Případová studie řešení hybridního větrného a solárního systému o výkonu 140 kW ve Spojeném království

Zákaznické pozadí a požadavky:

Zákazník pochází ze Spojeného království a je majitelem nábytkové společnosti. Jeho továrna má extrémně vysokou spotřebu elektřiny – 300 kWh denně. Zákazník již v současnosti disponuje 40 kW síťově propojeným fotovoltaickým systémem, avšak je zřejmé, že tento systém nestačí k uspokojení jeho potřeb. Zákazník nyní uvažuje o instalaci větrných turbin, solárních panelů a akumulátorových baterií za účelem vytvoření hybridního systému větrné a sluneční energie, který by umožnil většinou samovyrobení a samospotřebu elektřiny. I během dlouhých deštivých období by tak bylo možné využívat levnější noční elektrickou energii z veřejné sítě a v průběhu dne ji vypouštět z akumulátorů.

Analýza

Za prvé jsme zkontrolovali rychlost větru u zákazníka ve výšce 15 metrů. Průměrná rychlost větru u zákazníka činí 6,5 m/s, což je extrémně vhodné pro větrné turbíny. To znamená, že můžeme často provozovat zařízení při plném výkonu. Proto doporučujeme hybridní větrno-sluneční systém. 20 kW Větrná turbína DK se očekává, že bude generovat více než 150 kWh denně. Konzervativně odhadnuto, současný systém výroby elektrické energie o výkonu 40 kW u zákazníka ročně vyrobí 35 000 kWh elektřiny. Denní výroba elektřiny je tedy přibližně 95 kWh. Proč je tak nízká? Je to proto, že ve Spojeném království prší přibližně 150 dní v roce, což vede k nedostatečné denní výrobě elektřiny. Proto je třeba tuto situaci probrat podrobně. Pokud již existuje 20 kW větrná turbína a je dostatek slunečního světla, pak během 8hodinové pracovní doby během dne by měla větrná turbína spolu se 40 kW solárními panely poskytnout 170 kWh energie. Zbývající energetický deficit 130 kWh lze pokrýt z baterií nebo ze sítě. Pokud prší, pak 40 kW solární panely prakticky nemohou dodávat energii. Větrná turbína může za 8 hodin dodat 40 kWh energie, takže stále zbývá 260 kWh energie, kterou je třeba získat z baterií nebo ze sítě. Pokud nastane zvláštní situace, kdy prší i není vítr, musí být celých 300 kWh energie získáno z baterií nebo ze sítě.

Vzhledem k tomu, že hloubka vybíjení baterie vysokého napětí činí 95 %, musí být kapacita baterie alespoň 315 kWh. Zákazník již plánuje zakoupit 2 sady lithiových baterií o kapacitě 240 kWh, takže tato kapacita baterie je dostatečná. Poté je třeba vypočítat, jak plně nabít baterii o kapacitě 480 kWh za předpokladu slunečného světla a minimalizovat pravděpodobnost nákupu elektrické energie z veřejné sítě. Výkon větrné elektrárny za 24 hodin činí přibližně 150 kWh. Zůstává tedy ještě prostor pro 330 kWh. Přičtením 300 kWh spotřebovaných během 8 hodin je potřeba alespoň 120 kW solárních panelů, takže je nutné doplnit i dalších 80 kW solárních panelů.

Průměrná denní spotřeba elektřiny zákazníka činí 8 hodin a 300 kWh. S ohledem na faktory, jako jsou induktivní zátěže, by měl výkon střídače být vyšší než 60 kW.

Řešení

Po provedení výše uvedené analýzy je náš počáteční plán použít 140 kW větřné solární hybridní systémy : Větrná turbína DK o výkonu 20 kW spolu se solárními panely o celkovém výkonu 120 kW, dvěma bateriemi o kapacitě 240 kWh a střídačem Solis S6-EH3P(75–125)K10-NV-YD-H. Tento střídač má 10 vstupních portů MPPT a jeden vstupní port je schopen zpracovat stejnosměrný vstup o výkonu až 20 kW. Proto lze řídicí jednotku naší větrné turbíny přímo připojit k tomuto střídači.

Zákazník tento návrh pro hybridní větrno-fotovoltaický systém o výkonu 140 kW vysoce ocenil. Kvůli místním předpisům a omezením instalace na daném místě nás však zákazník informoval, že potřebuje jako alternativu také řešení čistě fotovoltaického systému.

V další fázi můžeme provést výpočty pro čistě fotovoltaický systém.