Dlaczego konfiguracje słoneczne poza siecią są tylko 12, 24, 48 VDC?

Chcę wyprodukować 50 kW dla projektu solarnego poza siecią. Idealnie chciałbym mieć system akumulatorów prądu stałego o wysokim napięciu z falownikiem akumulatorów o dużej mocy i kontrolerem ładowania.

Znalazłem tylko kilka falowników i kontrolerów ładowania o wysokim VDC (384V), które pochodzą od chińskich producentów. Waham się od nich kupić.

Wszystkie duże firmy używają tylko 12, 24 i 48 VDC. Rozumiem, że jest to najbardziej powszechne i nie potrzebujesz dużo energii do domu, ale jeśli chcę wyprodukować 50 kW przy 48 VDC, to ponad 1000A! Gdybym uruchomił to równolegle do falowników 48 V, potrzebowałbym 10 lub więcej falowników. To dużo drutu i pracy.

Czy istnieje elektryczny powód, dla którego ograniczałyby te produkty do 48 VDC?

60VDC jest punktem odcięcia dla Safety Extra Low Voltage, lub SELV, jak określono w UL 60950-1. Oprócz niskiego napięcia obwody SELV są również izolowane od sieci przez wzmocnioną izolację , która ma określone odstępy i wymagania materiałowe.

Ogólnie rzecz biorąc, napięcia SELV są „bezpieczne dla dotyku”, co oznacza, że ​​nie stanowią zagrożenia porażeniem przy bezpośrednim kontakcie. 48 V spada poniżej tego progu SELV z pewnym marginesem. To także wygodnie cztery akumulatory kwasowo-ołowiowe „12V” połączone szeregowo (naprawdę do około 58,8 V przy pełnym naładowaniu).

Napięcia powyżej poziomu SELV są rozpatrywane w tej samej klasie co napięcie sieciowe i zwykle wymagają instalacji przez elektryka. Powód? Elektrycy są zaznajomieni z kodeksami i technikami ochrony przed przypadkowym kontaktem z potencjalnie śmiertelnym napięciem, w tym z użyciem odpowiednich materiałów, bezpieczników, ochrony przed awarią, obudów i prowadzenia kabli.

Więcej tutaj: https://www.edn.com/electronics-blogs/power-supply-notes/4414411/What-does-SELV-mean-for-power-supplies

Sprzęt akumulatorowy montowany w terenie nie może wyjść poza SELV bez pomocy

Podstawowe ograniczenie napięcia szyny prądu stałego w większości systemów poza siecią jest rzeczywiście spowodowane limitami bezpieczeństwa dotyku (limit 60 V DC / 42,4 V AC SELV), ale nie jest to spowodowane tym, kto go instaluje. Zamiast tego problemem jest dostępność części: pojedyncze ogniwa kwasowo-ołowiowe i monobloki o rozmiarach stosowanych w systemach poza siecią zwykle nie są dostępne z terminalami bezpiecznymi dla dotyku z powodu problemów związanych z produkcją i różnorodnością aplikacji. Można to nieco rozwiązać, w zależności od środowiska, używając szafy bateryjnej lub pomieszczenia bateryjnego jako granicy bezpieczeństwa dotyku lub stosując fabrycznie zmontowany i wymieniony system magazynowania energii, ale to prowadzi nas do następnego problemu.

Rozdzielnica prądu stałego jest trudna

Lekka rozdzielnica sieci niskiego napięcia prądu przemiennego (MCB i powiązane systemy montażowe / bussingowe, a także topliwe rozłączniki / odłączniki, bezpieczniki sieciowe do różnych odmian ogrodowych itp.) Są oczywiście łatwo dostępne dla typowych napięć roboczych. Jednak tylko ograniczony podzbiór tego sprzętu jest w ogóle oceniany do zasilania prądem stałym , a jeśli tak, jego oceny będą ograniczone do około 48–60 V prądu stałego. Ponadto, odłączniki i takie przeznaczone do zasilania energią słoneczną , mimo że są przystosowane do wysokich napięć prądu stałego, mają bardzo niskie wartości znamionowe zwarć / zakłóceń w ogólnej strukturze. Jest tak, ponieważ panele słoneczne są natury rzeczy obecne ograniczone źródła: bez względu na to, jak długi jest twój ciąg, nie wyda on dużo więcej niż jego znamionowy Isc bez względu na to, co z nim zrobisz, a wartości Isc paneli słonecznych są rzędu wzmacniaczy, a nie kiloampów.

