Priprema tople vode viškom energije iz sunčane elektrane

U prošlim nastavcima obradili smo DC/DC pretvarač SOL•THOR, uređaj koji električnu energiju iz fotonaponskih modula pretvara u toplinsku energiju grijača za izravnu pripremu tople vode i pri tome ne mora nužno biti spojen s mrežom jer i ne može predati energiju iz fotonaponskih modula u mrežu.

Obradili smo i uređaj AC ELWA2. Ovaj uređaj rabi višak proizvedene električne energije u mrežnoj fotonaponskoj elektrani koji bi se inače vraćao u mrežu. Tako se vrijedna, već proizvedena električna energija može lokalno bolje primijeniti, svakako bolje od poklanjanja energije u mrežu ili prisilnog gašenja ili smanjenja proizvodnje ako višak energije ne smijemo poslati u mrežu. Uređaj AC ELWA2 ima u sebi ugrađen grijač i izravno se spaja u spremnik za pripremu tople vode. U ovom članku opisat ćemo jednofazni regulator snage AC•THOR, koji preusmjerava mogući višak snage iz mrežne fotonaponske elektrane prema električnim grijačima, ali nema ugrađeni grijač u sebi.

Jednofazni regulator snage za pripremu tople vode i/ili grijanje bez integriranog grijača

Jednofazni regulator snage za pripremu tople vode i/ili grijanje prostora komercijalnog naziva AC•THOR, proizvođača my-PV GmbH je regulator snage koji ustaljeno može posluživati jedan ili dva električna grijača, ovisno o dostupnoj sunčevoj energiji i potrebi grijanja, slika 1. Regulator nema integrirani grijač pa se može primijeniti i s grijačima u sustavima za pripremu tople vode i s grijačima u sustavima grijanja prostora. A može biti primijenjen i u sustavima  koji objedinjuju i grijanje tople vode i grijanje prostora!

Foto: Schrack

Značajke regulatora snage AC•THOR su:

• jednostavna instalacija uređaja na zidni nosač, svi spojevi su realizirani utično, nije potrebno otvaranje uređaja za instalaciju, masa uređaja je 1,5 kg, a izmjere su 135 x 210 x 65 mm
• uređaj se podešava na zaslonu u boji osjetljivom na dodir,­ puštanje u rad u većini primjena moguće je bez računala i dodatnih alata
• regulator usmjerava raspoloživi višak snage fotonaponske elektrane prema grijačima i tako optimalno primjenjuje lokalno proizvedenu energiju minimizirajući povrat energije u mrežu
• izlaz je neizobličeni izmjenični napon sinusoidalnog oblika, promjenjive amplitude
• regulator komunicira preko Ethernet RJ45 i RS485 sučelja
• predviđen je za rad u instalaciji s mrežnim izmjenjivačem, s baterijskim sustavom ili s „pametnom kućom“
• izlazna snaga u rasponu od 0 do 3 kW, uz mogućnost dodatnog sklopnog izlaza 16 A
• svi priključci su rastavljivi (s konektorima).

Regulator snage AC•THOR može komunicirati s mrežnim izmjenjivačem fotonaponske elektrane, baterijskim sustavima i općenito sustavima 'pametne kuće' ili pak samo s kontrolnim brojilom primajući informacije o količini raspoloživog viška električne energije koji je na raspolaganju za preusmjeravanje u pripremu tople vode i/ili grijanje umjesto povratka u mrežu, slika 2. AC•THOR kao i već opisani pretvarač SOL•THOR i regulator snage AC ELWA 2 može se postaviti za preuzimanje energije iz javne mreže kada je ona najpovoljnija za kupnju uz dinamičko praćenje cijena/tarifa.

Foto: Schrack

Uobičajeno rješenje za pripremu tople vode je s jednim grijačem po spremniku, slika 3. No moguće je postaviti i dva grijača u spremnik što omogućuje slojevito grijanje tople vode spremnika, slika 4. Prvo se zagrijava gornje slojeve grijačem 1, a što omogućuje brzu dostupnost manje količine tople vode. Tek kada se gornji sloj zagrije, regulator relejnim kontaktom preusmjerava energiju na grijač 2. Oba grijača u ovom spoju ne mogu grijati istovremeno, već uvijek grije samo jedan od njih!  

