és a finom rezgések hosszabb idő alatt károsíthatják a falakat. 9

10 Villámvédelem Napelem A napelemeket általában az építmények tetőszerkezeteire szerelik fel. A napenergia hasznosító rendszerek szerkezetei mindig tartalmaznak fém tartószerelvényeket és áramvezető szerkezeteket is, amelyeket gyakran ér közvetlen villámcsapás. Ezért a villámvédelmi szabványok előírásainak megfelelően a napenergia-hasznosító rendszert is mindig villámvédelemmel védeni kell, így villámvédelmi felfogók, levezetők és földelőrendszer (villámhárító) védett terében kell azokat elhelyezni. Ha az épületre nincs külső villámvédelem felszerelve és villámcsapás éri a napenergia fogadására szolgáló rendszert, akkor a villámáramot a fémszerkezetek bevezetik az épület belsejébe és nemcsak a napenergia-hasznosító berendezésben keletkezik villámkár, hanem az épület villamosenergia-ellátó és elektronikus irányító, felügyeleti és adatfeldolgozó rendszereiben is további másodlagos villámkárok keletkeznek, ezért a napenergia-hasznosító berendezések esetén fontos a belső villámvédelem kiépítése. A tetőszerkezeten m sugarú gördülő gömbbel szerkesztett villámvédelmi felfogó-rendszer védett terében kell a napelemeket elhelyezni. A napelemet és a fém tartószerelvényeit villámvédelmi földelő-rendszerrel és az épület EPHcsomópontjával is össze kell kötni. A napelem-rendszer egyenáramú (+) és (-) kimenetére villámáram-levezetőképes (10/350μs) túlfeszültség levezetőket kell csatlakoztatni. Szélgenerátor A szélgenerátor felállításánál fontos a villámvédelmi előírások betartása. Az árboc lábánál a villámhárító földelővezeték bekötéséhez egy csavart kell elhelyezniés ezen keresztül kell összekötni a lakóépület földelő hálózatával és az EPH-csomóponttal. Ez a külső villámvédelmi megoldás csak közvetlen villámcsapások ellen véd (tűz-és rombolóhatás). A szélgenerátor egyenáramú (+) és (-) kimenetére villámáram-levezetőképes (10/350μs) túlfeszültség levezetőket kell csatlakoztatni. 10

11 Nap-és szélgenerátoros rendszerek megvalósítása Hálózatra visszatápláló rendszerek A hálózatra visszatápláló, napelemes és szélgenerátoros, energiamentes (akkumulátor nélküli) rendszert a közüzemi hálózattal kötjük össze. Az így felépített rendszer előnye az, hogy nem kell akkumulátor és töltésszabályozó, ezáltal jelentős költségmegtakarítás érhető el és csökkenteni tudjuk villanyszámlánkat. A közüzemi hálózatra visszatápláló inverter a 230 V-os váltakozó feszültséget szinkronizáló áramkörrel a hálózat jellemzőihez illeszti, így az inverter kimeneti feszültsége szinkron pozícióban lesz betáplálva a villamos hálózatba. Lehetőség van arra, hogy a felesleges villamos energiánkat az áramszolgáltatónak eladhassuk, ő pedig az általunk szolgáltatott energiát átveszi, fizetni pedig a kettő (termelt energia és a vételezett energia) különbözetét kell. Szigetüzemű rendszerek A szigetüzemű rendszerek esetén a megtermelt villamosenergiát a saját fogyasztóink ellátására használjuk fel, tehát a rendszer függetlenül üzemel a közcélú villamos hálózattól. A megtermelt energiát akkumulátorokban tároljuk, hogy akkor is rendelkezésre álljon, amikor nincs lehetőség a nap- illetve a szélenergia hasznosítására. Hibrid rendszerek Ha napelemet, vagy szélgenerátort használunk villamosenergia előállítására, legjobb ha együtt használjuk, ún. hibrid rendszerben, mivel így biztosítható a szünetmentes áramellátás. Ez a két rendszer, majdnem egymással ellentétesen működik, hiszen amíg a napelemmodulok elsősorban nyáron termelnek elektromos energiát, mert ilyenkor a napsugárzás intenzitása erősebb, addig az ősztől tavaszig tartó időszakban a szélgenerátor termeli a villamosenergia nagy részét, ezáltal a két rendszer együttes használata folyamatos energiaellátást biztosít. 11

