Solar and wind priority algoritam za mobilne baterijske off-grid sustave

U trenutku priključenja brodice na obalu postaju prisutna dva izvora energije. Obalna energija se plaća, a sunčana energija i energija vjetra se ne plaća. Zato je logično da sustav razvoda energije na brodu prepozna trenutak priključenja i dopusti besplatan izvor za napajanje trošila i punjenje baterija, tj. da energiju s obale koristi ipak samo „ako se baš mora“ i to kako bi se spriječilo preduboko pražnjenje i uništenje baterije. Ako se ne poduzme ništa, obalna mreža, vjetar i sunce će zajedno nastojati držati bateriju napunjenu, a kako je mreža „jača“, sve dok smo priključeni na obalu, za vjerovati je da će većina energija u bateriju doći iz mreže i uz plaćanje. Primjenom Solar and wind priority algoritma to ne mora biti tako!

Foto: Schrack Technik

Po priključenju na obalu sustav ulazi jednokratno u Sustain način rada (moglo bi se prevesti kao „održavanje“) kroz sedam dana. Ako kroz to vrijeme nema dovoljno sunca ili vjetra za istosmjerna trošila, pokrenut će se puni ciklus punjenja baterije do 100% s obalnog napajanja. To će osigurati da baterije ostanu u optimalnom stanju, kao i da budu spremne za sljedeću upotrebu. Nakon tih sedam dana (uz pretpostavku da je brod stalno spojen na obalno napajanje), sustav izlazi iz Sustain načina rada. Po izlasku iz Sustain načina rada baterije će se održavati potpuno napunjene i tek danju će se dati prednost solarnoj energiji u odnosu na kopneno napajanje za istosmjerna trošila kao što su pumpe i ostala istosmjerna trošila. Sustav će se vratiti u Sustain način rada, tj. primjenu Solar and wind priority algoritma tek po isključenju pa ponovnom priključenju obalnog napajanja!

Foto: Schrack Technik

Sustain način rada, tj. Solar and wind priority algoritam osim na brodovima primjenjiv je i za kampere i druge sustave koji se povremeno spajaju na javnu mrežu. Za sustave sa stalnim priključkom na javnu mrežu, primjerice kuće i općenito stacionarne sustave postoji drugačije rješenje, tzv. Energy storage system algoritam o kojem smo pisali već u serijalu i predstavili ga kroz naše edukacijsko učilo MEGONK (maketa električno gotovo neovisne kuće).

Zahtjevi na opremu sustava

Za Sustain način rada, tj. Solar and wind priority algoritam u sustavu mora biti Victron dvosmjerni pretvarač (izmjenjivač/punjač), primjerice Multi, MultiCompact, MultiPlus, MultiPlus-II ili Quattro. Multi RS pretvarač (još) ne podržava ovaj način rada. Solar and wind priority algoritam preko dvosmjernog pretvarača priključenog na izmjeničnu mrežu određuje izvor energije za napjanje izmjeničnih trošila uz prioritet korištenja sunčane energije. U sustavu mora postojati DC/DC MPPT regulator punjenja baterije koji izravno puni bateriju energijom iz fotonaponskih modula. Dobro je ako je i on Victron proizvod, ali to nije nužno! U sustavu se može naći i vjetrogenerator s određenim punjačem (Victron trenutačno još nema regulatore punjenja za vjetrogeneratore).

Solar and wind priority algoritam odvija se u dvosmjernom pretvaraču, no potrebni su još i Ve.Bus smart Dongle ili GX računalo. Ve.Bus smart Dongle ili GX računalo se koristi samo za pokazivanje korisniku što sustav radi, ali i za pružanje opcije da se po potrebi nadjača algoritam, tj. prekine izvođenje algoritma i da se trenutačno krene u punjenje baterije iz mreže, ako se primjerice želio napuniti baterije zbog planiranog skorog isključuja s izmjenične mreže (isplovljavanje brodice ili odlazak s kamperom).

Detalji instalacije

Ako je u dvosmjernom pretvaraču aktiviran Solar and wind priority algoritam, tj. pretvarač se nalazi u Sustain načinu rada, koristit će energiju s obale kako bi osigurao da napon baterije ne padne ispod zadanog napona za održavanje, Sustain razine. Struja s obale poteći će samo ako je to zaista potrebno, tj, ako bateriji padne napon ispod Sustain razine. Za punjenje baterije, kao i napajanje istosmjernih potrošača, prednost imaju Sunce i vjetar. Za izmjenična trošila to nije slučaj, za napajanje izmjeničnih trošila prioritetno će se koristiti energija s obale, ne energija iz baterija- zato smo se i priključili na obalu! To u većini sustava s malim kapacitetima baterija zapravo i nije problem, jer primjerice raspoloživi moduli i vjetrogenerator i tako vjerojatno nisu dovoljni za željena komforna izmjenična trošila dok je brod spojen na obalnu mrežu. (No da, moguće je i izmjenična trošila napajati prioritetno iz baterije, solarne energije i energije vjetra, alo kroz opciju Ignore AC input, u VictronConnectu dostupne opcije kao izbornik postavki Conditional AC input connection. Tamo je moguće zadati uvjete pod kojima će se ignorirati priključeno obalno napajanje. Ovu opciju opisat ćemo u sljedećem nastavku.)

