Na školení o ostrovných a hybridných fotovoltických elektrárniach sa samozrejme rozoberala aj otázka “Aký veľký systém je vhodný?”. S touto otázkou sa hneď riešila aj otázka aká je vhodná rovnováha parametrov komponentov. Ako ukazoval jeden zo školiteľov – Martin Kolařík z Ostrovni-elektrarny.cz, tak známe zásady návrhu klasickej FVE sú skôr na príťaž, než dobrou pomôckou.

Prečo to je tak? Ako hovorí Martin: “Pri klasickej FVE/Z sa pri návrhu sústredíte na udržanie rovnováhy medzi striedačom a fotovoltickými panelmi. Ich výkon by ma byť rovnaký. Ale to neplatí pri ostrovnej prevádzke. Tam je striedač od výkonu FV panelov nezávislý.”. Čo teda musí odpovedať výkonu FV panelov? V návrhu ostrovnej prevádzky je to nabíjač (regulátor) batérií. To je prvok, ktorý sa snaží o maximalizáciu množstva energie odoberanej z FV panelov.

Základná bloková schéma ostrovnej elektrárne so zálohou

Najlepšie je systém ostrovnej elektrárne so zálohou ukázať na blokovej schéme. Elektrinu z FV panelov odoberá len regulátor, striedač je pripojený iba na batérie. A iba nepriamo je pripojený na regulátor. Nutnou samozrejmosťou je, že regulátor (nabíjač) je vybavený MPPT algoritmom. Úlohou regulátora je maximalizovať odoberanú elektrinu z FV panelov, a tiež sa snažiť ju čo najrozumnejšie uložiť do batérií.  V prípade ostrovnej elektrárne je to regulátor ako prvok, ktorý musí byť v rovnováhe s výkonom FV panelov. Nabíjač sa nestará o spotrebu elektriny. To je úloha striedača.

V akom vzťahu je teda výkon regulátora, striedača a batérií? Tu opäť neplatia zásady z klasickej FVE. Výkonové parametre tu nemusia byť vôbec “rovnaké” – to všetko závisí na účelu pre aký je taká ostrovná elektráreň (so zálohou alebo bez) zriaďovaná.

Ukážka príkladov účelu ostrovných elektrární so zálohou

Aby sme sa dopátrali správnej veľkosti komponentov takejto FVE, potrebujeme vedieť na aký účel je navrhovaná. To je však samozrejme vec, ktorú vie iba jej budúci majiteľ. Tu si ukážeme niekoľko možných príkladov: Záloha na občasné výpadky distribučky, Znižovanie nákladov na elektrinu alebo Absolútna sebestačnosť. A je tu ešte jeden špecifický prípad – Max. využitie podpory.

Záloha na občasné výpadky distribučky

Takýto systém je vhodný pre užívateľa, kde sú z rôznych príčin časté (napr. raz do týždňa) krátkodobé výpadky elektriny. Úloha takéhoto systému je vlastne nepretržitý zdroj napájania pre kritické elektrické systému v dome. Nie je určený na to aby sa behom tých pár minút výpadku objekt prevádzkoval na plný výkon. Varenie sa dá prerušiť, pílenie dreva tiež. Ale väčšina moderných kotlov aby kúrila dom potrebuje funkčné elektrické čerpadlo. Aj taká práca na počítači je príklad “kritického” systému. Celkom naštve, keď máte rozpísanú prácu (diplomku, novú knižku alebo záverečnú správu šéfovi, …) a teraz vypadne prúd. A vy v zápale písania ste si to zabudli ukladať. Kým znovu naskočí elektrina sú to celkom stresy – uložilo sa mi to samo? Alebo – chytro musím ísť pozatvárať pec, nech sa mi neprehreje a pod. Aj časť svetiel je zapojená do takého elektrického okruhu. Napríklad chladnička nepatrí medzi takéto kritické spotrebiče – tej pár minút bez elektriny neuškodí.

Samozrejme tie príklady použitia sa dajú dnes riešiť aj inak, ale tu chceme ukázať ako to riešiť ostrovnou FVE so zálohou. Pri realizácii sa, na jeden okruh v v rozvádzači, napoja práve tieto kritické spotrebiče. Medzi prívod zo sústavy (distribučky) a tieto spotrebiče sa vloží tento ostrovný systém. Pri normálnej činnosti sa napájajú zo sústavy a iba časť elektriny sa spotrebováva z FVE. Prioritou pre striedač je mať stále nabité batérie. Preto ich v normálnej prevádzke nevyužíva. Keď sú batérie plne nabité (z FVE), až potom začne nadbytočnú elektrinu používať v spotrebičoch (na AC OUT). Elektrina z FVE sa nikdy nedostane na AC IN – teda smerom k distribučke.

Avšak ak dôjde k výpadku, svetla (vybrané) svietia a ľudia nezakopávajú pri urputnej snahe nájsť odložené sviečky. Človek môže pokojne pokračovať vo svojom písaní na počítači, lebo vie, že za dobu tohto výpadku sa mu kotol “neuvarí”. Spotrebu týchto kľúčových zálohovaných systémov si treba zrátať. Ale vo všeobecnosti sa ich okamžitý príkon bude v súčte pohybovať tak okolo 1 až 2 kW. Doba požadovanej prevádzky v takýchto výpadkoch sa tiež pohybuje v pár minútach až do desiatok minút.

