A suitable size of PV system for providing a net energy self-sufficiency of typical households in different parts of Slovenia

Full text

(1)UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO. Borut Kosanc. Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije Diplomsko delo. Maribor, avgust 2016. I.

(2)

(3) PRIMERNA VELIKOST SISTEMA PV ZA ZAGOTAVLJANJE ENERGETSKE SAMOZADOSTNOSTI TIPIČNEGA GOSPODINJSTVA V RAZLIČNIH DELIH SLOVENIJE. Diplomsko delo. Študent. Borut Kosanc. Študijski program:. Visokošolski strokovni študijski program Elektrotehnika. Smer:. Močnostna elektrotehnika. Mentor:. red. prof. dr. Gorazd Štumberger, univ.dipl.inž.el.. i.

(4) ii.

(5) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. ZAHVALA Iskreno se zahvaljujem mentorju dr. Gorazdu Štumbergerju za strokovno pomoč, usmerjanje, potrpežljivost in vzpodbudo pri nastajanju moje diplomske naloge.. iii.

(6) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. Ključne besede: fotonapetostni. sistem,. neto. meritve,. otočni. sistem,. energetska. samozadostnost, raba električne energije, tipično gospodinjstvo UDK:. 621.311.243:314.117.3(043.2). Povzetek:. V diplomskem delu je prikazana raba električne energije za tipično. gospodinjstvo v Sloveniji. Izdelana je simulacija potrebne velikosti fotonapetostne elektrarne, ki bi zadovoljevala neto energijsko potrebo gospodinjstva po električni energiji. Izdelana je simulacija potrebne velikosti fotonapetostne elektrarne za gospodinjstvo (skladno z Uredbo o samooskrbi z električno energijo iz obnovljivih virov) v različnih regijah Slovenije. V nadaljevanju je predstavljena otočna elektrarna ter njene osnovne komponente. Prikazana je nadgradnja omrežne fotonapetostne elektrarne v otočno elektrarno. Narejen je primer dimenzioniranja akumulatorskega hranilnika, za zagotavljanje enodnevne porabe električne energije ter stroškovna primerjava med otočnim sistemom in elektrarno priključeno v elektroenergetsko omrežje.. iv.

(7) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. A suitable size of PV system for providing a net energy self-sufficiency of typical households in different parts of Slovenia Key words:. photovoltaic system, net metering, off-grid system, energy selfsufficiency, electricity usage, a typical household. UDK:. 621.311.243:314.117.3(043.2). Abstract:. The thesis shows the use of electricity for a typical household in. Slovenia. Required size of photovoltaic power plant for satisfying the net energy requirement of the household electricity was simulated for different regions of Slovenia (in accordance with the Decree on self-supply of electricity from renewable energy sources). An off-grid system is presented together with it main components. It is described how to upgrade a grid connected PV power plant to an off-grid system. Battery bank sizing to ensuring one-day autonomy regarding electricity supply was performed. At the end the thesis shows the cost comparison between off-grid and on-grid PV power plant.. v.

(8) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. KAZALO VSEBINE. 1 . Uvod ........................................................................................................................ 1 1.1 . Splošno o področju diplomskega dela ..................................................................... 1 . 1.2 . Namen in cilj diplomskega dela .............................................................................. 1 . 1.3 . Pregled stanja .......................................................................................................... 2 . 2 . Določitev potrebne velikosti fotonapetostnega sistema tipičnega gospodinjstva ... 4 2.1 . Predpostavke za izbiro podatkov za izračun ........................................................... 4 . 2.2 . Raba in poraba električne energije v gospodinjstvu ................................................ 5 . 2.3 . Priključitev v elektroenergetsko omrežje – neto meritve ........................................ 7 . 2.4 . Ločeno obratovanje brez povezave v elektroenergetsko omrežje – otočni sistem.. 9 . 3 . Predstavitev izračunov .......................................................................................... 10 3.1 . Predstavitev orodja za izračun ............................................................................... 10 . 3.2 . Analiza rezultatov.................................................................................................. 16 . 4 . Akumulatorski sistemi za shranjevanje električne energije .................................. 20 4.1 . Tipi akumulatorjev, primernih za shranjevanje električne energije v fotonapetostnih sistemih ........................................................................................ 20 . 4.2 . Gradniki otočnega sistema .................................................................................... 25 . 4.3 . Nadgradnja obstoječe fotonapetostne elektrarne v otočni sistem ......................... 38 . 5 . Ovrednotenje rezultatov ........................................................................................ 41 5.1 . Neto meritve .......................................................................................................... 41 . 5.2 . Konkreten izračun in dimenzioniranje fotonapetostne elektrarne ......................... 41 . 5.3 . Otočni sistem ......................................................................................................... 44 . 5.4 . Stroškovna sprejemljivost sistemov ...................................................................... 46 . 6 . Sklep ...................................................................................................................... 48 . 7 . Viri in literatura ..................................................................................................... 50 . vi.

(9) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. KAZALO SLIK Slika 2.1: Skupna in povprečna letna poraba gospodinjskih odjemalcev z dvotarifnim odjemom električne energije v obdobju 2011–2015 Slika 2.2: Skupna in povprečna letna poraba gospodinjskih odjemalcev z enotarifnim odjemom električne energije v obdobju 2011–2015 Slika 2.3: Glavni nameni rabe energije v gospodinjstvu Slika 2.4: Rabe električne energije v gospodinjstvih v letu 2014 Slika 2.5: Priključitev FN sistema v elektroenergetsko omrežje – neto meritve Slika 2.6: Princip priključitve FN generatorja na distribucijsko omrežje – neto obračun Slika 2.7: Shema otočnega sistema Slika 3.1: Spletna stran orodja za oceno proizvodnje električne energije Slika 3.2: Shema povezav pri uporabi mikro razsmernikov Slika 3.3: Shema priključitve optimizatorjev moči in razsmernika Slika 4.1: Graf odvisnosti števila ciklov akumulatorja in globine praznjenja [22] Slika 4.2: Primer AGM akumulatorja Slika 4.3: Primer GEL akumulatorja Slika 4.4: Primer akumulatorskega bloka in celic tipa OPzS Slika 4.5: Primer akumulatorskega bloka in celic tipa OPzV Slika 4.6: Shema otočnega sistema Slika 4.7: Graf dolžine dneva in svita za celotno leto za Ljubljano [23] Slika 4.8: Mesečni prikaz proizvodnje in potreb po električni energiji pri naklonu FN modulov 35° Slika 4.9: Mesečni prikaz proizvodnje in potreb po električni energiji pri naklonu FN modulov 55° Slika 4.10: Levo je primer PWM in desno primer MPPT solarnega regulatorja polnjenja . vii.

(10) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. Slika 4.11: Tipična akumulatorska hranilnika z OPzS (levo) in OPzV (desno) tipom akumulatorjev Slika 4.12: Slika otočnih razsmernikov različnih proizvajalcev Slika 4.13: Talilna varovalka za akumulatorske hranilnike ter dvopolni varovalčni ločilnik Slika 4.14: Shema otočnega sistema s proizvodnim virom priključenim v enosmerni napetostni povezavi (DC coupled) Slika 4.15: Shema otočnega sistema s proizvodnim virom priključenim v enosmerni in izmenični napetostni povezavi (DC + AC coupled) . KAZALO TABEL Tabela 2.1: Gibanje indeksa energetske učinkovitosti za celotno rabo energije v gospodinjstvu Tabela 2.2: Raba električne energije (GWh) po namenu rabe med leti 2009 in 2014 Tabela 3.1: Vrste fotonapetostnih celic in njihova učinkovitost Tabela 3.2: Simulacija potrebne velikosti fotonapetostnega generatorja (kWp) za neto energijsko samozadostnost v večjih naseljih Slovenije Tabela 3.3: Korekcijski faktor števila modulov zaradi odstopanja orientacije modulov od smeri jug Tabela 3.4: Korekcijski faktor števila modulov za različne naklone modulov Tabela 4.1: Primerjava proizvodnje električne energije v Ljubljani, za različne velikosti FN elektrarne pri 35° naklonu modulov Tabela 4.2: Primerjava proizvodnje električne energije za različne velikosti FN elektrarne pri 55° naklonu modulov Tabela 5.1: Popis opreme in stroškovna ocena za elektrarno moči 3,57 kWp, izvedeno z mikro razsmerniki Tabela 5.2: Popis opreme in stroškovna ocena za elektrarno moči 3,57 kWp, izvedeno z optimizatorji moči . viii.

(11) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. Tabela 5.3: Mesečna energetska bilanca proizvodnje in porabe električne energije (kWh) Tabela 5.4: Popis opreme za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva z otočnim sistemom . ix.

(12) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC: PV – Photovoltaic (Fotovoltaika) FN – Fotonapetostni VT – visoka dnevna tarifa MT – mala dnevna tarifa ET – enotna dnevna tarifa STC – Standard test conditions (Standardni tesni pogoji) NOCT – Nominal operating cell temperature (Nazivna temperatura delovanja celice) Wh – Fizikalna enota za delo in energijo Wp – Maksimalna moč fotonapetostnega modula pri standardnih testnih pogojih CIS – Bakrov indijev selenid GaAs – Galijev arzenid CdTe – Kadmijev telurid CulnS – Baker indijev diselenid a-Si – amorfni Silicij OVE – Obnovljivi viri energije AGM – Absorbant-glas mat (elektrolit, ki je vpit v steklena vlakna med ploščami) VRLA – Valve regulated lead-acid battery (svinčeno-kislinski akumulator z oddušnim ventilom) DoD – Depth of discharge (Globina praznjenja akumulatorja) SOC – State of charge (Napolnjenost akumulatorja) BMS – Battery management system (Sistem za upravljanje akumulatorjev) UPS – Uninterruptible power supply (Brezprekinitveno napajanje) MPPT – Maximum power point (Točka maksimalne moči) DC/AC – Direct current/alternative current (Enosmerni tok/izmenični tok). x.