Algoritam Sustain načina rada odlučuje o akciji mjerenjem napona baterije, što ga čini jednostavnim, robusnim i učinkovitim. Ne zahtijeva integraciju s nadzornicima baterije, GX uređajima ili središnjim kontrolnim mehanizmima nadzora baterije kao što je primjerice Victronov DVCC (i taj mehanizam bi vrijedilo opisati jer primjećujemo da se ne razumije u praksi!).

Solar and wind priority algoritam, tj. Sustain način rada djeluje i za sustave s posebno nadziranom baterijom, gdje BMS upravlja procesom punjenja (aktivirana Victron DVCC opcija), kao i za sustave koji koriste olovne baterije ili LFP baterije s integriranim BMS-om u bateriji, gdje Victron dvosmjerni pretvarač vodi samostalno proces punjenja. Primjeri upravljanih baterijskih sustava su Lynx Smart BMS s Victronovim LFP baterijama, baterije MG Electronics s MG Master LV i slično. Za takve sustave, tijekom tih prvih 7 dana, Victron dvosmjerni pretvarač će puniti bateriju na razinu postavljenog Sustain napona, umjesto napona punjenja kojim upravlja BMS baterije (BMS naime dostavlja sustavu potrebnu razinu napona tj. charge voltage level, CVL.) Ali ako je CVL razina ispod postavljenog Sustain napona, tada će se sustav puniti do CVL razine napona.

Upute za konfiguraciju

Kako bi Solar and wind priority algoritam mogao raditi potrebno je osvježiti firmver na dvosmjernom pretvaraču i u upravljačkom uređaju (GX uređaj ili VE.Bus Smart Dongle uređaj). Osvježenje firmvera dvosmjernih pretvarača Victron, kao i bilo kakve izmjene konfiguracije, preporučuje se prepustiti obučenom osoblju. Osvježenjem firmvera sve će se postavke vratiti na tvornički zadane vrijednosti, stoga je bitno spremiti postojeće postavke pretvarača prije osvježenja, ako su bitne. Po osvježenju potrebno je ponovno konfigurirati postavke pretvarača, aktivirati algoritam Solar and wind priority i nadopuniti je Sustain parametrom. Osvježenje firmware GX uređaja ili VE.Bus Smart Dongle uređaja je jednostavnije jer uređaji pamte postavljene parametre pri osvježavanju.

Korak 1. Instaliranje potrebne verzije firmvera u uređaje

• U dvosmjerni pretvarač Victron postavlja se verzija firmvera (506 ili novija!) koja u sebi ima Solar and wind priority algoritam. To se može učiniti kroz aplikaciju VictronConnect, izravnom vezom na pretvarač s MK3-USB sučeljem preko računala (postoje detaljne upute), kao i daljinski preko VRM portala (postoje detaljne upute).
• Sustavi s GX uređajem: GX uređaj osvježava se na v3.10 (ili noviju verziju!). Upute za osvježavanje potražite u korisničkom priručniku.
• Sustavi s VE.Bus Smart Dongle uređajem: VE.Bus Smart Dongle uređaj osvježava se na v1.16 (ili noviju verziju!) pomoću aplikacije VictronConnect.

Korak 2. Aktiviranje Solar and wind priority algoritma

Nakon osvježavanja firmware mora se u dvosmjernom pretvaraču aktivirati Solar and wind priority algoritam (Sustain način rada) i zadati Sustain razina napona baterije, slika 2. i 3. Dvosmjerni pretvarač se može dohvatiti s pomoću besplatne aplikacije VictronConnect i VE.Bus Smart Dongle uređaja koji je spojen na pretvarač preko VE.Bus sabirnice. Pametnim telefonom kroz aplikaciju VictronConnect i Bluetooth vezu dohvaća se VE.Bus Smart Dongle uređaj i u njemu se izabire podešavanje (crveno 1), pa u izborniku Advanced (crveno 2) aktivira algoritam (crveno 3) i postavlja razina „Sustain“ napona (crveno 4).

