Esettanulmány: 140 kW-os szél–napelemes hibrid rendszer megoldása az Egyesült Királyságban

Ügyfél háttérinformációi és igényei:

Az ügyfél az Egyesült Királyságból származik, és egy bútorvállalat tulajdonosa. Gyárában rendkívül magas az áramfelhasználás: napi 300 kWh. Jelenleg az ügyfél már rendelkezik egy 40 kW-os, hálózatra csatlakoztatott napelemes rendszerrel, de ez nyilvánvalóan nem elég az ügyfél elektromos energiaszükségletének kielégítésére. Az ügyfél jelenlegi terve, hogy szélturbinákat, napelemeket és energiatároló akkumulátorokat telepít, így egy szél- és napenergia-hibrid rendszert hoz létre, amely nagy részben saját termelésű és saját fogyasztású energiát biztosít. Még hosszabb esős időszakok alatt is képes arra, hogy éjszaka olcsóbb hálózati áramot használjon, és nappal a tárolt energiát adja le.

Elemzés

Először is ellenőriztük a megrendelő szélsebességét 15 méteres magasságban. A megrendelő átlagos szélsebessége 6,5 m/s, ami kiválóan alkalmas szélturbinák üzemeltetésére. Ez azt jelenti, hogy gyakran tudunk teljes teljesítményen üzemelni. Ezért ajánljuk egy szél–napenergia hibrid rendszer alkalmazását. A 20 kW DK szélturbina várhatóan naponta több mint 150 kWh energiát termel. Konzervatívan becsülve a megrendelő jelenlegi 40 kW-os energiaellátó rendszere évente 35 000 kWh villamos energiát termel, azaz naponta kb. 95 kWh. Miért ennyire alacsony ez az érték? Az Egyesült Királyságban ugyanis évente kb. 150 napig esik az eső, ami miatt a napi energiaellátás nem elegendő. Ezért kategóriánként kell megbeszélnünk a kérdést. Ha már létezik egy 20 kW-os szélgenerátor és elegendő napfény áll rendelkezésre, akkor a napi 8 órás munkaidő alatt a szélgenerátor és a 40 kW-os napelemek várhatóan 170 kWh energiát szolgáltatnak. A fennmaradó 130 kWh-os energiahiányt akkumulátorokból vagy a hálózatból kell fedezni. Ha esik az eső, akkor a 40 kW-os napelemek gyakorlatilag nem tudnak energiát szolgáltatni. A szélgenerátor 8 óra alatt 40 kWh energiát tud szolgáltatni, így további 260 kWh energiát kell akkumulátorokból vagy a hálózatból beszerezni. Ha különösen kedvezőtlen időjárási körülmények állnak fenn – azaz eső és szélcsend is van –, akkor az összes 300 kWh energiát akkumulátorokból vagy a hálózatból kell nyerni.

Mivel a nagynyomású akkumulátor kisütési mélysége 95%, az akkumulátor kapacitásának legalább 315 kWh-nak kell lennie. A vevő már tervezte, hogy 2 darab 240 kWh-os litiumakkumulátort vásárol, így ez az akkumulátor-kapacitás elegendő. Ezután ki kell számítanunk, hogyan tölthető fel teljesen a 480 kWh-os akkumulátor napfényes időjárás mellett, és minimalizáljuk a hálózati áram vásárlásának valószínűségét. A szélgenerátor 24 óra alatt kb. 150 kWh-t termel. Így még 330 kWh hely marad. Hozzáadva a 8 óra alatt fogyasztott 300 kWh-t, legalább 120 kW-os napelemekre van szükség, tehát további 80 kW-os napelemek is szükségesek.

A vevő átlagos napi villamosenergia-fogyasztása 8 óra és 300 kWh. Az induktív terhelések figyelembevételével az inverter teljesítményének nagyobbnak kell lennie, mint 60 kW.

Megoldás

Az előző elemzés után kezdeti tervünk egy 140 kW-os inverter használata. szél-soláris hibrid rendszer 20 kW-os DK szélturbina, 120 kW-os napelempanelek, két 240 kWh-os akkumulátor és a Solis invertere: S6-EH3P(75-125)K10-NV-YD-H. Ennek az inverternek 10 MPPT bemeneti csatlakozója van, és egy bemeneti csatlakozó kezelheti a 20 kW-os egyenáramú (DC) bemenetet. Ezért a szélturbina vezérlője is közvetlenül csatlakoztatható ehhez az inverterhez.

A megrendelő nagyon pozitívan értékelte ezt a megoldást a 140 kW-os szél-napenergiás hibrid rendszerhez. Azonban a helyi szabályozás és a telepítési hely korlátozásai miatt a megrendelő tájékoztatott minket arról, hogy alternatív megoldásként egy kizárólag napelemes rendszerre is szüksége van.

A következő szakaszban kiszámíthatjuk egy kizárólag napelemes rendszer paramétereit.