Kako bateriju ne bismo ispraznili preko mjere ili pak prepunili, u otočnim fotonaponskim sustavima bitan je kvalitetan nadzor stanja baterije.

Size: px

Start display at page:

Download "Kako bateriju ne bismo ispraznili preko mjere ili pak prepunili, u otočnim fotonaponskim sustavima bitan je kvalitetan nadzor stanja baterije."

Randolph Walters
6 years ago
Views:

1 solarna struja Schrack-oprema za otočne fotonaponske sustave (4) Foto: Schrack - Hrvatska NADZOR BATERIJE I REGULACIJA PUNJENJA Otočni fotonaponski sustavi koji nisu namijenjeni priključenju na mrežu, nude vrlo veliku autonomiju i neovisnost o brojnim potresima globalne i domaće energetike. Funkcioniraju i u područjima udaljenim od svih priključaka, no oni kojima su dojadila tarifna iznenađenja mogu ih postaviti i usred grada. Međutim, ti izdvojeni sustavi, pravi energetski otoci, ostvarit će očekivanja samo uz vrhunske baterije. Tvrtka Schrack predstavila ih je u prošlom nastavku ove serije. Iako su pogledi zainteresiranih uglavnom usmjereni na svima vidljive fotopanele, module koji sunčevo i danje svjetlo pretvaraju u struju, najvažniji dijelovi ostaju skriveni. To su baterije, kabeli i upravljački sklopovi - jamci uspješnosti svake fotonaponske instalacije. 1 Kako bateriju ne bismo ispraznili preko mjere ili pak prepunili, u otočnim fotonaponskim sustavima bitan je kvalitetan nadzor stanja baterije. Iako je punjenje prepušteno regulatorima punjenja, u sustavu je nužan neovisan nadzorni element koji će stalno pratiti što se događa s baterijom u radu. Nadzornik baterija Glavna funkcija nadzornika baterija BMV 600S je precizan uvid u stanje - mjerenjem trenutnih vrijednosti ovih veličina: o napon baterije (V), o struja punjenja/pražnjenja (A), o energija izvučena ili pohranjena u bateriju (Ah), o stanje napunjenosti (%), o vrijeme do ispražnjenja baterije uz trenutačnu potrošnju. Precizno mjerenje Nadzornik baterije mjeri sljedećim rezolucijama: struju s 10 ma, napon s 10 mv, a energiju s 0,1 Ah. Predviđen je za radne temperature od -20 do +50 C. Kako je stalno spojen na bateriju, izuzetno je važno da ima nisku vlastitu potrošnju koja iznosi 4 ma pri 12 V odnonsno 3 ma pri 24V.

