Ostrovní solární elektrárna
Buduji jí a postupně rozšiřuji druhým rokem v rodinném domě z 60tých let. Původním záměrem bylo zapojení dvou samostatných měničů Epever 5kW, každý pro jednu domácnost. Nakonec jsem od toho upustil a zapojil v ní dva hybridní měniče Easun 5,5KW, pracující do jedné společné fáze, pro obě domácnosti součastně (1x bojler, 2x el. sporáky, 2x pračka, 1x myčka, 2x mikrovlnka...).
První solární pole
Vzniklo postupně na hospodářské budově, jehož střecha směřuje na JZ. Původní eternit byl nahrazen alukrytem. Al konstrukce pak byla připevněna na plastové stojky a přišroubovaná do střešní konstrukce svorníky M10. Současně byl zbudovaný pod střechou i ochoz, který slouží v zimě k zachycení sněhu nad skleníkem, čištění panelů od sněhu a k jejich kontrole.
Díky těmto různě vysokým plastovým „podložkám“ se podařilo srovnat panely do roviny i na poměrně zprohýbané střeše.
K upevnění panelů nahoře a dole jsem si udělal Al zarážky a nařezal kousky L profilů. Mezi panely jsou pak jen šrouby s velkou podložkou. Panely jsou v zapojení 3S 4P a dávají celkem cca 4 800 Wp.
Druhé solární pole
Bylo zbudováno na taškové střeše směřující na JV. Al konstrukce je připevněna na vyrobených držácích z nerezového plocháče. Transport panelů proběhl pomocí improvizované dřevěné konstrukce, která se po vytažení panelu sklopila na střechu i s panelem. 8 panelů je zapojeno do série a celkem mají cca 2 200 Wp.
Akumulátory
Oba jsou složené z 32 článků LiFePO4 zapojených serio-paralelně do 48V baterie. První je složený z 130Ah článků, druhý ze 120Ah článků. Celkem je tedy uloženo v akumulátorech 24kWh. Jednotlivé články jsou odizolovány mezi sebou jezírkovou folií a stažené ocelovými svorníky.
Každý akumulátor je vybaven pojistkou, indukčním balancérem, čekám na dodání BMS.
Vodiči cca 90mm2 jsou připojené na společné Cu sběrny.
Regulátor Epever Tracer 10420AN (200V/100A)
Je připojený na první solární pole. Jeho pomocné kontakty, pak podle napětí na akumulátorech, připojují nebo odpojují, pomocí desky logiky, zátěž (ATS a střídače).
Měniče Easun 5,5KW, vstup solárů na 450V
Jsou dva, zapojené do jedné fáze. Oba mají vyvedené hlavní vypínače a ty na měničích jsou ve vypnutém stavu. První měnič je připojený na druhé solární pole a běží nepřetržitě (v případě, kdy jsou dostatečně nabité akumulátory, nebo je dostatečně velké napětí na vstupu pro solár). Druhý měnič se připojuje při zvýšeném odběru, viz dále. Jejich výstupní napětí je nastaveno na 220V. Kladné přívody k nim jsou vedeny přes pojistkový odpínač 160A, díky kterému se dají odpojit v případě potřeby od baterií.
Hlavní rozvaděč
Je zde několik obvodů zajišťujících chod celé elektrárny.
1. obvod: zapíná/vypíná první měnič v okamžiku, kdy je vypnutý (baterka má nízké napětí) a na panelech je dostatečně velké napětí pro její dobíjení. Ono by to mělo fungovat automaticky i bez toho externího zapnutí, ale mě to někdy nabijelo, někdy ne. Spínač to řeší naprosto spolehlivě.
2. obvod: je v podstatě proudové relé, které měří proud z měničů a v okamžiku, kdy překročí jejich zatížení cca 2,5kW, zapíná, nebo udržuje v chodu, přes desku logiky druhý měnič. Po poklesu zatížení pod cca 2,5kW po 10 minutách druhý měnič opět vypne.
3. ATS přepínače: celá solární elektrárna je zapojena jako jednofázová ostrovní. Přívod od elektroměru TN-C / 3x 230/400V, je proto přiveden na tři samostatné jednofázové ATS přepínače, které v případě chodu na síť, „posílají“ dále tři fáze do podružných rozvaděčů. V případě, že elektrárna běží jako solární na jednu fázi od měniče (měničů), „rozdělují" ATS přepínače tu jednu fázi po třech vodičích opět do podružných rozvaděčů. Výhodou tohoto zapojení je to, že nemůže v žádném případě dojít k přetokům a na elektroinstalaci se nemusely dělat skoro žádné další úpravy. Nevýhodou je pouze jednofázová soustava, takže se nemohou provozovat 3fázové motory. Dílna proto zůstala i nadále zapojena na původní soustavu 3x 230/400V.
