Hållbara energilösningar Ny öppen energi -projektet 2017 Välkommen att bekanta dig med hållbara energilösningar och solenergi.

Utrustning, del 2 Marko Kukka, Satakunnan ammattikorkeakoulu Låt oss undersöka en av de viktigaste komponenterna i systemet, det vill säga invertern. Systemets huvudbeståndsdelar är solpanelerna och en inverter (eller ett laddningsreglage i icke nätanslutna system) kablar/förankringsystem

Växelriktare – i princip en anordning, som styr strömmen En växelriktare eller inverter är en anordning som omvandlar den likström som panelen producerar till växelström, så att den kan användas i elapparaterna i hemmet, eller om förbrukningen är liten kan överskottet matas in i det riksomfattande elnätet. Det finns många tillverkare som gör dessa i många olika typer, storlekar, effekter En växelriktare, det vill säga inverter, är en anordning som omvandlar likström till växelström och är väsentlig i ett solenergisystem. Bild: pixabay.com CC0 Public Domain

Växelriktare i ett nätanslutet system Går i takt efter nätspänningen Innehåller ett öskydd (Anti-island protection) som bryter strömmatningen om nätspänningen försvinner Fungerar inte utan el från elnätet Hög verkningsgrad, ~ 98 procent Modeller för inom- och utomhusbruk Ska uppfylla kraven i standarderna SFS-EN 50438 eller VDE-AR-N 4105 (2011) När systemets inverter är ansluten till nätet, går den i takt med nätspänningen. En av dess viktigaste egenskaper är öskyddet, Anti-island Protection, som bryter strömmatningen exempelvis vid elavbrott och om nätspänningen försvinner. Detta är av stor betydelse för säkerheten, t.ex. då nätet eventuellt underhålls, så att det inte går så att dessa solenergisystem som ingår i nätet matar in energi i nätet och ger upphov till spänning i nätet som underhållspersonerna inte känner till. Detta skulle vara en stor risk för arbetarsäkerheten. Systemet fungerar inte om det inte kommer el från elnätet. Det går alltså inte att tänka att ett sådant traditionellt nätanslutet system vid elavbrott fungerar som reservströmkälla. I detta fall behövs det extra komponenter i systemet om man vill använda det i detta syfte. I dessa moderna modeller är verkningsgraden mycket hög, 98 %. Man har lyckats ganska bra med att minimera förlusten. Det finns modeller som lämpar sig för såväl inom- som utomhusbruk och i olika effektklasser, som bestäms enligt hur många paneler som behövs i systemet och deras totala effekt. Det föreskrivs att dessa ska uppfylla kraven i SFS-EN 50438 som är en finsk standard eller versionskraven i den tyska standarden VDE-AR-N 4105 (2011). Alltid då man talar om el och åtgärder i samband med el, ska utrustningen först uppfylla vissa standarder och installatören ska naturligtvis ha nödvändig behörighet. Anti-island protection  förhindrar bakmatning (nätet saknar spänning/säkerhet)

