Kako prioritetno koristiti sunčevu energiju na brodicama
U prethodnom nastavku opisan je Solar and wind priority algoritam u sustavu razvoda energije na brodici ili kamperu. U trenutku priključenja brodice na obalu ili kampera na javni mrežni priključak trošilima su na dohvatu odjednom dva izvora energije. Energija iz javne mreže koja se plaća i (još uvijek !) besplatna sunčana energija. Solar and wind priority algoritam osigurava da se istosmjerna trošila brodice napajaju prioritetno i samo iz baterije, a nikako ne iz javne mreže i to sve dok je baterija dostatno puna. Izmjenična trošila na brodici po priključenju brodice na mrežu napajaju se isključivo iz mreže. Jednostavnost ovog algoritma ipak ostavlja napajanje izmjeničnih trošila iz mreže, jer je mreža spojena u sustav! U nastavku će se opisati mogućnost da sva trošila, dakle i istosmjerna i izmjenična na brodici ili kamperu priključenom na javnu mrežu budu napajana samo iz baterije, a tek ako ponestane energije u bateriji da se uključi mreža i da se opskrbe rastrošna trošila i dopuni baterija. Koji ćete od ova dva načina racionalnog korištenja sunčeve energije, tj što manjeg korištenja energije iz javne mreže, ostaje na vama.
Foto: Schrack Technik
Ideja optimiranja korištenja sunčeve energije za sva trošila
Baterijski sustavi na brodici s dvosmjernim pretvaračem predviđenim za spoj mreže, trošila i baterije su električno gotovo neovisni o javnoj mreži jer su namjenski, projektno, već predviđeni za višednevni autonomni rad. To znači da uz malo pažnje oko upotrebe raspoložive energije gotovo da i ne moraju imati dopunu s obale. Zašto bi takav sustav automatski po priključku na obalu tj. na javnu mrežu. odmah počeo preuzimati energiju koja se plaća, ako je zapravo još uvijek i dalje samodostatan?
Ideja koja će se opisati pretpostavlja da u tipičnoj instalaciji postoji dvosmjerni pretvarač, slika 1. Izvori električne energije u istosmjernom dijelu instalacije oko baterije opće namjene na slici 1. su: alternator s prilagodnim DC/DC pretvaračem, baterija opće namjene, fotonaponski moduli s MPPT regulatorom punjenja i dvosmjerni pretvarač koji energiju preuzima iz javne mreže.
Foto: Schrack Technik
Izmjenična trošila napajaju se iz dvosmjernog pretvarača koji može preuzeti energiju iz javne mreže, ali i iz baterije i koji tu energiju predaje na dva izlazna izmjenična strujna kruga, slika 2. Dvosmjerni pretvarač na ulaznoj strani ima dva zaštitna feed-back releja spojena u seriju (ulazni AC releji).
Njihova zaštitna funkcija dolazi do izražaja ako nestane mreže. Tad se pretvarač mora sam isključiti s javne mreže kako se ne bi ugrozilo osoblje koje možda upravo radi zahvat na javnoj mreži. To je i razlog za postojanje dva ulazna releja spojena u seriju kako bi u slučaju zatajenja jednog, još uvijek se moglo dogoditi isključenje pretvarača s mreže kroz drugi ulazni relej.
Funkcija ulaznih releja je i spoj na mrežu, ako mreža postoji. U shemi priključaka pretvarača uočava se kako je jedan izmjenični izlaz spojen uvijek i na njemu je izmjenični napon bilo mreže, bilo izmjenjivačkog dijela pretvarača dok nema mreže na ulaznom dijelu. No drugi izlaz spojen je preko izlaznog releja koji je automatski uključen ako je pretvarač spojen na mrežu.
Na ovom drugom izlazu spajaju se rastrošna, luksuzna trošila koja su tako na raspolaganju tek ako je priključak mreže ostvaren, primjerice dok je brodica u luci, ili kamper priključen na priključni ormarić u kampu. Tako se već projektom namjene izlaznih strujnih krugova pazi da jaka trošila ne crpe (uvijek!) skupe baterije i tako im skraćuju životni vijek.
U dvosmjernom pretvaraču je i GND relej koji je opisan jako detaljno prilikom objašnjenja primjene RCD sklopke na plovilima. Ako nema javne mreže nul izlazni vodič mora tako biti spojen s kućištem pretvarača i uzemljenjem brodice ili kampera. Ako je javna mreža prisutna, onda uzemljenje, tj zaštitni vodič dolazi iz javne mreže i izlazni nul vodič iz pretvarača ne smije biti spojen s kućištem pretvarača ili zaštitnim vodičem na brodici/kamperu kako ne bi došlo do prorade RCD sklopki.