4. digitální elektroměr: měří množství dodané energie z měničů, jejich napětí, okamžitý proud…
5. hlídací napěťové relé HRN-55: hlídá tři fáze sítě na přívodu od elektroměru. V případě vypadnutí jedné, nebo všech fází, dá povel do desky logiky a dojde k okamžitému přepnutí všech přepínačů ATS na solární elektrárnu. Tato funkce je nadřazená nad hlídáním napětí baterie regulátorem Epever a měnič bude fungovat do okamžiku, kdy se sám nevypne na jeho nastavené minimální napětí baterie. V praxi to mám nastaveno tak, že Epever vypíná solární elektrárnu při poklesu baterií na 30%. Daných 30% je pak rezerva pro mimořádné situace, ke kterým by mohlo dojít, například právě při výpadku síťového napětí.
6. pomocné relé na 220V: je připojeno na výstup z měničů. V případě výpadku jejich napětí, nebo když se na jejich výstupu objeví DC napětí, dá povel do desky logiky a dojde k okamžitému přepnutí všech přepínačů ATS na síť. Funkce je opět nadřazená nad hlídáním napětí baterie regulátorem Epever.
7. přepínač sítí: tímto přepínačem se může celá elektrárna ručně odstavit a v případě jakékoliv poruchy přepnout rozvody kompletně na síť.
8. deska logiky: z důvodu spolehlivosti je poskládaná pouze z logických hradel, operačních zesilovačů, tranzistorů optronů… Má svůj vlastní napájecí zdroj 48/12V s hlídáním případného přepětí. Pomocí relé spíná první a druhý měnič, obsahuje ovládání přepínačů ATS. Ty přepínají ve dvou módech: 1. okamžité přepnutí – dojde při něm k okamžitému přepnutí všech 3 přepínačů ATS. Děje se tak při výpadku sítě, měniče, přetížení… 2. sfázované přepnutí – zabudovaná fázovací jednotka má za úkol přepnout jednotlivé spínače ATS pouze v okamžiku, kdy se přepínaná fáze sítě „překrývá“ s fází měniče. Tím je zajištěno, že sinusovky na sebe navazují a nemůže dojít k sepnutí při opačné fázi. Toto „sfázování“ je možné díky tomu, že měnič ani síť nemají vždy přesně 50Hz. Díky té rozdílné frekvenci a čekání na „překrytí“ dojde k přepnutí někdy během několika sekund, někdy třeba i minut. Využívá se v okamžiku, kdy jsou baterie vybité/nabité a přepíná se ze sítě na solární elektrárnu nebo naopak. Dále pak při návratu z režimu přetížení.
9. obvod přetížení: solární elektrárna má při běžném chodu z důvodu úspory zapnutý vždy jen jeden měnič. V okamžiku kdy se tento měnič nárazově přetíží a ještě se nerozeběhne druhý měnič (viz obvod proudového relé), by došlo k výpadku proudu. Aby se to nestalo, je zde obvod přetížení. Ten měří pomocí proudových transformátorů proud na jednotlivých fázových vodičích vedoucích z přepínačů ATS a zároveň zjišťuje, zda běží už druhý měnič. V případě, že odebíraný proud v součtu na třech fázích překročí cca ¾ jmenovitého proudu měniče (z cca 24A) nebo v případě, že běží i druhý měnič ¾ jejich součtu proudů, (z cca 48A), dojde k okamžitému přepnutí nejvíce zatížené fáze na síť. Pokud to nebude stačit, přepne se i druhá případně třetí fáze. V okamžiku, kdy se rozeběhne druhý měnič, nebo odebíraný proud klesne a solární elektrárna už nebude přetěžovaná, přepne se daná fáze ze sítě po několika minutách a po sfázování opět ze sítě na solární elektrárnu. V praxi se to děje hlavně v okamžiku, kdy se prudce zvedne odebíraný proud z jednoho měniče (zapne se například několik plotýnek na vařiči najednou) a druhý měnič se teprve rozbíhá (trvá mu to cca 30 sekund od jeho zapnutí, než se na jeho výstupu objeví 220V). Logických kombinací je tam už příliš mnoho, proto je obvod přetížení řízený procesorem PICAXE. Na desce je dále obvod reálného času a výstup spínaný podle něj, například na zapínání bojleru.