Foto: Schrack

Foto: Schrack

Umjesto primjene oba grijača za pripremu tople vode, drugi grijač može biti grijač električnog grijanja prostora, slika 6. I u ovom spoju grijači djeluju izmjenično. Najprije se dovodi energija grijaču za pripreme tople vode (slika 6. oznaka 1), a potom grijaču za grijanje prostora (slika 6. oznaka 2). Tako je spojem određen i prioritet primjene viška energije. Tek ako i uz zagrijan spremnik i zagrijan prostor regulator ima na raspolaganju još viška energije ona se predaje u mrežu (slika 6. oznaka 3). Dobra strana je da sustav čim ponestane viška energije iz fotonaponske elektrane ustaljeno ima na raspolaganju mrežu (slika 6. oznaka 4).

U ovom slučaju moguće je postaviti dva osjetnika temperature za dva spremnika (spremnik tople vode i grijani prostor kao spremnik). Osjetnici se spajaju paralelno jer su izvedeni u sabirničkoj tehnologiji koja omogućuje prepoznavanje osjetnika. Pridruženje osjetnika uz pojedini spremnik događa se pri postavljanju parametara regulatora.  

Foto: Schrack

Foto: Schrack Technik

Ako je na raspolaganju višak snage fotonaponske elektrane veći od 3 kW moguće ga je usmjeriti i raspodijeliti regulatorom snage AC•THOR na dva grijača, slika 7. Raspoloživu snagu do 3 kW prenosi se na grijač 1. Ako raspoloživa snaga prijeđe preko 3 kW, relej regulatora će uključiti izravno grijač 2 na puni napon. Istovremeno će izlaz regulatora smanjiti snagu do trenutačno raspoložive snage umanjene za 3 kW. Tako se može ostvariti linearno predavanje snage do ukupno 6 kW.

Grijači mogu u ovom spoju po potrebi raditi paralelno, pri čemu jedan grijač radi punom snagom s 3 kW, a drugi s preostalom raspoloživom snagom, pa sve do 6 kW ukupne snage. Ako raspoloživa snaga padne ispod 3 kW, grijač 2 se isključuje i ostaje u djelovanju samo grijač 1 koji u rasponu 0 do 3 kW zagrijava vodu. Slikom 7. prikazana je logika zagrijavanje vode, no ista se može primijeniti i za zagrijavanje prostora s dva grijača do ukupne snage 6 kW.

Primijetite da u prikazanom spoju regulator koristi dvije faze radi raspoređivanja snage istovremenog rada grijača, no nema zapreke i da se koristi samo jedna faza. Regulator mjeri i računa snagu koju predaje na reguliranom izlazu, ali ne zna koja snaga stvarno ide iz mreže preko relejnog kontakta prema grijaču 2, a koji je izravno sklapan s mrežom. Stoga se preporučuje spoj brojila koje mjeri stvarnu snagu predanu preko relejnog kontakta uređaja, a da bi prikaz podataka na zaslonu regulatora bio što točniji, slika 7.

Foto: Schrack Technik

Za reguliranje izlazne snage regulator AC•THOR dobiva informaciju o trenutačnom višku snage fotonaponske elektrane preko brojila my-PV WiFi. Zato se brojilo spaja odmah iza glavnog brojila na priključnom mjestu. Regulator snage AC•THOR može prihvatiti Modbus RTU komunikaciju izravno s brojila. Alternativno može prihvatiti žičanu lokalnu računalsku vezu s usmjernikom, pri čemu brojilo bežičnim putem dostavlja informacije usmjerniku o višku snage, slika 8.

Foto: Schrack Technik

Mogući trenutačni manjak sunčeve energije može se nadoknaditi po želji i potrebi iz javne mreže uz optimiranje troška za preuzetu energiju praćenjem i prilagodbom dinamičkim cijenama/tarifama električne energije. Slično kao pretvarač SOL•THOR i regulator snage AC ELWA 2, tako se i regulator AC•THOR može postaviti za preuzimanje energije iz javne mreže kada je ona najpovoljnija za kupnju.

Zaključak

AC•THOR jednofazni regulator snage otvara nove mogućnosti iskorištenja i primjene viška energije fotonaponske elektrane jer se mogu promijeniti bilo za pripremu tople vode, bilo za grijanje prostora. Uređaj nema integrirani grijač stoga se može primijeniti postojeći otpornički grijač bilo za toplu vodu, bilo  za grijanje prostora. Uređaj može raditi u izmjeničnom radu s dva grijača, ili se može spojiti u spoj za paralelni, istovremeni rad oba grijača. Time se iskorištava svaki vat viška snage elektrane umjesto da se on poklanja u mrežu ili umjesto da se nepotrebno guši proizvodnja. Grijanje vode i grijanje prostora je ekvivalentno spremanju energije u bateriju, to su alternativni i potpuno bezopasni spremni ci energije.  U sljedećem nastavku obradit ćemo trofazni regulator snage!

Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected]