Sofiendalsvej 60, University College Nordjylland Projekt 4. A Solcelleanlæg Fordybelses projekt med solcelleanlæg Jacob Jensen, Kim Meldgaard og Rune Naundrup Dahl 17 06 2013
Titelblad Denne rapport er udarbejdet til eksamensopgave på el-installatørsuddannelsen på University College Nordjylland. Projektet er et fordybelses projekt og dækker områderne: Solcelleanlæg Formalia Vejleder: Niels Jørgen Andreasen Skole: Professionshøjskolen - University College Nordjylland Periode: 22. april 2013-17. juni 2013 Afleveret 17. juni 2013 kl. 12.00 Udarbejdet af: Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 2 af 233
Forord Denne rapport er udarbejdet 22. april 2013-17. juni 2013 i et projektforløb på El-Installatør uddannelsen ved University College Nordjylland, under vejledning af Lise Juul Poulsen, Niels Jørgen Andreasen, Anders Dalum og Jens Henrik Nielsen. I projektet fordybede vi os med et solcelleanlæg til Gentofte rådhus, som skulle have installeret det på deres vandrette tag. Vores projekt skulle være sideløbende med det aktuelle projekt, som vi fik tilsendt af Thomas Larsen og hans studiekammerat Casper Skaarup. Da dette projekt blev nedlagt, har der været mange oplysninger, der har været svære at skaffe, såsom størrelsen på transformeren osv., og derfor antaget de oplysninger vi ikke har kunnet skaffe. Dette projekt er skrevet til vores eksaminatorer. Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 3 af 233
Indholdsfortegnelse Indhold Titelblad... 2 Forord... 3 Indledning... 9 Metode afsnit... 10 Det generelle solcelleanlæg... 10 Anlægget til Gentofte rådhus... 10 Problemformulering... 11 Projekt afgrænsning... 11 Generelt om solceller... 12 Poly krystaliske... 12 Mono krystaliske... 12 Tyndfilms solceller... 12 Solcellens opbygning... 13 Sådan virker en solcelle... 14 Placeringen af solceller... 15 Sammenligning af paneler... 18 Standarder... 18 Konklusion for generelt om solceller... 18 Generelt om invertere... 19 Hvad er en MPPT?... 21 Hvordan indvirker skyggepåvirkning?... 22 Fordele og ulemper mellem micro inverter og decentral inverter... 24 Sikkerhed i inverteren... 25 Lovgivning for inverterer... 26 Sammenligning af invertere... 27 Konklusion for generelt om inverterer... 27 Generel lovgivning til solceller... 28 Forsyningsselskabet regler... 28 Vejledning for elinstallatører om tilslutning mv.... 28 Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 4 af 233
Almindelige betingelser... 28 Konklusion DONG Energy... 29 Tekniske forskrifter fra Energinet... 30 Teknisk forskrift 3.2.1 for elproducerende anlæg med en mærkestrøm på 16A pr. fase eller derunder 30 Retningslinjer for elproducerende anlæg med en mærkestrøm større end 16 A pr. fase, som tilsluttes lavspændingsnettet via vekselrettere... 31 Retningslinje for nettoafregning af egenproducenter... 34 Konklusion tekniske forskrifter... 34 Stærkstrømsbekendtgørelsen... 34 Stærkstrømsbekendtgørelsen afsnit 6A... 34 Stærkstrømsbekendtgørelsen afsnit 6... 35 Konklusion for stærkstrømbekendtgørelsen... 36 CE-mærker... 36 DS-Hæfte 22:2005 CE-Mærkning En praktisk guide.... 37 Konklusion CE-mærkning... 37 Brandmyndighedernes regler og anvisninger.... 38 Ulemper ved solceller i forbindelse med brandslukning.... 38 Forholdsregler over for brand.... 38 Konklusion brand... 38 Anden lovgivning.... 39 Konklusion for generel lovgivning for solceller.... 39 Beskyttelse mod transient... 40 Lynnedslag... 40 Transient... 40 Hvad er en transientbeskyttelse... 41 Potentialudligning... 41 Krav til installation af transientbeskyttelsen... 42 Klassificering af overspændingsafledere... 43 Gnistgab... 45 Jordlederen... 47 Jordelektroden... 48 Tilslutningslederne... 48 Lynafleder... 50 Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 5 af 233