2 Preko tipki + i na samom nadzorniku možete prolistati sve trenutno izmjerene vrijednosti baterije: Napon baterije. Preko napona baterije u V može se ugrubo zaključiti kakvo je stvarno stanje baterije: Naprimjer, od 25,6 V do 26 V baterija je puna, 24,6 V baterija je 50% potrošena, 23,4 V baterija je 100% prazna (u prošlom nastavku objavili smo detaljnu tablicu). Struja baterije. To je vrijednost izražena u A (Amperima) i predstavlja struju koja ulazi ili izlazi iz baterije. Pri pražnjenju, struja iz baterije ima negativni predznak (-), dok struja koja pri punjenju ulazi u bateriju ima pozitivni predznak (+). Energija povučena iz baterije u Ah. Prikazuje se iznos u Ah (ampersatima) povučen iz baterije nakon zadnjeg stanja potpune napunjenosti. Potpuno punjenje baterije postavlja ovu vrijednost automatski na 0,0 Ah. Principni spoj nadzornika baterije. solarna struja Ako se potom iz baterije povlači 12 A tijekom 3 sata, tada očitanje pokazuje 36,0 Ah. Stanje napunjenosti baterije u postocima. To je najbolja mjera stanja baterije gdje 100% odgovara punoj bateriji, a potpuno ispražnjena baterija pokazuje 0%. Valja znati da algoritam računanja stanja napunjenosti baterije uzima u obzir struju pražnjenja i njezin utjecaj na stvarni kapacitet baterije. U prošlom smo broju objasnili da kapacitet olovnih baterija značajno ovisi o struji kojom ih se prazni. Vrijeme u satima za koje će se isprazniti baterija. Ovo očitanje pokazuje koliko će vremena (u satima) proći prije negoli se baterija sasvim isprazni - uz trenutnu struju pražnjenja. Tada bateriji treba neodgodivo punjenje. Nadzornik ima vizualni i zvučni alarm koji se aktivira pri svakom prekoračenju dozvoljenog maksimalnog napona baterije, odnosno u trenutku kad se baterija nađe u stanju ispod donjeg praga ispražnjenosti. Relejni izlaz nadzornika može se programirati, npr. za daljinsku dojavu stanja ili automatsko uključenje pomoćnog generatora. BMV 600S: Jednostavno rukovanje Uređaj radi čim ga priključite na napon i odmah pokazuje napon baterije. Ako je baterija kapaciteta 200 Ah, ne treba ni dodatno podešavanje. No, u većini slučajeva u nadzornik baterije treba jednostavnim tipkanjem ručno upisati kapacitet baterije. Nadzornik baterije ima komunikacijski port RS232 koji omogućuje prijenos podataka na računalo, a time i na mrežu, na pametni telefon ili slične naprave za daljinski pregled stanja baterije. Nadzornik baterije je jednostavan za ožičenje. Isporučuje se u kompletu s mjernim člankom i 10 metara kabela RJ 12 UTP koji povezuje mjerni članak i pokazivač te 2 m kabela s cjevastim osiguračem, za napajanje mjernog članka. Za spoj nisu potrebne druge komponente. Sinkronizacija nadzornika sa stvarnim stanjem baterije Za pouzdano očitanje energije povučene iz baterije, stanja napunjenosti baterije i vremena peostalog do ispraženjenja baterije, nadzornik mora biti sinkroniziran sa stanjem baterije. To se automatski događa pri svakom ciklusu punjenja kad se baterija napuni do 100%. Pritom nadzornik prati na- 2

3 DOLJE: Dio sheme baterijskog razdjelnika objavljene u prošlom broju. Vidljivi su elementi za izvedbu spoja nadzornika baterije. Tu je i shema izvedbe baterijskog razdjelnika otočnog sustava opisanog u prošlom broju. pon baterije, pazeći da je pritom struja punjenja manja od zadane vrijednosti tijekom određenog vremena. Naprimjer, 4% od kapaciteta baterije kroz 4 minute - ili 8A za bateriju od 200 Ah. Nadzornik može biti i prinudno sinkroniziran, bez obzira na stvarno stanje napunjenosti baterije. To ćemo učiniti samo ako pouzdano znamo da je baterija 100% puna - sasvim lako, preko tipki na pokazivaču. Prikupljanje podataka o radu baterije Nadzornik može spremiti (upamtiti) određene događaje i brojčane vrijednosti iz radnog vijeka baterije na koju je priključen. One se mogu pregledavati preko pokazivača s kojega se mogu očitati razni Nadzornik baterije isporučuje se s mjernim člankom i 10 metara kabela RJ 12 UTP za vezu mjernog članka i pokazivača podaci: o dubina najdubljeg pražnjenja baterije o dubina zadnjeg pražnjenja nakon zadnje sinkronizacije o prosječna dubina pražnjenja o broj ciklusa punjenja (ciklus započinje svaki put kad se napunjenost baterije spusti ispod 65% ili kad premaši 90% kapaciteta) o broj potpunih pražnjenja (kad je stanje 0% kapaciteta) o kumulativni broj Ah po- Senzor temperature 3

