Tapauskatsaus: 140 kW:n tuuli- ja aurinkosähköhybridijärjestelmäratkaisusta Yhdistyneessä kuningaskunnassa

Asiakkaan tausta ja vaatimukset:

Asiakas on kotoisin Yhdistyneestä kuningaskunnasta ja omistaa kalusteiden valmistusyrityksen. Hänen tehtaassaan sähkön kulutus on erinomaisen suurta, 300 kWh päivässä. Tällä hetkellä asiakkaalla on jo 40 kW:n verkkoliitettu aurinkopaneelijärjestelmä, mutta tämä ei selvästikään riitä täyttämään hänen sähköntarpeitaan. Asiakkaan nykyinen suunnitelma on asentaa tuuliturbiineja, aurinkopaneeleja ja energiavarastoa varten akkuja muodostaakseen tuuli- ja aurinkoenergian yhdistelmäjärjestelmän, joka mahdollistaa suurimman osan sähkön tuottamisen ja käytön omalla alueella. Pitkien sadepiirien aikana järjestelmä mahdollistaa myös halvemman sähkön ostamisen verkosta yöllä sekä akkujen purkamisen päivällä.

Analyysi

Ensiksi tarkastelimme asiakkaan tuulen nopeutta 15 metrin korkeudessa. Asiakkaan keskimääräinen tuulen nopeus on 6,5 m/s, mikä on erinomaisen sopiva tuuliturbiinien käyttöön. Tämä tarkoittaa, että voimme usein ajaa täydellä teholla. Suosittelemme siksi tuuli–aurinko-hybridijärjestelmää. 20 kW DK-tuuliturbiini odotetaan tuottavan yli 150 kWh päivässä. Varovaisesti arvioiden asiakkaan nykyinen 40 kW:n sähköntuotantojärjestelmä tuottaa vuosittain 35 000 kWh sähköä. Tämän perusteella päivittäinen sähköntuotanto on noin 95 kWh. Miksi se on niin alhainen? Syynä on se, että Yhdistyneessä kuningaskunnassa sataa noin 150 päivää vuodessa, mikä johtaa riittämättömään päivittäiseen sähköntuotantoon. Siksi meidän on käsiteltävä tätä kategorisesti. Kun olemassa oleva 20 kW:n tuuliturbiini ja riittävä aurinkovalo ovat käytettävissä, tuuliturbiini ja 40 kW:n aurinkopaneelit tuottavat odotettavasti 170 kWh energiaa 8 tunnin työpäivän aikana. Loput 130 kWh energiavajauksesta voidaan hankkia akkuista tai sähköverkosta. Jos sataa, 40 kW:n aurinkopaneelit eivät juurikaan tuota energiaa. Tuuliturbiini voi tuottaa 8 tunnissa 40 kWh energiaa, jolloin 260 kWh energiaa on edelleen hankittava akkuista tai sähköverkosta. Jos esiintyy erityistilanne, jossa sataa ja tuulta ei ole, kaikki 300 kWh energiaa on hankittava akkuista tai sähköverkosta.

Koska korkeapaineisen akun purkautumissyvyys on 95 %, akun kapasiteetin on oltava vähintään 315 kWh. Asiakas on jo suunnitellut ostavansa kaksi 240 kWh:n litiumakkuja, joten tämä akunkapasiteetti riittää. Tämän jälkeen meidän on laskettava, miten 480 kWh:n akku voidaan ladata täysin aurinkoenergialla ja minimoida mahdollisuus ostaa sähköä sähköverkosta. Tuuliturbiinin tuottama teho 24 tunnissa on noin 150 kWh. Jäljelle jää siis 330 kWh:n tila. Lisäämällä tähän 8 tunnissa kulutettu 300 kWh tarvitaan vähintään 120 kW:n aurinkopaneelit, joten lisäksi tarvitaan vielä 80 kW:n aurinkopaneelit.

Asiakkaan keskimääräinen päivittäinen sähkönkulutus on 8 tuntia ja 300 kWh. Ottaen huomioon esimerkiksi induktiiviset kuormat invertterin tehon tulisi olla yli 60 kW.

Ratkaisu

Edellä esitetyn analyysin perusteella alkuperäinen suunnitelmaamme on käyttää 140 kW:n invertteriä tuulivoimala aurinkoenergia yhteensopiva järjestelmä 20 kW:n DK-tuuliturbiini sekä 120 kW:n aurinkopaneeleja, kaksi 240 kWh:n akkua ja Soliksen käyttömuuntaja S6-EH3P(75–125)K10-NV-YD-H. Tässä käyttömuuntajassa on 10 MPPT-tuloporttia, ja yksi tuloportti voi käsittää 20 kW:n DC-tulon. Siksi tuuliturbiinin ohjain voidaan myös kytkentää suoraan tähän käyttömuuntajaan.

Asiakas hyväksyi tämän ratkaisun 140 kW:n tuuli- ja aurinkosähköjärjestelmälle erinomaisesti. Kuitenkin paikallisten säädösten ja asennuspaikan rajoitusten vuoksi asiakas ilmoitti tarvitsevansa vaihtoehtoisena myös pelkän aurinkosähköjärjestelmän ratkaisun.

Seuraavassa vaiheessa voimme laskea pelkän aurinkopaneelijärjestelmän.