Foto: Schrack Technik

Foto: Schrack Technik

Dvosmjernom pretvaraču može se pristupiti i preko MK3 uređaja koji spaja USB izlaz računala i VE.Bus sabirnicu pretvarača, a aktiviranje Sustain način rada i izbor Sustain razine napona može se napraviti kroz besplatnu aplikaciju VE.Configure, slika 4. U VE.Configure izabire se izbornik Advanced (crveno 1), aktivira Sustain način rada (crveno 2) i konačno postavlja Sustain razina napona, (crveno 3).

Foto: Schrack Technik

Razina napona u Sustain načinu rada do koje će se prazniti baterija, a uz dopunjavanje samo iz sunčeve energije ili energije vjetra zavisi od vrste baterije i naponu sustava, Tablica 1.

Tablica 1 | Foto: Schrack Technik

Za LFP baterije, postavljanje napona 13,0 V (3,25 V po ćeliji) znači da će algoritam održavati stanje napunjenosti od približno 30%.

Druge povezane postavke

Ako punjač ima stanje Storage ono je i dalje dostupno. To je stanje potpuno pune baterije i dugotrajnog ne uzimanja energije iz baterije, dvosmjerni pretvarač prelazi u Storage stanje 12 sati nakon stanja potpune napunjenosti jer se pretpostavlja da i dalje neće biti aktivnosti trošila.

U dvosmjernom pretvaraču (ali i drugim punjačima!) se uobičajeno postavlja period ponavljanja apsorpcije (repeated absorption interval) s idejom da nakon nekog vremena provedenog u Storage stanju će baterija samo-pražnjenjem izgubiti ponešto energije pa ju je potrebno ponovljenom apsorpcijom dovesti u stanje potpune napunjenosti. Taj interval se postavlja na 7 dana. Svakih 7 dana baterija će dobiti iz punjača napon apsorpcije kroz neko vrijeme za koje će se nadopuniti. Upravo to je vrijeme koje uzima Sustain način rada kao svoju osnovu nakon priključenja mreže. Kroz 7 dana bateriji će biti dozvoljeno pražnjenje do Sustain razine i tek ispod te razine dozvolit će se punjenje iz mreže. Ako se želi produljenje trajanja Sustain načina rada na primjerice 2 tjedna od priključenja na mrežu, dakle da za ta dva tjedna se ne uzima energija s obale za dopunjavanje baterije ako ima dovoljno sunca i vjetra, tada je potrebno samo promijeniti i parametar repeated absorption interval sa 7 dana na 14 dana. Tako će sunce i vjetar pokušati napajati sami sva istosmjerna trošila kroz 14 dana, a mreža će biti tek sigurnosno prisutna za istosmjerna trošila ako napon baterije padne ispod Sustain razine. Za izmjenična trošila mreža je uvijek prisutna dok je dvosmjerni pretvarač priključen na obalu.

Praćenje djelovanja Solar and wind priority algoritma

Aktiviranje Solar and wind Priority algoritma jednostavno se prati na aplikaciji VictronConnect na mobilnom telefonu, slika 5. Prije priključenja na obalnu mrežu dvosmjerni pretvarač Multi je u izmjenjivačkom radu napajanja AC trošila i vidljivo je da nema mreže. Nadalje vidljivo je i da je MPPT regulator puni bateriju snagom od 186 W. Poslije priključenja na obalno napajanje, pojavljuje se prikaz mrežnog ulaza AC Input 1 i vidljivo je da je dvosmjerni pretvarač u stanju Sustain. Obalna mreža ne dopunjava bateriju iako je spojena! Bateriju tad dopunjava samo MPPT regulator.

Foto: Schrack Technik

Ako se u sustavu koristi GX uređaj (primjerice Cerbo GX ili Ekrano GX) na zaslonu se po aktiviranju u dvosmjernom pretvaraču Solar and wind Priority algoritma vidi promijenjen prikaz crteža baterije na kojem su nacrtani simboli vjetrogeneratora i sunca, slika 6. Prije priključenja na obalu crveni pravokutnik koji je simbol izmjeničnog napajanja s obale prikazuje samo dvije crtice upućujući da mreža nije spojena, a simbol dvosmjernog pretvarača s natpisom Inverting upućuje da je uređaj u izmjenjivačkom načinu rada. Po priključenju obalnog napajanja crveni pravokutnik označen je natpisom Grid što upućuje da je izmjenična obalna mreža spojena na dvosmjerni pretvarač. Simbol dvosmjernog pretvarača dobio je natpis Sustain obilježavajući time da prioritet daje punjenju baterije iz sunčeve energije ili vjetrogeneratora sve dok baterija nije ugrožena, tj. razina napona baterije ne padne ispod Sustain razine.

Foto: Schrack Technik

Prekidanje Sustain načina rada

U nekom trenutku dok je brodica spojena na napajanje s obale može se pojaviti potreba za prekidanjem Sustain načina rada i punjenjem baterije do 100 % preko dvosmjernog pretvarača iz obalne mreže, primjerice kako bi se sutradan moglo isploviti. To se može učiniti na dva načina.

