Otočni sustav s olovnim baterijama – kako iskoristiti odbačene komponente
Ponekad se u vašoj blizini nađu odbačene komponente otočnog fotonaponskog sustava. One se također mogu i jako povoljno dobaviti, a iako rabljene, budu još uvijek u prihvatljivom stanju. Tad je potrebno posavjetovati se kako bi se ono što se ima moglo iskoristiti, to jest što se ipak mora nabaviti za zaokruženje funkcionalnog sustava.
Foto: Schrack Technik
U ovom slučaju bilo je baš tako – investitor je imao dio opreme iz jednog isluženog fotonaponskog otočnog sustava s olovnim baterijama u odličnom stanju, a dio je nakon savjetovanja dokupio. Sve je sam ožičio i montirao. Ostalo je tek prekontrolirati spajanje, podesiti parametre i pustiti sustav u pogon. A potom uživati obilje svoje struje!
Kad smo krenuli opisati ovaj sustav, odlučili smo ne opisivati što je to bilo staro. Zašto? Zato jer da se ništa nije prethodno imalo, konfiguracija bi bila upravo takva kava je i realizirana. Oni koji nas dulje prate – u našem priručniku mogu zaviriti u članak Upareni otočni sustavi i uvjeriti se sami. Ali kakve sad to ima veze s plovilima? Pa sve što se opisuje, iako je realizirano na obali, može se izravno „prenijeti“ na plovilo! Razmišljanje vrijedi i obratno – ako razumijete brodske sustave napajanja, eto prilike za obilje svoje struje na vikendici bez priključka struje…
Istosmjerni dio instalacije
U sustavu je trenutačno 1760 Wp modula što približno može proizvesti 1760 W x 4 h = 7040 Wh dnevno ljeti i nešto manje od polovice tog iznosa zimi. Dva su modula spojena u niz i nastavno preko zaštitnog prekidača na ulaz MPPT regulatora punjenja paralelno s još jednim takvim nizom, slika 1. Zaštitni prekidači ovdje nemaju zaštitnu ulogu, već ulogu isključenja modula iz strujnog kruga pri servisnom zahvatu oko modula ili MPPT regulatora. Između ulaznih vodiča MPPT regulatora postavljen je odvodnik struje munje i prenapona. Na slici montirane opreme vidi se zeleno-žuti vodič povezan uz ostale vodiče. Ne ulazeći u detalje, što ćemo jednom drugom prilikom objasniti, ovako povezivanje vodiča za spoj odvodnika struje munje i prenapona nije dobro. Jer ako taj zeleno-žuti vodič odvodi udarni strujni val prema zemlji, zadnje što želimo je da ta struja preskoči ili izravno ili indukcijom u paralelno postavljene vodiče u neposrednoj blizini. Investitoru je skrenuta pažnja da taj vodič izmjesti što dalje od ostalih vodiča, a što kraćim putem prema uzemljivaču, tj. prema spoju uzemljivača i voda od sabirnice za izjednačivanje potencijala do uzemljivača.
Foto: Schrack Technik
U sustavu su četiri baterije 12 V 220 Ah spojene u jednu baterijsku banku 48 V 220 Ah, slika 2. 1760 W modula će 48 V baterijsku banku puniti s 36.6 A. S ovom strujom prazna baterija će se napuniti za 220 Ah : 36.6 A = 6.1 h. Za olovne baterije optimalna ustaljena struja punjenja je ona koja napuni praznu bateriju za ne kraće od 5, a ne dulje od 7 h. Punjenje ustaljenom strujom kraće od 5 h nije dobro jer je struja punjenja prevelika, tj. baterija se pretjerano zagrijava zbog preintenzivnih kemijskih procesa. Punjenje ustaljenom koje traje dulje od 7 h također nije dobro jer je struja punjenja premala, a kemijski proces „premlak“ pa se kristali na elektrodama baterije ne mogu dovoljno dobro „protresti“ i tako dovesti do potrebnog početnog stanja čistih elektroda, tj. pune napunjenosti baterije.