Oznacza to, że potrzebujesz dużo cięższej aparatury rozdzielczej do zasilania prądem stałym przy napięciach prądu stałego odpowiadających napięciu sieciowemu, ponieważ ciągi baterii są w stanie wytwarzać prądy zwarciowe klasy kiloamperów (łatwo równoważne pod tym względem ze źródłem prądu), a łuki prądu stałego są nieskończone samowystarczalne po uderzeniu w porównaniu z łukami AC, które wygasają przy zerowych przejściach. Co więcej, nawet cięższe urządzenia, takie jak przemysłowe wyłączniki MCCB typu DC i wytrzymałe przełączniki topliwe są często ograniczone do 125 V DC dla wyłączników jednobiegunowych i 250 V DC dla przełączania wszystkich biegunów w urządzeniach wielobiegunowych. Chociaż istnieje kilka topliwych przełączników, które mają wartości znamionowe do 600 VDC, są one również ograniczone przez niemożność uzyskania bezpieczników znamionowych dla sieci zasilającej OCPD przy napięciach powyżej 300 V DC, z kilkoma wyjątkami.

Przerywanie ocen to kolejny problem; osiągnięcie wartości znamionowych zwarć systemu DC powyżej 10 kA wymaga starannego doboru komponentów, a nawet najbardziej niezawodne dostępne konstrukcje wyłączników i bezpieczników osiągają jedynie 100 kA lub mniej znamionowej wartości znamionowej przerywania prądu stałego.

TLDR: Przemysł używa sprzętu przemysłowego, a domy nie mają zapotrzebowania na 50 kW. Naprawdę.

Nie można tego wystarczająco podkreślić:

DC to jeden paskudny klient.

Łatwo jest popadać w samozadowolenie po spędzeniu młodości i kariery zawodowej pracując z łagodnymi, nieszkodliwymi napięciami prądu stałego o napięciu 5-24 V lub dobrze zachowanym napięciem przemiennym o napięciu 100–240 V ze względu na częste przejścia przez zero.

DC w tym samym zakresie jest średnio pijany. Być może przebywałeś w bardzo starych domach i czułeś przełączniki, które miały ostateczny SNAP po włączeniu lub wyłączeniu. Są to powrót do czasów, gdy zasilanie domu było prądem stałym, i rozwierają styki dość szeroko, aby zapewnić, że łuk zostanie zgaszony. Ponadto potrzebujesz magnetycznych lub pneumatycznych „przedmuchów” zaprojektowanych do wciągnięcia łuku do rynny łukowej, aby go zdmuchnąć. ,

Ponieważ jeśli wybuchnie łuk elektryczny, przepali prawie wszystko. (zwróć uwagę na wideo pożaru tramwaju, jak zajmie trochę czasu zajarzenie łuku, a następnie rozerwanie tramwaju na strzępy. Obserwuj dalej, kilka razy się ponownie włącza).

Spójrz na wartości znamionowe prądu stałego styczników i przekaźników. Zobaczysz bardzo różne wartości napięcia dla prądu stałego niż prądu przemiennego.

W rezultacie różne przepisy traktują wyższe napięcie DC inaczej niż niskie napięcie, a dopuszczalne maksima są zwykle w zakresie 30-50 woltów.

Szybkie zamknięcie

Dwa progi szczególnie interesujące dla instalatorów paneli słonecznych (którzy pracują na dachach) to zasady szybkiego wyłączania z 2017 roku. Musisz teraz pozostawić „przejścia” między grupami paneli słonecznych, aby strażacy mieli dostęp do dachu. Oznacza to, że istnieją grupy paneli, które nadal sąsiadują ze sobą.

W przypadku instalacji dachowych strażacy muszą mieć dostęp do przełącznika, który wykona dwie czynności. a) Zmniejszyć napięcie w grupie paneli do 80 woltów prądu stałego lub mniejszych. b) Zmniejszenie napięcia między grupami do 30 woltów jest niższe.

Jeśli napięcie systemowe jest mniejsze niż 30 woltów, nie są wymagane żadne specjalne przepisy.

Jest to bezpośrednie odzwierciedlenie zagrożeń związanych z wyższymi napięciami.

W przypadku instalacji bez dachu nie stanowi to problemu; jedzenie do namysłu.