Foto: Schrack Technik
Ideja optimiranja korištenja sunčeve energije za sva trošila svodi se na upravljanje ulaznim relejom (feed back relejom). Da bi sunčeva energija imala prioritet za napajanje svih trošila mora se moći zanemariti postojanje javne mreže na ulaznim priključcima pretvarača i ne dozvoliti prolaz energije iz mreže prema trošilima.
To se može samo namjernim isključenjem feed back releja unatoč prisustva mreže. Zato se ovakva opcija optimiranja korištenja sunčeve energije naziva Ignore AC input. Kako sam riječ kaže, mreža postoji, pretvarač mjeri prisustvo mreže, ali je namjerno ne spaja, ignorira postojanje mreže. A spojit će mrežu samo ako se „mora“, dakle za zaštitu baterije ili ako je potrebna veća snaga trošila.
Tako se javna mreža koristi na isti način kao da je umjesto mreže na raspolaganju generator. Za generator je jasno da se on priključuje samo ako se baš mora, a u ovom slučaju upravo tako se odnosi i prema javnoj mreži! Ona postaje tek mogući pomoćni izvor.
Uvodno je i naglašeno da su sustavi na brodici ili na kamperu gotovo neovisni i da im niti generator niti mreža gotovo nisu potrebni. Sve dok je baterija dostatna, bilo po danu bilo po noći, sva trošila, dakle istosmjerna i izmjenična, mogu se napajati iz baterije, tj iz Sunca. Mreža, iako je prisutna, ostaje neuključena u sustav, slika 3.
No ako baterija dođe u opasnost prekomjernog pražnjenja, tad se automatski uključuje već prisutna mreža, opet bilo po danu bilo po noći, kako bi se baterija jednokratno napunila. Održavanjem isključenog stanja feed back releja (ulaznog AC releja pretvarača) sve dok nije ugrožena baterija, sunčeva energija u stanju brodice/kampera u mirovanju automatski postaje jedini, pa tako i prioritetni, izvor energije.
Foto: Schrack Technik
AC ulazni relej može se programirati za selektivno zanemarenje raspoložive mrežu nadzorom dvije veličine: napona baterije i/ili opterećenja izmjeničnih trošila.
Mreža se zanemaruje sve dok su baterije dovoljno pune. Mreža se propušta kroz pretvarač ako su baterije prazne, tj. ispod zadane razine napunjenosti.
To se može dogoditi, primjerice, noću ili tijekom dužeg razdoblja lošeg vremena ili ako su se jača trošila neracionalno koristila. U ovom scenariju dvosmjerni pretvarač će nadzirati napon baterije. Propustit će mrežu kada je napon baterije prenizak i ako to stanje traje neko određeno vrijeme. Ignorirat će mrežu čim se napon baterije poveća iznad određene razine i ako to ispravno stanje traje zadano određeno vrijeme. Osim po naponu, dvosmjerni pretvarač može isključiti bateriju i po stanju napunjenosti (engl. State of charge, SOC)
Mreža se zanemaruje ako sustav napaja izmjenična trošila male snage. Mreža se propušta kroz pretvarač ako su izmjenična trošila velike snage!
Ova se postavka može koristiti za dopuštanje mreže dočim je izmjenično opterećenje veće od snage dvosmjernog pretvarača. To će spriječiti trajno preopterećenje i izbacivanje pretvarača iz rada. No ova se postavka također može koristiti i za svako veće opterećenje koje se ne želi napajati iz baterije, a postoji raspoloživi priključak mreže! Tako se baterija štiti od prevelike struje pražnjenja.
U ovom scenariju dvosmjerni pretvarač primjerice Multiplus, će nadzirati izmjenično opterećenje na svom izlazu. Čim izmjeri opterećenje iznad određene, zadane razine, a koje traje zadano vrijeme, pretvarač će pustiti mrežu kroz sebe. Pretvarač će prestati propuštati mrežu kroz sebe, tj. isključit će se s mreže, čim izmjeri da je AC opterećenje palo ispod određene razine, opet tek nakon zadanog vremena u stanju manjeg opterećenja.
Podešavanje opcije Ignore AC input
Ova opcija zanemarenja prisutne izmjenične mreže (Ignore AC input) nije postavljena u tvorničkom podešenju dvosmjernog pretvarača. Kako bi se postavile potrebne postavke nužno je preko računala postaviti potrebne parametre u dvosmjernom pretvaraču. U tu svrhu preuzmite i instalirajte besplatni paket VEConfiguration tools na ovoj web stranici. Iz mnoštva alata u paketu potrebna su samo dva: VE.Configure i VE.Flash, slika 4.
