Upload
hakhuong
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Inselsysteme mit Wind- & SolarenergieBWE-Kleinwindanlagen Symposium
21. 3. 2009Dipl.-Ing. Jan Rössler
Agenda
> Motivation
> Wind & Sonne für Inselsysteme
> Abgestimmte Systemkomponenten
> Beispiele realisierter Systeme
> Fazit
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
2
> Fazit
Elektrifizierungsrate
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
4
Rot 3 - 33%
Grün 33 - 66%
Blau > 66%
Quelle: Weltbank
Inselnetze mit erneuerbarer Energie
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
5
Wind & Sonne für Inselsysteme
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
6
Was muss man für eine Auslegung wissen?
> Was ist die Kundenanwendung?
> Insel, Backup, 1-phasig, 3-phasig
> Welche Bedingungen müssen berücksichtigt werden?
> Windverhältnisse, Einstrahlung, usw.
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
7
> Welche Energiewandler sollen eingesetzt werden?
> Wind, PV, Wasserkraft , Dieselgenerator
> Wie hoch soll der Wind- und PV-Anteil sein?
> Wie hoch ist der Energiebedarf (Ea) pro Jahr?
> Welche maximale Leistung (Pmax) tritt auf ?
Beispielhafter Aufbau eines Inselnetzes
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
8
Auslegung der PV-Anlage
Wo befindet sich die Anlage ?
Energieertrag (EPV) sinnvoller
pro Jahr & kWp Solaranteil (SF)
Deutschland 800 - 900 kWh 50 – 70%
Südeuropa 1300 -1450 kWh 60 – 90%
Nord- oder Südafrika 1450 -1700 kWh 60 – 100%
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
9
Bestimmung der resultierenden PV-Anlagengröße (kWp)
=> z.B. mit Sunny Design (www.SMA.de)
Nord- oder Südafrika 1450 -1700 kWh 60 – 100%
extrem gute Standorte 1800 - 2000 kWh 80 – 100%(Saudi Arabien)
Auslegung der Windanlage
Wo befindet sich die Anlage ?
> Mittlere Windgeschwindigkeit auf
Wetterseiten einsehbar
www.wind-energie.de
> ACHTUNG: Windenergieerträge
der KWEA durch Bäume, Gebäude
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
10
der KWEA durch Bäume, Gebäude
beeinflusst („Rauigkeitsfaktor“)
Für genauere Werte:� Windmessung
Auslegung der Windanlage
> Ertrag am Standort mit Tools abschätzbar
z.B. SWT Yield Estimator
(www.REnknow.net)
> Energiebedarf (Ea)–Ertragsabschätzung
> => Welche KWEA brauche ich!
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
11
Auslegung der Windanlage
> Energiebedarf im Beispiel-Inselnetz: ca. 6000 kWh
> Gewählter Windanteil: 60% (Rest PV)
> Durchschnittliche Windges. am Standort: 4 m/s
=> 3600 kWh/a am Standort zu erreichen
z.B. mit Antaris5 (4,40 m Rotordurchmesser)
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
12
Auslegung der Windanlage
> Passenden Wechselrichter für KWEA
finden z.B. über Windy Design Tool
> Einfach über Eingabe von
Nennleistung und Spannungseckdaten
> Wechselrichter bis 6kW und durch
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
13
> Wechselrichter bis 6kW und durch
Parallelschaltung erweiterbar
Auslegung der Windanlage
> Lastkennlinie des Wechselrichters anpassbar auf KWEA mit WBSTool
> ODER schon bekannt
und voreingestellt
bestellbar
(Bundle-Liste)
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
14
Auslegung Batterie und Generator
Überbrückungszeit
(Tage)
Backup (Europa) 0,5
Backup (schlechtes Netz) 1
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
15
> 4 Tage fast nur aus Batterien arbeiten
> 2 Tage läuft der Dieselgenerator durch
Backup (schlechtes Netz) 1
PV- oder Wind-Batteriesystem 4
System mit Dieselgenerator 2
System mit Wasserturbine 1,5
Abgestimmte Systemkomponenten
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
16
Aufgaben eines Inselwechselrichters Sunny Island
> Netzbildung
> Frequenz
> Spannung
> Leistungs- und Batteriemanagement„Frequency Shift Power Control“
[f][U]
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
17
„Frequency Shift Power Control“