Konklusion for beskyttelse med transient... 50 Energioptimering i forbindelse af solcelleanlæg... 51 Opbevaring af energien.... 51 Batteri læring af energien.... 51 Flytning af energi forbruget.... 51 Hvilke muligheder har ejerne af solcelleanlægget.... 51 Tekniske muligheder for flytningen af strømme.... 52 Generel økonomi... 53 Økonomisk sammenligning af invertere... 53 Økonomisk sammenligning af decentrale invertere... 53 Fejlkilder til denne beregning... 54 Konklusion økonomi decentralleinvertere... 54 Tilbagebetalingstider på solcellepaneler... 55 Kalkia tilbus på montagearbejde... 55 Beregning af tilbagebetalingstider... 55 Fejlkilder til denne beregning... 57 Konklusion for tilbagebetalingstider på solcellepaneler... 57 Økonomi transientbeskyttelse... 57 Konklusion økonomi transientbeskyttelse.... 58 Økonomi beregning på energioptimering af energi fra solceller.... 59 Batteribank for solcelleanlæg... 59 Konklusion for investering i solcelle batteribank... 60 Konklusion for generel økonomi... 60 Kvalitetssikring af solcelleanlæg... 61 Projektering... 61 Modtagekontrol... 61 Montageforhold... 61 El arbejdet på DC siden... 61 El arbejde på AC siden... 61 Kontrol af anlægget... 61 Kontrol af solcelle anlægget... 63 General drift og vedligeholdelse af solcelleanlæg... 64 Fejlsøgning på solcelle anlægget... 64 Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 6 af 233
Vedligeholdelse af solcelle anlægget... 64 Konklusion på kontrol, drift og vedligeholdelse af installationen... 65 Oplysning ved Gentofte rådhus... 66 Nyt solcelleanlæg.... 66 Bosch C-Si M260W... 66 Enpfase M215... 67 Transientbeskyttelse... 67 Solcelleanlæg design... 68 Anlægsstørrelse af nyt solcelleanlæg på Gentofte rådhus... 68 Produktionsstørrelse af eksisterende solcelleanlæg... 68 Maksimal størrelse af nyt solcelle anlæg... 69 Dimensionering... 72 Beregning af nyt anlægs kwh... 72 Korrektionsfaktorer... 72 Stikledning... 73 Hovedledning... 73 Gruppeledning... 73 Selektivitet... 73 Harmoniske strømme... 73 Spændingsændring... 73 Energioptimering i kabler fra anlæg til hovedtavle... 73 Overholdes af lovgivning... 74 Økonomi i kommunen... 75 Tilskud... 75 Afskrivning af solcelleanlæg... 76 Salg af solcelleanlæg... 77 Afregning af kwh... 77 Inden 31. december 2013... 77 Efter 31. december 2013... 78 Kalkia tilbud... 79 Tilbudsbrev... 80 Tilbudsbrev bilag... 81 CE-mærkning af solcelleanlæg... 82 Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 7 af 233
Risiko vurdering.... 82 CE-overenstemmelseserklæring... 83 Aflevering til DONG... 84 Drift og vedligeholdelse vejledning... 85 Projektkontrol... 86 Konklusion... 87 Bibliografi... 88 Bilagsliste... 95 Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 8 af 233
Indledning Solcellen blev opfundet af Charles Fritts i 1885, og er blevet udviklet siden, da den muligvis bliver en alternativ forsyningskilde for fossile brændstoffer. Vi har valgt dette projekt for at få en større viden om emnet. Danmark havde et investerings boom af solcelleanlæg sidste år, og fandt dette emne højaktuelt. Regeringen kom med nogle ændringer i reglerne op til projektaflevering, som medfører at solcelleanlæg ikke er højaktuelt forover. Derfor skulle vi finde et projekt omkring solcelleanlæg, vi fik tilsendt et projekt ved Gentofte rådhus, som skulle have installeret endnu et solcelleanlæg på deres sidste fløj. Vi vil beskrive general lovgivning omkring solcelleanlæg, beskrive solcelleanlægget og vælge elementerne ud fra en økonomisk betragtning. Investeringen skal være tilbagebetalt inden ti år udtaler Finanskoordinator Ole Sig. Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 9 af 233