(13) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. 1. 1.1. UVOD. Splošno o področju diplomskega dela. Poraba energije se tako v svetu kot v Sloveniji s tehnološkim razvojem nenehno povečuje. V slovenskih gospodinjstvih se je poraba električne energije med leti 2000–2010 stalno povečevala. V povprečju je letna stopnja rasti znašala 2,2 %, v letih 2010–2013 pa 0,1 %. Na rast porabe električne energije v gospodinjstvih vpliva višanje življenjskega standarda, posledica česar je opremljenost gospodinjstev z velikimi in malimi gospodinjskimi aparati, velikimi televizorji, klimatskimi napravami, večanjem števila svetlobnih točk itd., rast števila gospodinjstev, informatizacije gospodinjstev (rast priklopov na širokopasovni dostop do spleta, opremljenosti gospodinjstev z računalniki in njihove uporabe) ter rasti uporabe drugih elektronskih naprav (mobilni telefoni, brezžični telefoni, avdio-video tehnika, itd.). V zadnjih letih se povečuje tudi uporaba električne energije za ogrevanje – toplote črpalke. Po drugi strani na znižanje porabe električne energije vpliva občutno izboljšanje učinkovitosti velikih gospodinjskih aparatov, označevanje porabe energije aparatov, ki vpliva na izboljševanje strukture aparatov, saj pri odločanju o nakupu aparata cena le-tega ni več edini kriterij, uveljavitev minimalnih kriterijev za energetsko učinkovitost naprav ter sprememba obnašanja zaradi obveščevalnih in ozaveščevalnih akcij [1]. Samooskrba z električno energijo za tipično gospodinjstvo ne zahteva veliko prostora, postavitev in priključitev fotonapetostne elektrarne pa je relativno enostavna.. 1.2. Namen in cilj diplomskega dela. Namen diplomske naloge je primerjati potrebne velikosti fotonapetostnih sistemov v različnih delih Slovenije, za zagotavljanje neto energijske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva. Primerjana bosta dva različna načina zagotavljanja samozadostnosti in sicer s fotonapetostno elektrarno priključeno po sistemu neto meritev (kjer je objekt priključen na elektro distribucijsko omrežje) ter z otočno elektrarno (kjer je objekt ločen od javnega elektroenergetskega omrežja). Na koncu diplomskega dela je prikazan popis opreme in del. 1.

(14) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. ter stroškovna ocena za postavitev obeh omenjenih sistemov. Za posamezne objekte je izvedba otočnega sistema edina možnost, da je objekt oskrbovan z električno energijo proizvedeno iz obnovljivih virov. Pred odločitvijo o velikosti otočnega sistema je potrebno analizirati porabnike električne energije ter način njihove rabe. V nadaljevanju bodo prikazani tipi porabnikov v gospodinjstvu, ki najbolj vplivajo na velikost (in ceno) otočnega sistema. Eden večjih delov celotne investicije v otočni sistem predstavlja sistem za shranjevanje električne energije. Opisani so najpogostejši tipi akumulatorskih enot, na koncu pa je glede na tipično porabo električne energije prikazano tudi dimenzioniranje akumulatorskega sistema za shranjevanje energije. Cilj diplomskega dela je prikazati potrebno moč fotonapetostnega sistema za zagotavljanje neto energijske samozadostnosti. Opisani so osnovni gradniki fotonapetostnega sistema ter nadgradnja v primeru prehoda iz sheme neto meritev na otočni sistem.. 1.3. Pregled stanja. V decembru 2015 je bila v Sloveniji sprejeta Uredba o samooskrbi z električno energijo iz obnovljivih virov energije (v nadaljevanju Uredba). Uredba gospodinjskim in malim poslovnim odjemalcem omogoča samooskrbo z električno energijo iz obnovljivih virov energije (OVE) na podlagi neto merjenja. To pomeni, da bodo imeli lastniki naprav za samooskrbo z električno energijo obračunano porabo električne energije na način, da se bo upoštevala razlika med dovedeno in odvedeno električno energijo. Obdobje za obračun porabe električne energije je koledarsko leto [3]. Poleg same Uredbe pa je bil sprejet še Pravilnik o tehničnih zahtevah naprav za samooskrbo z električno energijo iz obnovljivih virov energije [4]. Postavitev in priklop naprave za samooskrbo na notranjo nizkonapetostno inštalacijo stavbe je prvenstveno namenjena pokrivanju potreb gospodinjstva oz. malih poslovnih odjemalcev z električno energijo in ne proizvodnji viškov energije oziroma prodaji proizvedene električne energije [5]. Število člankov, novic in diplomskih nalog iz področja samooskrbe z električno energijo, fotonapetostnih sistemov in otočnih sistemov se vztrajno povečuje. Informacij o uspešno. 2.

(15) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. izvedenih projektih in napredku v tehnologiji je vsak dan več. Vse več pa je tudi ponudnikov opreme, ki lahko kvalitetno in korektno svetujejo potencialnemu investitorju.. 3.

(16) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. 2. D DOLOČIT TEV POTR REBNE VE ELIKOSTII FOTONA APETOSTN NEGA SIS STEMA T TIPIČNEG GA GOSPO ODINJSTV VA. 2.1. Predposstavke za izzbiro podattkov za izra ačun. dročju energgetike v Slo oveniji v letu u 2015 [6], jje povzet podatek o Iz Pooročila o staanju na pod porabbi električne energije, na podlagi katerega je v nadaljevaanju izvedeeno dimenziioniranje fotonnapetostne elektrarne. e Na sslikah 2.1 in 2.2 je prrikazana skkupna in po ovprečna lettna poraba električna energije gospodinjskih odjemalcev v enotarifneem in dvotaarifnem odjeemu. p padcu poorabe elektrrične energij ije v letih 20011–2012 v zadnjih S slikke 2.1 je razzvidno, da po treh lletih pri gosspodinjskih h odjemalcihh, ki uporab bljajo dvotarrifni odjem,, beležimo ponovno p rast pporabe. V istem i obdob bju je pri teeh odjemalccih opazna tudi t povečaana povpreččna letna porabba električnne energije, ki je v letu 2015 presegla letno ko oličino 40000 kWh.. Slika 2.1: Skuppna in povpreečna letna pooraba gospod dinjskih odjem malcev z dvootarifnim odj djemom električne e ennergije v obd dobju 2011–2 2015. Slikaa 2.2 kaže gibanje g poraabe električčne energijee gospodinjskih odjema malcev z eno otarifnim odjem mom v preeteklih petiih letih. V letu 2015 se porabaa teh odjem malcev ni bistveno sprem menila gledde na predho odno leto, prri skupni in n povprečni letni porabii električne energije pa oppazimo le raahlo rast.. 4.

(17) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. Sliika 2.2: Skuppna in povpreečna letna pooraba gospod dinjskih odjemalcev z enootarifnim odjjemom električne e ennergije v obd dobju 2011–2 2015. 2.2. Raba in poraba p elek ktrične enerrgije v gosp podinjstvu. Najvveč energijee se v gospo odinjstvu poorabi za og grevanje pro ostorov in ppripravo top ple vode. Na ssliki 2.3 so prikazani p glavni g nameeni rabe elek ktrične energije v gosppodinjstvu med leti 20099 in 2014 [7].. Slika 2.3: Glavni naameni rabe energije e v gosspodinjstvu. 5.

(18) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. V tabeli 2.1 so numerično zapisani podatki s slike 2.3. Tabela 2.1: Gibanje indeksa energetske učinkovitosti za celotno rabo energije v gospodinjstvu 2009 Ogrevanje Priprava tople vode Veliki gospodinjski aparati Kuhanje Razsvetljava Ostala raba. % % % % % %. 2010. 71,5 12,9 5,1 3,7 1,7 5,1. 2011. 70,0 13,4 5,2 3,8 1,6 6,1. 2012. 69,5 13,6 5,3 3,9 1,6 6,1. 2013. 69,0 13,8 5,4 4,1 1,6 6,1. 2014. 68,3 14,0 5,4 4,3 1,6 6,4. 68,1 14,4 5,6 4,5 1,6 5,8. Na prvem mestu po porabi energije v gospodinjstvu je ogrevanje, na drugem mestu priprava tople vode. Relativno velik del energije za delovanje potrošijo veliki gospodinjski aparati. Te tri skupine skupaj porabijo približno 90 % letne energije, ki jo potrebuje gospodinjstvo. V tabeli 2.2 je prikazana končna poraba električne energije (GWh) po namenu rabe med leti 2009 in 2014 za vsa gospodinjstva v Sloveniji [8]. Tabela 2.2: Raba električne energije (GWh) po namenu rabe med leti 2009 in 2014 2009 Ogrevanje prostorov. 2010. 2011. 2012. 2013. 2014. 301. 328. 306. 302. 313. 322. 41. 48. 55. 75. 71. 37. Ogrevanje sanitarne vode. 680. 595. 598. 600. 602. 606. Kuhanje. 221. 228. 243. 255. 273. 286. Razsvetljava. 276. 262. 254. 248. 244. 239. Hladilniki in kombinirani hladilniki. 217. 214. 214. 210. 205. 202. Zamrzovalne skrinje in omare. 196. 188. 189. 188. 187. 186. Pralni in pralno sušilni stroji (za pranje). 145. 141. 138. 135. 132. 129. Sušilni in pralno sušilni stroji (za sušenje). 59. 63. 64. 65. 64. 65. Pomivalni stroji. 87. 89. 93. 95. 98. 102. Osebni računalniki in monitorji. 99. 100. 102. 103. 103. 103. Televizije. 127. 136. 141. 144. 143. 140. Drugo. 687. 828. 815. 759. 796. 709. Hlajenje prostorov. Če podatke iz tabele 2.2 za leto 2014 zapišemo v odstotkih, dobimo sliko 2.4.. 6.