För en panel eller panelpar Typer av växelriktare Mikroinverter För en panel eller panelpar Effekt fr.o.m. ca 200 W Enfasinverter Effekt minst 1 000 W Trefasinverter Effekt minst 3 000 W Om vi tittar på olika typer av växelriktare så finns det enfasinverters med en effekt på minst 1 000 W. Här ansluts invertern till nätet i enfas, vilket betyder att detta system kan vid produktion endast utnyttja sådan utrustning som är ansluten till samma fas. I praktiken är detta det enda alternativet för små system. Sedan finns det trefasinverters med en effekt på minst 3 000 W. Fördelen här är att man kan använda alla 3 faser. Det vill säga man kan utnyttja den producerade elen i alla elapparater i hemmet. Här inverkar grupperingen av elapparaterna, det vill säga till vilken fas de är anslutna och hur de används. Med andra ord kan det vara så att förbrukningen är större i vissa faser och när systemet producerar energi är förbrukningen mellan de olika faserna inte alltid optimal i förhållande till produktionen. Sedan finns det även mikroinverters för en panel eller panelpar och deras minimieffekt är ca 200 W. Med dessa kan man optimera systemets produktion, det vill säga de minskar vanligtvis skuggningens effekt då skuggningen av en panel inte påverkar hela systemet, om man använder mikroinverters Och även om man har paneler i flera olika väderstreck, varvid produktionen varierar enligt riktning. Nackdelen med detta är att dessa är vanligtvis en aning dyrare att skaffa och alltid när man skaffar fler komponenter till systemet ökar risken för fel och ett eventuellt underhållsbehov. Enfasinverterare: ansluts till en fas i nätet  produktionen kan endast utnyttjas för den utrustningsom är ansluten till den enda alternativet för små system, elen kan köpas/säljas om det inte finns något att nettoredovisa mätare (produktion och belastning och deras skillnad vid fakturering) Trefasinverterare: alla tre faser, största nytta uppnås med dessa (producerad el till all elutrustning), påverkar grupperingen av elutrustningen/typen av utrustning och dess användning i alla faser Mikroinverterare: ansluts till systemet för varje panel, skuggning/eller en del av panelerna i olika riktning, vanligtvis dyrare, fler komponenter felfrekvens/underhåll

Växelriktare Här är en bild av en växelriktare som placerats ute i ett system i en sluttning. Om vi tittar på tekniken så ser vi att det skett en utveckling de senaste åren. By Claus Ableiter (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Inuti en växelriktare Och naturligtvis, ju högklassigare en växelriktare är, desto större mängd elektronik och komponenter innehåller den, med vilka man försöker göra den så effektiv som möjligt. Bild: pixabay.com CC0 Public Domain

Mikroinverter per panel Underhållsfri Väderbeständig (de flesta modellerna) t.ex. IP 65 De flesta har display som anger produktionsuppgifter Vanligtvis integrerat fjärruppföljningssystem Fungerar vanligtvis enbart med nätspänning På bilden finns en mikroinverter för en panel. När systemet fungerar normalt är dessa underhållsfria. De flesta modeller är naturligtvis väderbeständiga då panelerna finns utomhus. De kan vara utrustade med exempelvis en display för visning av produktinformation och ett integrerat fjärruppföljningssystem som visar hur mycket energi panelen producerar. Även dessa är i drift när de är anslutna till elnätet, det vill säga i bassystemet.

Styrning av motstånd med växelriktare Slutbar manöverknapp på inverteraren Kontaktor För värmemotstånd L L1 L2 L3 N De flesta växelriktare har manöverknappar, med vilka man exempelvis kan slå på motståndet i batteriladdaren Manöverknapparna har effektgränser, vid vilka de stängs eller öppnas När det gäller systemets produktion och förbrukning av den producerade energin, har de flesta växelriktare manöverknappar, med vilka man kan slå på och koppla från t.ex. ett motstånd i en beredare. Då ställer man en effektgräns för invertern som bestämmer när manöverknapparna sluts eller öppnas. I till exempel ett eluppvärmt hus med en eldriven vattenberedare kan gränsen för invertern fastställas till att när panelerna producerar en effekt på t.ex. över 2 000 W kopplas manöverknapparna från och kontaktorn slår på vattenberedarens motstånd, varvid energin kan matas till förbrukningen. Det vill säga att mängden el som matas in i nätet minimeras, eftersom ersättningen för det är allt som oftast mycket liten och på detta sätt kan man öka den egna förbrukningen. I regel är solelsystem inte optimala för att producera varmt tappvatten, och därför är syftet med denna metod att öka den egna förbrukningen. På motsvarande vis öppnas manöverknappen som kopplar från motståndet när effekten sjunker under den fastställda gränsen på exempelvis 1 800 W. Då antar man att den producerade energin kan just då på bästa möjliga vis användas i andra apparater i hemmet och att mängden el som matas in i nätet minimeras. Till exempel när panelens effekt överstiger 2 000 W stängs manöverknappen, varvid kontaktorn slår på motståndet. När effekten sjunker under en fastställd nedre gräns, till exempel 1 800 W öppnas manöverknappen och kontaktorn bryter motståndet.