• Ako sustav ima VE.Bus Smart Dongle povezan s dvosmjernim pretvaračem preko VE.Bus sabirnice tada se uz besplatnu aplikaciju VictronConnect učinkovito i jednostavno može nadzirati i upravljati dvosmjernim pretvaračem. U svrhu prekida Sustain načina rada pored simbola baterije dodana je tipka za prekid Sustain načina rada i prijelaz u namjerno punjenje do 100 % napunjenosti, slika 7. Aplikacija upozorava iskočnim prozorom da će se dogoditi jednokratno punjenje baterije do 100 %. U stanju punjenja tipka mijenja ponešto izgled – dodane su dvije strelice koje ukazuju da se događa prisilno punjenje. Pritiskom na tu tipku to prisilno punjenje je uvijek moguće prekinuti!

Foto: Schrack Technik

• Ako sustav ima GX računalo poput Cerbo GX ili Ekrano GX računala prisilan prekid Sustain načina rada dvosmjernog pretvarača i pokretanje punjenja do 100 % napunjenosti odrađuje se na zaslonu, slika 8. Na zaslonu se izabire dvosmjerni pretvarač (crveno 1) i u njegovom izborniku se izabire Press to start (crveno 2). Prije pokretanja prisilnog punjenja baterije iz obale kroz dvosmjerni pretvarač iskače prozor s upozorenjem. Po prihvaćanju pokretanja punjenja (crveno 3) vidi se da je pretvarač iz stanja Sustain prešao u stanje Bulk (udarno punjenje). To punjenje se može uvijek prekinuti (crveno 4) i prije 100 % napunjenosti!

Foto: Schrack Technik

Izgled zaslona pri pokretanju prisilnog punjenja prikazan je na slici 9. Jasno se vidi da je simbol dvosmjernog pretvarača dobio natpis da je u stanju Bulk (udarno punjenje iz mreže), pri čemu se naravno i dalje koristi sva raspoloživa snaga iz Sunca (našem slučaju svega 34 W). Na bateriji je također crveno obilježeno da se događa jednokratno prisilno punjenje.

Foto: Schrack Technik

Ako se umjesto mreže uključi generator jasno je da se želi punjenje do 100 %, slika 10. Sustav mora automatski otkriti da generator radi; za Quattro pretvarač potrebno je da generator bude priključen na AC-in-1 ulaz (mreža na AC-in-2) i generator će automatski biti prepoznat. U slučaju Multi pretvarača koji ima samo jedan AC ulaz (AC-in-1) potrebna je ispred pretvarača vanjska automatska izborna transfer sklopka. Ona izabire ili generator ili mrežu i dovodi samo jedan izvor na ulaz AC-in-1 pretvarača Multi. Pri tome mreža automatski uvijek ima prioritet ispred generatora, sve dok je prisutna na ulazu transfer sklopke. GX uređaj se može koristiti za otkrivanje je li generator aktivan i to kroz digitalni signal iz transfer sklopke prema digitalnom ulazu GX uređaja i ta će se informacija proslijediti Multi pretvaraču kako bi razlikovao generator ili mrežu na svom izmjeničnom ulazu. Ako se koristi uz Multi pretvarač i zaseban Digital multi control panel (DMC), tada se može preko njegovih stezaljki dojaviti da je uključen generator i Multi će po prepoznavanju generatora prijeći u punjenje baterije do 100 %.

Foto: Schrack Technik

Zaključak

U sustavima koji se tek ponekad priključuju na javnu mrežu (brod ili kamper) postoji ideja da se iz priključene mreže podmiruju samo izmjenična trošila (želje komfora rastu u luci!), a da se punjenje baterije i napajanje istosmjernih trošila u što većem dijelu pokuša podmiriti iz energije Sunca i vjetra. Sustavi na brodu i kamperu su tako i dizajnirani – da su zapravo višednevno neovisni o javnoj mreži u plovidbi ili vožnji ako se ne koriste zahtjevna izmjenična trošila. Prikazan je jednostavan Solar and wind priority algoritam koji upravo to omogućuje. Po priključenju na obalu kroz sedam dana istosmjerna trošila i baterija se i dalje neće napajati energijom s obale. Tek ako napunjenost baterije padne ispod kritične razine dopustit će se automatsko i jednokratno punjenje iz mreže. Algoritam je moguće bilo kada prekinuti i prisilno startati punjenje baterije iz javne mreže kako bi brodica ili kamper bili spremni u željeno vrijeme s punom baterijom. U sljedećem članku prikazat ćemo još jedan mogući način davanja prioriteta sunčevoj energiji prilikom povremenog spajanja na javnu mrežu.

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