> Übertragung und Umformung von Energie
> AC zu DC zur Batterieladung
> DC zu AC zur Verbraucherversorgung(AC-Kopplung)
=~
PV-Hybridsystem: Tagbetrieb, Batterieladung
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
18
Hoher PV Ertrag > Batterieladung zusätzlich zur Verbrauchsnachfrage
Leistungs- und Batteriemanagement
> Frequency Shift Power Control
Pac (%)
100
Fac-Start delta (1Hz)
Fac-Limit delta (2Hz)
Fac-delta- (4,5Hz)
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
19
Fac (Hz)+ 1 + 2 + 3-1-2-3 f0
50
Fac-Limit delta (2Hz)
+ 4
Fac-delta+ (4,5Hz)
-4
> Überspannung an der Batterie wird durch Abregelung vermieden
> Durch Fac-Anhebung keine zusätzliche Kommunikationsleitung notwendig
Wechselrichter für Windturbinen
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
20
> Frequency Shift Power Control begrenzt
> Windy Boy Protection Box leitet überschüssige Energie auf einen Lastwiderstand um
Energieversorgung für ein Dorf in Nord-Ghana
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
22
Isle of Eigg in Schotland
> Batteriewechselrichter
Sunny Island 5048 (12)
> Wasserturbinen (3)
> PV mit SB 3000 (3)
> Windturbinen Proven mit
Windy Boy 6000A (4)
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
23
Windy Boy 6000A (4)
> Diesel Generator 80 kW
Bohrinsel bei Japan
> Inselwechselrichter
Sunny Island 5048 (6)
> Multicluster (2 Cluster)
> Batterie: 2x 90 kWh
> Windturbinen (21)
Zephyr Airdolphin mit
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
24
Zephyr Airdolphin mit
Windy Boy 1100LV (21)
Fazit
Aufbau von Inselsystemen – einfach und umweltfreundlich möglich!
> SMA bietet hierfür das gesamte Produktportfolio und abgestimmte Komponenten
> Standardkomponenten aus dem netzgekoppelten Markt können eingesetzt werden
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
25
> PV und Wind können zunehmend Dieselgeneratoren ersetzen
> Kostenlose Schulungen und Seminare vermitteln das notwendige Wissen
> Kunden-Support bei Auslegung, Installation und Betrieb
www.SMA.de
„Wenn der Wind der Veränderung weht
bauen die einen Mauern und
die andere Windmühlen!“
(alte chinesische Weisheit)
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
26
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
„Wenn der Wind der Veränderung weht
bauen die einen Mauern und
die andere Windmühlen!“
(alte chinesische Weisheit)
27
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Weites Produktspektrum für passende Systemauslegung
Max. ACAusgangsleistung (W)
MitTransformator
1200 1700 2500 3000 3800 6000A
0 1.000 2.000 3.000 5.0004.000 6.000 9.000
5000A
Windy Boys
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
29
� Zusätzliche Erweiterung des Leistungsspektrums durch Parallelschaltung
� Optional: passender Überspannungsschutz Windy Boy Protection Box
1100LV 3300
Ideal sind: Modulare Inselsysteme durch AC-Kopplung
3030
> Freie Wahl der Energiequellen (handelsübliche Netzkomponenten)
> Große Entfernungen zwischen Komponenten möglich
> Einfache Erweiterung auch nach Jahren
AC-Bus
Bis zu einem Kilometer bei 230 V
Im Leistungsbereich von 1 bis 100 kW
AC (kW)2 3 4 5
Sunny Island
30 45 6015
3636
SI 2012SI 2224 SI 3324 SI 4248/U SI 5048/U MC-Box-6 MC-Box-9 MC-Box-12
6 9 12
Vorteile der modularen AC gekoppelten Inselsysteme
> Einfache Nutzung aller netzparallelen Energieerzeuger (PV, Wind, Wasser, BHKW)
> Nutzung aller gängigen Verbraucher weltweit
3737
weltweit
> Einfachere Planung und Installation
> Flexible und einfach erweiterbar
Off-Grid power supply: Isle of Eigg in Schotland
Motivation | Energiewandler | Systemkomponenten | Auslegung | Beispiele | Fazit
38
Off-Grid power supply: Isle of Eigg in Schotland
Motivation | Energiewandler | Systemkomponenten | Auslegung | Beispiele | Fazit
39
PO
WE
R
SYS
TEM
REP
OR
T
ME
MOR
Y
SM
AC
OM
NET
CO
M
USB
CO
M
Sunny
WebBox