solarna struja

1 7-8/13

Dostupnost električne energije i bla-godati koje pruža moderna tehnologija odlučujuće utječu na ekonomski i druš-tveni razvoj pojedinih regija pa i cijelih država. Dostupna električna energije omogućuje standard primjeren da-našnjem vremenu, proizvodnju, protok informacija, zdravstvenu sigurnost.

U uvjetima krize ona omogućuje i samozapošljavanja, a ako je sami pro-izvodimo - i neovisnost o monopolu, ta-rifama i trajno negativnim trendovima.

Međutim, udaljeni krajevi i pojedine lokacije u blizini većih naselja, naročito u rijetko naseljenom području, ne mogu u skoroj budućnosti očekivati kvalitetan pristup električnoj energiji, a na poje-dinim mjestima priključak osamljenih objekata na javnu mrežu naprosto ne postoji ni u dugoročnom planu.

Zaista, struju ponekad nije moguće, ili naprosto nije isplativo, dovesti do svih lokacija na kojima postoji potreba za tim civilizacijskim dostignućem.

Dok su se nekoć takvi problemi rješa-vali dizelskim agregatima, pa i vodeni-

Schrackov mini, midi i hibridi

MALI FOTONAPONSKI OTOČNI SUSTAVI

U prošlom broju Majstora opširnije smo pisali o fotonaponskim panelima, i stvaranju struje unjima, a prikazali smo i razne varijante najčešćih instalacijskih rješenja.Kako je danas na našem tržištu dostupan i golem izbor Schrackovih elemenata za oblikovanje najrazličitijih fotonaponskih postrojenja, od najmanjih do najvećih, s podjednako bogatom ponudom pribora, sklopova i instalacijskih dijelova, nema potrebe za lutanjem, propitkivanjem, kombiniranjem neusklađenih dijelova i - improvizacijom. Sve što treba možete naći na jednome mjestu, a komunikacija s projektantima, instalaterima i kupcima moguća je svim suvremenim pomagalima, od interneta do naručivanja mobitelom. I skladišta u Hrvatskoj dostupna su stalno, čak i sa slikom proizvoda na ekranu...Ovaj put ograničit ćemo se na manje, ali tipične otočne sustave, tzv. mini i midi, za koje vlada najveće zanimanje.

cama na riječnim tokovima i potocima, ponegdje čak i s parnim strojevima u in-dustrijskim pogonima, danas tehnička rješenja i iskustva nude mnoge varijan-te. U tomu svi nastoje ostvariti dobavu električne energije iz što čišćih i dostu-pnijih izvora, a upravo je naše Sunce apsolutno najveći izvor takve energije. Kako su i toplina sunčevog zračenja i vidljivo svjetlo i vjetar posljedica upra-vo sunčevog utjecaja, ne nudi nam se ništa veće, jače i trajnije. Ta energija stiže nam izravno, ižarivanjem topline i svjetla, ili pak posredno, zagrijavanjem i hlađenjem Zemljine atmosfere, pro-mjenom tlaka i vlažnosti zraka, pri čemu nastaje vjetar.

Nema nijedne točke na našem plane-tu na kojoj ne bi bilo nekog osunčanja i vjetra, no brzina i učestalost zračnog strujanja nije uvijek i posvuda stalna. Zato je i danas najveći problem pohrana električne energije stvorene u optimal-nim uvjetima koji ne traju dovoljno dugo da bismo takvu struju mogli neograni-čeno trošiti...

Ilust

raci

je: S

chra

ck

solarna struja

27-8/13

Zato se uz osnovni izvor energije iz prirodnih izvora, sunca ili vjetra, moraju osigurati i dodatni, pomoćni izvori stru-je, čime se oblikuje tzv. hibridni otočni sustav.

Zbog jednostavnosti, a pomalo i tra-dicije ili navike, danas se kao najpouz-daniji dodatni izvor primjenjuje dizelski agregat.

