Reservkraft för solenergisystem

Allt fler hushåll utrustas med olika typer av solcellssystem. Moderna solcellsmoduler kan redan omvandla cirka 20% av solens energi till elektricitet, vilket gör denna typ av elproduktion mycket attraktiv.

Reservkraftgenerator för solsystem utan och med batterilagring

Hjärtat i solcellssystemet är omvandlaren. Det finns nätanslutna (on-grid), hybrid- och off-grid-omvandlare.

Nätanslutna och hybridomvandlare är synkroniserade med det allmänna elnätet och kan mata in överskottsel i det allmänna elnätet.

Reservkraftgeneratorn för solsystem kan inte ersätta det allmänna elnätet för nätanslutna och hybridomvandlare eftersom den inte kan ta upp överskottsel. Återkoppling från omvandlaren kan skada generatoren.

Undantag kan vara omvandlare som har en extra generatoringång där återkoppling kan förhindras 100% genom inbyggda strömsensorer. Dock måste en sådan generator ha spänningsparametrar som är acceptabla för omvandlaren, vilket inte alltid är fallet med en vanlig kraftgenerator.

Vid strömavbrott bör reservkraftgeneratorn i ett solsystem med en nätansluten omvandlare endast försörja de elanvändare som har rätt till reservkraft, med omvandlaren och eventuell befintlig växelströmslagring kvar på den allmänna elnätets sida och kopplas bort på alla poler med en överföringsbrytare, så att generatoren inte körs parallellt med omvandlaren eller växelströmslagringen.

Anslutningsdiagram för 230V reservkraftsförsörjning för solsystem vid användning av omvandlingsgeneratorer utan ATS-funktion:

Automatisk omkoppling till reservkraftsförsörjning för 230V-elanvändare är också möjlig vid användning av generatorer med ATS-funktion.

Anslutningsdiagram för 230V reservkraftsförsörjning för solsystem med omvandlingsgenerator KS 5500iES ATSR med extern ATS-enhet KS ATS 4/25 Inverter:

 

Anslutningsdiagram för 230V reservkraftsförsörjning för solsystem med omvandlingsgenerator KS 8100iE ATSR med extern ATS-enhet KS ATS 4/25 Bensin:

Reservkraftsförsörjningen i alla ovanstående fall är 230V. På detta sätt kan nästan alla elanvändare i huset få ström vid strömavbrott. Trefasmottagare (om de finns) måste försörjas separat. Trefasmottagare med elektronisk styrning behöver vanligtvis en "ren" sinusvåg, som en vanlig kraftgenerator inte kan generera. Mer information om 230V- och 400V-reservkraftsförsörjning finns i vårt informationsmaterial.

Om generatorn inte ska installeras permanent eller är belägen långt från överföringsswitchen, rekommenderar vi användning av våra unika omvandlingsgeneratorer med inbyggd ATS-modul. Detta kräver dock användning av en extern prioritet automatisk överföringsswitch på ena sidan.

Generatoren övervakar spänningen i uttaget, som är anslutet före switchen och skyddas av en kretsbrytare och en RCD eller av RCBO (överbelastningsskydd och kontaktsskydd i ett). Detta uttag utan den anslutna generatoren kan användas som ett normalt utomhusuttag. Detta uttag är oaktiverat under ett strömavbrott, och detta är avgörande för ATS-kontrollen av generatoren. Det är en signal för att starta generatoren.

 

Anslutningsdiagram för 230V reservkraftsförsörjning för solsystem med omvandlingsgenerator KS 6000iES ATS Version 2, där MAINS INPUT övervakar 230V men inte skickar det till utgången i vänteläge:

Generatoren på kretsschemat är inte permanent installerad, men ansluten till det förinstallerade uttaget och CEE 230V 32A-inkopplingen vid behov. Detta innebär att generatoren också kan användas på resande fot vid behov. En fast installation är naturligtvis också möjlig, men du behöver ett lämpligt utrymme och ett avgassystem för detta.

Generatoren är ansluten till N-sidan av den automatiska överföringsswitchen med prioritetsswitchning, så när huvudströmmen återvänder, byter switchen inte omedelbart till det allmänna elnätet, utan endast när generatoren stänger av sin utgång. KS 6000iES ATS version 2-generatoren analyserar spänningen vid sin MAINS INPUT-anslutning i cirka 1 minut och stänger av utgången först då och möjliggör därmed övergång till huvudströmförsörjning. Detta motsvarar regeln enligt vilken en automatisk omkopplingsanordning inte får byta till det allmänna elnätet omedelbart, utan med en fördröjning på 1 minut.

Automatisk drift är endast möjlig med KS 6000iES version 2 (utan omkoppling från MAINS INPUT till utgången). ATS-funktionen bör aktiveras så att generatoren startar automatiskt om det inte längre finns någon spänning i uttaget och därmed inte längre någon spänning vid MAINS INPUT.