(19) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. Raba električne energije v letu 2014 - gospodinjstva 22,7. 25% 20% 15% 10%. 19,4 10,3. 9,1. 7,6. 6,5. 6,0. 5%. 4,5. 4,1. 3,3. 3,3. 2,1. 1,2. %. Slika 2.4: Rabe električne energije v gospodinjstvih v letu 2014. Simulacija potrebne velikosti fotonapetostnega generatorja je izdelana na podlagi povprečne porabe električne energije za leto 2015, ki znaša 3397 kWh za gospodinjstva z enotarifnim merjenjem električne energije in 4045 kWh za gospodinjstva z dvotarifnim merjenjem. Za simulacijo proizvodnje električne energije sta bila izbrana oba podatka. Velikost. fotonapetostnega. sistema. za. zagotavljanje. energetske. samozadostnosti. gospodinjstva je odvisna od načina priključitve objekta v elektroenergetsko omrežje. Ločimo dva načina priključitve objekta.. 2.3. Priključitev v elektroenergetsko omrežje – neto meritve. V primeru, ko je objekt ali gospodinjstvo že priključeno v javno elektroenergetsko omrežje, je najenostavnejša možnost zagotavljanja neto energetske samozadostnosti, če je fotonapetostna elektrarna zgrajena in priključena kot je določeno v Uredbi [3]. Neto meritve ali net-metering Neto meritve so koncept meritev tako električne energije, ki jo porabnik (gospodinjstvo ali podjetje) prejme iz javnega distribucijskega omrežja, kakor tudi meritev proizvedene električne energije, ki ga fotonapetostni sistem vrne v javno omrežje. Gre za kompenzacijo proizvedene in porabljene električne energije.. 7.

(20) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. Meriitev se izvvaja na eneem merilneem instrum mentu (štev vcu), ki om mogoča dvosmerno merjeenje energijje. Shema priključitve p proizvodneega vira pri neto meritvvah je prikaazana na sliki 2.5. Uporabbnik (proizv vajalec) plaača izmerjen no količino električne eenergije (po orabljena  odddana elektrrična energijja). Če je oob zaključku u obračunsk kega obdobj bja količina delovne elekttrične energgije, oddanee prek meriilnega mestta v omrežjje, večja odd količine prevzete delovvne električčne energijee, se presežžna količinaa delovne električne e eenergije neo odplačno preneese v last doobavitelja.. Slika 2.5: 2 Priključiitev FN sistem ma v elektro oenergetsko omrežje o – neeto meritve. V neekaterih držaavah po sveetu je omoggočeno priklljučevanje v elektroeneergetsko om mrežje na drugaačen način – neto obra ačun ali nett-billing. Meriitev se izvaaja na enem m ali dveh m merilnih instrumentih (števcih), kki je lahko eno- ali dvosmeren. Prooizvodnja in n poraba ellektrične en nergije se merita m ločenno. Viški ellektrične bračun je energgije se oddaajajo v disttribucijsko oomrežje, prri čemer so tudi plačanni. Neto ob ekonnomska kom mpenzacijaa proizvedeene električne energiije s poraabljeno eneergijo v dogoovorjenem časovnem č ob bdobju. Sheema take priključitve jee prikazana na sliki 2.6 6 [9]. Ta nnačin obratoovanja za zagotavljannje neto en nergetske saamozadostnnosti v Slov veniji ni podpprt.. Slika 2.6: Princip P prikljjučitve FN ggeneratorja naa distribucijssko omrežje – neto obraččun. 8.

(21) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. 2.4. Ločeno obratovanje brez povezave v elektroenergetsko omrežje – otočni sistem. Otočni sistem omogoča oskrbo z elektriko na območjih brez dostopa do električnega omrežja. Lahko pa otočni sistem služi kot rezerva obstoječemu viru električne energije. Shema otočnega sistema je prikazana na sliki 2.7.. Slika 2.7: Shema otočnega sistema. 9.

(22) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. 3. P PREDSTA AVITEV IZ ZRAČUNOV V. 3.1. Predstavvitev orodja za izraču un. p medmrežna m ogramom zaa oceno prooizvodnje ellektrične Na ssliki 3.1 je prikazana stran s pro energgije (kWh)) iz fotonapetostnega sistema zaa poljubno lokacijo v Evropi, Aziji in Afrikki [10].. Slikka 3.1: Splettna stran oroddja za oceno proizvodnjee električne eenergije. V orrodju za izzračun prido obljene eleektrične eneergije iz fo otonapetostnnega sistem ma lahko nastaavimo več parametrov: p ‐. Baza poddatkov sonččnega obsevvanja,. ‐. upoštevaana inštaliraana moč fotoonapetostneega generato orja,. ‐. predvideene izgube sistema, s. ‐. način vggradnje foton napetostnihh modulov,. ‐. naklon modulov, m. ‐. orientaciija modulov v,. ‐. možnostt upoštevanjja enoosnegga ali dvoosnega slediln nega sistem ma.. 10.

(23) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. Rezultate lahko z orodjem prikažemo v tabelarični in/ali grafični obliki: Primer tabelaričnega poročila PVGIS estimates of solar electricity generation Location: 46°3'25" North, 14°30'20" East, Elevation: 315 m a.s.l., Solar radiation database used: PVGIS-CMSAF Nominal power of the PV system: 4.0 kW (crystalline silicon) Estimated losses due to temperature and low irradiance: 8.7% (using local ambient temperature) Estimated loss due to angular reflectance effects: 2.8% Other losses (cables, inverter etc.): 6.0% Combined PV system losses: 16.5%. Fixed system: inclination=35°, orientation=0° Month Ed Em Hd Hm Jan. 4.73. 147. 1.58. 49.0. Feb. 8.36. 234. 2.81. 78.7. Mar. 12.00. 372. 4.21. 131. Apr. 13.60. 407. 4.92. 148. May. 15.30. 473. 5.65. 175. Jun. 15.70. 470. 5.90. 177. Jul. 16.50. 512. 6.26. 194. Aug. 15.30. 473. 5.79. 180. Sep. 12.60. 377. 4.59. 138. Oct. 8.41. 261. 3.00. 93.0. Nov. 4.64. 139. 1.60. 47.9. Dec. 3.58. 111. 1.20. 37.2. Yearly average. 10.9. 331. 3.97. 121. Total for year. 3980. 1450. Ed: Average daily electricity production from the given system (kWh) Em: Average monthly electricity production from the given system (kWh) Hd: Average daily sum of global irradiation per square meter received by the modules of the given system (kWh/m2) Hm: Average sum of global irradiation per square meter received by the modules of the given system (kWh/m2). 11.

(24) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. Pri izbiri preostalih parametrov za izračun proizvodnje električne energije so uporabljeni naslednji faktorji: Baza podatkov sončnega obsevanja (radiation database): Na voljo sta dve bazi podatkov: starejša baza (PVGIS-3) in novejša baza podatkov (PVGIS-CMSAF). Izbrali smo novejšo bazo podatkov, ki temelji na izračunih satelitskih slik in obsega dvanajstletno beleženje podatkov. Tehnologija fotonapetostnih modulov: Ker so najpogostejši in najbolj uveljavljeni fotonapetostni gradniki pri nas dobavljivi iz mono- ali polikristalnega silicija, je za simulacijo izbran modul, sestavljen iz polkristalnih silicijevih celic. Druge možnosti so še: amorfni silicij (a-Si); kadmijev telurij (CdTe – Cadmium telluride); baker indij diselenid (CIS – Copper indium gallium selenide). Vsi so predstavniki tankoplastnih (thin-film) tehnologij. V tabeli 3.1 so prikazane pretvorbene učinkovitosti različnih fotonapetostnih tehnologij [11]. Tabela 3.1: Vrste fotonapetostnih celic in njihova učinkovitost Material. Učinkovitost. Monokristalni silicij. 15 – 17 %. Polikristalni silicij. 13 – 15 %. Amorfni silicij. 5–8%. Kadmij telurij. 6–9%. Baker indij diselenid. 11 %. Ocena izgub v sistemu: Pri določitvi tega faktorja so bili upoštevani faktorji učinkovitosti posameznih gradnikov fotonapetostne elektrarne, kot so: razsmernik, optimizator moči in kabelske povezave. Ostale izgube (temperatura, lokalno osončenje, refleksije) pa program upošteva samodejno glede na izbrano lokacijo. Te za Ljubljano znašajo skoraj 11 %. V konkretnem primeru je za simulacijo proizvodnje električne energije upoštevana izvedba fotonapetostnega generatorja skladno z Uredbo [3]. Ker je mogoča izdelava elektrarne z dvema različnima tipoma razsmernikov, sta na kratko opisani obe možnosti. Mikro razsmernik: je elektronska naprava, ki se uporabljajo za pretvorbo enosmerne (DC) napetosti iz fotonapetostnih modulov v izmenično (AC) napetost. Mikro razsmernik je povezan s posameznim modulom (DC povezava), niz mikro razsmernikov pa je vzporedno. 12.

(25) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. poveezanih v eleektrično omrrežje (AC ppovezava). Dovoljena D moč m fotonap apetostnega modula, ki gaa lahko prikključimo naa mikro razssmernik znaša približn no 310 Wp [12]. V posamezen niz lahko prikključimo fo otonapetostnne module različnih moči in ttipov, kar pomeni ma in moduularno nadg gradnjo. Priimer povezaave fotonap petostnih enosttavno dograaditev sistem moduulov z mikrro razsmerniki in prikljuučitev v izm menično nap petost je priikazana na sliki s 3.2.. Slika 3.2: Shema povvezav pri upo orabi mikro razsmernikov r v. Optim mizator močči je DC/DC C pretvornikk, ki je pov vezan z vsak kim fotonappetostnim modulom. m V pprimerjavi s klasično o fotonapeetostno eleektrarno, povečujejo p energetskii izplen fotonnapetostnih sistemov z nenehnim ssledenjem najvišji n točk ki moči (MPPPT) za vsaak modul posebbej. Vsak optimizator o moči samoodejno izkllopi enosmeerno napetoost na PV modulih, m kadaar pride do izklopa elek ktrarne iz disstribucijskeega omrežja. Zaporednoo se jih pov veže med sebojj v DC kabelsko k po ovezavo terr priključi v omrežn ni razsmernnik ustrezn ne moči. V poosamezen mrežni m razzsmernik jje dovoljeeno priklju učiti samo omejeno število optim mizatorjev moči m [13].. 13.