Za ravnomjerno punjenje 4 serijski spojene baterije koriste se ujednačivači-„balanseri“, slika 2. Ujednačivači osiguravaju jednaki napon na sve četiri baterije. Pri kraju punjenja, ako se neka baterija prebrzo puni, ona se lagano „koči“ laganim usmjeravanjem struje kroz otpornik u ujednačivaču, dok se ona praznija pušta da joj napon raste nesmetano. Ovi sklopovi došli su iz tehnologije Litijevih baterija i produljuju životni vijek baterija. Baterije bi se bez njih za vrijeme punjenja počele razlikovati po naponu, iako uz ukupan napon punjenja u dozvoljenim granicama. Znamo da se već za 50 mV razlike pri raspodjeli napona dvije baterije u slogu, baterije počinju različito ponašati pri protjecanju iste struje. Baterija s višim naponom pri kraju punjenja počinje pliniti, jače se grije i to stanje dakako nije dobro za bateriju. Uređaji se aktiviraju pri kraju punjenja i pamte alarmno stanje na LED pokazivačima. Sve što treba napraviti ako se uoče aktivirani LED pokazivači alarmnog stanja je pritisnuti tipkalo za reset i vidjeti kroz LED pokazivače je li stanje neuravnoteženosti i dalje prisutno. Ako se ne može resetom ukloniti stanje alarma čak niti nakon nekoliko dana i nekoliko punjenja, onda postoji trajni problem u nekoj od baterija zbog kojeg ujednačivači nisu uspjeli ujednačiti baterije.
U negativnom polu priključen je mjerni član za mjerenje struje, napona i temperature baterije Smart shunt, slika 2. Temperatura se mjeri osjetnikom koji mehaničkim spojem prenosi temperaturu plus stezaljke baterijskog sloga. Naravno da temperatura priključka nije temperatura u bateriji, ali je ipak bolji podatak od primjerice temperature okoline! U spoju je ostavljena mogućnost dogradnje još jednog baterijskog sloga. Dva paralelna sloga spajaju se preko glavne istosmjerne sklopke na ostatak instalacije. Iza glavne sklopke preko odgovarajućih osigurača spajaju se dvosmjerni pretvarač, MPPT regulator, nadzorno računalo Cerbo GX i GX 4G modem zadužen za prijenos informacija daljinskog nadzora sustava na internetskom portalu Victron Remote Management (VRM).
Foto: Schrack Technik
Informacijski spoj
Srce informacijskog spoja je nadzorno računalo Cerbo GX, slika 3. Mjerni član baterije i MPPT regulator spojeni su preko VE.Direct kabela, a dvosmjerni pretvarač preko VE.Bus kabela na odgovarajuće sučelje na Cerbo GX-u. Preko USB sučelja spojen je GX 4G modem, a zaslon osjetljiv na dodir GX touch 70 preko HDMI sučelja i USB sučelja za napajanje. Upravljanje dvosmjernim pretvaračem moguće je preko izbornika na zaslonu GX touch 70, ali jedna preklopka, jedan potenciometar i nekoliko LED indikatora na Digital Multi control panelu je po jednostavnosti upravljanja dvosmjernim pretvaračem upravo nenadmašno i zato smo ga ubacili u sustav! Na Cerbo GX spojena su i dva osjetnika temperature. Na digitalni ulaz spojen je kontakt alarmnog stanja ujednačivača pa će i nakon reseta alarmnog stanja tipkalom preko daljinskog nadzora ostati zabilježeno da je alarmno stanje postojalo! Relejni izlaz broj 1 korišten je za daljinsko, automatsko upravljanje generatorom.
Foto: Schrack Technik
Izmjenični dio instalacije
Komponente izmjeničnog dijela instalacije smještene su u AC razdjelnik, slika 4. Dvosmjerni pretvarač preko zaštitnog prekidača F1 spojen je na izbornu sklopku S1. Na tu sklopku spojen je i generator preko zaštitnog prekidača F3. Generatorom se upravlja automatski i daljinski preko relejnog kontakta nadzornog računala Cerbo GX ili ručno preko sklopke S2. Izlaz prema kući zaštićen je zaštitnim prekidačem F4, RCD sklopkom F5. Sva kućna trošila moguće je isključiti sklopkom S3.
