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 R b U R b I MPP I I(U) C P(U) Rt U U R b U MPP R b 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 JELZŐTÁBLA INVERTER
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.
Kicsi a zárlati áram (120%) Topográfia Védelmi eszközök Túláramvédelem Kismegszakító Olvadó biztosító (145%-nál kiold) PV PV A védelmi eszköz csak akkor használható, ha legalább 3 párhuzamos string van. Csak gpv jelzéssel ellátottt betét használható AC sín String inverter AC sín Központi (central) inverter
Inverterek Maximális teljesítm tményű munkapont követk vetése I MPP I I(U) P(U) C Napelem modul jelleggörb rbéi U MPP U Maximális teljesítm tményű munkapontot követk vető rendszer (MPPT - Maximum Power Point Tracking) szüks kségessége! ge!
Napelemes inverter rendszerek felépítése PV PV PV String inverter Központi (central) inverter AC sín AC sín PV AC sín Multi-string inverter Modul inverter AC sín Túláramvédelem kialakítása rendszer függvényében
Elvárások a napelemekhez kapcsolódó invertereknél -A napelemekre vonatkozólag pontos MPPT - Jobb, mint 95% hatásfok - A hálózatra h csatlakozás s szabványos követelmk vetelményeinek betartása - Magas szintű hálózati monitoring és s szinkronizálás - Aktív anti-islanding islanding algoritmusok - Elszigetelés, s, szivárg rgási áram monitoring, és s a DC- betápl plálás s ellenőrz rzés -A A teljesítm tmény jellemzőinek jój minősége (alacsony THD) -Hosszú élettartam -Nagy megbízhat zhatóság
PV inverter topológi giák DC-DC átalakítóval szigetelt nem szigetelt kisfrekvenciás transzformátorral nagyfrekvenciás transzformátorral DC-DC átalakító nélkül szigetelt nem szigetelt kisfrekvenciás transzformátorral 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 SCI hibatűrő Y - kapcsolás Elkerüli a modulok túlterhelését szigetelési hiba esetén 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 10% 7% 3% 2% Napelem Tartószerkezet Villanyszerelés Inverter Tervezés, eng. Ügyint. Túlfeszvédelem Telepítés 11% 53% 14%
Köszönöm megtisztelő figyelműket