4 ... te 2 metra kabela s cjevastim osiguračem, za napajanje članka. vučenih iz baterije o najmanji izmjereni napon baterije u V o maksimalni napon baterije u V o broj dana od posljednjeg stanja stopostotne napunjenosti o broj automatskih sinkronizacija nadzornika, tj. stanja sasvim napunjene baterije o broj alarma zbog preniskog napona o broj alarma zbog previsokog napona... Zaštita pri radu s baterijama Rad u blizini baterija je opasan, što treba prihvatiti s punom ozbiljnošću. U slučaju neispravnosti baterija ili sustava u cjelini, baterije mogu ispuštati plin koji se može zapaliti i eksplodirati. Stoga prostoru s baterijama treba osigurati propisno provjetravanje. Opasan je i slučajni pad metalnog alata preko izloženih polova baterije jer može izazvati iskrenje koje može zapaliti plin koji curi iz baterija. Iskrenje može koja propušta struju samo iz FN-modula prema bateriji. Sklopka S1 može biti mehanička (relej) ili poluvodička sklopka. Osim pri punjenju baterije, ima i dodatnu funkciju zaštite od prepunjenja baterije. U kvalitetnijim punjačima S1 se izvodi kao dva zasebna elementa gdje jedan upravlja procesom punjenja, a drugi zaštitom od prepunjenja baterije. Ma kako staromodna, izvedba s relejem i danas se primjenjuje tamo gdje na ulaznim priključcima fotonaponskog modula ima značajnih i učestalih prenapona. A relej je u pravilu manje osjetljiv na prenapone od poluvodičke sklopke. Sklopka S2, izvedena je kao mehanička ili poluvodička sklopka. Štiti baizazvati i teške opekline na otvorenim dijelovima tijela. Pri radu s baterijama treba nositi zaštitne naočale, zaštino odjelo i zaštitne rukavice. Dodirnete li unutrašnjosti baterije ili vam elektrolit poprska kožu ili oči, taj dio tijela treba odmah obilno isprati vodom i potom potražiti liječnika. GORE: Otočna postrojenja većeg kapaciteta imaju u baterijama pohranjenu golemu količinu energije, pa je svako iskrenje izuzetno opasno. Pojavi li se u pojedinim baterijama tzv. plinjenje, u zatvorenom prostoru prijeti i opasnost eksplozije... Pri radu u blizini baterija ne smije se nositi metalne satove, prstenje, narukvice, lančiće i sl... Regulatori punjenja Srce jednostavnog otočnog sustava je regulator punjenja baterije (u žargonu - DC-charger). Tu su, dakako, i fotonaponski moduli (FN) i baterije i trošila... Jednostavni otočni fotonaponski sustav namijenjen trošilima na istosmjernu struju. Regulator upravlja procesom punjenja baterije po nekom od unaprijed određenih kriterija, prema IU, W ili WUkarakteristici. O čemu je riječ, detaljnije smo opisali u prošlom nastavku. U pravilu, taj proces ima tri dijela: o udarno punjenje baterije uz najveću jakost struje iz fotonaponskog (FN) modula; o završno punjenje baterije uz stalno smanjivanje jakosti struje i precizni nadzor porasta napona - do stanja pune napunjenosti. To je važno kako bi se kontroliralo plinjenje u bateriji pri kraju procesa punjenja; o održavanje stanja napunjenosti pri smanjenju napona u stanju mirovanja, bez potrošnje - povremenim nadopunjavanjem baterija kratkim strujnim impulsima. Na shemi su osnovni elementi jednog regulatora punjenja baterije. Na nj se na priključnice od X:1 do X:6 redom priključuju modul, baterija i istosmjerna trošila. Regulator punjenja osigurava da noću ne dođe do pražnjenja baterije preko FN-modula. U tu svrhu, kao podsjetnik na funkciju, u shemu je ucrtana dioda D Principna shema regulatora punjenja baterije. 4