12 Fogyasztók Nyári időszak Helyiség: közlekedő Kompakt ,018 fénycső Kompakt ,018 fénycső Összesen 0,036 Helyiség: szoba 12 m 2 [kwh] Halogénizzó ,21 Tv ,24 Számítógép ,25 Asztali lámpa ,02 Rádió 10 0,5 0,005 Összesen 0,725 Helyiség: fürdőszoba [kwh] Halogénizzó ,14 LED 9 1 0,009 Mosógép óra/hét 0,64 Hajszárító ,16 0,288 Vasaló óra/hét 0,542 Porszívó óra/hét 0,514 Bojler ,8 Összesen 3,933 12

13 Helyiség: szoba 12 m 2 [kwh Halogénizzó ,21 Tv ,24 Számítógép ,25 Asztali lámpa ,02 Összesen 0,72 Helyiség: konyha [kwh] Halogénizzó ,9 LED 9 1 0,009 LED 9 1 0,009 Hűtőszekrény ,92 Fagyasztóláda ,92 Mikrohullámsütő 800 0,16 0,128 Kenyérpirító 800 0,08 0,064 Mosogatógép ,5 0,5 Kenyérsütő 450 1,5 0,675 Kávéfőző 450 0,16 0,075 Összesen 6,2 Helyiség: kamra [kwh] Kompakt fénycső 15 0,5 0,015 Összesen 0,015 13

14 Helyiség: nappali + étkező [kwh] Kompakt fénycső 52 0,5 0,026 Csillár ,132 Tv ,16 Klíma ,2 Összesen 5,518 Helyiség: szoba 20 m 2 [kwh] Kompakt fénycső ,072 Állólámpa ,08 Hifi 10 0,5 0,005 Digitális ,24 ébresztőóra Asztali lámpa ,02 Hősugárzó Összesen 0,462 Helyiség: kültéri világítás [kwh] Kompakt fénycső 240 0,5 0,12 Összesen 0,12 14

15 Téli időszak Helyiség: közlekedő Kompakt ,018 fénycső Kompakt ,018 fénycső Összesen 0,036 Helyiség: szoba 12 m 2 [kwh] Halogénizzó ,42 Tv ,4 Számítógép ,5 Asztali lámpa ,06 Rádió 10 0,5 0,005 Összesen 1,365 Helyiség: fürdőszoba [kwh] Halogénizzó ,28 LED 9 2 0,018 Mosógép óra/hét 0,64 Hajszárító ,5 0,9 Vasaló óra/hét 0,542 Porszívó óra/hét 0,514 Bojler ,6 Összesen 6,494 15

16 Helyiség: szoba 12 m 2 [kwh Halogénizzó ,42 Tv ,24 Számítógép ,5 Asztali lámpa ,06 Összesen 1,22 Helyiség: konyha [kwh] Halogénizzó ,5 LED 9 2 0,018 LED 9 2 0,018 Hűtőszekrény ,92 Fagyasztóláda ,92 Mikrohullámsütő 800 0,5 0,4 Kenyérpirító 800 0,08 0,064 Mosogatógép ,5 0,5 Kenyérsütő 450 1,5 0,675 Kávéfőző 450 0,16 0,075 Összesen 7,09 Helyiség: kamra [kwh] Kompakt fénycső ,015 Összesen 0,015 16

17 Helyiség: nappali + étkező [kwh] Kompakt fénycső ,052 Csillár ,198 Tv ,24 Klíma ,5 1,3 Összesen 1,349 Helyiség: szoba 20 m 2 [kwh] Kompakt fénycső ,144 Állólámpa ,16 Hifi 10 0,5 0,005 Digitális ,24 ébresztőóra Asztali lámpa ,04 Hősugárzó ,8 Összesen 2,389 Helyiség: kültéri világítás [kwh] Kompakt fénycső ,24 Összesen 0,24 Összes fogyasztás [kwh/nap] Nyári időszak Téli időszak 17,729 19,878 17

