Systemy hybrydowe

Aktualnie konsumenci coraz częściej decydują się na systemy ESS, czyli systemy z magazynowaniem energii. Systemy ESS podobnie do systemów On-grid podłączone są do sieci energetycznej, jednak poza odsprzedażą nadwyżek energii do sieci system wyposażony jest w magazyn energii w postaci banku baterii. Takie rozwiązanie nastawione jest na maksymalną konsumpcję własną energii. W zdecydowanej większości instalacji fotowoltaicznych korelacja produkcji energii z instalacji PV nie będzie pokrywała się z zapotrzebowaniem. Szczególnie w sytuacji gdy produkcja energii jest w dzień, podczas występowania promieni słonecznych, a rozbiór energii jest całodobowy. Taka sytuacja ma miejsce szczególnie w sytuacji, gdy pod uwagę bierze się dom jednorodzinny. Największe rozbiory mają miejsce popołudniu, gdy ludzie wracają ze szkoły/pracy. W takim przypadku zaleca się zastosowanie akumulatorów.

Warto zwrócić uwagę, że w przypadku podłączenia falownika sieciowego na wyjściu z inwertera/ładowarki instalacja fotowoltaiczna będzie pracowała nawet w trakcie awarii sieci energetycznej, co w przypadku standardowej instalacji nie jest możliwe ze względu na bezpieczeństwo osób wykonujących prace remontowe, gdzie energia nie może zostać oddana do sieci.

Wśród dostępnych akumulatorów do zastosowań solarnych wyróżniamy akumulatory żelowe, OPzV - 2V cele do zastosowań solarnych, oraz litowo-jonowe. W systemach fotowoltaicznych najbardziej powszechne są akumulatory LiFePO4 ze względu na większą żywotność, większe bezpieczeństwo, oraz wiekszą wydajność w porównaniu z innymi ogniwami Li-Ion. Podstawowymi parametrami opisującymi pracę akumulatorów są parametry DOD, SOC oraz liczba cykli ładowania.

DOD (ang. Depth of Discharge) - jest to parametr określający głębokość rozładowania akumulatora, przy czym 0% DOD oznacza że akumulator jest w pełni naładowany.

SOC (ang. State of Charge) - stopień naładowania akumulatora, czyli odwrotny stan do DOD. SOC 0% oznacza, że akumulator jest w pełni rozładowany.

Liczba cykli ładowania - Jest to ilość pełnych cykli ładowania i rozładowania akumulatorów.

Jeden pełen cykl to rozładowanie akumulatora do 0%, oraz ponowne naładowanie do 100%.

W przypadku rozładowania akumulatora do 50% jeden pełny cykl wynosi dwa ładowania i rozładowania.

Bardzo często ze względu na cenę w instalacjach solarnych spotykamy sie z zastosowaniem akumulatorów żelowych jako źródło gromadzenia energii w celu późniejszej konsumpcji. Uwagę należy jednak zwrócić na parametry pracy akumulatorów żelowych, które mają dość niską sprawność w stosunku do akumulatorów litowo jonowych. Poziom rozładowania zalecany jest nie większy niż 50% przy czym rozładowując je do 50% drastycznie spada ich żywotność (do ok. 700 cykli). Ponadto akumulatory żelowe mają bardzo ograniczone możliwości ładowania i rozładowania. Producenci nie zalecają rozładowania akumulatorów prądem większym niż C20, czyli dwudziestogodzinny prąd rozładowania (dla akumulatora 100Ah prąd rozładowania powinien wynosić ok 5A). Większy prąd rozładowania wiąże się z drastyczną zmianą pojemności. Rozładowując akumulator żelowy prądem równym jego pojemności, jego znamionowa pojemność spada do ok. 60%. Ładowanie akumulatorów z kolei nie powinno przekraczać 0,2C, co oznacza że akumulatora o pojemności 100Ah nie powinno ładować się większym prądem niż 20A.

W przypadku zastosowania akumulatorów OPzV prąd rozładowania jest podawany dla prądu rozładowania C10 czyli akumulator 100Ah można rozładowywać prądem 10A. Żywotność jest wiele wyższa niż w przypadku akumulatorów żelowych, gdyż przy tym samym stopniu rozładowania - 50% akumulator żelowy ma żywotność ok 700 cykli, z kolei akumulator OPzV ok 2500 cykli. Kwestia ładowania akumulatora OPzV pozostaje niezmienna w stosunku do akumulatorów żelowych. Ważna jest jednak żywotność, którą producenci akumulatorów OPzV szacują na 20 lat.

Podstawowym urządzeniem w instalacjach z magazynem energii na komponentach Victron Energy jest urządzenie Multiplus. Jest to kombinacja przemiennika częstotliwości z ładowarką, który ma za zadanie ładować akumulator, oraz przetwarzać stałe napięcie DC z akumulatorów na prąd AC zgodny z normami w danym kraju, w Polsce obowiązuje napięcie 230/400VAC, częstotliwość 50Hz. Przy zastosowaniu Multiplus II marki Victron Energy możemy stworzyć instalację o mocy 90 kVA w układzie trójfazowym (po 30 kVA na każdą fazę). Do systemu Victron Energy podłączona zostaje sieć, akumulatory, oraz odbiorniki. Ponadto wpięty zostaje sterownik z rodziny GX, np. Cerbo GX, Venus GX lub Color Control GX (dostępne są również wersje Multiplus II GX, czyli odpowiednio Multiplus II z wbudowanym sterownikiem GX), który zbiera informację ze wszystkich urządzeń, przetwarza je i steruje pracą urządzeń. Dzięki funkcji UPS przełączenie na akumulatory odbywa się w ciągu 20 mS co pozwala na bezprzerwową pracę nawet bardzo czułych urządzeń. Multiplus jest tak przygotowany, że w przypadku podłączenia falownika sieciowego na wyjściu będzie symulował sieć energetyczną w przypadku zaniku napięcia z sieci, jednocześnie nie pozwalając na próbę odsprzedaży energii do sieci w trakcie awarii. Produkcja energii będzie ograniczana do potrzeb na konsumpcję własną, oraz na ładowanie akumulatorów. W przypadku nadwyżki energii Multiplus ograniczy produkcję energii przez falownik poprzez zwiększenie częstotliwości sieci, która zostaje podana na falownik.

Każdy ceniony producent falowników ma system monitorowania uzysków z instalacji na sterowniku, który przeważnie jest wbudowany w falownik, oraz poprzez portal internetowy. Jednak producentów, którzy oferują systemy monitorowania instalacji hybrydowych jest niewiele. Monitorowanie pozwala nam sprawdzić uzyski z fotowoltaiki, oraz stan instalacji. Poprzez monitoring można bardzo szybko wychwycić awarię instalacji, oraz przekonać się o odpowiednim doborze komponentów. Monitorowanie instalacji hybrydowych jest o tyle istotne, że mamy pod kontrolą akumulatory, które są jednym z najdroższych elementów instalacji. Dane o poziomach naładowania, rozładowania, oraz profilu zużycia są na bieżąco aktualizowane.