Metode afsnit Denne rapport er delt op i to afsnit. Det generelle solcelleanlæg Anlægget til Gentofte rådhus Det generelle solcelleanlæg Første del af rapport skal danne en basis viden, hvor vi vil starte med at beskrive det generelle omkring solcellepaneler. Når det er beskrevet, skal vi have omdannet den generede energi fra panelerne om til en spænding, som vi kan bruge til vores elektriske udstyr eller sendes tilbage til forsyningsselskabet, dette sker ved hjælp af inverteren, som vil blive beskrevet herefter. Når vi har dannet basis viden omkring panel og inverter skal vi undersøge hvilke reglementer og standard disse skal overholde for at blive opsat i Danmark, her har vi også gennemarbejdet kravene fra DONG Energy som er forsyningsselskabet ved Gentofte rådhus, herunder er der også beskrevet generelle krav til CEmærkning. Efter lovgivningen beskriver vi om beskyttelse af anlægget og installation mod transient, da vi i lovgivningen skriver lidt omkring forsikringsselskabets krav, hvor transientbeskyttelse kunne være et af dem. Når vi har skrevet om et solcelleanlæg som helhed, hvilket er en energioptimering i sig selv, er det passende at beskrive hvilke muligheder der eventuelt er i forbindelse med et solcelleanlæg. Herefter vil der blive lavet økonomiske betragtninger af ovenstående emner, hvor det valgte vil blive arbejdet videre med i resten af rapporten. Til sidst i den generelle beskrivelse vil vi beskrive lidt omkring kvalitetssikring af et solcelleanlæg og hvordan man opretholder drift og vedligeholdelse på et solcelleanlæg. Anlægget til Gentofte rådhus Anden del af rapport vil omfatte det specifikke anlæg til Gentofte rådhus. Vi starter med at indhente oplysninger til projektering af anlæg. Som vi vil bruge til at udregne maks. effekten til det nye anlæg, hvor vi herefter vil dimensionere. Herefter vil vi undersøge kommunens økonomiske forhold, for at kunne optimere vores tilbud, og kontrollere om kommunen har nogle tilskudsmuligheder. Dette vil blive samlet til et færdigt tilbud med en tilbagebetalingstid. Herefter vil vi kvalitetssikre solcelleanlægget og projektet, hvor vi ender ud med en konklusion. Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 10 af 233
Problemformulering Hvordan projekteres en solcelleanlæg til Gentofte rådhus, efter gældende love og regler? Projekt afgrænsning De listede punkter vil blive gennemarbejdes og/eller beskrives i dette projekt. Beskyttelse af anlæg Transientbeskyttelse af anlæg på primærsiden Transientbeskyttelse af anlæg på sekundær siden Potentiale udligning af solceller Økonomisk del Sammenligne priser på investering af anlæg Tilbagebetalingstider på anlægget Afregning af kwh med nye regler Dimensionering af anlæg Valg af invertere Spændingsfald af kabler Energi optimering i kabler Spændingsniveauer på solceller af valgte typer Spændingsniveauer på inverter på primærsiden Fra transformerens sekundærside til solcelleanlæg herunder: Spændingsfald, selektivitet, overbelastningsbeskyttelses, kortslutningsbeskyttelse og beregning af harmoniske strømme Design af solceller Placering af solceller og invertere i forhold til omgivelser Forskel på solceller med monokrystal og tyndfilm Kvalitetskontrol Drift og vedligeholdelsesplaner Slutkontrol af anlægget inklusiv CE mærkning Lovgivning og regler Net selskabets regler Brandmyndighedernes regler Lovgivning af solcelleanlæg Regler for CE-mærkning Energioptimering Optimal udnyttelse af solcelleanlæg Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 11 af 233
Generelt om solceller Vi vil starte med at beskrive generelt om solceller, da det danner en basis viden omkring emnet. Solceller er blevet meget populære som energi kilde. Det skyldes at der ikke er nogle bevægelige dele, der kan gå i stykker, og der har været en god tilbagebetalings værdi i anskaffelsen af solceller. Det er mest private husejere og på kontorbygninger der bliver monteret solcelleanlæg. Solcellepanelerne kan f.eks. monteres på husets tag, på facaden eller nogle kan endda bruges som afskærmning for solen på ruder. Ifølge (Energitjenesten.dk, 2013) bliver solceller brugt til at producere elektricitet fra solens lys, og derved bliver elektronerne sat i bevægelse. Det er solens lys og ikke solstrålerne der aktivere solcellen, og derfor produceres der også elektricitet når det er overskyet. Solceller består typisk