Wysokie stosy baterii są mniej niezawodne

Baterie to szereg ogniw od 1,2 do 3 woltów na ogniwo. Jako taki, stos wysokiego napięcia ma wiele ogniw. Im więcej komórek, tym większe ryzyko awarii komórki ograniczającej lub zmniejszającej cały stos. EV w dużej mierze pokonały to dzięki akumulatorom egzotycznym, ale nie będziesz miał takiego szczęścia ze zwykłymi starymi kwasami ołowiowymi.

Napięcie akumulatora nie musi odpowiadać napięciu słonecznemu

Nie ma nic złego w wysokim napięciu na panelach słonecznych (zauważając, że z natury jest ograniczony prądem) i niskim napięciu na akumulatorze (który dosłownie nie ma limitu prądu i radośnie wybuchnie). Kontroler ładowania słonecznego musiałby przeliczać , ale i tak to robi.

Czy naprawdę potrzebujesz 50 kW?

Tak, jeśli robisz to komercyjnie, np. Prowadząc farmę serwerów lub hodując oświetlenie, to tak - podzielisz projekt na mniejsze części, które pasują do dostępnego sprzętu falownika. Należy pamiętać, że wiele falowników nie może mieć równoległych wyjść, ponieważ nie mogą się zsynchronizować. Jeśli wypadną ze sobą ze sobą w fazie, będzie to martwa przerwa między nimi. Jeśli oczekujesz automatycznej synchronizacji falowników ze sobą lub z siatką, zresetuj to oczekiwanie.

Jeśli jest to przedsięwzięcie komercyjne, np. Uruchamianie wentylatorów i pomp w odległej kopalni, wówczas przechodzisz na sprzęt poziomu przemysłowego i płacisz za niego krwawiące ceny. Sam fakt, że rozważasz tanie sery, wydaje się postrzegać to jako problem właściciela domu.

Domy nie zrobić tego

Jednym z największych błędów w ruchu „eko” jest zastępowanie jednostek, dzięki czemu można zachować dokładnie takie same procesy. Usuń nawóz azotanowy i włóż guano nietoperza, usuń Roundup i zastąp marką X, ale nadal hoduj dokładnie w ten sam sposób . Wznieś budynek z częściami marki X zamiast marki Y i zdobądź certyfikat LEED (ponieważ części są LEED), jednocześnie całkowicie ignorując zadaszenie, pasywny projekt solarny i innych prawdziwych zwycięzców w tej dziedzinie. Takie podejście jest błędne. Tragicznie powszechne, ale mylące.

I szczerze mówiąc, otrzymujemy to więcej od naysayers: patrząc na ich główny wyłącznik 200 A, pomnożenie przez 240 i oświadczenie, że potrzebują układu słonecznego 48 kW, a naysayer natychmiast podrzuca pewne liczby, aby udowodnić, że układ słoneczny 48 kW jest całkowicie niepraktyczny. Nie kupa Sherlock . W tym przypadku naysayer złośliwie wkracza do zastępowania jednostek specjalnie po to, aby zabić ideę życia poza siecią, a nawet być praktycznym .

Oczywiście teraz można sobie wyobrazić układ słoneczny o mocy 50 kW, ale jest on tak samo absurdalny jak wtedy, gdy naysayer go „zaproponował” .

Losowy dom bez środków ochronnych pobiera średnio 1000 watów. Tak twierdzą firmy energetyczne, które oceniają elektrownie pod względem liczby obsługiwanych domów. To dość duży system (100KWH baterii na 100 godzin burzy), więc myślisz o ładunkach i jak je zminimalizować, szczególnie obciążenia wampirów, które są 24x7.

Największym obciążeniem wampirów w całym domu jest falownik. Nawet bez obciążenia spala 1% swojej oceny, po prostu „podkręcając”. Zatem przy 50 kW to 500 watów mocy - pamiętasz, co zabiera przeciętny niezoptymalizowany dom? Więc już tam jesteś - jakie to marnotrawstwo !? Dlatego ważne jest utrzymanie falowników w rozsądnych rozmiarach.

I robisz to, starannie przemyślając obciążenia i nie mając jednego wielkiego klienta, który kontroluje dobór falownika.

Staranne projektowanie obciążenia

Oto, czego nie robisz: Unikaj nowej lodówki o wartości 600 USD, zachowując swoją starą, ponieważ musisz zapewnić dodatkowe 3000 USD pojemności PV, aby zasilić nieefektywną rzecz.