Foto: Schrack Technik
U normalnom radu fotonaponski moduli stvaraju energiju koja se šalje prema bateriji i dvosmjernom pretvaraču, a preko premosne sklopke S1 prema kući, slika 5. Ako je bilo koja komponenta fotonaponskog sustava neispravna moguće je kuću napajati iz generatora postavljanjem premosne sklopke S1 u odgovarajući položaj. Generator se uključuje preko sklopke S2.
Foto: Schrack Technik
Prednost ovog sustava je što je moguće napajati kuću i iz baterije/fotonaponskih modula preko dvosmjernog pretvarača i iz generatora. To je Power assist način rada gdje generator i izmjenjivač dvosmjernog pretvarača se međusobno pomažu u napajanju kućnih trošila. Kako je primjerice generator 3 kW, a dvosmjerni pretvarač 5 kW, ovaj jednostavni sustav može napajati do 8 kW ustaljeno. No tu ne treba zaboraviti da je baterija 220 Ah 48 V i da se ne smije prazniti tako da se cijeli kapacitet potroši za kraće od 5 h. Ako bi se praznio cijeli kapacitet za kraće vrijeme, to bi olovnu bateriju ubrzano starilo, jer su pri kraćem trajanju pražnjenja cijelog kapaciteta nužne i veće struje. U tom smislu konkretna baterija ne smije se prazniti ustaljenom strujom većom od 44 A, tj trošilom snažnijim od 44 A x 48 V = 2112 W, i to bez obzira na to što imamo izmjenjivač u dvosmjernom pretvaraču snage 5 kW. Bateriji ništa neće biti ako je povremeno „stisnemo“ s punih 5 kW trošila, ali ako bi dugotrajno se praznila s 5 kW trošilom, to bi ju također ubrzano starilo! Pri punjenju je bio ograničenje snage punjenja potpuno prazne baterije do potpuno pune za ne kraće od 5 h, ali i ne dulje od 7 h, dok je kod pražnjenja potpuno pune baterije do potpuno prazne ograničenje da pražnjenje ipak ne bude kraće od 5 h. Baterija se smije prazniti malom strujom, znači njezino pražnjenje nema ograničenja u duljini trajanja sve dok ima energije u njoj! Pri pražnjenju je jedino ograničenje da olovne baterije ne praznimo dublje od 50% kapaciteta. Pri dubljim pražnjenjima imaju manji broj ciklusa pražnjenja, dakle skraćuje im se životni vijek.
Foto: Schrack Technik
Uzemljenje i spoj generatora
Dvosmjerni pretvarač ima dva releja u sebi. GND relej i FB relej (engl. feedback, FB), slika 7. Sve dok nije spojen generator FB relej je otvoren a GND relej je zatvoren, čime je N stezaljka i PE stezaljka izvora- u ovom slučaju dvosmjernog pretvarača- spojena zajedno. To omogućuje djelovanje RCD zaštitne sklopke koja štiti od neizravnog udara električne struje. Ako dođe do kvara izolaciji i dio struje poteče preko metalnog kućišta prema uzemljenju, RCD sklopka će to prepoznati jer će se dio struje koja se vraća u izvor zatvoriti preko zaštitnog vodiča, slika 7.
Foto: Schrack Technik
Uz priključen generator GND relej se otvara, a FB relej se zatvara po sinkronizaciji izlaznog napona izmjenjivača s naponom generatora, slika 8. Stezaljka PE generatora mora biti spojena na sabirnicu za izjednačivanje potencijala. Tako će se dio struje pri kvaru izolacije i spoju linijskog vodiča na metalno kućište zatvoriti do generatora preko zaštitnog vodiča umjesto kroz neutralni vodič, a što će omogućiti djelovanje RCD sklopki na ulazu i izlazu dvosmjernog pretvarača i tako spriječiti strujni udar pri neizravnom dodiru dijelova pod naponom. RCD sklopka prije pristupa kućnim trošilima je obavezna, ona je postavljena između izvora napajanja i trošila! Iako se radi o istom potencijalu PE stezaljku ACin i ACout priključka dvosmjernog pretvarača potrebno je spojiti na sabirnicu zajedničkog izjednačivanja potencijala. Na istu sabirnicu spaja se posebnom vodičem i vijak za uzemljenje kućišta dvosmjernog pretvarača i uzemljenje kućišta MPPT pretvarača.