VE.Flash program služi za osvježavanje firmware-a dvosmjernog pretvarača, a VE.Configure za postavljanje potrebnih parametara. Dodatno, morate imati i MK3-USB uređaj spojen RJ45 UTP prespojnim kabelom s dvosmjernim pretvaračem. MK3-USB uređaj je sučelje između računala i dvosmjernog pretvarača koje povezuje USB izlaz računala s VE.Bus priključkom na dvosmjernom pretvaraču. Prilikom programiranja dvosmjernog pretvarača na njega smije biti spojeno samo MK3 USB sučelje, sve ostale VE.Bus jedinice moraju se isključiti iz dvosmjernog pretvarača, tj. druga VE.Bus priključnica na pretvaraču mora biti prazna, slika 4. Svejedno je koja od dvije raspoložive VE.Bus RJ45 utičnice na dvosmjernom pretvaraču će se koristiti za spoj s MK3 – USB sučeljem, tj. računalom.
Foto: Schrack Technik
Nakon što ste otvorili VE.Configure, kliknuli na [Port Selection] izbornik i klikom na [Com port] izabrali USB izlaz preko kojeg će se odvijati komunikacija, računalo će pronaći dvosmjerni pretvarač i iz njega pročitati i prikazati postavljene parametre u zaslonima programa VE.Configure.
Uvijek je dobra praksa prije početka nekog zahvata spremiti pročitane postavke, pogotovo ako ovaj zahvat radite naknadno, tj. ne na novom uređaju već na uređaju koji je već u radu. Kako biste bili skroz sigurni da spremate upravo parametre iz dvosmjernog pretvarača, a ne s ekrana VE.Configure kliknite na [Get settings] tipku netom prije nego što želite pospremiti postojeće parametre u pretvaraču. Tako se namjerno prenose svi parametri iz pretvarača u VE.configure. Sada izaberite [File] izbornik i na njemu [Save settings] liniju. Time spremate parametre u datoteku naziva po želji.
Ako pak želite učitati postavke iz neke spremljene datoteke s računala izaberite [File] izbornik i na njemu [Load settings] liniju ako želite u VE.Configure i parametri iz datoteke su na zaslonima VE.Configure. Nakon željenih promjena parametara morate pritisnuti i tipku [Send settings] kako bi parametri sa zaslona računala prešli u pretvarač. Na kraju i u izborniku [File] izaberite [Save settings] liniju i spremite podešenje u novu datoteku nekog željenog naziva.
Za postavljanje parametra opcije zanemarenja AC mreže izaberite [Virtual switch] jahač, a na njemu [Usage] jahač, a u tom zaslonu [dedicated ignore AC input] liniju, slika 5. lijevo (crvene točke 1, 2 i 3). Potom izaberite [Ignore AC input] jahač, slika 5 desno, (crvena točka 4). Na tom zaslonu su dva polja (crvene točke 5 i 6) na kojoj se zadaju uvjeti za zanemarenje prisutne izmjenične mreže.
Foto: Schrack Technik
Priključenje mreže prema snazi izmjeničnih trošila
Ova se postavka može koristiti za priključenje mreže ako je izmjenično opterećenje veće od zadane razine kroz neko vrijeme (slika 6. polja označeno crveno 1 i 2). To može spriječiti preopterećenje pretvarača no i ograničiti snagu koju će izmjenjivač uzimati iz baterije.
U ovom primjeru mreža će se priključiti, tj. neće se ignorirati, ako opterećenje prijeđe 4000 W dulje od 30 sekundi. Do not ignore AC input znači da je mreža priključena, AC ulazni relej uključen, a njegovi kontakti zatvoreni. Mreža će biti zanemarena ako opterećenje padne ispod 2999 W dulje od 2 minute (slika 6. crveno označene točke 3 i 4). Ignore AC input znači da je mreža zanemarena, AC ulazni relej isključen, a njegovi kontakti su otvoreni.
Važno je postaviti vremenske zatege (crveno označene točke 2 i 4) od ostvarenja uvjeta snage priključivanja ili isključivanja s mreže. To je zato da se AC ulazni relej ne otvara i zatvara prečesto. Na slici 6 desno uočava se i razlika razina snage za priključenje i isključenje mreže. Ova razlika se postavlja kako ne bi došlo do prečestog i nepotrebno sklopnog rada ulaznog AC releja. I vremenske zatege i histereza razina snage uključenja/isključenja štite kontakte ulaznog AC releja. Ako se u polja za vrijeme zatega unese -1 tada se taj uvjet ignorira, bez obzira na postavljene vrijednosti napona ili snage!
