13 listopada 2024 przetestowaliśmy działanie systemu fotowoltaicznego Sigenergy w trybie OFF GRID. Testy obejmowały przełączanie po odłączeniu sieci energetycznej oraz reakcje po przeciążeniu falownika. Do testów posłużył falownik SigenStor EC 12TP z baterią SigenStor BAT 8kWh i bramą Gateway HomeMAX TP.
Elementy testowanego systemu fotowoltaicznego z zasilaniem Off-Grid
System fotowoltaiczny z trybem zasilania awaryjnego to rozwiązanie, które łączy standardową instalację fotowoltaiczną z dodatkową funkcjonalnością. Zapewniania zasilanie obiektu w przypadku awarii sieci energetycznej. Warto nadmienić, że taki system pozwala na zwiększenie niezależności energetycznej i bezpieczeństwa energetycznego użytkownika.
Do testów użyliśmy elementów systemu PV z trybem zasilania awaryjnego. Dodajmy, że instalacja fotowoltaiczna wykonana w siedzibie firmy Polska Energia w Andrychowie.
- Panele fotowoltaiczne (Generator): Moduły JASolar JAM54S30-415MR
- Falownik (inwerter hybrydowy): SigenStor EC 12.0TP
- Magazyn energii (bateria): SigenStor BAT 8.0 o pojemności 8kWh
- Brama sieciowa: Sigen Gateway HomeMax TP
- Dodatkowy licznik energii SigenSensor TP-CT120-DH
Instalacja testowa SIGENERGY w firmie Polska Energia w Andrychowie
Błyskawiczne uruchomienie trybu OFF GRID
W przypadku wykrycia awarii zasilania, brama przełączająca Sigen Gateway automatycznie odłącza system od sieci i przełącza na tryb awaryjny. Producent Sigenergy informuje, że po zaniku napięcia przełączenie jest błyskawiczne i zapewnia ciągłość zasilania urządzeń. Nie powodując przy tym ich wyłączenia. To znaczy, że działa jak duży UPS z przebiegiem sinusoidalnym na wszystkich 3 fazach. Zapewnia też identyczne parametry jak sieć elektryczna. Dla pierwszego naszego testu ten moment przełączenia stał się celem analizy.
W trakcie testów obciążenie instalacji elektrycznej stanowiło oświetlenie LED w firmie, urządzenia biurowe oraz działające klimatyzatory. Był to normalny tryb pracy firmy.
Wykonaliśmy kilka testów w różnych momentach przebiegu charakterystyki, czyli amplitudy napięcia zasilającego. Moment odłączenia sieci z przejściem falownika Sigenenergy SigenStor EC 12.0 TP do trybu zasilania awaryjnego Off Grid jest przedstawiony na wykresach. Generowany przebieg został w minimalnym stopniu odkształcony. Należy zaznaczyć że cały prezentowany na ekranie wykres trwał niespełna 0.05 sek (50ms), zatem z podziałki można wyznaczyć czas stanu przełączenia na 0,001 sek (1ms) przy zachowaniu ciągłości zasilania.
Poniżej prezentujemy wykres przełączenia powrotnego z zasilania awaryjnego Off-Grid do trybu On-Grid z prawidłowo działającą siecią energetyczną. Przełączenie następuje zawsze po zsynchronizowaniu przebiegów.
Porównanie do klasycznego zasilacza UPS
Pomimo że system Sigen zachowuje się jak klasyczny zasilacz UPS, spełnia wygórowane standardy i normy oraz posiada certyfikaty. Dzięki temu może generować energię do sieci elektrycznej.
Dla porównania poniżej prezentujemy sposób przełączenia i generacji popularnych na rynku zasilaczy UPS przeznaczonych do zasilania elektroniki, komputerów, czy oświetlenia.
W lewej części charakterystyki zarejestrowany moment przełączenia klasycznego zasilacza UPS z pracy sieciowej do trybu awaryjnego z generowanym przebiegiem modyfikowanej sinusoidy.
Zarejestrowany moment przełączenia klasycznego zasilacza UPS z trybu awaryjnego do pracy z siecią
Jak długo będzie pracować instalacja w trybie Off Grid?