Rozvaděč odpínání panelů
Obě pole mají u svých svodů proti přepětí nainstalované pojistky a přepěťové ochrany. Další přepěťové prvky a pojistkové odpínače jsou v tomto rozvaděči před vlastní solární elektrárnou. Navíc jsou zde další přepínače řízené pomocí arduina a obvodu detekující blesky AS3935. Mělo by to fungovat tak, že pokud jsou blesky detekovány blíže jak 5 km daleko, odpínají přepínače postupně elektrárnu od přívodů k panelům a zkratují je na zem. Tato část je zatím ve fázi „čekání na bouřku“, testování a ladění programu v arduinu…
Měření na dvou paralelně pracujících měničích Easun
Potřeboval jsem vědět, v kterém okamžiku naběhne druhý paralelní měnič. Říkal jsem si, nejjednodušší bude, provléknout z jednoho měniče fázový a z druhého nulový vodič jedním jádrem proudového transformátoru. V případě, že poběží jeden, bude se v něm indukovat proud, když oba, tak se budou sinusovky vzájemně rušit a proud by měl být nulový. Nejdříve jsem si to ověřoval pomocí klešťáku a pořád mi to nějak nevycházelo. Tak jsem na to vzal proudový transformátor, připojil osciloskop a nestačil se divit. Při chodu na jeden samostatný měnič (A), byla sinusovka vcelku čistá. Když jsem měřil na dvou paralelně pracujících měničích, na samostatných fázích jednoho (A), nebo druhého (B) měniče, tak ta sinusovka se různě potvořila, každou chvíli byla nějak zkreslená. Když jsem ale cvaknul proudový transformátor na oba fázové vodiče (A+B), tak ta výsledná sinusovka byla zase skoro čistá. Měřil jsem to při cca 10A. Měl jsem za to, že se synchronizují jen dvě čisté sinusovky, ale že se bude porovnávat i jejich vzájemný tvar jsem netušil. Patrně proto, jsem se při tom rozdílovém měření nikdy nedostal na nulový proud.
Blíží se kritické období roku, krátké dny, zatažená obloha, tak sem přidám graf, jak si zatím stojím. Graf je počítán od 16. 1. 2023, kdy jsem nainstaloval přesnější měření a vznikl na základě cca týdenních odečtů na elektroměrech. Spotřeba za uvedené období je ze sítě 602kWh, ze solárů 3308kWh. Sice mám zavedený noční proud, ale pro zjednodušení jeho hodnotu sčítám s denním a v grafu jí nerozlišuji.
Těsně před prvním sněhem, se mi podařilo dostat na střechu třetí pole. Abych využil co nejvíce místa, zvolil jsem ty největší panely LEAPTON 650 Wp. Nakonec se mi jich tam podařilo dostat 8, ale při jejich rozměrech cca 1,3 x 2,4m, to byl boj. Čtyři jsou pod hřebenem, připevněné na podélném L profilu 50x50x5mm a 4 svislé, pak raději na 3 podpěrných profilech 40x40mm. Další problém byl hromosvod, po jeho přeložení a několika úpravách, se mi podařilo dostat vzdálenost S alespoň na cca 0,5m, tak budu doufat, že to bude stačit. Vlastní panely jsou pak uzemněny na jiný zemnič, který je společný pro přepěťové ochrany. Panely jsou zapojeny sériově a napájí 2 měnič.
Došlo samozřejmě i na úpravu rozvaděče, který byl doplněný o pojistky, jističe…
Včera jsem zprovoznil poslední chybějící část systému elektrárny a to „nadstavbové“ hlídání napětí na jednotlivých článcích akumulátoru. Hodnoty napětí na akumulátoru a tím řízení přepínání elektrárny mezi chodem na akumulátor, nebo síť, mi zajišťuje regulátor EPEVER. Nedokáže, ale měřit jednotlivé články, tak jsem vyšel ze zapojení od alextccz z forum.mypower.cz a upravil patřičně i BMS. Ta pak pomocí přidaného obvodu s mosfety a relátky, při přepětí článku/akumulátoru, odpojí všechna solární pole pomocí ATS přepínačů od měničů a regulátoru. Tím se ukončí i nabíjení akumulátorů. Při podpětí článku/akumulátoru, vypne oba měniče a elektrárna se připojí na síť.
A BMS v krabičce.
Rok s rokem se sešel a mám tu spotřebu za 12 měsíců. Jak jsem předpokládal, ta zima mi to zase pokazila. Celková spotřeba ze sítě byla 1149kW, ze slunce 3703kW. V procentech je to cca 24% ze sítě a 76% ze solárů. Uvidíme, jak se na celkovém výkonu v následující měření projeví, před zimou přidané, to poslední solární pole.
Zima je zřejmě definitivně za námi a výsledek ve spotřebě ze sítě se hned projevil :-) Přibližně od začátku dubna už jedu skoro 100% na sluníčko, jediné co mi to kazí, je dílna a velké stroje na třífázový proud.
Trochu mi vadilo, že vlastně netuším, jakým celkovým proudem jsou nabíjené a vybíjené akumulátory. Jak měniče, tak regulátor samozřejmě hodnotu proudu ukazují, ale každý samostatně. Udělal jsem si proto jednoduchý ampérmetr, který měří celkový proud. Jako proudové bočníky jsem využil – vodiče, které vedou od akumulátorů na společnou sběrnu. Protože ty „bočníky“ jsou dva, použil jsem operační zesilovač zapojený jako sčítací, kterým sčítám hodnoty napětí z obou „bočníků“.
Ampármetr dostal svou krabičku.
28.3.2024