Foto: Schrack Technik
Priključenje mreže prema naponu i stanju napunjenosti baterije
Ova se postavka može koristiti za punjenje baterija iz mreže ako se baterije preduboko isprazne. To se može dogoditi noću ili tijekom dužeg razdoblja oblačnog vremena ili duljeg razdoblja rastrošne potrošnje po danu. U primjeru sa slike 7. mreža se ne zanemaruje ako je napon baterije manji od 12,7 V tijekom 30 sekundi (crveno označeno 1 i 2) ili ako je stanje napunjenosti manje od 40 % (crveno označeno 1). Do not ignore AC input znači da je mreža priključena i da je AC ulazni relej uključen i kontakti zatvoreni. Ako se u polja za vrijeme zatega unese -1 tada se taj uvjet ignorira, bez obzira na postavljene vrijednosti napona ili snage!
Mreža će se ponovno zanemariti ako napon baterije prijeđe zadanu razinu kroz neko vrijeme ili ako baterija dostigne određeno stanje napunjenosti. Stanje Ignore AC input znači da je mreža zanemarena, AC ulazni relej isključen, a njegovi su kontakti otvoreni. Osim napona baterije, isključenje mreže može se dogoditi i po razini napunjenosti, tj. nakon završene faze udarnog punjenja (engl. bulk finished) ili završene faze apsorpcije (engl. absorption finished).
Odabir završene faze apsorpcije dobar je način za osiguranje povremenog potpunog punjenja baterija prije isključenja mreže. No može dovesti i do većeg računa za struju. Ne treba zaboraviti kako je faza apsorpcijskog punjenja olovne baterije manje učinkovita od faze udarnog punjenja. I upravo to bi mogao biti razlog za odabir završene faza udarnog punjenja za isključenje mreže. Na kraju faze udarnog punjenja olovno-kiselinski akumulator je otprilike napunjen oko 85 % svog kapaciteta.
U ovom primjeru prikazan je uvjet ponovnog isključenja, zanemarenja mreže, ako je apsorpcija završena i to stanje je trajalo 5 minuta (slika 7. crveno označene točke 3 i 4). Odmah ispod primjera, (označeno opet crvenom točkom 3 na slici 7.) su svi mogući izbori za ponovno isključenje mreže. Po naponu, primjerice 51 V kroz 3 minute za neku 48 V bateriju, po završenoj udarnoj fazi punjenja kroz primjerice 3 minute ili po završenoj apsorpciji kroz primjerice 3 minute.
Na slici 7. desno uočava se histereza za uključenje ili isključenje mreže, po naponu i stanju napunjenosti. U prelazu iz stanja uključenja/isključenja primjenjuje se i ovdje vremenska zatega s ciljem smanjenja sklopnih operacija ulaznih AC releja!
Foto: Schrack Technik
Ostala bitna podešenja
Opciju histereze za uključenje i isključenje mreže po stanju napunjenosti baterije smije se primijeniti samo ako u sustavu postoji nadzorno računalo Color Control GX ili Cerbo GX spojeno s dvosmjernim pretvaračem, MPPT regulatorom punjenja i BMV nadzornikom baterija. Tek odabirom BMV nadzornika u izborniku GX računala (izbornik battery monitor) za nadziranje stanja napunjenosti baterije, dvosmjerni pretvarač će preuzeti stanje napunjenosti od nadzornika baterije!
Naime samo nadzornik baterije BMV smješten neposredno na priključku baterije može mjerenjem obuhvatiti punjenje baterije i iz MPPT regulatora i dvosmjernog pretvarača, tj. pražnjenje baterije dvosmjernim pretvaračem i istosmjernim trošilima! Dvosmjerni pretvarač ne može sam, bez GX računala, prepoznati ako postoji neki drugi paralelno spojen punjač ili neka istosmjerna trošila.
Računanje stanja napunjenosti baterije u dvosmjernom pretvaraču prema struji priključaka dvosmjernog pretvarača i uzimanje tog stanja napunjenosti kao vodećeg za upravljanje AC ulaznim relejima nije ispravno! Podatak o stanju napunjenosti baterije ispravan je samo ako bi jedino dvosmjerni pretvarač bio priključen na bateriju i ako u sustavu ne bi bilo drugih punjača ili istosmjernih trošila!