5 teriju od predubokog pražnjenja ili pak nedozvoljene razine struje na izlazu. Ako je struja veća od dozvoljene (preopterećenje ili kratki spoj izlaza), izlazne priključnice se automatski odspajaju od trošila - kao i u slučaju preniskog napona baterije (ispražnjenje ispod dozvoljene razine). Napon baterije se tijekom punjenja mijenja tako da se proces odvija optimalno za bateriju, što ne mora biti optimalno za sustav, a najčešće nije Napon, struja i snaga u procesu punjenja baterije dozvoljeno za trošila koja očekuju stabiliziranih istosmjernih 12 V ili 24 V, što im mora omogućiti sklopka S2. U pravilu, istosmjerna se trošila ne smiju priključiti izravno na bateriju već na priključnice regulatora koji osigurava stabilizirani istosmjerni napon od 12 V ili 24 V. Gornji dijagram prikazuje napon, struju i snagu kojom se puni baterija. Struja kojom se puni baterija jednaka je struji koja dolazi iz fotonaponskog modula. Napon na bateriji raste sve dok ne dosegne razinu definiranu karateristikom punjenja. Potom se isklapa sklopka S1 - dok napon ne padne ispod određene razine potrebne da se S1 ponovno uklopi. Tako se baterija uvijek puni strujom koja nam je na raspolaganju u fotonaponskom modulu. Gledano na dijagramu snage, baterija se puni impulsima snage koji su produkt struje i napona baterije, odnosno struje iz fotonaponskog modula i trenutnog napona baterije. Kako se fotonaponski modul zapravo impulsno spaja na bateriju, ne iskorišćuje se sva energija koju fotonaponski modul proizvodi! Taj proces sličan je zagrijavanju i održavanju temperature sobnim termostatom gdje kroz radijator centralnog grijanja prolazi voda uvijek iste temperature. Ili, jednostavnije, proces je sličan funkcioniranju kućnog glačala. Kako znamo, grijač glačala nije stalno priključen na napon, što nam signalizira i crvena lampica koja povremeno svijetli, uglavnom kad glačalu treba više topline. Energija se dovodi impulsno, jer se neke vrste rublja ne smiju glačati punom snagom grijača. Jednako tako, razbijajući je na impulse, ograničujemo i energiju iz fotonaponskog modula, čime napon na bateriji ne premašuje razinu plinjenja. Takvi regulatori se nazivaju još i PWMregulatori (Puls Width Modulation). Osim upravo opisanih jednostavnih PWM-regulatora punjenja, postoje i složeniji regulatori s kojima se u bateriju dovodi sva energija koju modul proizve- PWM regulator de - ali samo u situaciji kad je to prema stanju procesa punjenja dozvoljeno. Pritom se pazi na naponsku razinu baterije koja odgovara procesu punjenja. Za tu svrhu primjenjuje se tipičan sklop energetske elektronike - tzv. čoper u propusnom spoju ili DC/DCpretvarač. Razumljivije rečeno, taj sklop ima funkciju istosmjernog transformatora. Kako funkcionira? Na ulazu u sklop imamo snagu koju proizvodi modul i to na razini radne točke napona i struje modula prema karakteristici modula za neko osunčanje. Kako se gubitak snage u prolazu kroz sklop može zanemariti, snaga koja ulazi je i snaga koja izlazi iz sklopa. Na izlazu se pazi da napon bude na razini potrebnoj za uredno punjenje baterije, a kolika će biti struja proizlazi iz činjenice da je snaga konstantna, MPPT regulator punjenja baterije odnosno umnožak napona i struje koja ulazi u bateriju. Kako se napon od modula do baterije 5 MPPT regulator

6 Naponi i struje u MPPT-regulatoru punjenja, uz pretpostavku da su vrijednosti elemenata L, C1 i C2 vrlo velike - odnosno neograničene... MPPT-regulator zapravo smanjuje (npr. modul daje 38 V, a bateriji u nekom trenutku punjenja treba 26 V), tako će, zbog konstantnosti snage, struja izlaza biti veća od struje ulaza! Razlika odgovara omjeru za koliko je napon ulaza veći od napona izlaza. Ovaj sklop, prikazan shemom na susjednoj stranici, stalno prima energiju modula i sprema je u tri skladišta energije - u dva dva kondenzatora, C1 i C2 te prigušnicu L. Gornji dijagram na ovoj stranici prikazuje tijek napona i struja u MPPT-regulatoru - uz pretpostavku da su vrijednosti komponenata L, C1 i C2 vrlo velike odnosno beskonačne (idealan slučaj). Kondenzator C1 prati napon modula, koji je - kada regulator ima uvjete za rad - uvijek viši od napona baterije. Napon na bateriji zavisi o omjeru Te/T. Sklopka T prosljeđuje napon modula na diodu D tijekom vremena Te. Struja iz modula pojačava se sa strujom iz C1 i teče u bateriju. Kad sklopka T isklopi, struja i dalje u istom iznosu stiže u bateriju - jer je održava induktivitet L, a zatvara se kroz diodu D. Energija se troši iz prigušnice L i kondenzatora C2. Time se ukupna snaga (energija) prenosi u bateriju što nije slučaj kod jednostavnog impulsnog regulatora. Omjerom Te/T može se fino podesiti napon potreban bateriji za optimalan završetak procesa punjenja. Također, uz mjerenje struje koja ide u bateriju, moguće je omjerom Te/T na otporniku Rmj i praćenjem napona baterije osigurati rad u radnoj točki krivulje snage fotonaponskog modula koja nudi maksimalnu snagu za neko osunčanje. Tako se sustav u radu može stalno prilagođavati uobičajenoj dinamici promjene osunčanja i naoblake. Na donjem grafikonu zelenom bojom je prikazana snaga za pojedinu radnu točku crvene karakteristike fotonaponskog modula pri nekom osunčanju. Zbog načina rada, PWM-regulator može prenijeti nižu vrijednost snage (energije) u bateriju, dok će MPPT-regulator raditi pri točki maksimalne snage. Zahvaljujući MPPT-principu, MPPT-regulatori punjenja u stanju su preuzeti i do 30% više snage/energije - i prenijeti je u bateriju! 6