18 Napelemes és szélgenerátoros rendszer tervezése Fogyasztó: Feszültség: 230 V : 20 kwh/nap = Wh/nap Mivel a fogyasztás értéke eltérhet az átlagfogyasztástól, ezért biztonsági tartalékként 1,5 szorzóval számolva: 1, Wh=30000 Wh -ra történik a napelemes és szélgenerátoros rendszer méretezése. Akkumulátor: Feltétel: Wh energiát kell tárolnia Feszültség: 48 V 30000Wh/48V =625 Ah 625 Ah/120 Ah=5,2=6 6 db 120 Ah akkumulátor szükséges. Napelem: Típus: monokristályos napelem 250 W Napi 8 óra napfénybefogás esetén 8 h 250 W =2000 Wh lehet átlagosan termelni. Mivel a Wh/nap-nak a felét kell, hogy előállítsa a napelem, ezért Wh/ nap 2000 Wh=7,5=8 8 db 250W napelem szükséges. 18

19 Szélgenerátor: 5 órás szélbefogási idővel számolva és Wh-t kell, hogy előállítson, így a szélgenerátor teljesítményét 5óra/nap 3000W =15000Wh/nap 3000 W-ra kell választani. Töltésszabályzóval egybeépített hibrid inverter: A töltésszabályzóval egybeépített hibrid inverternek el kell tudnia viselni a rá kapcsolt legnagyobb fogyasztó terhelését, illetve a napelem és a szélgenerátor teljesítményét fedeznie kell. Teljesítménye: 2000W napelemhez csatlakozó inverter 3000W szélgenerátor csatlakozó inverter 19

20 A rendszer működése A rendszer tervezésekor az alapkoncepcióm az volt, hogy a napelem és a szélgenerátor által előállított villamos energiát arra használom fel, hogy visszatápláljam a közüzemi hálózatba és ezzel egyidejűleg a lakóépület fogyasztóinak energiaigényét a közüzemi hálózatból nyert energiából fedezem. A visszatáplálás kontaktor segítségével történik. Ha nincs üzemzavar a kontaktor bekapcsol, zárja az áramkört és megindulhat a visszatáplálás a hálózatba. Előfordulhat, hogy a 0,4 kv-os hálózaton üzemzavar lép fel, ezt az átkapcsoló érzékeli és a rendszert átkapcsolja, így a napelem és a szélgenerátor által feltöltött akkumulátorról el tudom látni a fogyasztóimat és a visszatáplálás is megszűnik, mivel a kontaktor nem kap feszültséget a bemenetén és bontja az áramkört. Amint az üzemzavar megszűnt és visszatér a hálózati feszültség, ezt érzékeli az átkapcsoló és a rendszert visszakapcsolja, újból megindul a visszatáplálás és a fogyasztók ellátása a hálózatról. A rendszerbe két különálló fogyasztásmérőt szereltem fel. Az egyik azt a fogyasztást méri, amelyet a közüzemi hálózatból vételezek, a másik azt amit megtermelek és visszatáplálok a hálózatba. A rendszer mechanikusan is működtethető. Ha a fogyasztó nem akar visszatáplálni a hálózatba és nem akar az áramszolgáltatótól villamosenergiát igényelni, vagyis nem akar vételezni a közüzemi hálózatból, hanem a megújuló energiaforrások által megtermelt energiával akarja fedezni a családi ház fogyasztását, akkor ezt egy kapcsoló segítségével bármikor megteheti. A kapcsoló megnyomásával a rendszer azt érzékeli, hogy üzemzavar lépett fel a közüzemi hálózatba (pedig a valóságban ez nem történt meg), ezért az átkapcsoló átkapcsolja a rendszert, a kontaktor megszakítja az áramkört, ezáltal a visszatáplálás megszűnik. Ez az állapot marad mindaddig, amíg meg nem történik a KI nyomógomb ismételt megnyomása. Ha ez megtörtént a rendszer azt érzékeli, hogy az üzemzavar helyreállt, ezért az átkacsoló visszaállítja az rendszer működését alaphelyzetbe, a kontaktor bekapcsolja az áramkört és megkezdődik a visszatáplálás is. 20

21 Eszközlista: napelem: PM-S 250 monokristályos szélgenerátor: e W akkumulátor: BAE 2 SPzV 120 töltésszabályozóval egybeépített hibrid inverter: PC 2000 és PC 3000 US-12 átkapcsoló kontaktor: Ganz KK DIL 0-52 kismegszakító: BBC-Stotz S210 63A mérőszekrény: ME-K11-B-LM/LK egyfázisú fogyasztásmérő: PowerLogic ME lakáselosztó: XBS MSK 18 kapcsoló: EVIG P40 21