Foto: Schrack Technik
Slika 9. i 10. prikazuju detalje izvedbe rješenja.
Foto: Schrack Technik
Foto: Schrack Technik
Sustavom se upravlja preko zaslona osjetljivog na dodir GX touch 70, slika 11. Na ovom mjestu nećemo detaljno objašnjavati zaslone novog grafičkog sučelja jer ćemo to ostaviti za neki kasniji, cjeloviti prikaz. Posebno važna za instalaciju su podešenja u DVCC izborniku (engl. Distributed Voltage and Current Control), slika 11. Upravo preko ovog izbornika računalo Cerbo GX postavlja parametre upravljanja procesom punjenja baterija iz više izvora punjenja (MPPT i Quattro), a uz podatke mjerenja iz SmartShunt-a. Podaci SmartShunt-a postaju dijeljeni podaci za sve uređaje u instalaciji i postaju jači od podatka koje pojedini uređaji mjere na svojim stezaljkama, primjerice dijeli se očitanje temperature (engl. Shared Temperature Sense, STS), očitanje struje (engl. Shared Current Sense, SCS) i očitanje napona (engl. Shared Voltage Sense). DVCC omogućuje podesivo ograničenje struje punjenja na razini cijelog sustava, pri čemu GX uređaj aktivno ograničava rad dvosmjernog pretvarača ako primjerice solarni punjač već puni punom snagom. Tako u baterije bez obzira na izvore punjenja neće ići više od podesive, najviše dozvoljene vrijednosti struje punjenja.
Foto: Schrack Technik
Puštanje u pogon
Prilikom puštanja u pogon Smart shunt i MPPT regulator punjenja dohvatni su preko Bluetooth sučelja u VictronConnect aplikaciji. Dvosmjerni pretvarač programira se preko računala i MK3 USB sučelja i programa VE.Configure. U svim uređajima najprije se osvježava osnovni program, a potom se postavljaju parametri važni za djelovanje.
Moguće je i daljinski, preko interneta, dohvatiti i promijeniti parametre uređaja, slika 12. U VictronConnect aplikaciji se izabere VRM jahač gdje se potom prikazuju sve vaše instalacije na VRM portalu (ako niste instalater, onda će tu biti naravno samo jedna vaša instalacija). Izaberete jahač Devices (crveno 1) i na zaslonu telefona uočavate sve uređaje koji su spojeni na Cerbo GX računalo vaše instalacije (crveno 2 i 3). Sada izaberete uređaj i ulazite u izbornike uređaja kao da ste ispred njega i komunicirate Bluetooth sučeljem.
Foto: Schrack Technik
Uključenje i isključenje sustava
Uključenje sustava provodi se ovim redoslijedom: uključenje baterijske sklopke, uključenje dvosmjernog pretvarača Multiplus na digital multi control panelu, uključenje premosne sklopke S1 u položaj 1, uključenje sklopke S3 prema kući, uključenje ostale sklopne opremu u AC razdjelniku (osim sklopke S2 koja služi za ručno uključenje generatora), uključenje modula zaštitnim prekidačima između modula i MPPT regulatora punjenja. Isključenje sustava provodi se obrnutim redoslijedom od uključenja.
Zaključak
I tako je investitor uz malo postojeće opreme, malo savjetovanja i malo dokupa opreme, ali uz puno vlastitog rada došao do svoje, sada besplatne struje! U većini slučajeva ugradnja je moguća i manje vještim osobama. No zadržite odgovornost prema sigurnosti plovila, vozila ili vaše kuće i osoba, pa zato nakon razrade ideje, razmislite i procijenite ipak dobro svoje snage! Iako je riječ o jednostavnoj tehnologiji postoje tvrtke koje imaju potrebno iskustvo i izvest će ugradnju profesionalno. I vama i njima uvijek ćemo rado pomoći savjetom.
Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected]