(26) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. Slika 3.3: Sh hema priključčitve optimizzatorjev močči in razsmernnika. Kabeelske povezzave: glede na izbiro tipa razsm mernika se upošteva u izzgube na kabelskih k poveezavah. Kerr je število fotonapetoostnih modu ulov relativ vno majhnoo, so ob prravilnem dimeenzioniranjuu vodnikov izgube na kkabelskih po ovezavah nizke. n Padecc napetosti na n vodih naj bbo manjši odd 2 %. Enaččbe za izraččun padca napetosti n za enosmernee in izmeniččne vode so poodane z enaačbami (3.1)), (3.2) in (33.3). Padeec napetosti na enosmerrnih vodih: ∆. 2∙ ∙. ∙. (3.1). Padeec napetosti na izmeničnih enofaznnih vodih: ∆. 2∙ ∙. ∙ cos . ∙ sin  ∙. (3.2). Padeec napetosti na izmeničnih trifaznihh vodih: ∆. √3 ∙ ∙. ∙ cos . ∙ sin  ∙. (3.3). Pri teem je: U = paddec napetossti (V) I = tok (A A) R = uporrnost vodnik ka (Ω/km) X = reakktanca vodniika (Ω/km) L = dolžiina voda (m m)  = fazni zamik med d tokom in napetostjo (  90°) Sešteejemo izgubbe gradnikov za primerr izgradnje sistema s z op ptimizatorji moči: Optimizatoor moči (P30 00 SolarEdgge):. 1,2 %. Razsmernikk (SE4000-16A SolarE Edge):. 2,6 %. 14.

(27) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. kabelska povezava – enosmerna napetost: (ocenjeno 50 m, tok 6,96 A, presek vodnika 6 mm2):. 0,6 %. Izgube sistema:. 4,4 %. Skupaj izračunane izgube sistema:. 15,1 %. Seštejem tudi izgube gradnikov sistema z mikro razsmerniki: Mikro razsmernik (SMI260 Letrika):. 4,7 %. kabelska povezava – izmenična napetost: (ocenjeno 32 m, enofazni sistem, presek vodnika 6 mm2):. 1,2 %. Izgube sistema:. 5,9 %. Skupaj izračunane izgube sistema:. 16,5 %. Iz primerjave med sistemoma vidimo, da je sistem z optimizatorji moči nekoliko učinkovitejši. Pri fiksni montaži pritrditve fotonapetostnih modulov je možna izbira med prostostoječo montažo (ki vključuje pritrditve FN modulov na podkonstrukcijo) ali integrirana izvedba (FN moduli nadomeščajo strešno kritino). Za simulacijo je izbrana najbolj pogosta izvedbo montaže – prostostoječa montaža modulov na (strešno) podkonstrukcijo. Pri naklonu (slope) FN modulov smo izbrali vrednost, ki je značilna za posamezen del Slovenije. Nakloni streh in modulov so med 20° in 40°. Predpostavljena je bila idealna orientacija (azimuth) strehe (0°) – direktno proti jugu. Vrednost 90° pomeni orientacija strehe proti vzhodu, +90° pa pomeni orientacija strehe proti zahodu. Zaradi enostavnejšega preračunavanja korekcijskih faktorjev je bila izbrana orientacija 0° (orientacija direktno proti jugu). V orodju za simulacijo je možno izbrati tudi eno- ali dvoosni sledilni sistem, ki pa za tako majhne sisteme ekonomsko ni upravičen. Na podlagi zgoraj izbranih in vpisanih podatkov orodje izvede simulacijo proizvodnje električne energije za posamezne mesece in jih izpiše v tabelarični obliki. S potrditvijo ostalih možnosti izpisov je mogoče izbrati grafični prikaz proizvodnje električne energije. 15.

(28) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. za posamezni mesec, povprečno sončno sevanje ter diagram sončne poti za najkrajši in najdaljši dan v letu.. 3.2. Analiza rezultatov. Simulacija velikosti proizvodnega vira je bila izvedena za štiri ciljne letne porabe električne energije: ‐. za letno porabo električne energije z enotarifnim merjenjem – 3400 kWh. ‐. za letno porabo električne energije z dvotarifnim merjenjem – 4000 kWh. ‐. za letno porabo električne energije v nizkoenergijski hiši – 7200 kWh. ‐. največja inštalirana moč fotonapetostnega sistema skladno z Uredbo – 11 kVA. Tabela 3.2 prikazuje rezultate simulacije potrebne velikosti fotonapetostnega generatorja (kWp) za neto energijsko samozadostnost v večjih naseljih Slovenije. Tabela 3.2: Simulacija potrebne velikosti fotonapetostnega generatorja (kWp) za neto energijsko samozadostnost v večjih naseljih Slovenije. 7200 kWh. Letna proizv. z 11kWp. Ocena maks. proizvodnje (kWh/kWp). 3,4. 6,1. 13,0 MWh. 1182. 2,7. 3,2. 5,8. 13,7 MWh. 1245. 35°. 2,7. 3,2. 5,8. 13,6 MWh. 1236. Domžale. 35°. 2,8. 3,3. 6,0. 13,3 MWh. 1209. Grosuplje. 35°. 2,8. 3,3. 5,9. 13,4 MWh. 1218. Idrija. 40°. 3,0. 3,5. 6,3. 12,5 MWh. 1136. Ilirska Bistrica. 30°. 2,7. 3,1. 5,6. 14,1 MWh. 1282. Izola. 20°. 2,5. 2,9. 5,3. 14,9 MWh. 1355. Jesenice. 35°. 3,1. 3,7. 6,6. 12,0 MWh. 1091. Jezersko. 40°. 3,1. 3,7. 6,6. 12,1 MWh. 1100. Kamnik. 35°. 2,8. 3,4. 6,0. 13,1 MWh. 1191. Kočevje. 35°. 3,0. 3,5. 6,3. 12,7 MWh. 1155. Koper. 20°. 2,6. 3,0. 5,4. 14,6 MWh. 1327. Kranj. 35°. 2,8. 3,3. 6,0. 13,2 MWh. 1200. Kranjska gora. 40°. 3,5. 4,1. 7,3. 10,9 MWh. 991. Krško. 35°. 2,8. 3,2. 5,8. 13,6 MWh. 1236. Mesto/naselje orientacija 0°. Letna proizvodnja el. energije. Naklon modula. 3400 kWh. 4000 kWh. Ajdovščina. 20°. 2,9. Brežice. 30°. Celje. 16.

(29) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. 7200 kWh. Letna proizv. z 11kWp. Ocena maks. proizvodnje (kWh/kWp). 3,4. 6,1. 12,9 MWh. 1173. 2,8. 3,3. 6,0. 13,3 MWh. 1209. 35°. 2,8. 3,3. 6,0. 13,2 MWh. 1200. Maribor. 35°. 2,7. 3,2. 5,8. 13,7 MWh. 1245. Mengeš. 35°. 2,7. 3,2. 6,0. 13,3 MWh. 1209. Metlika. 35°. 2,8. 3,3. 5,9. 13,5 MWh. 1227. Murska Sobota. 30°. 2,7. 3,2. 5,8. 13,7 MWh. 1245. Nova Gorica. 30°. 2,6. 3,0. 5,5. 14,5 MWh. 1318. Novo mesto. 35°. 2,9. 3,4. 6,1. 13,0 MWh. 1182. Postojna. 25°. 2,8. 3,3. 5,9. 13,4 MWh. 1218. Ptuj. 30°. 2,7. 3,2. 5,7. 13,8 MWh. 1255. Ravne na Koroškem. 35°. 2,9. 3,4. 6,0. 13,1 MWh. 1191. Ribnica. 35°. 2,9. 3,4. 6,2. 12,8 MWh. 1164. Sežana. 20°. 2,6. 3,1. 5,6. 14,2 MWh. 1291. Slovenj Gradec. 35°. 2,8. 3,3. 6,0. 13,3 MWh. 1209. Slovenska Bistrica. 35°. 2,7. 3,2. 5,7. 13,8 MWh. 1255. Škofja Loka. 35°. 2,8. 3,3. 6,0. 13,3 MWh. 1209. Tolmin. 35°. 2,8. 3,3. 5,9. 13,4 MWh. 1218. Trbovlje. 35°. 2,9. 3,4. 6,2. 12,8 MWh. 1164. Velenje. 35°. 2,8. 3,3. 5,9. 13,4 MWh. 1218. Vrhnika. 35°. 2,9. 3,4. 6,0. 13,1 MWh. 1191. Zagorje ob Savi. 35°. 2,9. 3,4. 6,2. 12,8 MWh. 1164. Mesto/naselje orientacija 0°. Letna proizvodnja el. energije. Naklon modula. 3400 kWh. 4000 kWh. Litija. 35°. 2,9. Ljubljana. 35°. Logatec. Vrednost 3.400 kWh je bila izbrana na podlagi podatka o povprečni rabi električne energije v letu 2015 za gospodinjstva z enotarifnim merjenjem električne energije. Vrednost 4.000 kWh je bila izbrana na podlagi podatka o povprečni rabi električne energije v letu 2015 za gospodinjstva z dvotarifnim merjenjem električne energije. Vrednost 7.200 kWh je bila izbrana na podlagi diplomskega dela Zagotavljanje energetske samozadostnosti hiše s sončno elektrarno [14], kjer je upoštevana poraba električne energije za nizkoenergijsko enodružinsko hišo. Pri tem je potrebno upoštevati, da je izračun porabe električne energije odvisen od več dejavnikov in ga je potrebno izdelati oziroma predvideti za vsak objekt posebej.. 17.

