HMKE 100kW-teljesítménnyel? LEHETSÉGES! - Megvalósított projektek bemutatása

Jelen cikkünkben a közelmúltban elérhetővé vált hibrid inverter által nyílt lehetőség HMKE folyamattal engedélyezhető, éves szinten akár 100-120e kWh előállítására és helybeni hasznosítására alkalmas napelemes-energiatárolós rendszerekkel gyűjtött tapasztalatokat összegezzük esettanulmányokon keresztül.

Több esetet is feldolgoztunk, hogy teljesebb képet kaphassunk az egyes műszaki megoldásokkal elérhető eredményekről, célunk bemutatni, hogy az utóbbi 1-2 évben megjelent új eszközökkel, új technológiákkal milyen új lehetőségek nyíltak meg.

Fafeldolgozó kisüzem – évi 270 000 kWh energiafogyasztással, mi a legkedvezőbb megoldás?

A fafeldolgozó tulajdonosa tette fel partnerünk számára a fenti kérdést, aminek megválaszolásához első körben gazdaságossági számításokat végeztünk software-s segítséggel. A fafeldolgozó üzem szerződött energiaára olyan magas, hogy az optimalizációs software gazdasági optimumnak 369 kWp-nyi napelem és 389 kWh-nyi tároló telepítését számította ki, 68%-ban kiváltva a vételezett energia mennyiségét – azonban ekkora tetőfelület nem állt rendelkezésre. Az idő is sürgette a beruházót, a lehető legrövidebb idő alatt a lehető legnagyobb megtakarítást szerette volna elérni, így a rendelkezésre álló tetőterület maximális kihasználásával egy túlpanelezett HMKE telepítését javasoltuk.

Elsőre furcsa lehet, hogy egy nappali időszakban átlag 50 kW-os teljesítményigényű fogyasztóhoz miért javaslunk mindössze egy HMKE rendszert, az indokok a következők voltak:

• A meglévő épületen ideális tájolással ~90 kWp panel fér el, a többi épület teteje nem ideális napelemek telepítésére. Új csarnok építése van folyamatban, bővítési igény esetén célszerű lesz arra helyezni a paneleket.
• HMKE engedélyezés átfutási ideje sokkal rövidebb, mint a kiserőmű engedélyezés átfutási ideje
• HMKE tervezési költsége jelentősen kedvezőbb
• Visszwatt rendszer kiépítése nem szükséges

Gyakorlati megvalósítás – 88,2 kWp panel, 50 kW hibrid inverterrel és 30 kWh-nyi akkumulátorral

Célunk a rendelkezésre álló tetőfelületből és beruházási összegből az adott keretek között maximalizálni az energia költségének csökkentését, és minimalizálni a megtérülési időt, így döntöttünk hibrid inverter és kis méretű akkumulátor használata mellett.

Miért gondolkodtunk aszimmetrikus hibrid inverterben?

• Napelemekből kivehető teljesítmény maximalizálása

Egy 50 kW teljesítményű on-grid inverter a fogyasztók felé 50-55kW teljesítményt képes maximálisan leadni, míg egy hibrid inverter az AC oldali 50-55kW-on felül a DC oldalon további 50-55kW teljesítménnyel képes akkumulátort is tölteni, így elméletben akár 100 kW teljesítmény kivételére is képes a napelemes rendszerből.

Ezen képességet aknáztuk ki annak érdekében, hogy a 88 kWp napelem által előállított többletenergiát a napsütéses időszakokban is hasznosítani tudjuk. Egy napsütéses napon a rendszer az 1. ábrán látható módon állítja elő az energiát:

Az 1. ábrán látható, hogy előző nap az akkumulátor teljesen lemerült, ahogy a napelemes termelés megindult a fogyasztókat kezdte el a rendszer ellátni, a hálózati fogyasztást csökkentette, majd mikor a napelemes termelés 10:30 magasságában elérte az 50 kW-os értéket az 50 kW felett rendelkezésre álló teljesítménnyel megkezdődött az akkumulátor töltése, mely a fogyasztás dél körüli visszaesésével elérte a 30 kW-os értéket. 13:00 magasságában felhők érkeztek, így a napelemes termelés visszaesett, akkumulátorból vételezéssel biztosította a rendszer a fogyasztók energiaigényét, majd a napsütés visszatérésével az akkumulátor 100%-ra töltődött. A délután folyamán a teljesen feltöltött akkumulátornak köszönhetően a napelemes termelés lekövette a fogyasztást majd a napelemes termelés visszaesését követően 90 percen keresztül biztosította az akkumulátor a telephely számára az energiát.