7 Zaključno o izboru regulatora PWM-regulator uvjetuje da fotonaponski modul praktički radi na naponu koji je tek neznatno iznad napona nužnog za pravilan proces punjenja baterije, zbog čega ne može iskoristiti svu energiju fotonaponskog modula. MPPT-regulator punjenja ima u sebi elektronički sklop, DC-DC pretvarač, koji dozvoljava da fotonaponski modul radi s naponom višim od napona baterije, odnosno da radi upravo u točki maksimalne snage fotonaponskog modula pri nekom osunčanju. Na taj način se optimalno iskorištava raspoloživa energija modula. Uspoređujemo li cijene, MPPT-regulator je malo skuplji od PWM-regulatora, no ta se razlika ubrzo vraća kroz veće iskorištenje energije od gotovo 30%! Općenito, u fotonaponskom se sustavu itekako isplati ugradnja malo skupljih komponenti koje dugoročno podižu iskoristivost instalacije, a pritom se boljom kontrolom i regulacijom osigurava optimalan rad i povećava trajnost. Stoga MPPT-regulatore treba ugrađivati gdjegod je to moguće, jer više dobivene energije obilno nadoknađuje razliku u odnosu na PWM-regulator. Kako to izgleda u praksi? Shema na ovoj stranici prikazuje konkretnu izvedbu spoja regulatora punjenja u sustavu koji smo detalno opisali u prethodnom nastavku. Pri uparivanju modula i regulatora punjenja posebnu pažnju treba posvetiti struji i naponu FN-modula, pogotovo u sustavima gdje više modula spajamo na regulator. Napon modula spojenih u seriju ne smije premašiti ulazni napon regulatora. Struja paralelno spojenih modula ne smiju premašiti ulaznu struju regulatora. Nakraju, snaga svih modula mora biti manja od snage regulatora punjenja. Regulatori punjenja imaju na sebi višepoložajnu mikropreklopku kojom se odabire tip baterije koja se puni. (AGM, GEL, GET, Long life ). Položaj preklopke određuje naponske razine procesa punjenja usklađene s tehnologijom izrade baterija. Mikropreklopka za izbor tipa baterije. Uz regulatore punjenja obično se isporučuje i kabel sa senzorom temperature. On se postavlja na priključak baterije, bez obzira na polove (+ ili -). Naime, priključna stopica ne provodi struju! Ona preko svoje površine, mehanički tijesno pričvršćena na izvodu baterije, provodi samo toplinu do senzora! Priključna stopica senzora za mjerenje temperature. U slijedećem nastavku predstavit ćemo izmjenjivač, sklop energetske elektronike koji iz istosmjernog napona baterije proizvodi izmjenični napon 230V / 50Hz. 7

Robot automatski čistaći/usisavači za čišćenje bazena Dolphin cijena-forum

Robot automatski čistaći/usisavači za čišćenje bazena Dolphin cijena-forum 1.) Dolphin SPRING automatic Dolphin SPRING automatic idealan je za čišćenje dna bazena. Ovaj uređaj je apsolutno jednostavan