(30) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. V stolpcu »Letna proizvodnja z 11 kWp« je zapisana pričakovana letna proizvodnja električne energije, če bi na objekt namestili fotonapetostno elektrarno z največjo dovoljeno močjo, ki je skladna z Uredbo, to je, 11 kVA. Ta izračun potrebne velikosti fotonapetostnega generatorja bi lahko bil zanimiv za male poslovne odjemalce ali dvodružinske objekte z enim odjemnim mestom z letno porabo električne energije med 11 MWh in 14 MWh. Ker na obstoječem oziroma novem objektu ni mogoče zagotoviti idealne orientacije strehe, v smeri juga, je v tabeli 3.3 izvedena simulacija za različne orientacije. Graf prikazuje korekcijske faktorje s katerim je potrebno povečati število modulov, da bo fotonapetostna elektrarna proizvedla želeno količino električne energije. Tabela 3.3: Korekcijski faktor števila modulov zaradi odstopanja orientacije modulov od smeri jug 1,250 1,195. 1,195. 1,200 1,150. 1,143. 1,143 1,098. 1,100 1,050. 1,098 1,060. 1,053 1,030. 1,030 1,008 1,000 1,008. 1,000 0,950. -90° -75° -60° -45° -30° -15° 0° 15° 30° 45° 60° 75° 90° korekc. faktor 1,195 1,143 1,098 1,060 1,030 1,008 1,000 1,008 1,030 1,053 1,098 1,143 1,195. Fotonapetostni moduli so lahko nameščeni z različnimi nakloni. V tabeli 3.4 so prikazani korekcijski faktorji števila modulov pri postavitvi modulov z različnimi nakloni. Modul z idealnim naklonom proizvede največ električne energije. Za Slovenijo znaša idealni naklon 33°.. 18.

(31) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. Tabela 3.4: Korekcijski faktor števila modulov za različne naklone modulov 1,140. 1,120. 1,120 1,100 1,080. 1,090. 1,083 1,060. 1,053. 1,060 1,038 1,040 1,020. 1,034 1,023 1,011. 1,004 1,000 1,008. 1,015. 1,000 0,980. 0° 5° 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 45° 50° 55° 60° korekc. faktor 1,120 1,090 1,060 1,038 1,023 1,011 1,004 1,000 1,008 1,015 1,034 1,053 1,083. Obe simulaciji korekcijskih faktorjev sta bili izvedeni za Ljubljano. Korekcijski faktorji se za druge kraje v Sloveniji malenkostno razlikujejo, vendar lahko poenostavimo, da faktorja veljata za celotno Slovenijo. V analitičnem izračunu ni upoštevano lokalno senčenje (drevje, dimniki, odduhi, antenski drogovi, sosedni objekti…), katerega vpliv je z uporabo mikro razsmernikov oziroma optimizatorjev moči precej zmanjšan. Prav tako simulacija ne upošteva zmanjšanje proizvodnje zaradi senčenja horizonta.. 19.

(32) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. 4. AKUMULATORSKI. SISTEMI. ZA. SHRANJEVANJE. ELEKTRIČNE. ENERGIJE Baterija ali akumulator sta katerikoli vir električne energije, ki je proizvedena z neposrednim kemičnim procesom in sta sestavljena iz ene ali več celic. Baterije in akumulatorji so električni generatorji, ki se uporabljajo kot primarni ali sekundarni vir energije v številnih napravah, procesih in vozilih. Baterija je naprava, sestavljena iz ene ali več elektrokemičnih celic, ki proizvaja električno energijo s pomočjo kemične reakcije med dvema snovema, med katerima mora biti elektrolit [15]. Akumulator je elektrotehnična naprava za shranjevanje električne energije s pretvorbo v kemično energijo in oddajanje le-te, ko jo porabnik potrebuje. Nekateri akumulatorji sprejemajo energijo počasi skozi daljše časovno obdobje in jo lahko nekaj časa hitro oddajajo kot »visoko (močno) energijo v kratkem časovnem obdobju«. Drugi tipi akumulatorjev lahko sprejmejo in oddajajo več energije v relativno kratkem časovnem obdobju. Poznamo več vrst (tipov) akumulatorjev, ki so po namenu primerni za različne aplikacije [16].. 4.1. Tipi akumulatorjev, primernih za shranjevanje električne energije v fotonapetostnih sistemih. Za shranjevanje električne energije so lahko uporabljeni različni akumulatorski sistemi. Glede na način praznjenja akumulatorskih hranilnikov so bili razviti različni tipi akumulatorjev. Poznamo tako imenovane startne akumulatorje (ki so namenjeni osebnim vozilom), trakcijske akumulatorje (ki so namenjeni viličarjem, rudniškim lokomotivam, čistilnim strojem, invalidskim vozičkom…) ter stacionarne ali ciklične akumulatorje, ki so namenjene napajanju telekomunikacijskih naprav, računalnikov, varnostne razsvetljave, alarmov, nadzornih in upravljalnih sistemov ter kot hranilnikov energije v energetskih postrojih elektrarn, železnic, letališč, UPS naprav in podobno. Z izrazom ciklični akumulatorji označujemo tiste, ki so sposobni pogostih in/ali globokih praznitev. Večkrat zasledimo tudi izraz »deep cycle«. Njihova 'normalna' kapaciteta praznjenja znaša med 45% in 75%. 20.

(33) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. Koliko ciklov bo imel akumulator, je odvisno od tehnologije, s katero je akumulator narejen, in od globine praznjenja (DoD – depth of discharge). Prav tako je število ciklov zelo odvisno od tega, pri kateri temperaturi okolice obratujejo. Višja temperatura znižuje število ciklov, nizka pa vpliva na kapaciteto akumulatorske enote. Za vsak tip akumulatorja proizvajalec zagotavlja nazivno kapaciteto, ki velja znotraj podanega temperaturnega območja. Število ciklov nesorazmerno pada z globino praznjenja. Akumulatorja ne smemo izprazniti do konca, če želimo, da ga bomo dolgo uporabljali. Priporoča se praznitve do 75 % (za tehnologijo OPzS, OPzV) nominalne kapacitete akumulatorja oz. maksimalno do 50 % (za AGM oziroma GEL tip akumulatorjev). Graf odvisnosti števila ciklov od globine praznjenja poda proizvajalec za določen tip akumulatorja in je za OPzS tip akumulatorjev prikazan na sliki 4.1.. Slika 4.1: Graf odvisnosti števila ciklov akumulatorja in globine praznjenja [22]. Ciklični akumulatorji se v nasprotju z avtomobilskimi akumulatorji praznijo z bolj konstantnim tokom skozi daljše obdobje, starter akumulatorji pa se praznijo z visokim tokom v kratkem časovnem obdobju (zagon). Med ciklične akumulatorje spadajo akumulatorji s tekočim elektrolitom (trakcijski ali poltrakcijski) in akumulatorji brez vzdrževanja – hermetično zaprti (ni potrebno dolivati vode) s tehnologijo AGM in GEL [17]. Ker so stacionarni akumulatorji najbolj primerni za uporabo v otočnih fotonapetostnih sistemih, bomo v nadaljevanju opisali samo to vrsto akumulatorjev. Poznavanje lastnosti in. 21.

(34) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. praviilno dimenzzioniranje sta s pomembbni s strošk kovnega staališča, saj laahko akumu ulatorski hraniilnik predstavlja velik del d stroškovv otočnega sistema. s Na ppodročju sttacionarnih baterij so najbolj razzširjene dob bro znane ssvinčeve baterije z različčnimi elektrroliti. Poznaamo več tippov svinčeviih akumulattorjev. AGM M akumulaatorji so naamenjeni zaa globoke in n ponavljajo oče praznitvve. Kislina v AGM akum mulatorjih jee vpojena v stekleno vvolno, samo o ohišje pa je tesno zapprto, da ni možnosti m izlitjaa. AGM akkumulator je j zato moggoče namestiti tudi v bočnem ppoložaju. Keer imajo AGM M akumulattorji nizko plinjenje, se lahko namestijo n tudi t v bivaalni prostorr, kar je pomeembno zlassti za navtik ko in karavaaning. Ne potrebujejo p posebnega vzdrževanja. AGM akum mulatorje naa trgu najd demo od veelikosti 12 V 54 Ah do d 6 V 2500 Ah. Primeer AGM akum mulatorja je prikazan naa sliki 4.2.. Slika 4.2: P Primer AGM M akumulatorrja. GEL L akumulattorji imajo namesto tekkočega elek ktrolit v želatinastem sstanju. Spad dajo med tako imenovanee VRLA akumulatorj a je oz. akum mulatorje z rekombinaacijo plino ov – pri v in kissik, ki nasttajata pri polnjjenju in praaznjenju priihaja do poojava, pri katerem se vodik kemiični reakcijii, ponovno spajata s v voodo. Zaradi posebne teh hnologije veentila se voda vrača nazajj v akumullator. GEL akumulatorrji so nameenjeni za ciiklično uporrabo in za globoke praznnitve. Imajoo vrsto prednosti pred vvsemi ostaliimi tehnolog gijami. GEL L akumulatoorje je potrrebno polnniti z nižjim m tokom kakor k akum mulatorje s tekočim elekttrolitom ali AGM akum mulatorje. G GEL akumu ulatorje proiizvajajo od velikosti med m 12 V 60 A Ah in 6 V 4000 Ah. Prim mer GEL akuumulatorja je j prikazan na sliki 4.3 .. 22.

(35) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. Slika 4.3: Primer GEL L akumulatorj rja. OPzS akumulaatorji so sv vinčeno-kisllinski akum mulatorji preizkušene tehnologije, ki je poznnana in uporrabljana že zelo dolgo časa. OPzS S akumulatorji zagotavvljajo sredn nje dolge in ddolge praznnitve, dolgo o življenjskko dobo (1 15 let) in minimalnoo vzdrževan nje (low mainntenance). Na N trgu so OPzS akum mulatorji prisotni kot 2 V samosstojne celice in kot združžene (blok) enote napeetostni 6 V aali 12 V. Nazivne N kapaacitete OPzzS akumulattorjev so med 100 Ah in 4700 4 Ah. Na N sliki 4.4 sso prikazan ne akumulatorske celicee in bloki izzdelani v tehnoologiji OPzS.. Slika 4.4: Primer akum mulatorskegaa bloka in ceelic tipa OPzSS. OPzV V akumulaatorji so praav tako sviinčeno-kisliinski, za ellektrolit paa je uporabljen gel. OPzV V akumulaatorji so popolnoma p zatesnjeni (sealed). Za njih jee značilno,, da ne potreebujejo vzdrrževanja (m maintenancee free). Ob primernih p pogojih p je nnjihova priččakovana življeenjska dobaa 20 let. Primerni so za dolga (počasna) ( praznjenja. p N Nazivne kaapacitete OPzV V akumulatorskih celic (2 V) so med 200 Ah in 3900 A Ah. Primerr OPzV akum mulatorskih enot je prik kazan na slikki 4.5.. 23.