Takvi sustavi s dodatnim ili pomoćnim agregatom najčešći su u izoliranim kućanstvima ili na imanjima s trajnim potrebama za električnom energijom, u manjim naseljima ili na otocima.

Razvoj gorivnih članaka (gorivnih će-lija), gdje se iz vodika izravno proizvodi struja i toplina, u uređaju bez pokretnih dijelova, polako napreduje prema široj primjeni, o čemu smo tijekom godina nekoliko puta pisali i u Majstoru, no u našem okruženju zasad s time treba malo pričekati...

Solarne fotonaponske sustave mo-žemo podijeliti u dvije osnovne grupe - one koji su priključeni na gradsku tj. javnu mrežu, i one koji su samostalni, odvojeni od svega, poput otoka.

Sustavi spojeni na mrežu moraju zadovoljiti neizbježne zahtjeve koje postavlja lokalni, državni ili privatni distributer električne energije.

Samostalni, otočni sustavi, nemaju vezu s javnom mrežom, što im je i naj-veća prednost.

Osim potpune samostalnosti u određivanju strukture sustava prema potrebama, mogućnostima i lokalnim pogodnostima, tu nema gomile papira i birokratskih dosjetki bez kojih priklju-čenje na mrežu inače nije moguće.

Dvije su važne primjene otočnih su-stava:

o vlastiti izvor struje u područjima ili objektima bez pristupa javnoj elektroe-nergetsku mreži i

o osiguranje besprekidnog napaja-nja u umreženim sustavima u slučaju ispada s nepouzdane ili preopterećene mreže.

Otočni sustavi mogu biti izravno priključeni na trošila (dakako, preko pretvarača i ostalih elemenata nužnih za sigurno funkcioniranje), no prevelika je ovisnost o vremenskim uvjetima i

Podjela fotonaponskih sustava prema priručniku Dr Ljubomira Majdanžića.

godišnjem dobu. Mogli bismo slobodno reći da takva

izvedba nema mnogo smisla, osim u nekim, zaista specijalnim slučajevima, što ovisi o primjeni i načinu potrošnje energije. Naime, i fotonapon i vjetro-generatori imaju velike oscilacije u proizvodnji struje, od golemih viškova u jednom razdoblju, do dužih stanki u drugom.

Stoga su fotonaponski sustavi s pohranom, uglavnom s baterijom, nekoliko baterija ili pravim baterijskim bankama pohranjene električne ener-gije, danas itekako atraktivni.

Mogućnost dogradnje sustava pove-ćanjem broja modula izloženih suncu i povećanjem kapaciteta baterije, na-prosto mora biti dio prirodnog razvoja svakog ozbiljnijeg projekta.

Također, sve su popularniji i tzv. hibridni fotonaponski sustavi s vjetro-generatorom, kogeneracijom ili kla-sičnim dizelskim generatorom. Kako su u tim kombinacijama glavni izvor električne energije u otočnom sustavu ipak fotopaneli ili vjetrogenerator, svi ostali pomoćni uređaji, naročito oni na fosilna goriva, uključuju se uglavnom povremeno, u slučaju neuobičajeno povećane potrošnje ili u nepogodnim vremenskim uvjetima.

Napomena: Kratica AC označuje izmjeničnu struju (alternating current), a kratica DC istosmjernu struju (direct current). Te su oznake i na shematskim prikazima sustava u ovom članku.

Prikaz mogućeg učinka instaliranih FN-modula na vanjskim plohama kuće s obzirom na položaj prema stranama svijeta (istok, jug i zapad). Brojke označuju postotak iskoristivosti pojedinih ploha izloženih dnevnom ili sezonskom osunčanju. Dakako procjena je samo orijentacijska, jer konačni učinak ovisi i o drugim čimbenicima...

Na mjestima izloženim dugom dnevnom osunčanju, bez ikakve sjene krošanja, stupova ili bliskih građevina, fotopanele je najjednostavnije postaviti na tlo.