22 Elosztóhálózatra csatlakozás A lakóépület részére légvezetékes csatlakozás van kiépítve egyfázisú betáplálással. Az érintésvédelmi mód a TN-C-S rendszer szerinti, vagyis a csatlakozóvezeték a fázisvezetőből és a PEN vezetőből áll. A szerelési módot tekintve önhordó vezetékek kerültek alkalmazásra. A légvezeték hossza 15 m, amely az épületfalra elhelyezett falitartóhoz csatlakozik, amelynek az MSZ 447 szabvány szerint a földtől mért legkisebb távolsága 3 m. A betápláló fővezeték az első túláramvédelmi dobozba csatlakozik, illetve a PEN vezető egy sínre csatlakozik, ahol szétválasztásra kerül egy nulla és egy védővezetőre. A betápláló fővezeték és a fogyasztásmérő zárlat- és túláramvédelmét egy kismegszakító látja el. Az ezzel sorosan kötött B osztályú villámáram levezető a belső villámvédelmi feladatokat látja el. A méretlen vezeték ezután a két egyfázisú fogyasztásmérőt tartalmazó merőszekrénybe csatlakozik, majd innen a mért vezeték a lakáselosztóba kerül bekötésre. Itt találhatók a lakóépület védelmét ellátó kismegszakítók, a hibaáramot figyelő Fi-relé és a C osztályú túlfeszültség levezető, amely megvédi az épületben található elektronikus berendezéseket a kapcsolási túlfeszültségektől. A lakóépületben kiépítésre került az EPH (egyenpotenciálra hozó) hálózat, amely a házban található nagyobb fémes felületeket egy EPH csomóponton keresztül azonos potenciálra hozza és ez összeköttetésben áll a ház villámvédelmi földelésével is. Eszközlista: csatlakozóvezeték: Mkh 1 kv 10 mm^2 betápláló fővezeték: Mkh 1 kv 10 mm^2 mért fővezeték: Mkh 1 kv 10 mm^2 védőcső: MÜ I 36 mm mérőszekrény: ME-K11-B-LM/LK egyfázisú fogyasztásmérő: PowerLogic ME lakáselosztó: XBS MSK 18 kismegszakító: ABB B 10A; ABB B 35A kismegszakító: ABB B 63 A B osztályú villámáram-levezető: DEHNblock/1 C osztályú túlfeszültség-levezető: DEHNguard T ÁVK: XBS 10A 0,03mA EPH sín tartóhorog 22

23 Csatlakozóvezeték méretezése méretezés feszültségesésre Adatok: P = 6,6 kw U = 230 V l = 15 m E = 1 % Feszültségesés mértéke e=u T U F =I R cos f E= U U T F 100= e 100 U T U T e= =2,3V Egyfázisú teljesítmény számítása P=U I cos =U I h, ebből a hatásos (wattos ) áram számítása I h = =28,69 A Az egy vezetőéren eső feszültségesés mértéke E e' = e 2 = 100 U fn =1,15V 2 Vezeték keresztmetszet számítása e' =I h R v = I h l A, ebből a vezeték keresztmetszet A= I h l e' A= 0, ,69 =6,66 mm 2 =10 mm 2 1,15 23

24 Hálózatra való visszatáplálás Háztartási méretű kiserőműnek minősül minden olyan rendszer, amely teljesítménye nem haladja meg az 50 kva-t. A HMKE inverteren keresztül csatlakozik a közcélú hálózathoz. A közcélú hálózatba betáplált villamos energiát, illetve a hálózatból vételezett villamos energiát a csatlakozási ponton külön-külön kell megmérni, elszámolását pedig a villamosenergia-kereskedővel kötött szerződés szerinti elszámolási időszakokra számított szaldóképzéssel kell megvalósítani. Az elszámolás (szaldóképzés) ciklusideje a felek megállapodása szerint havi, negyed-éves, vagy éves. HMKE-nél az alábbi védelmekről kell minimálisan gondoskodni: rövidzárlati védelem; túlterhelési védelem; feszültségnövekedési védelem feszültségcsökkenési védelem frekvencianövekedési védelem frekvenciacsökkenési védelem elosztóhálózati-szigetüzem elleni védelem; földzárlati/testzárlati védelem; érintésvédelem; egyenáramú védelem. 24