Stoga je na kartici General potrebno uvijek označiti opciju da je računanje stanja napunjenosti u dvosmjernom pretvaraču dozvoljeno (označeno crveno 1 na slici 8.), a GX računalo će u složenijim sustavima s istosmjernim trošilima i punjačima podatak o stanju napunjenosti baterije u dvosmjernom pretvaraču nadjačati podatkom iz BMV nadzornika koji jedini ispravno mjeri stanje napunjenosti baterije
Punjenje baterije iz mreže može biti skupo, jer olovne baterije imaju nisku učinkovitost punjenja. Oko 20% energije utrošene za punjenje baterija gubi se u obliku topline. Ponekad se može poželjeti onemogućiti funkciju punjača u dvosmjernom pretvaraču (crveno označeno 3 na slici 8.). Ako je funkcija punjača onemogućena, a dvosmjerni pretvarač prihvaća mrežu, opskrbljivat će izmjeničnom energijom izmjenična trošila, ali neće puniti baterije. Baterije će se puniti samo preko MPPT regulatora punjenja.
U tako podešenom sustavu važno je imati dovoljno veliko fotonaponsko polje. Također je važno da su postavke napona baterije za zanemarenje izmjenične mreže postavljene na više nego što biste to inače učinili! Ovo je kako bi bilo sigurno da je u bateriji ostalo energije i za slučaj nestanka struje. Ako se baterije isprazne tijekom noći, sustav se ne može oporaviti sve dok se ne spoji vanjski punjač ili proradi punjenje iz MPPT regulatora preko fotonaponskih modula. Još jednom: potpuno isključivanje punjača u dvosmjernom pretvaraču (crveno označeno 3 na slici 8.) preporučuje se samo u sustavima koji imaju uvijek višak sunčane energije i koji uvijek iz MPPT regulatora dostatno puni bateriju!
Parametar “DC ulazni niski napon isključivanja dvosmjernog pretvarača“ (engl. DC input low shut-down, crveno označeno 2 na slici 8.) je napon baterije pri kojem će pretvarač prestati raditi. Ova razina samoisključenja štiti bateriju od predubokog pražnjenja. Ako je postavljena prenisko, baterije će se preduboko isprazniti i to će uvijek smanjiti životni vijek baterija.
Prema tvorničkim postavkama dvosmjernog pretvarača parametar DC input low shut-down se postavlja na vrlo nizak napon (primjerice 18,6 V za 24 V bateriju). Ova vrijednost se mora povećati u VE.Configure kako bi se baterije bolje zaštitile. Savjetujemo da postavite ovaj napon na 44 V (za bateriju od 48 V), 22 V (za bateriju 24 V) i 11 V (za bateriju 12 V). Ako promijenite napon parametra DC input low shut-down, i napon parametra DC input low restart će se automatski povećati. Stoga ćete morati ponovno smanjiti ovaj napon.
Postavite napon DC input low restart na 4 (2 ili 1) V iznad napona isključivanja ovisno o naponu baterija 48, (24 ili 12) V. Nakon što ste sve parametre podesili, pritisnite [Send settings] i parametri sa zaslona računala će se proslijediti u dvosmjerni pretvarač, a potom naravno pospremite podešenja u zasebnu datoteku.
Foto: Schrack Technik
Zaključak
U ovom smo nastavku naučili kako se može podesiti dvosmjerni pretvarač za selektivno zanemarivanje postojanje mreže, tj. kako izbjeći automatsko priključenje sve dok se ne postignu zadani uvjeti. Tako sunčana energija ima prioritet nad mrežom pri napajanju i istosmjernih i izmjeničnih trošila. Objašnjena je ideja opcije zanemarenja mreže, kriteriji za opciju zanemarenja mreže i kako postaviti i programirati ove kriterije u dvosmjernom pretvaraču s pomoću VE.configure programa.
Uz prethodni nastavak u kojem je opisan Solar and wind priority algoritam koji omogućava optimalno napajanje samo istosmjernih trošila iz sunčane energije ovim nastavkom zaokružena je tema: kako prioritetno koristiti sunčevu energiju u sustavima (brodicama ili kamperima) koji se tek povremeno priključuju na mrežu. Baterijski sustavi koji su stalno spojeni na mrežu imaju svoje algoritme za prioritetno korištenje sunčeve energije i o njima smo već pisali pri opisu našeg učila, makete električno gotovo neovisne kuće (MEGONK) u ranijim nastavcima serijala. No brodice nisu sustavi stalno spojeni na mrežu i zato se nadamo da je sada ova tema i za brodice ipak ponešto jasnija!
Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected]