Ilust

raci

je: S

chra

ck

solarna struja

3 7-8/13

Osnovni dijelovi fotonaponskog otočnog sustava

Na slici desno prikazani su osnovni dijelove male sunčane elektrane:

o fotonaponski moduli, o punjač baterija, o izmjenjivač, o pomoćni izvor energije (generator), o baterija, o AC-izlaz na koji su priključena troši-

la uobičajena u kućanstvu.Shema prikazuje varijantu otočnog

rješenja gdje je kao pomoćni izvor pri-ključen generator.

Najvažni dio sustava je bidirekcijski izmjenjivač koji upravlja tokovima energije i omogućuje rad u promjenjivim uvjetima pri raznim opterećenjima, su-kladno stanju baterija.

ključenje bilo kojeg standardnog izvora energije: generatora, vjetroelektrane, javne mreže...Na slici 59 vidimo primjer bidirekcijskog izmjenjivača Multiplus koji osim DC ulaza (baterije) ima i jedan AC ulaz za izvor pomoćne energije (ge-nerator).

Solarni paneli priključeni su na AC-sa-birnicu preko običnog izmjenjivača kroz koji energija protječe samo u jednom smjeru.

Kada se baterije isprazne, uklju-čuje se pomoćni izvor energije, u ovom slučaju dizelski generator, a baterije se tada pune preko punjača koji je ugrađen u izmjenjivač (odatle i naziv - bidirekcijski). Start gene-ratora je automatski, a sustav na slici predviđa trošila za izmjeničnu struju (AC-izlaz).

Bidirekcijski izmjenjivač je tipičan elektronički uređaj iz suvremene foto-naponske opreme koji u sebi objedinju-je izmjenjivač, punjač baterija i sklopku.

Zbog toga se u otočnim sustavima primjenjuju češće od običnih od običnih izmjenjivača.

Osim formiranja izmjenične stuje su-kladne struji u mreži i trošilima, bidirek-cijski izmjenjivači održavaju i potpunu kontrolu nad otočnim sustavom gdje upravljaju:

o punjenjem i pražnjenjem baterija, o uključivanjem i isključivanjem do-

datnih izvora napajanja o upravljaju trošilima. Za razliku od običnih izmjenjivača

mogu energiju prenositi u oba smjera: iz baterija u AC-mrežu ili iz AC-mreže u bateriju kako je to prikazano na shemi (DESNO).

Osim trošila i baterija moguće je pri-

DOLJE: Bidirekcijski izmjenjivač MultiPlus (Schrack Technik) s mogućim smjerovima protoka energije.Uređaj ima dva izlaza. Jedan je stalno spojen, a drugi samo kad je na ulaz uređaja spojen izmjenični napon, u ovom slučaju iz pomoćnog generatora.

Sustav s izmjeničnim trošilima i pomoćnim izvorom energije

MPPT punjačkontrola punjanja baterije iz fotopanela

pomoćni generatorSchrack MultiPlusbidirekcijski izmjenjivač/punjač

baterije

AC-izlazprema trošilima na izmjeničnu struju(220 V / 50 Hz)

Schrack MultiPlusbidirekcijskiizmjenjivač/punjač

pomoćni generator

BlueSolarmrežniizmjenjivač

fotonaponski paneli

baterije

AC-izlazizmjenične struje prema trošilima

Mrežni izmjenjivači serije Bluesolar posebno su prilagođeni primjeni u otočnim sustavima.Sunčevu energiju iz fotonaponskih modula pretvaraju u električnu energiju prilagođenu mreži izmjenične struje koju treba uspostaviti unutar otočnog sustava na nekom objetu. Imaju sklop za automatsko odvajanje (isključivanje) čim uvjeti ne zadovoljavaju parametr za sigurno funkcioniranje sustava. Ako priključena trpčila ne mogu preuzeti su struju nastalu u fotopanelima, višak se preko izmjenične sabirnice i punjača-iz-mjenjivača Multiplus ili Quattro predaje baterijama.