Hybridomvandlare med ett DC PV-lagringssystem byter till reservkraftdrift vid strömavbrott. Under processen används energin som levereras av solcellerna och lagras i PV-lagringsenheten.

Solcellssystem med en hybridomvandlare har vanligtvis batteribanker med mindre kapacitet, eftersom dessa bara är avsedda att lagra överskottsel för användning på natten, osv. Men vad gör du när solen inte skiner och den lagrade energin tar slut? Då behöver du en generator.

I detta fall rekommenderar vi att ladda kraftlagringen (endast DC) från en reservkraftgenerator så att hybridomvandlaren kan fortsätta att försörja huset som vanligt.

Kraftlagringen laddas antingen från en AC-generator med en laddare eller från en DC-generator. Laddaren eller DC-generatorn måste matcha PV-kraftlagringen.

Anslutningsdiagram för reservkraftsförsörjning för solsystem med omvandlingsgenerator KS 6000iES ATS Version 2, där MAINS INPUT övervakar 230V men inte skickar det till utgången i vänteläge

Batterispanningskontrollenheten övervakar batterispänningen och bryter 230V till Schuko-uttaget om batterispänningen sjunker under det inställda värdet. Generatoren startar och levererar växelströmsspänning till laddaren, som i sin tur laddar kraftlagringsenheten för att tillhandahålla tillräcklig energi för omvandlaren.

KS 6000iES ATS är utrustad med ett litiumbatteri som laddas så länge 230V finns vid MAINS INPUT eller generatoren är igång. Batteriet är alltid laddat och redo för användning. Litiumbatteriet har liten kapacitet, men har en hög startström och laddas relativt snabbt efter att generatoren har startats.

UPPMÄRKSAMHET!
En sådan kretsschemat är bara möjlig med generatoren KS 6000iES ATS version 2! Beroende på konstruktionen av laddaren (beroende på effektfaktorn och typen av strömförbrukning) kan laddningskapaciteten enligt ett sådant kretsschema vara upp till 2-4 kW.

I system med energihantering beaktas ofta endast laddningsprocessen av PV-lagringen av MPPT-regulatorn. Fråga tillverkaren av din omvandlare om det är tekniskt tillåtet och inte orsakar några fel att ladda batteribanken från en extern DC-strömkälla.

En sådan DC-strömkälla bör fungera som en laddningsmodul med en IU-karakteristik, vilket gör att användningen av en ren DC-spänningskälla inte är möjlig. En sådan laddare eller laddningsmodul bör ha en så kallad "Maximum Power Point" där spänningen sjunker när utgångsströmmen når det maximala värdet. Uppgiften för laddningsmodulen är inte att helt ladda batteriet, utan åtminstone delvis så att strömförsörjningen kan upprätthållas. Fullständig laddning av batteriet görs från solpaneler genom laddningsregulatorn.

Reservkraftsförsörjning genom att ladda kraftlagringen har tydliga fördelar med avseende på de strömkonsumenter som ska försörjas. Strömmen levereras fortfarande med en "ren" sinusvåg som genereras av omvandlaren. Den maximala effekten bestäms fortfarande av omvandlarens och kraftlagringens parametrar. Generatoren behöver bara fyllas på med tillräcklig energi.

I system där elförbrukningen inte är konstant (till exempel i ett hus eller på ett kontor) kommer generatoren inte att köra kontinuerligt, utan endast när det behövs. Efter att batteriet har laddats upp till den spänning som är inställd på batteriövervakaren stängs generatoren av, och elförbrukarna försörjs av batteriet via omvandlaren. På detta sätt är det möjligt med en långvarig och oavbruten elförsörjning, vilket är mycket viktigt vid långvariga strömavbrott. Generatoren körs med pauser och har också tid att kyla ner. Bränslet används också optimalt eftersom motorn inte behöver köra utan belastning.

Icke nätanslutna omvandlare matar inte in i det allmänna elnätet och försörjer endast de anslutna elförbrukarna. Dessa omvandlare fungerar i samband med DC-kraftlagring och har vanligtvis en anslutning för en extern AC-kraftkälla som kan tillhandahålla ström vid behov.

Beroende på inställningen för omvandlaren måste denna externa AC-källa också kunna leverera tillräcklig energi för att ladda batteriet. I detta sammanhang har vissa omvandlare en extra inställning som begränsar den totala effekt som omvandlaren kan dra från en extern AC-kraftkälla. Denna effekt fördelas sedan mellan DC-batterilagringen och de elförbrukare som ska försörjas.

Att ladda batterierna med hög effekt från en AC-kraftkälla har specifika aspekter som måste beaktas, särskilt vid användning av en generator. Den reaktiva effekten och transientprocesserna som genereras under laddningsprocessen kan skada generatoren.