(36) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. Slika 4.5: Primer akum mulatorskegaa bloka in celic tipa OPzV V. Li-ioon: Podobnno kakor svinčeni akuumulatorji so tudi littijevi akum mulatorji naarejeni z različčnimi tehnoologijami. Uporaba U Li--ion baterij je za večjee kapacitetee preveč tvegana iz varnoostnega viddika, zato je razvoj prippeljal do odk kritja LiFeP PO4 akumulaatorjev, ki temeljijo t na oosnovni Li-iion kemijsk ke tehnologgije. Pri teh akumulattorjih je koot katodni material uporaabljen LiFePO4 (Litij ij-železov ssulfat) nam mesto LiCo oO2 (litij-kkobalt dioksid), ali LiMnn2O4 (litij magnezij m oksid). V naasprotju z Li-ion L akumulatorji so L LiFePO4 ak kumulatorji izredno staabilni in varrni. Tudi prenaapolnjenostt, kratek stiik ali fizičnno poškodo ovanje ne more m povzrročiti eksplo ozije. Ti akum mulatorji so tudi odporn ni na visoke ke temperatu ure in njihov vo področjee delovanjaa sega do 400°C. LiFePO4 akumulato orji imajo ssposobnost večjih konstantnih praaznilnih tok kov (3C) kakoor svinčeni akumulatorj a ji. Prav takoo omogoča izredno i viso oke kratkotrrajne prazniilne toke (20C C/10 sek). Svinčeni aku umulatorji, ki niso nam menjeni starrtu, imajo ppoprečno ok koli 300 cikloov, najboljšši do 800. LiFePO4 aakumulatorjji imajo od d 3.000 doo 5.000 cik klov pri praznnitvi do 70 %. Ker je tehnologija t na osnovi Litij-ionskiih akumulattorjev za up porabo v otočnnih sistemihh relativno nova, je prooizvajalcev v, ki ponujajjo produktee primerne velikosti v za uuporabo v gospodinjsttvih, trenuttno še mallo. Nazivnee kapacitetee enega blloka Liionskkega akumuulatorja so med 6,4 kW Wh (Tesla Powerwall)) in 9,2 kW Wh (Merced des-Benz Enerrgy Storage Home), po osamezne aakumulatorsske enote nazivne n nappetosti 12,8V pa so velikkosti med 600 Ah in 300 0 Ah. Zaraddi posebnih karakteristik polnjenjaa akumulato orjev tipa LiFePO4 se pripporoča izbirro celic ki žže vsebujejo o nadzorni sistem s polnjjenja akumu ulatorjev ozirooma BMS (battery management m t system). Pričakovan na življenjsska doba LiFePO L 4 akum mulatorjev jee 20 let.. 24.

(37) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. Akum mulatorji z litij-titanov vim oksidom m (LTO-lith hium titaniu um oxide) im imajo predn nost pred ostallimi akumuulatorji, kerr so lahko zelo hitro polnijo in praznijo. Ž Že zelo kratek čas polnjjenja (15 seekund) omog goča delno polnitev ak kumulatorja. V samo 100 minutah omogoča o praznnitev 90 % nazivne kaapacitete z m močjo 8C (C=kapacite ( eta akumulaatorja). Po podatkih p proizzvajalca, doosegajo večč kot 15.0000 ciklov polnjenja p in praznjenjaa, hitro polnjenje v samoo 6 minutahh in obratovaanje pri tem mperaturi meed -30°C in +55°C. Kaapacitete posamezne akum mulatorske celice so med m 2,9Ah in 23 Ah,, akumulato orski blok pa je sestaavljen iz osnovnih gradniikov in doseega kapaciteeto 45 Ah in n napetost 27,6 2 V.. 4.2. Gradnik ki otočnega a sistema. Otoččni fotonappetostni sisttem (off-grrid) je sam mostojni sisstem, ki pproizvaja ellektrično energgijo za pottrebe stavb be, vendar ni priključčen na disttribucijsko elektro en nergetsko omreežje. Otočni sistem je v grobem sestavljen iz fotonapeetostnih moodulov, regu ulatorjev polnjjenja, akum mulatorjev, razsmerniko r ov, zaščitnih h stikal, varrovalk in ožžičenja. Za popolno neoddvisnost v vsakem v vreemenu se ppriporoča zagotovitev z še enega (neodvisneega) vira elekttrične energgije. Na slik ki 4.6 je prrikazana sheema otočnega sistema z rezervnim m virom napaj ajanja. V naadaljevanju so predstav vljeni posam mezni sklopii otočnega sistema. s. Slika 4.6:: Shema otoččnega sistema. 25.

(38) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. Vsak otočni sistem je dimenzioniran (prilagojen) za objekt in njegove uporabnike, potrebe po električni energiji in življenjski slog. Največ električne energije v gospodinjstvu porabimo za ogrevanje ter pripravo tople sanitarne vode, zato je pri načrtovanju otočnega sistema pomembno poznati porabo in rabo električne energije v objektu. Raba in poraba električne energije je za tipično gospodinjstvo opisana v nadaljevanju. Električna energija pridobljena iz alternativnih virov je relativno draga, zato je pred začetkom dimenzioniranja otočnega sistema potrebno preučiti dejavnike, ki vplivajo na velikost (ceno) celotnega sistema. Če želimo zgraditi dimenzijsko in cenovno vzdržen otočni sistem, je potrebno oceniti porabo električne energije – način ogrevanja, način priprave tople vode, uporaba (nakup) varčnih naprav in časovna prilagoditev rabe električne energije. Električno energijo, ki jo potrebujemo za delovanje naprav v gospodinjstvu v času, ko proizvodnja električne energije ni mogoča, moramo črpati iz akumulatorskega hranilnika. Velikost hranilnika je sorazmerna z zahtevami po vsakodnevni rabi električne energije, s časovnim trendom rabe energije ter z želeno avtonomijo sistema. Večja enodnevna poraba električne energije posledično zahteva večji hranilnik. Prav tako na velikost vpliva čas porabe električne energije. Več kot se energije porabi v času, ko ni proizvodnje električne energije iz fotonapetostnih panelov, večji mora biti akumulatorski hranilnik. Predpostavimo, da obravnavamo tipično gospodinjstvo, ki za normalno delovanje porabi letno 4.000 kWh električne energije. Poleti se zaradi dolžine dneva porabi malo manj električne energije, pozimi pa je zaradi dolžine dneva (21.dec. je svetli del dneva dolg le 8 ur in 37 minut) proizvedene manj električne energije. Dolžina dneva in svita za celo leto za Ljubljano je prikazan na sliki 4.7.. Slika 4.7: Graf dolžine dneva in svita za celotno leto za Ljubljano [23]. 26.

(39) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. Fotonapetostni generator Največja možna velikost fotonapetostne elektrarne na objektu je določena z velikostjo strešne površine, primerne za namestitev fotonapetostnih modulov. Če želimo v celoti zagotoviti električno energijo iz fotonapetostnega sistema, je potrebno elektrarno načrtovati tako, da tudi v najslabših pogojih (zimsko obdobje) zadostimo porabi za želen čas avtonomije. Pri neto meritvah smo ugotovili, da za zagotavljanje letne energije za gospodinjstvo zadostuje fotonapetostna elektrarna moči 3,3 kWp. Če letno količino električne energije razdelimo na mesečne dele in upoštevamo večjo zimsko in manjšo letno porabo, dobimo oceno potrebne energije, ki jo moramo proizvesti vsak mesec. V tabeli 4.1 je prikazana proizvodnja električne energije različno velikih fotonapetostnih elektrarn. Osnova za simulacijo je mesečna poraba električne energije, ki jo gospodinjstvo potrebuje za normalno obratovanje. Ciljna količina električne energije je zapisana v drugi koloni. Mesečna potreba se v odvisnosti od letnega časa giblje med 285 kWh in 381 kWh. Pri simulaciji proizvedene električne energije za otočni sistem je potrebno upoštevati še izgube pri pretvorbi električne energije v akumulatorski hranilnik, izgube pretvorbe enosmerne napetosti v izmenično ter izgube zaradi delovanja otočnih razsmernikov. V simulaciji so upoštevane 27 % izgube. Toliko več energije je potrebno ustvariti na strani fotonapetostnega generatorja, če želimo iz otočnih razsmernikov nuditi sistemu 4000 kWh (neto energija, ki jo tipično gospodinjstvo potrebuje). Simulacija velja za Ljubljano, pri naklonu modulov 35° z upoštevanjem izgub pri pretvorbi proizvedene električne energije. Tabela 4.1: Primerjava proizvodnje električne energije v Ljubljani, za različne velikosti FN elektrarne pri 35° naklonu modulov mesečna poraba (kWh). elektrarna elektrarna elektrarna 3,3 kWp 14,7 kWp 9,9 kWp. dodatni vir. elektrarna 6,6 kWp. dodatni vir. (kWh). (kWh). (kWh). (kWh). (kWh). (kWh). 23. 228. 137. januar. 365. 114. 507. 342. februar. 349. 182. 810. 546. 364. marec. 333. 289. 1.290. 867. 578. april. 317. 316. 1.410. 948. 632. maj. 301. 367. 1640. 1100. 735. junij. 285. 365. 1.620. 1.090. 729. julij. 301. 398. 1770. 1.190. 796. 27.