• Aszimmetrikus képesség végetti költségmegtakarítás

A lakossági fogyasztóknál megtapasztaltuk az aszimmetria fontosságát, ez ipari fogyasztóknál kevésbé kritikus, mivel jellemzően 3 fázisú fogyasztókat üzemeltetnek, viszont a magasabb energiaköltségeknek és nagyobb rendszer méretnek köszönhetően hiánya jelentős bevételkiesését okozhat. Jelen fogyasztó esetében nappal átlagosan 5 kW-nyi, éjszaka 2 kW-nyi mértékű az aszimmetria. Az 50 kW-os inverter jellemzően 16-18 kW-os aszimmetriát képes kezelni, így ilyen mértékű aszimmetriát 100%-ban képes megoldani. A modellezés alapján nappal 1387 órán keresztül jelentkezne az aszimmetria végett leszabályozás, míg éjszaka 3 órán keresztül (az akkumulátor kis kapacitása végett éjszakára jellemzően nem marad energia, így a vételezés a hálózatból történik). Abban az esetben, ha nem aszimmetrikus invertert választunk az adott fogyasztó esetében hozzávetőlegesen 500 e Ft/év bevételkiesés történik, ami az összes kalkulált energiamegtakarítás (8000 e Ft/év) 6 %-át teszi ki. A 2. ábrán látható, hogy az inverter az egyes fázisokon mekkora áramerősséget adott le (kék és zöld színnel jelölve), illetve a hálózati vételezés teljesítménye is látható fázisonként (piros, lila és sárga színekkel).

Élelmiszerbolt - Kisbolt éves 160 000 kWh fogyasztással

A 160 000 kWh éves fogyasztás feladja a leckét az optimális rendszer kialakítására törekedőknek. Jelen esetben egy bolthálózatot vizsgáltunk, és partnerünk már két megoldást kipróbált, 50 kW-os HMKE-t 75 kWp panellel, illetve 100 kW-os kiserőművet 118 kWp-nyi panellel – egyik sem hozta a várt eredményt.

A HMKE esetében az elért energiamegtakarítás elmaradt az elvárttól, míg a kiserőmű esetében az erőmű az idő nagy részében a 20-30 kW-os nappali fogyasztásnak köszönhetően 20-30%-os kihasználtsággal működik, a visszwatt rendszer tároló nélkül 60% körüli visszwatt veszteséget okoz.

Az optimális megoldás érdekében ismét szoftveres elemzéssel kezdtünk, a számítások alapján 118 kWp-s napelemrendszer adódik, 154 kWh-s energiatárolóval, ezzel 59%-ban helyben előállításra kerül az energia, ami találkozik a vevői igényekkel. A tetőfelület 118 kWp elhelyezését teszi lehetővé, így a gyakorlatban is kivitelezhető a rendszer, a kérdés, hogy milyen műszaki megoldással tudjuk elérni a legkedvezőbb eredményt?

Gyakorlati megoldás – 100 kWp napelem, 2x25 kW hibrid inverter + 143 kWh energiatároló

Két darab inverter alkalmazását két okból láttuk indokoltnak, egyrészt a tető tagoltsága végett előnyös a 8 db munkapont, 16 db string kialakításának lehetősége (1 db 25-ös inverter 4 MPPT és 8 String csatlakoztatását teszi lehetővé), másrészről a hűtése a 25 kW-os inverternek megegyezik az 50 kW-os kivitelével, így két inverter használatával a hőleadó felület duplázódik, az egy inverterre eső hőterhelés feleződik. Az inverter gyártóval történő egyeztetéseket követően korlátoztuk az inverterenként telepítésre kerülő napelem teljesítményt 50 kWp-ben, így adódott a felhelyezhető 118 kWp teljesítmény helyett a 100 kWp teljesítmény, azonban a 118 kWp-re történő bővítés lehetőségét nyitva hagytuk. Amennyiben azt tapasztaljuk, hogy az inverterek hőmérséklete nem haladja meg a 60°C-t a nyári időszakban sem, akkor érdemes lesz a rendszert bővíteni. Az így telepítésre kerülő rendszer hozzávetőlegesen 20%-kal nagyobb mértékben fogja csökkenteni az energiaköltséget, mint a 118 kWp-es PV megoldás.

Mennyit hoz a konyhára aszimmetrikus inverter használata élelmiszerüzletek esetén?

Több élelmiszerüzlet fogyasztási adatait vizsgálva arra jutunk, hogy a nagyarányú 1 fázisú fogyasztóknak köszönhetően akár 10-15 kW-os szimmetria is kialakul időnként, de a leggyengébb fázis és az erősebb fázisok között átlagosan 3 kW tapasztalható (5., 6. ábra). A fentiekben modellezett rendszer esetében a számítások alapján évi 2427 órában következik be veszteség az aszimmetria nem kezelése okán, ez éves szinten 700e Ft veszteséget okozna, közel 10%-os kiesést az eredetileg kalkulált megtakarításhoz képest.

Új technológiák és a gondolkodásunk tágítása

Visszwattos kiserőművek a fázisaszimmetria

A 7. ábrán egy 400 kW-os napelemes rendszerrel rendelkező üzem (350 kW szimmetrikus inverter + 50 kW hibrid inverter) hibrid inverterének fázisonkénti árama, illetve a hálózati csatlakozási ponton mért fázisonkénti teljesítmények láthatóak. Az ábrán jól látható, hogy az inverter igyekszik kiegyenlíteni a fázisokat, annak ellenére, hogy a gyártógépek többnyire 3 fázisúak, mégis a lenti ábrának megfelelő fázisonkénti eltérések tapasztalhatóak a gyakorlatban – látható, hogy mindössze 1 db 50 kW-os hibrid inverter használatával a fázisok közötti eltérés kiegyenlíthető, így a visszwatt rendszer kihasználtsága jelentősen javul.