af forædlet silicium. Solcellerne producerer jævnstrøm, og ydelsen afhænger af solens lys og størrelsen af solcellerne. Herunder er nævnt de tre mest benyttede solcelletyper. Poly krystaliske Information om polykrystaliskesolceller er fundet jf. (Energitjenesten.dk, 2013). Poly krystaliske solceller består af store krystaller, hvor silicium er støbt i forme. Silicium er det 8. mest almindelige grundstof i universet. Jordskorpen består af ca. 25 % silicium, Folkecenter, N. (2013). De leveres ofte i rammer, men kan også leveres rammeløse. Disse kan bruges som erstatning for glas i almindelige kendte profilrammer. Virkningsgraden for poly krystaliske solceller er ofte lidt lavere, men det opvejes ved at krystallerne ligger tættere sammen. Virkningsgraden ligger typisk på ca. 12-14 %. Panelets levetid er typisk 40-50 år. Mono krystaliske Information om monokrystaliskesolceller er fundet jf. (Energitjenesten.dk, 2013). Mono krystaliske solceller er lavet af silicium stave, der er skåret i papir tynde skiver. Skiverne placeres mellem to glas plader eller glas på forsiden og plast på bagsiden. Når de så bliver lagt ned i panelet, bliver skiverne skåret i kvadrater, således de kan ligge tættere sammen. Når skiverne ligger tættere sammen, bliver virkningsgraden højere typisk omkring 14-16 %. Mono krystaliske solceller har ligeledes en levetid på 40-50 år. Tyndfilms solceller Information om tyndfilmssolceller er fundet jf. (Energitjenesten.dk, 2013). Tyndfilms solceller er lavet af mange lag kobber-indium-selen og cadmium-tellurid der er forbundet i serier. Kobber-indium-selen og cadmium-tellurid finder ligeledes i produkter såsom genopladelige batterier Tyndfilmssolceller har et lavt energi- og materialeforbrug under fremstillingen i forhold til de krystaliske solceller. Tyndfilms solceller er så tynde, at de kan lægges på et vindue og på den måde bruges som solfilm. Denne teknik benyttes eksempelvis også i skærmen på lommeregnere. I modsætning til krystaliske solceller, der har den højeste effektivitet i direkte sol, er tyndfilms solceller mere effektive i gråvejr, hvorved effekten bliver opvejet. Ydermere er tyndfilms solceller ikke påvirket af varme på samme måde som de krystaliske solceller. Derfor er årsproduktionen sammenlignet med de krystaliske solceller faktisk god. Dog har de størrelsen imod sig, da der ca. skal bruges dobbelt så mange paneler i forhold til krystaliske solceller for at opnå den samme effekt. En fordel at vinde ved tyndfilms solceller er at der ved skygge kun lukkes ned der, hvor skyggen falder på panelet, hvorimod de krystaliske paneler lukker ned i områder, hvor der stadig kan være sol. Altså Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 12 af 233
lige uden for skyggen. Virkningsgraden ligger typisk omkring 6-10 %. Levetiden for tyndfilms solceller er omkring 25-35 år. Solcellens opbygning Solcellen er overordnet opbygget som vist på tegningen herunder jf. Gaia Solar (2013) Figur 1 Et gennemsnit af en solcelle. (Gaia Solar, 2013) Figuren viser et snit af en poly- og monokrystalisk solcelle fra Gaia Solar med følgende komponenter: Glas: Et jernfattigt og hærdet glas der beskytter panelet mod vind og vejr og samtidig giver en højere transparens end almindelig glas. EVA: Et 2-komponent produkt, der bliver flydende ved høje temperaturer. Produktet kaldes EVA (Ethyl Vinyl Acetat). Solceller: Solcellerne der består af silicium pladerne (mono- eller polykryskalinsk). Eva: Et nyt 2-komponent produkt. Tedlar: Tedlar som bagside, der er UV bestandigt, beskyttende og stabiliserende af solcelle panelet. Når lagene er lagt oven på hinanden, bliver de udsat for en slags laminering under en kontrolleret opvarmning under et minimalt vakuum. Varmen gør således at EVA materialet bliver flyderne og vakuummet sørger for at al luft bliver suget ud af solcelle panelet. Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 13 af 233