Panele PV produkują energię, która poprzez falownik jest wykorzystywana do zasilania urządzeń w domu lub firmie. Z kolei nadmiar jest przeznaczany do ładowania magazynu energii. Jeśli energii jest więcej to pozostała ilość trafia do sieci energetycznej. Jeśli z kolei energii ze słońca brakuje, wówczas uzupełnia ją zapas zgromadzony w magazynie energii. Tak też dzieje się w przypadku zasilania Off Grid. W dzień energię zapewniają panele PV i magazyn energii, nocą tylko bateria. Stan naładowania baterii i moc obciążenia instalacji uzależnia czas pracy w trybie awaryjnym.
Ważnym aspektem są ustawienia pracy magazynu energii, a dokładniej dwa główne progi rozładowania:
- dolna granica dla trybu rozładowania nocnego w trybie On-Grid
- dolna granica rozładowania dla trybu Off-Grid
Dolna granica dla trybu rozładowania nocnego w trybie On-Grid to poziom, do którego rozładuje się bateria zanim system rozpocznie pobór energii z sieci elektrycznej. Rozładowanie to ma miejsce gdy zapotrzebowanie energetyczne urządzeń w obiekcie jest większe niż energia z paneli słonecznych. Może występować również w dzień.
Dolna granica dla trybu rozładowania w trybie Off-Grid to wartość dopuszczalnego poziomu, do jakiego może obniżyć się ilość energii w magazynie w przypadku braku napięcia w sieci energetycznej.
Różnica pomiędzy powyższymi wartościami to gwarantowany zapas energii na potrzeby zasilania awaryjnego.
Jeśli awaria sieci nastąpi w słonecznym okresie, a urządzenia stanowiące obciążenie nie rozładują całkowicie baterii, praca w trybie Off Grid może trwać ciągle, nawet przez kilka, kilkanaście dni lub dłużej.
Przeciążenie falownika w trybie Off Grid
Przeciążenie każdej instalacji jest zjawiskiem niepożądanym i niebezpiecznym. Przed uszkodzeniem instalacji elektrycznej przez skutkami przeciążeń, ochronę stanowią wyłączniki nadprądowe zainstalowane na poszczególnych obwodach elektrycznych oraz zabezpieczenie główne obiektu.
Przy wykorzystaniu urządzeń zasilania awaryjnego, bez względu na to czy są to nieduże zasilacze UPS, czy systemy przemysłowe, komercyjne magazynowania energii, należy pamiętać o maksymalnych mocach, jakie może wygenerować falownik oraz bateria.
W przypadku testowanego systemu marki Sigenergy, czyli SigenStor EC12.0TP z jedną baterią SigenStorBAT8.0, ograniczeniem jest zastosowanie w instalacji tylko jednej baterii, która maksymalnie w trybie ciągłym może oddawać do 4kW mocy (chwilowo przez 10s do 6kW). Zastosowanie większej ilości baterii zwiększyłoby nie tylko pojemność, ale również moc maksymalną. Optymalnie dla powyższego falownika byłoby zastosować 3 baterie 8kWh uzyskując 24kWh pojemności i moc ciągłą do 12kW z magazynu energii (maksymalnie w jednej wieży 6×8=48kWh i 24kW mocy). Test przeprowadzamy jednak przy pojedynczej baterii o pojemności 8kWh i 4kW mocy ciągłej. Istotną cechą systemów 3 fazowych jest fakt, że maksymalne moce generowane przez falownik dotyczą 3 faz, zatem nominalnie falownik o mocy 12kW (13.2 kVAR mocy pozornej) jest w stanie generować w trybie ciągłym po 4kW (4.4kVAR mocy pozornej) na każdą fazę.
W obwodzie testowym podczas pracy Off Grid uruchomiliśmy urządzenia o większej mocy niż moc maksymalna falownika. W przypadku chwilowego przeciążenia powyżej mocy maksymalnej, amplituda napięcia na wyjściu zmniejszyła się co widać na poniższej charakterystyce, a następnie wróciła do normy.
Kolejną próbą było przeciążenie powodujące zadziałanie wewnętrznych zabezpieczeń i wyłączenie generacji. Przekroczenie tych wartości spowodowało wyłączenie systemu Sigenergy.
Do analiz i rejestracji przebiegów wykorzystany został 12-bitowy oscyloskop cyfrowy RIGOL DHO804. Z kolei testy pracy systemu Sigenergy przeprowadziliśmy z zaprzyjaźnioną firmą AKARO Marcin Synowiec z Andrychowa. Serdecznie dziękujemy Panu Marcinowi za pomoc w realizacji prób i testów.
Realizacje instalacji fotowoltaicznych Polska Energia Andrychów