SMA-inverterns PV-system är indelat i två fält Dessutom kan invertern, beroende på modell, dela in ett PV-system i två olika fält. På bilden finns panelfält i två olika väderstreck, och detta påverkar förstås den totala produktionen, om dessa system kopplas till en helhet. Här fungerar panelfälten på sätt och vis som två olika system, varvid deras produktion inte direkt påverkar varandra. När panelfältet i den mindre fördelaktigare riktningen producerar mindre har det ingen negativ effekt på det system som har större produktion på grund av sin mera optimala riktning. På detta sätt kan man även minimera effekten av skuggning mellan olika panelfält. Bild: Teemu Heikkinen, Satakunnan ammattikorkeakoulu Bild: Teemu Heikkinen, Satakunnan ammattikorkeakoulu

Säkerhetsbrytare Installeras mellan invertern och elskåpet så att nätbolaget har tillträde till brytaren. I vissa fall installeras den även mellan invertern och panelerna, om invertern saknar en egen frånskiljare (DC-frånskiljare) Markeras tydligt med en skylt På de tidigare bilderna syntes denna säkerhetsbrytare som ska installeras på en sådan plats mellan invertern och elskåpet så att elbolagets anställda kommer åt den, så att de vid behov kan koppla bort detta system från nätet, t.ex. vid underhåll. I vissa fall installeras den mellan invertern och panelerna, om invertern saknar en egen DC-frånskiljare. Brytaren ska markeras tydligt med en skylt, t.ex. med en sådan grön markering för säkerhetsbrytare till solelsystem. SOLENERGISYSTEMETS SÄKERHETSBRYTARE Bild: Satakunnan ammattikorkeakoulu

Uppföljning av systemets produktion Det väsentliga vid uppföljning av systemet är uttryckligen uppföljningen av systemets produktion, så att man kan försäkra sig om att systemet fungerar som det ska.

Fronius mobilapp visar nuvarande produktion dagens totalproduktion produktion under de senaste fyra dagarna Här är några exempel från tillverkaren om deras produktionsuppföljning. Här är Fronius mobilapp, som visar den nuvarande produktionen, dygnets totala produktion och produktionen under de 4 föregående dygnen. Det är mycket enkelt att följa sitt eget system och dess produktion och försäkra sig om att det fungerar som det ska. På detta sätt lägger man snabbt märke till eventuella fel och problemsituationer i systemet. Det är även enkelt att jämföra vädrets inverkan på produktionen och olika dygns produktion sinsemellan. Skärmbilder av programmet Båda har även omfattande uppföljningswebbplatser som man kan besöka via datorns webbläsare

Med SMA-mobilappen kan man bläddra bland hela produktionshistoriken per dag, månad och år, nuvarande produktion visas inte. Det här är SMA:s motsvarande mobilapp, med vilken man kan bläddra genom hela produktionshistoriken på dygns-, månads- och årsnivå, men den visar inte produktionen för ögonblicket. Förutom mobilappar finns det även en lösning för webbläsare, varvid man kan via datorns webbläsare logga in sig i systemet och följa upp olika produktionsuppgifter från olika tidpunkter och t.ex. väderförhållandenas inverkan på produktionen. Det här var en kort översikt av komponenterna i ett solelsystem och deras funktion i systemet. I följande avsnitt tittar vi närmare på olika typer av system, deras sammansättning och hur riktningen och skuggningen påverkar produktionen.

Detta kursmaterial av VirtualYH-nätverket Finland är licensierat under en Creative Commons Erkännande-DelaLika 4.0 Internationell-licens: https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/, om inte annat anges i materialet.