(40) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. avgust. 317. 386. 1640. 1.100. 735. september. 333. 293. 1.310. 879. 586. oktober. 349. 202. 902. 607. 405. november. 365. 108. 481. 324. 41. 216. 149. december. 381. 86,1. 383. 258. 123. 172. 209. 3.996. 3.106. 13.763. 9251. 187. 6.176. 495. Skupaj (kWh). V tretji koloni so mesečne vrednosti proizvedene električne energije (kWh) z elektrarno, ki zagotavlja dovolj energije po shemi neto meritev (3,3 kWp). Če primerjamo drugo in tretjo kolono med seboj, ugotovimo, da zadovoljimo mesečne potrebe po električni energiji samo med aprilom in avgustom. Za vse ostale mesece je potrebno zagotoviti manjkajočo električno energijo iz drugih virov (npr. agregat), kar je v preglednici osenčeno. V četrti koloni je simulirana velikost elektrarne, ki zadostuje potrebam po električni energiji tudi v zimskem času. Elektrarna bi morala biti velikosti 14,7 kWp, kar pomeni približno 54 FN modulov nazivne moči 270 Wp. Če predvidevamo, da ima modul površino 1,65 m2, sledi, da mora biti na voljo vsaj 90 m2 površine za namestitev fotonapetostnih modulov. S tako veliko elektrarno v celotnem letu ustvarjamo veliko viškov električne energije, ki je ne moremo porabiti ali shraniti. Takšno velikost strehe na tipičnem stanovanjskem objektu zelo težko zagotovimo, poleg tega je investicija v tako veliko elektrarno ekonomsko neupravičena. Če bi želeli, da zadovoljimo mesečno potrebo po električni energiji v času najmanjših dobitkov (v zimskem času) samo s fotonapetostno elektrarno, bi morala biti elektrarna (v primerjavi z elektrarno priključeno po sistemu neto meritev) večja za faktor 4,5. V peti in sedmi koloni sta prikazani še dve simulaciji potrebne velikosti fotonapetostnega generatorja. Prva je elektrarna, ki bi bila za 3-krat večja, kot bi jo potrebovali pri neto meritvah. Druga pa je elektrarna, ki bi bila 2-krat večja od elektrarne z neto meritvami. V obeh primerih je potrebno v zimskih mesecih zagotavljati dodatno električno energijo iz drugega vira. Za večjo elektrarno je na letni ravni potrebno dodatno zagotoviti 187 kWh, za manjšo elektrarno pa približno 495 kWh. Če se objekt oskrbuje z električno energijo samo iz otočnega sistema, se lahko dogodi, da je v obdobju večdnevnega sneženja proizvodnja električne energije iz fotonapetostnega generatorja enaka nič. Zato je smiselno zagotoviti dodatni vir električne energije. Dimenzioniranje agregata bomo obdelali v nadaljevanju, za trenutno oceno pa računamo s trifaznim generatorjem moči 6 kW.. 28.

(41) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. S takšnim agregatom lahko zagotavljamo normalno polnjenje akumulatorskega hranilnika oziroma normalno bivanje v objektu tudi ob večdnevnem slabem vremenu. Izračunamo, koliko ur obratovanja agregata je potrebno v mesecu decembru, ko je iz fotonapetostnega generatorja 209 kWh energijskega primanjkljaja. Teoretično bi v mesecu decembru zadostovalo 35 ur delovanja agregata, v celotnem letu pa bi moral obratovati 83 ur. Poraba (diesel) goriva pri polni obremenitvi agregata znaša 2,2 l/h. V šesti in osmi koloni je prikazana električna energija, ki jo je potrebno zagotoviti iz dodatnega vira. Če je elektrarna velikosti 9,9 kWp, je potrebno v celotnem letu dodati 187 kWh, če pa je elektrarna velikosti 6,6 kWp, je potrebno iz dodatnega vira zagotoviti 495 kWh. Na sliki 4.8 so podatki iz tabele 4.1 prikazani grafično. Rdeča krivulja prikazuje mesečno porabo oziroma potrebno električno energijo, ki jo mora otočni sistem zagotoviti, ostale krivulje. pa. prikazujejo. mesečno. proizvodnjo. pri. različnih. nazivnih. močeh. fotonapetostnega generatorja. Upoštevano je, da se celotna proizvedena električna energija shrani. Če se poraba električne energije lahko časovno prilagodi času proizvodnje, je sistem učinkovitejši za vsaj 20 % oziroma toliko, kot znašajo izgube pretvorbe električne energije pri shranjevanju v akumulatorski hranilnik. Proizvodnja električne energije pri naklonu modulov 35° Proizvodnja električne energije (kWh). 1800. mesečna poraba (kWh). 1600 1400. elektrarna 3,3kWp. 1200. elektrarna 14,7kWp. 1000 800. elektrarna 9,9kWp. 600. elektrarna 6,6kWp. 400 200 0 jan. feb mar apr maj jun. jul. avg sep. okt nov dec. Slika 4.8: Mesečni prikaz proizvodnje in potreb po električni energiji pri naklonu FN modulov 35°. Za primerjavo izvedemo še simulacijo z večjim naklonom fotonapetostnih modulov. V tabeli 4.2 je prikazana proizvodnja električne energije različno velikih fotonapetostnih 29.

(42) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. elektrarn pri naklonu modulov 55°. Primerjava rezultatov s tabelo 4.1 pokaže, da se proizvodnja električne energije v januarju in decembru pri elektrarni z večjim naklonom modulov poveča za približno 7 %, na letni ravni pa se količina proizvedene energije zmanjša za približno 5 %. Prihranek pri energiji, ki jo je potrebno zagotoviti z dodatnim virom znaša približno 8 %. Tabela 4.2: Primerjava proizvodnje električne energije za različne velikosti FN elektrarne pri 55° naklonu modulov mesečna poraba (kWh). elektrarna elektrarna elektrarna 3,3 kWp 14,7 kWp 9,9 kWp (kWh) (kWh) (kWh). dodatni vir (kWh). elektrarna 6,6 kWp (kWh). dodatni vir 121. (kWh). januar. 365. 122. 544. 367. 244. februar. 349. 192. 855. 576. 384. marec. 333. 289. 1290. 867. 578. april. 317. 296. 1.320. 889. 593. maj. 301. 326. 1.450. 979. 653. junij. 285. 315. 1.410. 946. 631. julij. 301. 348. 1.550. 1.040. 695. avgust. 317. 337. 1.500. 1.010. 675. september. 333. 287. 1280. 862. 676. oktober. 349. 207. 924. 622. 415. november. 365. 113. 506. 340. 25. 227. 138. december. 381. 92. 410. 276. 105. 184. 197. 3.996. 2.924. 13.039. 8.774. 130. 5.955. 456. Skupaj (kWh). Na sliki 4.9 so podatki iz tabele 4.2 prikazani še grafično. Pri vseh simuliranih močeh elektrarn vidimo znižanje proizvodnje električne energije v poletnem času in dvig proizvodnje v zimskem času. Proizvodnja električne energije je z moduli z večjim naklonom enakomerneje razporejena preko vsega leta.. 30.

(43) Proizvodnja električne energije (kWh). Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. 1800. Proizvodnja električne energije pri naklonu modulov 55° mesečna poraba (kWh). 1600 1400. elektrarna 3,3kWp. 1200. elektrarna 14,7kWp. 1000 800. elektrarna 9,9kWp. 600 400. elektrarna 6,6kWp. 200 0 jan feb mar apr maj jun. jul avg sep okt nov dec. Slika 4.9: Mesečni prikaz proizvodnje in potreb po električni energiji pri naklonu FN modulov 55°. Optimalna izbira velikosti fotonapetostnega generatorja za zagotavljanje neto energijske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva bi bila med 6,6 kWp in 9,9 kWp, kar v primeru idealne orientiranosti in naklona pomeni površino strehe med 40 m2 in 57 m2. Ti moduli bodo preko solarnih regulatorjev polnjenja priključeni na akumulatorski hranilnik. Solarni regulator polnjenja Solarni regulator polnjenja skrbi, da se s sončno energijo, ki jo fotonapetostni paneli pretvorijo v električno energijo, polni akumulatorski hranilnik. Solarni regulatorji polnjenja lahko ščitijo hranilnik pred prenapolnjenjem. Posledica prenapolnjenosti akumulatorja je lahko uničenje ali pa celo eksplozija. Manjše enote solarnih regulatorjev imajo tudi funkcijo zaščite akumulatorjev pred preglobokim izpraznjejnem. Glede na tehnologijo delovanja sta najbolj razširjena dva modela solarnih regulatorjev polnjenja. Tipična predstavnika solarnih regulatorjev sta prikazana na sliki 4.10: - PWM tehnologija (pulse width modulation) deluje na principu zniževanja moči, ki jo regulator dovaja akumulatorskemu hranilniku, ko se njena napetost približuje najvišji vrednosti. ‐. MPPT tehnologija: (delovanje v točki največje moči) Ti regulatorji so učinkovitejši in primernejši za večje sisteme. Omogočajo večji izkoristek (od 10 % do 30 %) v. 31.

(44) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. primerjaavi. z. PW WM. regulaatorji. poln njenja,. preedvsem. koo. je. tem mperatura. fotonapeetostnih celiic nižja od 445°C in višja od 75°C.. Slika 4.10: Levo je prim mer PWM in desno primeer MPPT solaarnega regulaatorja polnjeenja. Solarrni regulatoorji polnjenj nja se lahkoo priključijo o na akumu ulatorski hrranilnik stan ndardnih napetostnih nivvojev 12 V, 24 V ali 448 V. Regu ulatorje s teehnologijo PWM izdeelujejo v obseggu od 5 A do d 60 A, naabor solarniih regulatorj rjev s tehnologijo MPPPT je v obseegu med 10 A in 100 A. mulatorskii hranilnik Akum Osnoovno enoto akumulato orskega hraanilnika sm mo omenili že v poglaavju 4.1, zaato so v nadaaljevanju navvedene osno ovne zahtevve oziroma priporočila za sestavo. ‐. Napetosttni nivo: staandardni nappetostni niv voji za akum mulatorske hhranilnike v otočnih sistemih so 12 V, 24 V in 488 V. Iz possameznega akumulatorrskega blok ka (6 V, a celice (2 V) sesttavimo aku umulatorskii hranilnikk (niz) ustreznega 12 V) ali napetostnnega nivojaa. Višji nappetostni niv vo pomeni nižje tok, posledično o manjše izgube ter neposredni vpliiv na dim menzioniranj nje močnosstnih stikaalnih in razsmernniških enot.. Kapacitetoo hranilnikaa lahko pov večujemo z dodajanjem m nizov, vendar se priporočaa največ tri vvzporedno vezane v nize.. ‐. Dimenzioniranje kabelskih k ppovezav: kaabelske povezave meed akumulaatorskim hranilnikkom in razssmernikom so navadno o tokovno najbolj obrem menjene, zaato jih je potrebnoo skrbno naačrtovati. P Posebej skrb bno je potrrebno dimeenzionirati kabelske k povezave za kratko otrajne obrem menitve razzsmernikov v. Priporočaa se, da so kabelske k povezave med razsm merniki in hhranilniki čiim krajše, saaj so tam tooki največji.. ‐. Namestittev akumula atorjev: proostor za nam mestitev aku umulatorskeega hranilniika mora biti prilaagojen tipu akumulatorj a rjev. Nekateeri tipi akum mulatorjev sso popolnom ma zaprti in so laahko namešščeni tudi v bočnem položaju, drugi tip bbaterij pa je j lahko 32.