solarna struja

47-8/13

Sheme prikazuju tri osnovne kombinacije najnužnijih eleme-nata za otočne fotonaponskesustave. Odmah se vidi da je u svima i regulator punjenja MPPT, koji stalno održava najbolji mo-gući učinak fotopanela jer stalno slijedi točku maksimalne snage (MaximumPowerPointTracker). Regulator punjenja preuzima energiju iz fotonapona, uvijek u točki maksimalne snage. Radna točka je uvijek pri naponu UMPP i struji IMPP. Taj princip djelo-

fotonaponski paneli

MPPT punjači kontrolapunjenja

DC-izlaz istosmjerne struje

baterije

fotonaponski paneli

MPPT punjači kontrola punjenja

baterije

AC-izlazizmjenične struje prema trošilima

Phoenix Inverter (pretvarač)

AC-izlazizmjenične struje prema trošilima

pomoćni generator

MPPT punjači kontrola punjenja

baterije

Schrack MultiPlusbidirekcijski iizmjenjivač/punjač

vanja osigurava gotovo 30 % veću struju punjenja u uspredbi sa uobičajenim PWM-regulatorima gdje je točka punjenja u zoni kad je napon ćelija u fotopanelu približno jednak naponu baterije, što je manje od Vmp (napona maksimalne snage). Dijagram prikazuje I-U karakteristiku so-larnih ćelija, te karakteristiku punjenja re-gulatora s MPPT u točki kad je postignuta maksimalna snaga ćelija.

Schrackov MPPT-regulator

punjenja koji uspješno održava optimalno

punjenje baterija strujom iz fotopanela.

Cijelo područje Sredozemlja, a s njim i područje Jadrana, nudi gotovo optimal-ne uvjete za primjenu hibridnih otočnih sustava, podjednako na otocima i na obali. Klimatski i vremenski uvjeti jam-če mnogo sunčanih dana u zimskim mjesecima, a priobalna cirkulacija zraka s kopna prema moru i obrnuto, osigurava dovoljno vjetra čak i u ljetnim mjesecima. Kako se najviše energije iz prirodnih izvora može proizvesti upravo u vrijeme kad je u priobalju najveća po-tražnja i potrošnja, otočni sustavi nude velike mogućnosti za postizanje visoke neovisnosti o lokalnoj mreži, pa i za sa-

mostalnu proizvodnju struje na lokaci-jama udaljenim od mrežnih priključaka.

Uz fotonapon koji u našim krajevima nudi zaista mnogo, može se kao dodat-ni ili noćni izvor struje uz generator (ili umjesto njega) priključiti i vjetrogenera-tor.

Općenito, vjetroturbine se mogu podijeliti na male (do 30 kW), srednje (30-1500 kW) i velike (veće od 1500 kW). Za razliku od sunčevih elektrana, vjetroelektrane zasad nisu isplative kao glavni izvori energije za potrebe malih kućanstava. Visoka cijena, složeni za-htjevi pri postavljanju i moguće velike

oscilacije učinka čine vjetroelektrane prifitabilnima isključivo u pogodnim područjima i na pomno odabranim lo-kacijama, gdje relativno snažni vjetrovi pušu tijekom čitave godine. Ozbiljniji profit mogu donijeti samo veliki vjetro-parkovi. Pritom je stalnost vjetra važnija od snage i brzine...

Šira primjena energije vjetra u otočnim sustavima kod nas ne postoji, a zbog klimatskih i mnogih drugih specifičnosti i ubuduće će biti prava rijetkost. Preve-like su oscilacije u ponašanju vjetrova, a baterijski sustavi za pohranu velikih povremenih viškova zasad su presku-

Bidirekcijski izmjenjivač MultiPlus

fotonaponski paneli

solarna struja

5 7-8/13

pi. Ipak, za individualne investitore najviše nudi primjena energije vjetra u hibridnim fotonaponskim sustavima, s manjim vjetrogeneratorima koji noću ili po oblačnom vremenu mogu itekako nadoknaditi smanjenu proizvodnju foto-napona. Općenito, takve projekte treba procjenjivati od slučaja do slučaja, pre-ma lokaciji. Također, odlučuju i stvarne potrebe i mogućnosti investitora.