De flesta AC/DC-laddare eller laddningsmoduler har en pulslignande strömförbrukning på AC-sidan och laddar batterilagringsenheten på ett pulslignande sätt:

AC-spänningen visas i gult. I fallet med laddare eller laddningsmoduler utan effektfaktorkorrigering konsumeras endast sinusvågens maxima.

Att ladda batteriet via laddningsmodulen installerad i omvandlaren har ofta samma problem. Batteriet laddas extremt pulserande:

I gult till vänster är batterispänningen och till höger är nätspänningen. I grönt är laddningsströmmen som mäts vid batterikabeln när laddning sker via omvandlaren.

Laddningsströmmen från sådana laddningsmoduler regleras med pulsbredd, vilket kan förvärra problemet med ojämn belastning av sinusvågen:

Kraftlagringen i PV-systemet laddas med 100 pulser per sekund (vid 50 Hz spänning). I sådana fall måste systemet inte bara beräknas med RMS-värden, utan man måste också beakta ögonblickliga amplituder.

Pulskonsumtionen har en effektfaktor på 0,5-0,7, vilket kan leda till hög reaktiv effekt. Om du matar laddaren eller laddningsmodulen i omvandlaren från elnätet kompenseras detta av andra elförbrukare i elnätet. Det är annorlunda när en generator används.

En generator och elförbrukare bildar ett slutet system, vars element påverkar varandra och det är mycket viktigt att de passar ihop och att systemet inte oscillerar.

Pulsliknande strömförbrukning innebär att du i bästa fall inte kan använda mer än hälften av den nominella generatorströmmen och extra åtgärder måste vidtas mot harmoniska som orsakas av pulsliknande strömförbrukning för att stabilisera kretsen.

I praktiken leder det ofta till en instabil drift av laddningsmodulen och till och med skador på generatorn, som överhettade lindningar, bruten spänningsregulator eller omvandlarmodul.

I de flesta fall kopplar off-grid omvandlare igenom den externa strömkällan och belastar den i pulser för att ladda sitt eget PV-lager, vilket kan förvränga spänningsformen från en konventionell generator så mycket att det kan påverka känsliga elförbrukare.

Vi rekommenderar att du använder omvandlargeneratorer som en extern AC-källa för backup-strömförsörjning från off-grid omvandlare, som kan bibehålla sin spänningsform mycket bättre, vilket kan vara mycket viktigt för känsliga elförbrukare.

Anslutningsdiagram för 230V backup-strömförsörjning för solsystem med Inverter Generator KS 6000iES ATS Version 2, där MAINS INPUT övervakar 230V men inte vidarebefordrar det i vänteläge:

Denna lösning ska ENDAST användas med off-grid omvandlare och kraftöar!

KS 6000iES ATS version 2 omvandlargeneratorn startar så fort batterispänningskontrollen bryter den 230V spänning som grenats av från omvandlarens utgång till generatorns MAINS INPUT och stannar när den återvänder.

Det bör noteras att generatorn måste tillhandahålla energi både för elförbrukarna som ska försörjas och för att ladda energilagret.

I fallet med off-grid-lösningar med en off-grid omvandlare kan lagringen (DC) laddas med en generator + laddare, precis som i system med hybridomvandlare. På detta sätt kan trefasströmförsörjningen från omvandlaren fortsätta att fungera.

Anslutningsdiagram för backup-strömförsörjning för solsystem med Inverter Generator KS 6000iES ATS Version 2, där MAINS INPUT övervakar 230V men inte vidarebefordrar det i vänteläge:

 

Energilagret (DC) kan också laddas direkt från en lämplig DC-generator om detta är tekniskt möjligt för det aktuella PV-systemet.

Exempel på användning av KS 48V-DC i en kraftö-lösning:

Exempel på användning av KS 48V-DC med en hybridomvandlare och 48V-kraftlagring:

Gleichstromgeneratorn är ansluten direkt till 48V-kraftlagringen för att ladda den direkt.

KS 48V-DC kan antingen övervaka batterispänningen själv eller styras externt med "torra" kontakter.

Generatorn startar i AUTO-läge när det lägre spänningsvärdet på 48V nås, laddar batteriet med spänningen upp till 54V och med strömmen upp till 70A och stängs av när spänningen når 53,5-54V och laddningsströmmen sjunker under 20A. Generatorn kan också startas och stängas av manuellt eller externt med PF-kontakter, vilket möjliggör olika applikationer och integration i befintliga system. Generatorn har ingen egen batteri och använder energi från batteriet som ska försörjas för att starta i AUTO och EXTERN KONTROLL-läge. Manuell start med dragsnöre är också möjlig.