Sådan virker en solcelle Nedenstående afsnit er lavet ved brug af (Solenergi, 2013). Solceller består af en halvleder eller diode, og virker ved at sollysets fotoner rammer de elektroner, der er i siliciummet, og omsætter solstråler til elektricitet. Elektronerne får så tilført energi, og bryder løs fra deres udgangspunkt/deres normale position. Når de har fået tilført energi, kan de trænge gennem p-n overgangen i dioden fra p-laget til n-laget, fortrinvis i den ene retning, og derved bliver der en forskel mellem elektronkoncentrationen på for- og bagsiden. Elektronerne bliver så samlet op i kontaktlaget og ledet tilbage gennem en ledning til bagsiden, og derved er de klar til at få tilført ny energi fra sollyset. Figur 2 Sådan virker en solcelle. Solenergi(2013) Da hver solcelle kun producere ca. 0,5 V sættes alle solcellerne i serie med hinanden og danner et solcellepanel. Derefter sættes hvert panel også i serie med hinanden, og derved kan man få op til 1000 V på DC siden af et solcelleanlæg. Hvis der ikke er monteret bypass dioder i et solcellepanel 1, og der falder en skygge på et panel, vil alle panelerne stoppe produktionen af elektricitet. For at forhindre fejl på panelet sidder bypass dioden for at lede strømmen fra de andre paneler uden om den zone, hvor der er skygge påvirkning på. Dog vil der være en reduktion af produktionen fra den zone der er påvirket, men der vil stadig være nogen el produktion fra de andre paneler og zoner. 1 Bypass dioden bliver beskrevet i afsnittet om inverteren. Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 14 af 233
Placeringen af solceller Efter SBi anvisning 230 jf. Bygningsreglementet (2010), anbefales det, at man undgår skygge på panelet, og sørger for god ventilation af panelet og vekselretteren. For at få den optimale indstråling på krystaliske solcelle panelet er det vigtigt, at solcelle panelet har den rigtige geografiske placering og den rigtige hældning. Hvis solcelle panelet placeres inden for en vinkel ± 40 0 i forhold til syd og med en hældning på 15 0-55 0 i forhold til vandret, vil ydelsen være reduceret med mindre end 10 %. Dog vil den optimale placering for at få den største ydelse af solcelleanlægget være en placering med retning mod syd. Hældningen på panelerne bør være mellem 35 0-45 0 i forhold til vandret (Se Figur 3 Solcelle panelets optimale placering i. Danmark Bolius (2012). Figur 3 Solcelle panelets optimale placering i. Danmark Bolius (2012) Da Figur 3 er general for alle solcellertyper, men da tyndfilmspaneler og polykrystalinskepaneler skulle være bedre til indirekte lys, burde der være en forskel på Figur 3 i forhold til monokrystalinske. Vi har derfor hørt vejleder og leverandør om hvilken virkning det har på solcelletyperne at placere dem anderledes i forhold til hældningen på panelet, men der findes ingen tilgængeligt dokumentation. Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 15 af 233
Greenscan (2013) har lavet en illustration, hvor de sammenligner den bedste placering af tyndfilm og krystaliske paneler vist på Figur 4. Hvor vi kan se at tyndfilmssolceller yder det samme, om det vender mod øst, vest eller syd. Men krystallinske solceller yder optimalt hvis de vender stik syd, maksimalt forskudt ± 30 Figur 4 - Den bedste placering af et solcelle panel. Greenscan (2013) Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 16 af 233
En højspændingsledning vil kunne give en nedsættelse af ydelsen på op til 5 %, og en 10 m flagstang, som vist på Figur 5, kan stå med kun 6 m afstand om sommeren, men om vinteren skal den stå på 16 m afstand, fordi solen ikke står så højt om vinteren. Anlægget bør i den forbindelse være fri for skygge mellem kl. 9-17 i sommer halvåret. Kan det ikke undgås at få skygge på nogle af panelerne, bør anlægget deles op i flere sektioner med flere mindre vekselrettere eller sektionerne koblet på hver sin MPP-tracker i vekselretteren, som vil blive beskrevet senere. Figur 5 Skyggens længde sommer og vinter Ukendt kilde En anden faktor der skal tages med under anlægsfasen er, at der skal være godt med ventilation omkring panelet. Typisk mellem 8-10 cm fra taget. Kan der ikke laves denne afstand, skal man regne med en nedsættelse af ydelsen på 0,2-0,5 % per grad afhængig af typen. Vekselretteren skal også placeres på en ventileret plads for optimal ydelse. Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 17 af 233
