Μελέτη Περίπτωσης Υβριδικής Λύσης Αιολικής και Φωτοβολταϊκής Ενέργειας 140 kW στο Ηνωμένο Βασίλειο

Ιστορικό του πελάτη και απαιτήσεις:

Ο πελάτης είναι από το Ηνωμένο Βασίλειο και είναι ιδιοκτήτης εταιρείας επίπλων. Το εργοστάσιό του καταναλώνει εξαιρετικά μεγάλη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή 300 kWh ημερησίως. Αυτή τη στιγμή, ο πελάτης διαθέτει ήδη ένα δικτυακό σύστημα ηλιακών πανέλ ισχύος 40 kW, αλλά είναι προφανές ότι αυτό δεν επαρκεί για να καλύψει τις ανάγκες του σε ηλεκτρική ενέργεια. Η τρέχουσα πρόθεση του πελάτη είναι να εγκαταστήσει ανεμογεννήτριες, ηλιακά πάνελ και μπαταρίες αποθήκευσης ενέργειας, προκειμένου να δημιουργήσει ένα υβριδικό σύστημα ανέμου-ηλιακής ενέργειας, το οποίο θα επιτρέπει την αυτοπαραγωγή και αυτοκατανάλωση της ηλεκτρικής ενέργειας για το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου. Ακόμη και κατά τη διάρκεια μακρόσυρτων βροχερών περιόδων, θα είναι δυνατή η χρήση ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο κατά τη νύχτα (με χαμηλότερο κόστος) και η εκφόρτιση της αποθηκευμένης ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Ανάλυση

Πρώτα απ’ όλα, ελέγξαμε την ταχύτητα του ανέμου του πελάτη σε ύψος 15 μέτρων. Η μέση ταχύτητα ανέμου του πελάτη είναι 6,5 m/s, κάτι που είναι εξαιρετικά κατάλληλο για ανεμογεννήτριες. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να λειτουργούμε συχνά σε πλήρη ισχύ. Ως εκ τούτου, συνιστούμε τη χρήση υβριδικού συστήματος ανέμου-ηλιακής ενέργειας. Η 20kW DK ανεμογεννήτρια αναμένεται να παράγει περισσότερο από 150 kWh ημερησίως. Με συντηρητική εκτίμηση, το τρέχον σύστημα παραγωγής ενέργειας 40 kW του πελάτη παράγει 35.000 kWh ηλεκτρικής ενέργειας ετησίως. Συνεπώς, η ημερήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι περίπου 95 kWh. Γιατί είναι τόσο χαμηλή; Οφείλεται στο γεγονός ότι στο Ηνωμένο Βασίλειο βρέχει για περίπου 150 ημέρες τον χρόνο, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή ημερήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ως εκ τούτου, πρέπει να το συζητήσουμε κατηγορικά. Όταν υπάρχει ήδη μια ανεμογεννήτρια 20 kW και επαρκής ηλιακή ακτινοβολία, κατά τη διάρκεια της 8ωρης εργάσιμης περιόδου κατά τη διάρκεια της ημέρας, η ανεμογεννήτρια και οι 40 kW ηλιακές πάνελ αναμένεται να παρέχουν 170 kWh ενέργειας. Το υπόλοιπο ενεργειακό κενό των 130 kWh μπορεί να καλυφθεί από μπαταρίες ή από το δίκτυο. Εάν βρέχει, τότε οι 40 kW ηλιακές πάνελ δεν μπορούν ουσιαστικά να παρέχουν ενέργεια. Η ανεμογεννήτρια μπορεί να παρέχει 40 kWh ενέργειας σε 8 ώρες, οπότε εξακολουθούν να απαιτούνται 260 kWh ενέργειας από μπαταρίες ή από το δίκτυο. Εάν προκύψει ιδιαίτερη κατάσταση με συνδυασμό βροχής και απουσίας ανέμου, τότε όλα τα 300 kWh ενέργειας θα πρέπει να προέρχονται από μπαταρίες ή από το δίκτυο.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι το βάθος εκφόρτισης της μπαταρίας υψηλής τάσης είναι 95%, η χωρητικότητα της μπαταρίας πρέπει να είναι τουλάχιστον 315 kWh. Ο πελάτης έχει ήδη σχεδιάσει να αγοράσει 2 σετ λιθιοϊονικών μπαταριών των 240 kWh, οπότε αυτή η χωρητικότητα μπαταρίας είναι επαρκής. Στη συνέχεια, πρέπει να υπολογίσουμε πώς να φορτίσουμε πλήρως τη μπαταρία των 480 kWh υπό συνθήκες παρουσίας ηλιακού φωτός και να ελαχιστοποιήσουμε όσο το δυνατόν περισσότερο την πιθανότητα αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο. Η ενέργεια που παράγει η ανεμογεννήτρια σε 24 ώρες είναι περίπου 150 kWh. Έτσι, υπάρχει ακόμη χώρος για 330 kWh. Προσθέτοντας τα 300 kWh που καταναλώνονται σε 8 ώρες, απαιτούνται τουλάχιστον 120 kW ηλιακών πανέλ, επομένως απαιτούνται επιπλέον 80 kW ηλιακών πανέλ.

Η μέση ημερήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας του πελάτη είναι 8 ώρες και 300 kWh. Λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως οι επαγωγικές καταναλώσεις, η ισχύς του μετατροπέα πρέπει να είναι μεγαλύτερη των 60 kW.

Λύση

Μετά την παραπάνω ανάλυση, το αρχικό μας σχέδιο είναι να χρησιμοποιήσουμε έναν μετατροπέα 140 kW σύστημα αέολου-ηλίου : Ανεμογεννήτρια DK 20 kW, μαζί με φωτοβολταϊκά πάνελ 120 kW, δύο μπαταρίες 240 kWh και ηλεκτρονικό μετατροπέα Solis S6-EH3P(75-125)K10-NV-YD-H. Αυτός ο μετατροπέας διαθέτει 10 εισόδους MPPT, ενώ μία είσοδος μπορεί να υποστηρίξει DC είσοδο 20 kW. Ως εκ τούτου, ο ελεγκτής της ανεμογεννήτριας μπορεί επίσης να συνδεθεί απευθείας σε αυτόν τον μετατροπέα.

Ο πελάτης ενέκρινε ανεπιφύλακτα αυτήν τη λύση για το υβριδικό ανεμοηλιακό σύστημα 140 kW. Ωστόσο, λόγω των τοπικών ρυθμίσεων και των περιορισμών της τοποθεσίας εγκατάστασης, ο πελάτης μας ενημέρωσε ότι χρειάζεται επίσης μια εναλλακτική λύση αποκλειστικά φωτοβολταϊκού συστήματος.

Στην επόμενη φάση, μπορούμε να πραγματοποιήσουμε υπολογισμούς για ένα αποκλειστικά φωτοβολταϊκό σύστημα.