Kako pretvoriti kuću u električki skoro neovisnu (1)
Opisat će se ideja električno skoro neovisne kuće. Zašto „skoro neovisne“? Zato što je kuća i dalje stalno spojena na javnu mrežu, no iz nje povlači energiju samo u količini koju nije uspjela povući iz Sunca. Ako je kuća opremljena s dovoljno fotonaponskih modula i ima dostatno baterija, kuća bi mogla biti i potpuno električno neovisna, tj ne bi uopće morala imati priključak na javnu mreže.
Foto; Schrack Technik
Danas najčešće i najpovoljnije opremanje vlastitog doma sa sunčanom elektranom ide u smjeru primjene mrežnog izmjenjivača i polja fotonaponskih modula, slika 1. Ako ima Sunca energija će se proizvoditi u fotonaponskim modulima i predavati trošilima kroz mrežni izmjenjivač i kućnu instalaciju. Kuća troši onoliko energije koliko to zahtijevaju trošila pa će trošila uzeti što im treba. Ako se u trenutku proizvodi više nego su trenutačne potrebe trošila, taj višak će se proslijediti iz instalacije u javnu niskonaponsku mrežu. A ako se iz Sunca proizvodi manje energije od potreba trošila (primjerice za oblačna dana) ili se uopće ne proizvode jer je noć, tada će se manjak dopuniti iz mreže. Javna mreža je zapravo velika javna baterija iz koje se preuzima (kupuje) nedostajuća potrebna energija ili joj se predaje (prodaje) višak energije.
Foto; Schrack Technik
Takav model proizvodnje energije koji ima cilj što više proizvedene energije iskoristiti lokalno i nema za cilj proizvodnju samo za prodaju u mrežu je široko rasprostranjen model u Europi danas. Mana takvog sustava je što pri predaji viška energije u mrežu se ipak ne dobiva ista cijena kao kada tu energiju kupujete. Kroz razne tarifne modele koji jesu i koji će tek dolaziti, za očekivati je da se ovaj odnos skuplje kupnje i jeftinije prodaje neće mijenjati. Kako tome doskočiti? Ako bi se energija mogla spremiti u vlastitu bateriju, a ne je jeftino prodavati u mrežu kada je zapravo svi mogu prodati, tada bi se ona mogla odgođeno koristiti, dakle onda kada je svi kupuju i kada biste je i vi kupovali!
Zašto vlastiti spremnik energije
Slika 2. pokazuje variranje snage trošila (žuta linija) i proizvodnje kroz jedan dan i noć u kući sa sunčanom elektranom i vlastitim spremnikom energije. Energija iz Sunca se predaje trošilima, sprema u bateriju, a kad se baterija napuni, višak energije se predaje u mrežu. Energija za kućna trošila se dobiva iz Sunca dok ga ima, kasnije iz baterije kad sunce zađe, a tek kad se i baterija isprazni, kuća se napaja iz mreže. Bilo bi savršeno da se ništa ne sprema u mrežu i da se ništa ne uzima iz mreže. To je idealno željeno stanje samopotrošnje (engl. self consumption) kojemu se u svakom projektu stremi. Nije ga uvijek moguće u cijelosti ostvariti jer disciplina stanara kuće i njihove potrebe ipak nisu u svakom trenutku 100% predvidive. Kuća je stalno spojena na mrežu, no ona se inteligentno i minimalno koristi kao produžetak kapaciteta vlastite baterije.
Foto; Schrack Technik
Dvosmjerni pretvarač – sučelje između baterije i kućne instalacije
Baterija se može spojiti u kućni sustav preko dvosmjernog pretvarača. Taj uređaj može iz izmjenične mreže uzimati energiju i puniti bateriju, ali može i iz baterije uzimati energiju i predavati je na mrežnu stranu i to bilo trošilima bilo u javnu mrežu, slika 3. U tom uređaju događa se istosmjerno/izmjenična i izmjenično/istosmjerna pretvorba struja i napona. U oba smjera predaje se u bateriju ili uzima iz baterije određena snaga. Snaga prisutna u razmjeni u nekom vremenu je energija. Svaki prolaz s izmjeničnog u istosmjernu stranu pretvarača (ili obratno) događa se uz nužne gubitke. Dvosmjerni pretvarač ima korisnost 95%, tj. 5% električne energije se pretvara u beskorisnu toplinsku energiju u uređaju.