Sammenligning af paneler Når man skal til at dimensionere et solcelleanlæg, er der også den fysiske plads, der kan give nogle udfordringer. Derfor skal man lave nogle beregninger, således at man får mest udnyttelse ud af solcelle panelerne. Herunder bliver tre udvalgte typer af paneler opstillet til sammenligning, da vi kunne skaffe datablade, priser og CE-godkendelse på valgte typer: Tabel 1- Sammenligning af solcellepanel modeller jf. (Bosch, 2013), (Solar Frontier, 2013) og (Avancis, 2013) Panel Type Ydelse Virkning sgrad Pris Størrelse (L x B x H) Bosch Solar Mono 260 W 15,8 % 2396,00 1660x990x50 Module c-si M mm 60 Sharp ND- Poly 240 W 14,6 % 2600,00 1652x994x46 R240A2 mm Panelets størrelse Ydelse/ m 2 1,6434 133,21 W m 2 1,642 m 2 124,82 W PowerMax SMART Tyndfilm 135 W 12,8 % 1015,00 1587x664x39,6 mm 1,053 m 2 111,71 W Her kan det ses, at det er mono krystaliske solcelle paneler, der har den bedste ydelse/ m 2. Standarder Producenterne til solcelle paneler skal overholde nogle standarder, der blandt andet omhandler specifikke test sekvenser og betingelser og krav til design kvalificering af solcelle panelerne. Når panelet er designet og produceret, skal det overholde blandt andet IEC 61215 og IEC 61646, der beskriver ydeevnen på panelet. Sikkerheden for modulet er beskrevet i IEC standarderne 61730-1, 61730-2 og UL 1703. Solcelle panelerne bliver også sat op under langvarig standard klimaforhold beskrevet i IEC 60721-2-1. Desuden skal man også se på vind og sne belastningen ifølge DS/EN 1991-1-3 og -4. Konklusion for generelt om solceller Hvis taget vender stik syd er poly og mono mest effektiv, men hvis taget vender f.eks. mod øst-vest ville tyndfilms solceller være at foretrække da den opfanger indirekte lys bedre. Monokrystalinskepaneler er mere effektive end polykrystalinskepaneler pr m 2, og derfor vil vi se bort fra polykrystalinskepaneler, og kun arbejde videre med monokrystalinske. Vi vil også arbejde videre med tyndfilmspaneler da de ifølge Figur 4 ikke mister virkningsgrad hvis de vender øst eller vest. Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 18 af 233
Generelt om invertere Inverteren omsætter den spænding solcellepaneler generer fra DC til AC. I nedenstående afsnit vil vi beskrive funktionen af inverteren med udgangspunkt i produkter fra Danfoss. Vi kommer her ind på, hvordan man vælger en inverter, og til sidst sammenligner vi de tre produkter Sma, Danfoss og Delta. Derudover vil vi også komme ind over microinvertere. I databeskrivelserne for Danfoss TLX serien som er en trefaset inverter, i modsætning til DLX serien som er enfasede invertere, står der, at inverteren har et sekundær spænd fra 250 V 1000 V DC, hvilket er minimum spænding og maksimum spænding. Disse spændinger skal overholdes, hvis inverteren skal virke optimalt. Disse spændinger bliver genereret af solcelleanlægget. Det kan eksempelvis være med en eller to strenge, hvilket vil sige, at man opdeler solcellepanelerne på strenge efter forholdene, dog inde for spændet. Inverterens nominelle spænding er skrevet til 700 V DC, og derfor bør man dimensionere anlægget til denne spænding. Der er endnu en spænding, som skal overholdes i forhold til størrelsen på strengene af paneler. De mindre invertere i TLX serien har et spænd fra 260 V - 800 V med to MPPT, og de større invertere har et spænd fra 430 V - 800 V med tre MPPT. Der står beskrevet jf. Danfoss (2013), hvor stor den maksimale effekt der må tilsluttes