Pritom valja pripaziti i na preduvjete koji takvim projektima mogu osigurati isplativost, a ponekad su važni detalji:

• srednja godišnja brzina vjetra treba-la bi na lokaciji biti barem 4 m u sekundi,

• treba procijeniti koliko je električna mreža zaista nedostupna i koliki bi bili

GORE: Standardna napojna jedinica za MINI-komplet ima tri fotopanela od 3 x 250 W = 750 W.

PRIMJERI MALIH OTOČNIH SUSTAVAKako Schrack Technik ima golemu ponudu FN-elemenata, pribora i uređaja za gotovo sve vrste izvedbi i kombinacija, na ove dvije stranice prikazujemo dva relativno jednostavna tipska kompleta za otočne sustave, s internim nazivima MINI i MIDI. Ako vas zbunjuju razne sheme i nazivi sličnih, a ipak različitih uređaja, ovi primjeri izdvajaju jednostavnije instalacijske grupe koje se mogu promatrati kao zasebna cjelina. Riječ je o dijelovima kompleta koji sadrže sve usklađene elemente, a oznake otkrivaju snagu i kapacitet.

DESNO: U sasvim prosječnim uvjetima MINI-komplet može iz fotopanela prema baterijama dnevno dopremiti oko 3000 Wh (vat-sati).Istodobno, iz baterije se može izvući 110 Ah x 24 V = 2.640 Wh na dan, pri čemu tzv. dubina pražnjenja baterije ne premašuje 50 posto. Uz snagu izmjenjivača od 750 VA (Phoenix Inverter) to daje 3 sata rada pri punoj nazivnoj snazi.

DESNO: Kako se u fotonaponskim sustavima krije istosmjerna struja od nekoliko desetaka do nekoliko stotina Ampera, nužna je primjena specijalnih kabela velikog presjeka, ali i ugradnja moćnih sklopki za potpuno isključenje.

U Schrackovim fotonaponskim sustavima primjenjuju se kabeli tvrtke RADOX.Izuzetno su izdržljivi, otporni na vodu, ulja, koroziju, kemikalije, visoke temperature i sunčevo zračenje. Ne mijenjaju duljinu ni oblik, pa u svim priključnim manšetama trajno ostaju tijesni spojevi. Savitljivu upletku od pocinčanih niti (1) zaštićuju dvije ovojnice (2 i 3) prilagođene različitimm zaštitnim funkcijama.

Glavna sklopka

(200 A) i osigurači

solarna struja

67-8/13

stvarni troškovi postavljanja električnih vodova ili podzemnog kabela.

Ako su troškovi postavljanja veći od cijene solidnog otočnog sustava, a energetska neovisnost vam je zaista nužna, treba naprosto odabrati opti-malnu kombinaciju izvora, zajedno s pomoćnim uređajima na fosilna goriva.

• imate li zainteresirane susjede koji-ma je važan i povoljan utjecaj na okoliš, možete se odvažiti i na malo veći i po-uzdaniji projekt.

• mali vjetrogenerator može na pogodnoj lokaciji smanjiti upotrebu dizelskih agregata ili kogeneracije s ukapljenim plinom na minimum - pone-kad i u rijetkim razdobljima klimatskih i

vremenskih anomalija. • valja znati da se sheme s raznim

kombinacijama opreme u otočnim sustavima koje prikazujemo na ovim stranicama neće nimalo promijeniti, jer se vjetrogenerator prikljujuče na istome mjestu gdje i dizelski agregat. Ipak zbog oscilacija u dobavi struje, u sustavu treba biti upravljačka jedinica koja automatski odabire najpovoljniju kombinaciju izvora. Sve to je dostupno na tržitu.