Foto; Schrack Technik
Kako uvući Sunce u sustav
Bez Sunčeve energije sustav sa slike 3. zapravo i nema smisla. Ako se doda baterija i dvosmjerni pretvarač na sustav sa slike 1 (kuća opremljena sunčanom elektranom za samopotrošnju s mrežnim izmjenjivačem), tada je sunce uvučeno u sustav, slika 4. Fotonaponski paneli predaju Sunčevu energiju u obliku električne energije preko mrežnog izmjenjivača u sustav prema trošilima i prema dvosmjernom pretvaraču koji je može usmjeriti u bateriju. Ovo je optimalni put energije iz fotonaponskih panela za trenutačno trošenje. Ako je baterija puna, dio energije može ići u javnu mrežu. Nakon što nestane Sunca može se koristiti energija iz baterije. Za primijetiti je da pri prolasku spremljene energije iz baterije prema kućnim trošilima mora opet doći do istosmjerno/izmjenične pretvorbe. Za odgođeno, primjerice večernje korištenje, električna energija proizvedena iz Sunčeve energije u mrežnom izmjenjivaču dva puta prolazi kroz dvosmjerni pretvarač. Prvi puta dok se po danu kao proizvodni višak sprema u bateriju, a drugi puta kada se iz baterije uzima i predaje trošilima u večernjim satima. To znači da se događaju dva puta i gubici pretvorbe, tj. da se od polazne električne energije proizvedene iz Sunca gubi i 10 % u dvosmjernom pretvaraču.
Foto; Schrack Technik
Ako se Sunčeva energija za odgođeno korištenje puni u bateriju preko MPPT regulatora punjenja, tada na putu do trošila prolazi samo jednom kroz istosmjerno/izmjeničnu pretvorbu u dvosmjernom pretvaraču, slika 5. To je optimalni put energije kroz sustav za odgođeno korištenje. I mrežni izmjenjivač sa slike 4. i DC/DC regulator punjenja također imaju svoje gubitke, no oni su neizbježni.
Foto; Schrack Technik
Kako se energija za trenutačno korištenje proizvodi optimalno u mrežnom izmjenjivaču, a energija za odgođeno korištenje u DC/DC regulatoru punjenja, logična je ideja podijeliti na dva dijela fotonaponsko polje, slika 6. Tako Sunčeva energija kroz dan dolazi do kućnih trošila uz minimalne električne gubitke.
Foto; Schrack Technik
Kako usmjeravati energiju u sustavu
Na slici 7. se prikazuju još jednom svi mogući smjerovi energije. U svakom dijelu sustava energija može ići u oba smjera, osim u trošila. Trošila mogu samo preuzimati energiju. Kad su „prokrčeni“ optimalni putevi energije kroz sustav, tj. putevi s najmanjim mogućim gubicima, lako je zamisliti potrebu da netko definira pravila koja to energija, kada i kuda smije teći!
Foto; Schrack Technik
Netko mora usmjeriti višak energije proizveden u mrežnom izmjenjivaču dok ima Sunca u bateriju sve dok je ona prihvaća, netko mora usmjeriti energiju iz baterije u dvosmjerni pretvarač i trošila, a ne da se trošila napajaju kupljenom energijom iz mreže. Netko mora odrediti koliko će se energije iz mreže i u kojem slučaju pustiti prema bateriji, netko mora osjetiti da nema Sunca, da je baterija prazna i propustiti svu energiju iz mreže trošilima ili pak da nema Sunca, da postoje trošila, a da se energija uzme iz baterije umjesto iz mreže…Upravo tu ulogu „skretničara“ ima malo nadzorno računalo u sustavu, slika 8. Da bi se moglo uspješno upravljati sustavom bitno je znati stanje na priključno- obračunskom mjestu, tj. da li kuća prima ili predaje energiju. Na tom mjestu distributer postavlja svoje obračunsko, dvosmjerno brojilo po kojem na kraju mjeseca stižu i računi. U to brojilo se ne smije dirati pa je nužno postaviti digitalno dodatno kontrolno brojilo kojim se mjeri stanje na obračunskom mjestu za potrebe upravljanja usmjeravanja energije. To dodatno brojilo je spojeno na nadzorno računalo koje upravlja svim uređajima sustava. Tek mjerenje na sučelju kuće omogućuje da se kuća prema mreži ponaša na željeni način, primjerice da se postavi da je potrošnja kuće 0 W sve dok ima sunca ili energije u bateriji!