Na przykład, ciepło elektrycznej płyty bazowej jest gotowe. Piekarnik elektryczny, nie; użyj gazu. Ciepło budowlane powinno być pasywnym projektem solarnym, a następnie aktywnym systemem solarno-termicznym. Ciepła woda, energia słoneczna z zasobnikami.

Jest wyjątek: pompowanie ciepła jest całkowicie rozsądne, ponieważ 20% -owa efektywność panelu słonecznego x 300-1000% wydajności pompy ciepła> to, co można uzyskać z energii słonecznej.

Rezultatem jest jedyne naprawdę duże obciążenie elektryczne, jakiego można oczekiwać od domu poza siecią, to klimatyzator. Falownik będzie odpowiednio zwymiarowany .

W związku z tym 48 V to dużo baterii.

Ciepła woda na żądanie

Przez krótki czas zastanawiałem się nad tym, jakie obciążenie dokładnie wymaga 50 kW , a moim wnioskiem jest „ogrzewanie ciepłej wody na żądanie”. Kocham ich, ale tak. Nie, po prostu nie.

To narusza dwie zasady: wytwarzanie ciepła za pomocą PV i uruchamianie falownika dla obciążenia, które nie przejmuje się prądem przemiennym.

Przynajmniej nagrzałbyś go bezpośrednio z prądu stałego, być może za pomocą prostych konwerterów boost na kanał, które uruchamiają się tylko wtedy, gdy grzejnik wzywa ciepło na tym kanale. Ale ponieważ i tak robiłbyś 3-4 kanały na dużej grzałce, zrobiłbyś po prostu 3 mniejsze grzałki - umieszczone bezpośrednio przy czopie, więc zerujesz ten długi, bardzo drogi czas oczekiwania na dotarcie gorącej wody do czopa (po zapełnieniu gorącej wody z rury wypełnionej teraz).

Właściwym sposobem na to jest użycie energii słonecznej z dużym zasobnikiem, ewentualnie z pompą ciepła. Zbiornik akumulacyjny jest ogrzewany tak gorąco, jak to możliwe (90 ° C, jeśli to możliwe), a następnie jest wymieniany w celu przygotowania ciepłej wody użytkowej lub używany jako radiator dla podgrzewacza (pompy). Pompy ciepła są bardziej wydajne podczas pompowania „z góry”, dzięki czemu duży słoneczny zbiornik termiczny z ciepłą wodą pozwala zaoszczędzić dużo energii PV, nawet jeśli nie jest ona wykorzystywana bezpośrednio.

Optymalne napięcie prądu stałego zależy również od rodzaju akumulatorów, które zamierzasz zainstalować. Kwas ołowiowy jest bardziej przystępny cenowo, ale zużywa się po ~ 1000 cyklach ładowania i rozładowania, a w przypadku systemu wysokiego napięcia konieczne jest szeregowe podłączenie dużej liczby z nich. Akumulatory litowo-jonowe występują w konfiguracjach wysokiego napięcia (około 500 V DC), które znacznie zmniejszają straty na okablowaniu, ponieważ prądy są wówczas proporcjonalnie niższe i mają znacznie dłuższy czas życia.

W zeszłym roku zainstalowałem inwerter „Blueplanet Hybrid 10.0 TL3”, 10 kW, z zakresem od 200 do 900 V DC po stronie fotowoltaicznej i akumulatorem litowo-jonowym 500 V DC. Akumulator rzeczywiście pochodzi z Chin (Byd-HV), falownik wyprodukowano w Niemczech. Minusem jest to, że oprogramowanie do włączania trybu wyspowego pojawia się dopiero pod koniec września 2019 r. Z powodu opóźnień certyfikacyjnych ... Poza tym działa bezbłędnie od roku w trybie interaktywnym z gridem, a okablowanie można wykonać za pomocą Kable słoneczne 10 mm2 (dla mojej instalacji 10 KW).

Zdecydowanie można uzyskać większe falowniki prądu przemiennego poza siecią. Na przykład SMA Sunny Island idzie w górę do 100 kW.

https://www.sma-america.com/products/battery-inverters/sunny-island-4548-us-6048-us.html

I tak, wahałbym się również przed chińskimi falownikami, jeśli macie alternatywy. Na szczęście w tym przypadku myślę, że tak.