(45) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. nameščen samo vertikalno. Zaradi enakomernega hlajenja akumulatorskih enot mora biti zagotovljena medsebojna razdalja med celicami. Priporoča se namestitev akumulatorjev na podstavek. Če je elektrolit tekoč, se pod akumulatorji namesti še lovilna posoda. Ob poškodbi ohišja se tekoči elektrolit (žveplova kislina) ujame v podstavek. Za nekatere tipe akumulatorjev je potrebno zagotavljati ustrezno prezračevanje prostora. Zahteve o potrebni izmenjavi zraka v prostoru z akumulatorskim hranilnikom poda proizvajalec. Zaradi teže akumulatorske celice/bloka je potrebno zagotoviti ustrezne transportne poti ter nosilnost tal v prostoru, kjer bo hranilnik nameščen. ‐. Temperatura prostora: Za vse tipe stacionarnih akumulatorskih celic in blokov se priporoča konstantno temperaturo okolice med 15°C in 20°C. Višja temperatura prostora skrajšuje življenjsko dobo akumulatorja, pri nižji temperaturi pa se zmanjšuje kapaciteta akumulatorskega hranilnika.. ‐. Vzdrževanje: akumulator s tekočim elektrolitom zahteva malo vzdrževanja (low maintenance) kar pomeni pregled vsakih 3–6 mesecev. Vzdrževanje obsega pregled nivoja elektrolita, preverjanje napetosti posamezne akumulatorske enote, pregled temperature prostora ter morebitno čiščenje. Akumulator z gel elektrolitom ne zahteva vzdrževanja (maintenance free), npr. dolivanja destilirane vode, vseeno pa je potrebno opraviti meritve napetosti na posamezni celici v intervalih, kot jih predpisujejo proizvajalci opreme. Prav tako so akumulatorske enote v Li-ion tehniki uvrščene med akumulatorje brez potrebe po vzdrževanju, saj navadno v paketu vsebuje baterijski nadzorni sistem (BMS).. ‐. Priporočila o velikosti polnilnih tokov akumulatorskega hranilnika: načeloma vsak proizvajalec za določen tip akumulatorja predpiše priporočljiv polnilni tok. V primeru stacionarnih baterij OPzS, je priporočilo, da je polnilni tok manjši od 0,2×C10. To pomeni, da lahko akumulator s kapaciteto 100 Ah polnimo z 20 A. Za AGM akumulatorske enote je lahko polnilni tok 0,25×C10. (C10 je kapaciteta akumulatorske celice/hranilnika, ki jo lahko zagotavlja pri deseturnem praznjenju) To posledično vpliva na vršno moč fotonapetostnega generatorja. Tako prevelik kot premajhen polnilni tok vplivata na življenjsko dobo akumulatorskega hranilnika. Polnilni tok za Li-ionske akumulatorje lahko brez tveganja za uničenje. 33.

(46) Diplomsko delo: Primerna velikost sistema PV za zagotavljanje neto energetske samozadostnosti tipičnega gospodinjstva v različnih delih Slovenije. akumulatorske enote doseže tudi 0,8×C10. Primera akumulatorskega hranilnika v OPzS in OPzV tehnologiji sta prikazana na sliki 4.11. ‐. Dimenzioniranje akumulatorskega hranilnika: pri dimenzioniranju je najprej potrebno izdelati natančen popis električnih porabnikov in sešteti električno energijo, ki jo bo gospodinjstvo potrebovalo. Za primer bomo vzeli mesečno porabo 381 kWh (tabela 4.2), kar dnevno pomeni porabo 12,3 kWh (381 kWh ÷ 31 dni). Nazivna napetost akumulatorskih hranilnikov večjih sistemov je navadno 48 V. Izračunamo kapaciteto hranilnika: 12.300 Wh ÷ 48 V = 256 Ah. Ker lahko različne tipe akumulatorjev praznimo do različnih ravni, je potrebno upoštevati ustrezen korekcijski faktor. Akumulatorji tipa OPzS omogočajo praznjenje do 70 % nazivne vrednosti, zato je potrebno izračunano vrednost velikosti hranilnika povečati za faktor 1,43. Priporočena raven praznjenja akumulatorjev tipa AGM je do 50 % nazivne vrednosti, kar pomeni da je potrebno pri dimenzioniranju hranilnika uporabiti korekcijski faktor 2. Kapaciteta akumulatorskega hranilnika mora zagotavljati 256 Ah × 1,43 = 365Ah. Iz nabora akumulatorskih enot izberemo tip celice, pri kateri je kapaciteta pri C24 večja kot 365 Ah. Za proizvajalca akumulatorjev Hoppecke lahko izberemo celice tip sun power V L 2-420, ki imajo pri vrednosti C24 nazivno kapaciteto 370 Ah. Če je želena avtonomija daljša kot en dan, je potrebno izračunano kapaciteto akumulatorskega hranilnika ustrezno korigirati. Pri tem je potrebno upoštevati tudi dejstvo, da ima enaka akumulatorska enota pri počasnejšem praznjenju višjo kapaciteto (sun power V L 2-420 395Ah C50) [22]. Moč praznjenja akumulatorskega hranilnika je navadno omejena z močjo razsmernikov, ki pretvarjajo enosmerno napetost v izmenično. Le ti pa so dimenzionirani na maksimalno trenutno porabo. Dovoljeno moč praznjenja proizvajalci podajo v tehničnem listu in je različna za pričakovano avtonomijo [24].. 34.

(47) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. Slikaa 4.11: Tipičnna akumulatorska hranilnnika z OPzS (levo) in OP PzV (desno) ttipom akumu ulatorjev. Razssmerniki Tipiččni otočni razsmernik k je nameenjen proizzvajanju izzmenične nnapetosti samo s iz akum mulatorskegga hranilnik ka. Poznam mo še hibrridne razsm mernike, ki omogočajo poleg akum mulatorskegga hranilnika priključiteev enega alli celo dveh h neodvisniih izmeničn nih virov napetosti. S takkšno nadgraadnjo in usttrezno prilaagoditvijo programske opreme v otočnem o razsm merniku poovečamo zaanesljivost oskrbe z energijo. e Takšni razsm merniki so zmožni dovaj ajati elektriično energiijo iz neoddvisnega vira, pri čemer ne poošiljajo eneergije iz akum mulatorskegga hranilnik ka v ta vir. Na trgu so s otočni raazsmerniki različnih velikosti. v Njihoove moči so od nekaj 100 VA doo 10 kVA v eni enofazni enoti, zza trifazni sistem s je potreebna povezava več en not v enotenn in sinhro oniziran sisttem. S povvezovanjem otočnih razsm mernikov laahko sestaviimo enoten trifazni sisttem moči do o približno 3300 kW. Naa trgu pa je žee moč kupitii tudi trifazne otočne rrazsmernikee moči med 6 kW in 600 kW. Na sliki 4.12 sta prrikazana dvva primera enofaznega e otočnega raazsmernika.. Slika 4.12: Slika otočniih razsmernikov različnih h proizvajalccev. 35.

(48) Diploomsko delo: Prrimerna veliko ost sistema PV V za zagotavljjanje neto energetske samozzadostnosti tip pičnega S gospoodinjstva v razzličnih delih Slovenije. Zašččitna stikalaa, varovalk ke in ožičen nja Vsa zzaščitna oprema mora biti dimenzzionirana gllede na pred dvidene tokke in napetosti, ki se pojavvljajo v otočnem sistem mu. Zato je pri načrtov vanju varovaalnih in stikkalnih elemeentov ter kabelskih povezzav otočneg ga sistema ppotrebno praavilno izbraati posamezzne kompon nente. Za prim mer izberemoo otočni razzsmernik mooči 5000 VA A, ki je prik ključen na 448 V akumu ulatorski hraniilnik. V kraatkem času u lahko ta rrazsmernik proizvaja konično k mooč 10.000 W (peak poweer). To pom meni, da je potrebno p stiikalne elem mente in kab belske povezzave dimen nzionirati na vrrednost 2500 A. Z razzvojem in šiiritvijo prod daje enosmeernih otočniih sistemov so na trgu ttudi ustrezn ne talilne varovvalke z izkklopno karaakteristiko pprilagojeno o enosmerniim aplikaciijam (80 V DC) in pripaadajoča ohiššja (slika 4.10).. S Slika 4.13: Talilna T varov valka za akum mulatorske hranilnike ter dvopolni vaarovalčni ločiilnik. Spreemljanje deelovanja oto očnega sisttema Za sspremljanje otočnega sistema jee smiselna vgradnja nadzornegaa sistema, ki nam prikaazuje inform macije o deelovanju po sameznih komponent k otočnega siistema. Nap prave za sprem mljanje deelovanja im majo navaddno tudi funkcijo f allarmiranja. V odvisn nosti od komppleksnosti nadzornegaa sistema iin vgrajeniih naprav, lahko spre remljamo naslednje n kompponente: ‐. V otočnem sistemu s je najbolj n pomeembno spreemljanje nap polnjenostii akumulattorskega h hranilnika, zato je ta merilnik m najjnujnejša naaprava, ki naj n jih nadzoorni sistem vsebuje. Z Zelo pomem mbna je naatančnost m merilne nap prave, saj se glede nna napetostni nivo aakumulatorsskega hranillnika zaženeejo ustreznee proceduree. (npr. startt generatorjja, vklop aalarmov, izkklop določen nih porabnikkov in podo obno).. 36.

No results found