Foto; Schrack Technik
Primijetite na slici 8. da su dvosmjerni pretvarač i baterija priključeni u instalaciji na bilo kojem mjestu, (u jednofaznoj instalaciji sustav može biti priključen u neku utičnicu!), a da se kontrolnim brojilom i mjerenjem dohvaća stvarno ponašanje kuće na obračunskom mjestu. Ako se dvosmjerni pretvarač stavi odmah na ulazu kućne instalacije iza brojila distributera, tada sva energija za trošila prolazi kroz dvosmjerni pretvarač i dodatno brojilo nije potrebno. Mjerenje koje obavlja dvosmjerni pretvarač odgovara ujedno mjerenju priključnog mjesta, slika 9. Varijanta sa slike 9 je jednostavnija za novogradnje, dok je varijanta sa slike 8. pogodnija za rekonstrukcije postojećih građevina i instalacija.
Foto; Schrack Technik
Zašto demonstracijska mobilna maketa
Na tragu slike 9. nastala je ideja napraviti pokretnu demonstracijsku maketu takvog sustava, slika 10. Uz pomoć ovakve makete moguće je pokazati učinkovitost, jednostavnost i prilagodljivost sustava na terenu. Kome to zapravo? Učenicima srednjih stručnih škola koje imaju veze s elektrotehnikom. Na nastavi je moguće pogurati maketu iz razreda u razred, premjestiti je, ako je potrebno utovariti u auto i pokazati je negdje drugdje…Umjesto fotonaponskih panela koristiti istosmjerni izvor i simulirati Sunce proučavajući puteve energije kroz sustav sa slike 7. Zašto učenicima? Zato što se oni mogu oduševiti mogućnostima sustava i shvatiti budućnost koju mi odrasli malo sporije shvaćamo gledajući sve kroz novce i brzinu isplativosti.
Foto; Schrack Technik
Kako ne bi sve ostalo na riječima, nekoliko maketa je već donirano srednjim školama, a sljedećih nekoliko se priprema. To je kap u moru potrebnog znanja i opreme, no sve započinje prvim korakom. Potrebno je izazvati oduševljenje i doživjeti sustav. Slika 11. i 12 su temeljne „izazivačice“ interesa. Podesiti snagu kuće na 0 W, a potom uključiti u kući grijalicu 1800 W, dodati malo „Sunca“, spojiti se na mrežu, isključiti se s mreže, pratiti što se događa… Sve se to može i daljinski preko interneta i na mobilnom telefonu.
Foto; Schrack Technik
Foto; Schrack Technik
Zaključak
Sva znanja stečena na ovoj maketi i prije svega dobar osjećaj praćenja rada sustava na pametnom telefonu ili računalu i vizualiziranja upravljanja energijom u učenicima (nadamo se u i svakom čitatelju) provjereno bude spoznaju da se može trošiti samo ono što se ima. Nas starije, da ne kažem stare, na to su podsjećali roditelji: ugasite djeco svjetlo da uzalud ne gori. Mi to nismo prenijeli mlađim generacijama. Kako cijene energenata rastu rasipnički pristup energiji u kućanstvu, pogotovo jeftinoj, imat će tek neki. Ipak pristup znanju kako uhvatiti besplatnu sunčevu energiju je i dalje besplatan… U narednim nastavcima opisat će se shema, izvedba i programiranje makete koju bi svatko od nas poželio imati kod sebe doma već danas, a svakako do skore zime. No ne činimo ovo radi ove zime, činimo ovo kako bi prvenstveno nove generacije koje ulaze na tržište rada bile spremne za ono što ih, nadajmo se, tamo već čeka!
Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected]
Pročitajte i prethodne nastavke iz serijala o pretvaranju kuće u električno gotovo neovisnu o električnoj mreži:
Kako pretvoriti kuću u električno gotovo neovisnu o javnoj mreži (1)
Kako pretvoriti kuću u električno gotovo neovisnu o javnoj mreži (2)
Kako pretvoriti kuću u električno gotovo neovisnu o javnoj mreži (3)