Exempel på stödd 48V DC-batterilagring:

1. 4 AGM-batterier kopplade i serie med en spänningsintervall på ca 48-54V
2. Batterier med 14 LiIon-celler kopplade i serie med en spänningsintervall på ca 47-56V
3. Batterier med 16 LiFePo4-celler kopplade i serie med en spänningsintervall på ca 48-54V
4. Batterier med 15 LiFePo4-celler kopplade i serie med en spänningsintervall på ca 45-51V (EXTERN KONTROLL-läge rekommenderas).

Beroende på kraftlagring och omvandlare bör antingen AUTO eller EXTERN KONTROLL-läge användas. Generatorns funktion är att fungera som en reservkraftkälla och vid behov ladda in några kWh energi i DC-batterilagringen så att elförbrukarna som ska försörjas av omvandlaren förblir försörjda även när det finns för lite energi från solen och ingen kraft från DSO-nätet (kraftö-lösning eller nätbortfall). Så generatorn brukar vanligtvis köra i cirka 1-2 timmar och stängs av. Huset drivs av DC-batterilagringen, som också kan kompensera för effekttak när generatorn är igång.

Ett hus konsumerar vanligtvis bara några hundra watt kontinuerligt, och endast när en kraftfull enhet är påslagen ökar elförbrukningen med några kW, vid vilken tidpunkt energin kan komma både från generatorn och batterilagringen eftersom de två fungerar parallellt. På detta sätt kan elförbrukningen under en kort tid överstiga generatorns effekt och elförsörjningen till huset kan fortsätta som vanligt.

Generatorn i AUTO-läge stängs av när strömmen sjunker under 20A. Svarstiden är cirka 30 sekunder. Om elförbrukningen i huset konstant är över 1 kW rekommenderar vi att EXTERN KONTROLL-läge används eller att generatorn stängs av manuellt.

Tack vare olika driftlägen kan generatorn integreras i olika kraftförsörjningssystem.

En DC-generator är mycket mer bränsleeffektiv och möjliggör oavbruten backup-ström i flera dagar eftersom generatorn går med pauser och har tillräckligt med tid att kyla ner sig.

DC-generatorn utför samma funktion som en solpanel + laddningskontroll och är mycket effektivare än kombinationen "AC-generator + laddare". Laddningsströmmen från DC-generatorn är inte impulsartad (det finns bara ripplar) och därmed uppnås vid samma maxima mycket högre effektiv värde, vilket också är mycket viktigt för batterier och BMS-kontroller (för litiumbatterier).

DC-generatorn har flera lindningar och elektronisk kontroll, vilket gör utgångsströmmen mycket jämnare. Så här ser laddningsströmmen (i grönt) för ett LiFePo4-batteri (ett extremt fall) ut vid strömmen 40A och 70A (rms-värde):

DC-generatorns utspänningspuls är låg, vilket fortfarande kan orsaka en laddningsströmspuls i ett LiFePo4-batteri. När laddningsströmmen ökar, ökar skillnaden mellan batteriets egen spänning och generatorns spänning, vilket kan leda till en minskning av laddningsströmpulsen.

En DC-generator för att ladda batterierna är en bra lösning ur alla synvinklar, och i vissa fall finns det ingen bättre, om någon, alternativ.

Flera KS 48-DC kan anslutas parallellt för att öka den totala prestandan eller för att säkra elförsörjningen under en längre tid.

Alla KS 48-DC är anslutna till 48V-skenan, till vilken andra DC-källor, kraftlagring och omvandlare också är anslutna.

Beroende på effektkravet kan ett visst antal generatorer aktiveras med extern styrning, köras växelvis osv.

Om alla DC-generatorer som är anslutna till 48V-skenan är i AUTO-läge, kommer endast en generator att starta, med styrningselektroniken som reagerar lite tidigare, och de andra kommer endast att startas vid behov, t.ex. om effekten från den första generatorn ensam inte är tillräcklig och batterilagringsspänningen fortsätter att sjunka, eller om det har uppstått ett fel i den första generatorn. Så DC-generatorerna kommer att stödja varandra, så att säga, för att upprätthålla spänningen på 48V-skenan.
Denna egenskap är mycket viktig i system där flera kW av effekt krävs. Du använder helt enkelt flera KS 48-DC för att säkert täcka effektbehovet. En del av generatorerna kan förbli som reserv om en av de aktiva DC-generatorerna upplever ett fel (t.ex. slut på bensin).

Här är ett exempel på hur du använder flera KS 48-DC samtidigt:

Ansvarsfriskrivning

Dessa instruktioner kan endast betraktas som en rekommendation, är illustrativa och måste anpassas till de exakta lokala omständigheterna och förhållandena vid installationen. Själva installationen bör göras i enlighet med alla standarder och föreskrifter. Vi tar inget ansvar för felaktiga installationer och deras konsekvenser.