inverteren er, denne TLX serie starter fra 6 kva til 15 kva. Grunden til effekten er oplyst som Volt Ampere (VA) er, at fabrikanten ikke kan vide sig sikker på, hver enkelte kundes faseforskydningsvinkel. Den sekundær energi der bliver genereret fra solcelleanlægget bliver, hvis spændingen ligger imellem spændet på inverteren, derefter konverteret til en AC energi, som bliver ført over på primær siden, som derefter kan sendes ud til vores forbrugs apparater eller tilbage på nettet. Ifølge databeskrivelserne på Danfoss TLX serien er der en max AC-strøm på 14,9 A, og derfor vil man i dette tilfælde opsætte en 16 A automatiksikring til kortslutningsbeskyttelse. Jf. 712.433.1 Stærkstrømsbekendtgørelsen Afsnit 6 (2006) Overbelastningsbeskyttelse kan udelades for solcellestrenges og solcellepanelers ledninger, når ledningernes kontinuerlige strømværdi er lig med eller større end 1,25 gange I SC STC. Ifølge databeskrivelserne fra Danfoss Solar Inverters A/S (2012) kan TLX inverter serien have et jævnstrømsindhold der overstiger 6 ma, og dermed skal der benyttes fejlstrømsafbryder type B. Jævnstrømsindholdet kan under opstart overstige 30 ma og derfor anbefales det at anvende en HPFI relæ med en udløsestrøm på 300 ma. Inverteren måler hele tiden på forsyningsselskabets spændingsniveau. Derfor variere inverteren output spændingen inden for den nominelle spænding ±20 % (Danfoss TLX serien), så det kan levere energi til nettet. Hvis solcelleanlægget generer mere energi end det vi forbruger, vil overskuddet blive leveret ud til nettet, og hvis solcelleanlægget generer mindre, vil underskuddet blive tilført fra nettet. Dette stemmer overens med Kirchhoffs Første Lov (Kirchhoffs knudepunktsligning) der siger at strømmen til og fra et knudepunkt vil være den samme. Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 19 af 233
Herunder ses en figur af inverterens opbygning hvor solcelleanlægget levere input, og det kommer dernæst til et DC modul, som måler på spændingsniveauet, som sender det videre til AC modulet, som laver det om til en AC spænding, som kan sendes ud til nettet. På displayet kan der indstilles forskellige parameter og her ses også energiforbruget og den genererede energi. Figur 6 - Inverterens opbygning. (Danfoss Solar Inverters A/S, 2012) Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 20 af 233
Hvad er en MPPT? MPPT er en engelsk betegnelse, som betyder Main Power Point Tracker, og er et kredsløbs-system i inverteren, som skal udnytte solcellepanelerne mest muligt ved hjælp af nogle indlagte algoritmer, hvor den forsøger at finde det mest optimale for solcellepanelstrengene. Dette er en ulempe i tilfælde af skygge indfald på bare et af panelerne, eller udskiftning af ældre paneler. Her vil den finde en algoritme, der passer bedst ind i samtlige paneler. Det nye panel ikke vil producere sit optimale, da de ældre paneler ikke producer nær så meget, eller panelet med skygge vil påvirke alle paneler uden skygge, og gør, at de ikke producer optimalt. Denne løsning med at opdele panelerne på en streng er en billigere løsning i forhold til for eksempel at bruge micro invertere. Micro invertere er lavet til at udnytte det maksimale på hvert solcellepanel, da den finder en algoritme der passer perfekt til dette ene solcellepanel. Nogle microinvertere kan klare op til to solcellepaneler. Micro inverteren konvertere spændingen fra DC om til AC direkte ved solcellepanelerne. Denne løsning er dyre end den decentrale løsning, men solcellepanelerne kan yde mere, hvilket bliver bevist ved en beregning i afsnittet. Hvordan indvirker skyggepåvirkning. Ved optimale forhold er den decentrale løsning mest omkostningseffektiv, men den centrale er lettere at vedligeholde, og man kan se, hvor meget de enkelte solcellepaneler yder. Hvis der er skygge på en eller flere paneler, vil MPPT algoritmen prøve at finde den mest optimale mulighed for alle paneler. Da den ikke kan lave en perfekt algoritme, vil den finde en algoritme, der ligger lidt under gennemsnittet af den genererede spænding, hvilket også fremgår af Figur 7 - I/V Kurve. (SolarEdge, 2013): Figur 7 - I/V Kurve. (SolarEdge, 2013) Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 21 af 233