Vhodná konfigurácia: 1 – 2,5 kW FV (s MPPT regulátrom); 0,5 – 2,5 kWh batérií; 1 – 2,5 kW striedač => 5 až 30 min. off-grid prevádzky

Znižovanie nákladov na elektrinu

Toto je úplne odlišný príklad použitia. Majiteľ domu si chce zriadiť svoj vlastný malý zdroj elektriny – či už s podporou Zelenej domácnostiam alebo nie, je iná otázka. Bohužiaľ vlastnosť fotovoltiky je, že vyrába zväčša inokedy ako je spotreba. Riešením maximalizácie spotreby vo všeobecnosti sa bude zaoberať Smart Energy Forum Bratislava, tu sa sústredíme iba na jedno riešenie – ostrovný systém so zálohou.

Ako vidno z merania spotreby jedného reálneho domu v jednom bežnom dni – spotreba sa cez celý pracovný deň pohybuje v rozmedzí 270 W po 550 W. Ráno si majiteľka pred odchodom do roboty uvarí kávu (špička 2 kW z kanvice). Po 14:30 spotrebu začína zvyšovať svetlo, rádio, televízor rádio a zasa kanvica na kávu. Večer o 22:00 spustil bojler ohrev vody podľa termostatu a HDO.

Pri takomto profile spotreby je najrozumnejšie sústrediť sa na porytie práve tej základnej spotreby. Špičková spotreba kanvicou, mikrovlnkou a obdobne je veľmi náhodná a netreba ju riešiť (na to slúži prípojka a platba za odchýlku spotrebiteľa). Priebežná potreba je teda medzi 300 W – 500 W. Tomu odpovedá aj celková denná spotreba: 7,2 – 12 kWh. Na dosiahnutie tu stanoveného cieľa – 100 % samospotreby z FVE je potreba parametre FVE “trochu” podsadiť, tak aby skutočne k tej plnej spotrebe vlastnej elektriny dochádzalo.

Vhodná konfigurácia: 1,5 – 2,5 kW FV (s MPPT regulátrom); 5 – 10 kWh batérií; 1,5 – 2,5 kW striedač

Max. využitie podpory

Od ohlásenia podmienok a spustenia projektu Zelená domácnostiam sa vytvorila aj požiadavka na “Navrhnite mi to tak, aby som maximálne využil tu dotáciu”. Väčšine takýchto žiadateľov sa dá rozumne vysvetliť, že to nie je dobrý prístup. Že je lepšie navrhovať podobne ako predchádzajúce dva príklady. Ale stále je pár klientov, ktorí chcú systém iba preto a iba v tom prípade ak dostanú práve tých 3450 € a musí to byť 50 % z ich investície (čo je maximálna hranica podpory). Ak je to klient, s ktorým sa nedá diskutovať, a i napriek tomu v zásade “Náš klient, náš pán.” mu chcete pomôcť a dodať požadované – potom sa treba na tieto podmienky sústrediť. Iba v tomto prípade sa nebudete sústrediť na kvalitný návrh a vysoko kvalitné komponenty.

Pravdepodobne bezproblémové Li-ion batérie (využívané v predchádzajúcich príkladoch) nahradia “dobré” olovené batérie. Pre klienta je to viac starostí v priebehu životnosti, ale on sa sústreďuje na iné priority ako je bezúdržbová činnosť. Životnosť celého systému sa pravdepodobne skráti. Dobre navrhnuté a udržiavané Li-ion batérie vydržia aj 15 rokov. Dobre navrhnuté a udržiavané olovo tiež, ale bude to stáť viac snahy, zaberie viac priestoru a minie viac energie na údržbu. Olovo s bežnou priemernou starostlivosťou vydrží tak 4 až 5 rokov. Ale priorita tohto klienta je čo najviac čerpať podporu, nie si zabezpečiť pohodlnejší život.

Vhodná konfigurácia: 2,5 kW FV (s MPPT regulátrom); 5 kWh bat.; 2,5 kW striedač => 0,5 – 1 hod. prevádzky off-grid

Absolútna sebestačnosť

Rád by som napísal, že je to systém, ktorý sa dá bežne na Slovensku realizovať. Bohužiaľ to tak nie je. Samozrejme za určitých okolností je dosiahnuteľný, ale v tom prípade sa už nedá rozprávať ako o bežnej domácnosti a ani o bežnej investícii do malej FVE/Z. Aj na Slovensku máme príklady úplne ostrovnej prevádzky, ale je to skôr extrém ako dosiahnuteľný štandard. Pre absolútnu sebestačnosť je potreba riešiť energetickú bilanciu. Návrh a realizácia je potom tak špecifická, že už sa tu nedá hovoriť ako o príklade.

Viac o ostrovných (aj so zálohou) systémoch, ale aj o elektromobilite a energetike a takisto o nových technológiách a možnostiach budeme rozprávať na Smart Energy Forum Bratislava dňa 24. 2. 2016. Už je k dispozícii posledných pár miest tak sa prihláste čím skôr, aby sa vám miesto ušlo. Uvidíme sa v Technopole v stredu za dva a pol týždňa (od dnes 7. 2.) – teda 24. 2. 2016.