Stoga u procjenu takvih projekata tre-ba uključiti i argumente koji nisu izravno povezani s brzom isplativošću.

Zadržimo li se samo na omjeru ulože-no i dobivenog, u ovom slučaju i kroz

uštede, krajnji rezultat izražen u novcu ne mora uvijek biti pozitivan. Znamo li da je najskuplja struja koje nema, a o njoj ovise i mnoge druge aktivnosti, ra-čunica postaje kompleksnija. No, kako praksa potvrđuje, proširenjem analize na veće vremensko razdoblje može biti itekako pozitivna. Ako je riječ o obitelj-skoj kući, restoranu, radionici ili lokaciji na kojoj želite živjeti i raditi, bez obzira na teškoće, kalkulacija mora uključiti i te manje vidljive dobitke.

Tu nema mnogo sličnosti s ekonom-skom analizom na državnoj ili regional-noj razini gdje se kalkulira o gospodar-skoj dobrobiti, razvoju, ili kvaliteti života šireg područja.

Izmjenjivači serije Phoenix Compact pretvaraju istosmjerni napon baterije u jednofazni izmjenični napon mrežne frekvencije sinusnog valnog oblika.U ponudi su jedinice od 1200 VA, 1600 VA i 2000 VA, a mogu se spajati i paralelno, za veću snagu. Moguća je i izvedba trofaznog sustava.

MIDI-komplet ima dvije napojne jedinice koje u prosječnim uvjetima mogu zajedno u baterije dnevno dopremiti oko 6000 Wh.Istodobno, trošila iz baterije mogu dnevno izvući 220 Ah x 24V = 5.280 Wh.Pritom je dubina pražnjenja baterijado 50 posto.Uz snagu izmjenjivača od 2000 VA (Phoenix Compact) to nudi oko 2,5 sata nazivnog rada.

U MIDI-komplet uključene su dvije napojne jedinice identične onoj iz MINI-kompleta.No, udvostručeno fotonaponsko polje zahtijeva i drukčije elemente sustava i baterije većeg kapaciteta.

solarna struja

7 7-8/13

Za razliku od komercijalnih projeka-ta, kojima je isključivi cilj povećanje vrijednosti uloženog kapitala, ulaganje u osobnu ili obiteljsku energetsku neo-visnost gotovo i nema točaka za uspo-redbu.

Da bismo maglovitim, često i subjek-tivnim argumentima dodali barem jedan konkretniji, prikazujemo usporedbu troškova izgradnje otočnog sustava od 5 kW u odnosu na postavljanje kabela ili nadzemnih vodova do odabrane lo-kacije.

Prema današnjim cijenama i tarifama, u koje valja uključiti i sve nevolje s pa-pirologijom, regionalnim i lokalnim pla-novima - polaganje kabela od najbližeg javnog priključka nije isplativo ako je udaljenost veća od 600 m. Postavljanje zračnog voda na stupovima, neisplativo je čim udaljenost premaši 900 metara.

Za veće zalihe energije, veću elastič-nost i sigurnost cijelog sustava moguće je oblikovati i pravu baterijsku banku s mnogo pohranjene energije.

Donja shema prikazuje takvu banku s dva izmjenjivača/punjača i osnovnu shemu spajanja.

Umjesto takve baterijske banke sa

suhim baterijama moguće je oblikovati banku s kiselinskim baterijama od 2 V, s potrebnim konačnim kapacitetom.

Serijski su povezane pa nema proble-ma s preciznom izvedbom detalja koji se pojavlju pri paralelnom spajanju. U takvoj banci elektrolit mora biti u bespri-

jekornom stanju, što zahtijeva interven-ciju stručnjaka i poskupljuje održavanje. No, baterija je najvažniji dio sustava i treba je pomno odabrati i održavati..

Mini i Midi sustavi imaju suhe GEL-baterije 220Ah C20. Što se krije iza oznake C20 čitajte u slijedećem broju…

solarna struja

87-8/13