25 Kültéri világítás A kültéri világítás tervezésekor arra törekedtem, hogy a lakóépületet minél jobban be lehessen világítani, de energiatakarékos is legyen. Ezért döntöttem a fényvetőre szerelt mozgásérzékelős rendszer mellett. A tervezés fő célja az volt, hogy a külső világítás egy meghatározott megvilágítás esetén kapcsoljon be, de csak abban az esetben, ha valaki elhalad a fényforrás előtt, illetve annak környezetében. Ennek megvalósítására több lehetőség is kínálkozott. Meg lehetne valósítani egy fényvetővel és egy alkonykapcsolóval. Ekkor a rendszer úgy működne, hogy a fényvető csak abban az esetben kapcsolna be, ha a mozgásérzékelő mozgást észlelne és a megvilágítás egy bizonyos érték alá csökkenve az alkonykapcsoló bekapcsolna. A hátránya az lenne hogy a rendszer csak addig maradna bekacsolva, amíg mozgás lenne és a késleltetési idő lejárta után kikapcsolná a világítást. Ennek kiküszöbölésére szükség van egy világításkapcsolóra, hiszen ha azt akarjuk, hogy hosszabb ideig legyen bekapcsolva a fényforrás, akkor megnyomjuk a kapcsolót és a világítás bekapcsol függetlenül attól, hogy van-e mozgás, illetve mekkora a környezet megvilágítási értéke, vagyis a kapcsoló segítségével felülírjuk a mozgásérzékelő és az alkonykacsoló parancsait. Ez a rendszer viszonylag sok részből áll és manapság már vannak olyan mozgásérzékelő, amelyek ezeket a funkciókat képesek elvégezni, tehát be lehet állítani, hogy mekkora fényerősség esetén és mennyi időintervallumra kapcsolja be a világítást, illetve egy világításkapcsoló segítségével tartósan be-, vagy kikapcsolhatjuk, ezért döntöttem ennek a használatánál. A tartós be/kikapcsolásnál célszerű a fényvetőt csillárkapcsolóval ellátni, így egyik állásban a mozgásérzékelő üzemmód, a másik állásban a tartós világítás kapcsolható. Ha mindkét kapcsoló ki állásban van, akkor a világítás tartósan kikapcsolt állapotban marad. Eszközlista: mozgásérzékelő: ES-37 infravörös mozgásérzékelő csillárkapcsoló: Alfa IP vezeték: MB CU 1,5 mm2 műanyag vezetékcsatorna 20X20 mm 25

26 A meleg víz előállítására szolgáló készülék és a fűtés vezérlése A fűtés és a használati meleg víz előállítása nagy energiafelhasználással jár, ezért célszerű ezeknek a rendszereknek lecsökkenteni a fogyasztását. Ezeket a folyamatokat egy irányító rendszerre kell bízni, hiszen sokkal megbízhatóbban működik, mintha az ember vezérelné, például egy embernek nem mindig jut eszébe bekapcsolni a bojlert, hogy egy adott időpontra a szükséges meleg víz a rendelkezésére álljon. Természetesen nem szükséges, hogy a meleg víz egész nap rendelkezésre álljon, illetve nem kell hogy a fűtés egész nap bekapcsolva maradjon. Egy kapcsolóóra segítségével beállítjuk, hogy mielőtt a lakók megérkeznének addigra a hőmérséklet elérje a kívánt beállított értéket, illetve meleg víz is rendelkezésre álljon. Ehhez szükség van egy kontaktorra a terhelés vezérlésére, ami a rendszer ki-be kapcsolását jelenti, illetve egy többcsatornás időzítő programórára, ami különböző leágazásokat tud külön-külön program szerint kezelni, így lehetőség van a be-ki kapcsolás intervallumainak beállítására, de ha más időszakban is akarjuk működtetni a rendszert, akkor ezt a nyomógombok segítségével tehetjük meg, így bármikor előállítható meleg víz és a fűtés is bármely időszakban bekapcsolható az időzítő óra megkerülésével. Ha vissza szeretnénk térni a normál időzítésre, akkor ismét meg kell nyomni a gombot és máris visszaáll a programóra rendszere. Az automatizálás segítségével rengeteg energiát takaríthatunk meg, hiszen a nem szükséges intervallumokban nem melegítjük a vizet és nem tartjuk mindig ugyanolyan magas hőmérsékleten a fűtést. A időzítő programóra könnyen módosítható és újraprogramozható bármikor. Eszközlista: programozható időkapcsoló: Schneider Electric IHP kontaktor: Ganz KK DIL kétpólusú kapcsoló: Alfa IP kismegszakító: ABB 16A vezeték: MT 2,5 mm^ 26