Hvordan indvirker skyggepåvirkning? I dette afsnit vil vi komme ind på, hvordan skygge påvirker panelerne. Hvis et solcellepanel er under skygge eller andre ting som blade o.l. vil et solcellepanel enten sætte helt eller delvist ud af drift. Dette kommer an på antallet af bypass dioder, der sidder i panelet. Figur 8 - Typical 36 Cell Photovoltaic Panel. (Alternative-energy-tutorials.com, 2013) viser et panel uden bypass dioder. Hvis der er skygge på bare en af disse celler, vil hele panelet ikke generer energi, da det er en serieforbindelse. Så et helt solcelleanlæg med mange paneler ville blive sat ud af drift i dette tilfælde. Figur 8 - Typical 36 Cell Photovoltaic Panel. (Alternative-energy-tutorials.com, 2013) For at sikre at et helt solcelleanlæg ikke bliver sat ud af drift, er hvert panel delt op i enten en eller tre sektioner, hvor hver har en bypass diode monteret. Vi vil vise et par eksempler på, hvorfor bypass dioder er godt, samt vise hvordan MPPT virker sammen med bypass dioder. På Figur 9 er der vist fire paneler, hvor vi har taget udgangspunkt i databladet for Hyundia HiS-255MG. Hvert panel har en nominel spænding på 30,8 V med 8,3 A på hvert panel. Hvilket i optimale forhold burde give en generet effekt på W total = 30,8 V 8,3 A 4 = 1022,56 W I eksemplet herunder vil vi vise, hvordan et anlæg med fire paneler opfører sig, hvis et af panelerne er i delvist skygge. vi antager, at en tredjedel af panel fire er dækket af skygge, hvilket medfører, at de andre giver mindre effekt, da de sidder i en serie forbindelse, og det er det svageste led der bestemmer strømstyrken der løber igennem dem alle. W 1 = 30,8 V 8,3 2 A = 170,42 W 3 W 2 = 30,8 V 8,3 2 A = 170,42 W 3 W 3 = 30,8 V 8,3 2 A = 170,42 W 3 Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 22 af 233
Projekt 4 A- Solcelleanlæg 𝑊4 = 30,8 𝑉 8,3 2 𝐴 = 170,42 𝑊 3 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙.1 = 𝑊1 + 𝑊2 + 𝑊3 + 𝑊4 = 681,70 𝑊 Udregningen viser en nedsættelse på omkring halvdelen. Det er her vores inverter kommer ind i spil, og viser sig rigtig nyttig. Da MPPT altid sidder og regner på, hvilken algoritme den skal følge, vil den i dette tilfælde ændre dens indre modstand, så panel fire bliver helt lukket ned, så de resterende tre paneler vil virke optimal. Dette medfører en effekt på: 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙.2 = 30,8 𝑉 8,3 𝐴 3 = 766,92 𝑊 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑛𝑡1 = 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙2 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙1 100 = 12,5 % 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙1 Dette er en optimering på 12,5 procent. Figur 9 - Solar Photovoltaic Panel. (Alternative-energy-tutorials.com, 2013) Den sidste mulighed er at opsætte en micro inverter til hvert af disse solcellepaneler, hvilket vil yde det optimale til hvert panel. I ovenstående eksempel med skygge på en tredjedel af panel fire vil medfører en effekt på 𝑊1 = 30,8 𝑉 8,3 𝐴 = 255,64 𝑊 𝑊2 = 30,8 𝑉 8,3 𝐴 = 255,64 𝑊 𝑊3 = 30,8 𝑉 8,3 𝐴 = 255,64 𝑊 𝑊4 = 30,8 𝑉 8,3 2 𝐴 = 170,42 𝑊 3 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙3 = 𝑊1 + 𝑊2 + 𝑊3 + 𝑊4 = 937,34 𝑊 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑛𝑡2 = 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙3 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙2 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙2 100 = 22,2 % Det svarer til en forøgelse på 22,2 procent i forhold til den decentrale inverter. Der vil i økonomi afsnittet blive beregnet om denne forøgelse vil kunne betale sig. Indholdsfortegnelse Bilagsliste Side 23 af 233