Przetestowaliśmy działanie systemu Sigenergy w trybie OFF GRID. Zakres testów obejmował przełączanie po odłączeniu sieci energetycznej oraz reakcje po przeciążeniu falownika. Do testów wykorzystaliśmy falownik SigenStor EC 12TP z baterią SigenStor BAT 8kWh i bramą Gateway HomeMAX TP.
Z jakich elementów składał się testowany systemu fotowoltaiczny
System fotowoltaiczny z trybem zasilania awaryjnego to rozwiązanie, które łączy standardową instalację fotowoltaiczną z dodatkową funkcjonalnością, zapewniającą zasilanie obiektu po awarii sieci energetycznej. Taki system dodatkowo pozwala na zwiększenie niezależności energetycznej i bezpieczeństwa energetycznego użytkownika.
Do testów użyte zostały podzespoły systemu PV z trybem zasilania awaryjnego 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
Natychmiastowe uruchomienie trybu OFF GRID
W przypadku wykrycia awarii sieci energetycznej, brama przełączająca Sigen Gateway automatycznie odłącza system od sieci i przełącza na tryb pracy awaryjnej. Sigenergy informuje, że przełączenie jest natychmiastowe i zapewnia ciągłość zasilania urządzeń. Oznacza to, że działa jak UPS z przebiegiem sinusoidalnym na wszystkich 3 fazach. Zapewnia też takie same parametry jak sieć elektryczna. Dla pierwszego naszego testu moment przełączenia stał się celem analizy.
Obciążenie instalacji elektrycznej zasilanej przez Gateway stanowiło oświetlenie LED w firmie, urządzenia biurowe oraz działające klimatyzatory. Był to standardowy tryb pracy firmy.
Wykonaliśmy kilka testów w różnych momentach przebiegu charakterystyki napięcia zasilającego, czyli jego amplitudy. Chwila odłączenia sieci oraz przejście falownika Sigenenergy SigenStor EC 12.0 TP do trybu zasilania awaryjnego Off Grid jest przedstawiony na wykresach. Generowany przebieg został w nieznacznym 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, kilkadzisiąt sekund po powrocie stabilnego napięcia w sieci elektrycznej.
Porównanie do zasilacza UPS
Pomimo że system Sigen zachowuje się jak typowy zasilacz UPS, spełnia wszelkie standardy i normy oraz posiada certyfikaty. Dzięki temu może generować energię do sieci elektrycznej.
Dla porównania poniżej przedstawiamy 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 (końcówka przebiegu sinusoidalnego) do trybu awaryjnego z generowanym przebiegiem modyfikowanej sinusoidy.
Zarejestrowana chwila przełączenia klasycznego zasilacza UPS z trybu awaryjnego do pracy z siecią
Jak długi będzie czas pracy instalacji w trybie Off Grid?
Moduły fotowolwoltaiczne tworzące generator, produkują energię, która poprzez falownik jest wykorzystywana do zasilania urządzeń w domu lub firmie. Nadmiar energii przeznaczany jest do ładowania magazynu energii. Jeśli energii jest więcej to pozostała ilość trafia do sieci energetycznej jako nadprodukcja. Jeśli z kolei energii ze słońca jest zbyt mało, wówczas uzupełnia ją zapas zgromadzony w magazynie energii. Tak też dzieje się w przypadku zasilania Off Grid. W dzień energię zapewniają panele fotowoltaiczne i magazyn energii, nocą tylko bateria. Stan naładowania baterii i moc obciążenia instalacji uzależnia czas pracy w trybie awaryjnym.
Ważne jest 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 podczas dni słonecznych, a obciążenie budynku nie rozładuje całkowicie baterii, praca w trybie Off Grid może trwać ciągle, nawet przez kilkanaście dni lub dłużej.
Przeciążenie falownika w trybie Off Grid
Przeciążenie każdej instalacji jest zjawiskiem niebezpiecznym i z pewnością niepożądanym. 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, przetwarzanych przez falownik oraz baterię.
W przypadku testowanego systemu marki Sigenergy, czyli SigenStor EC12.0TP z jedną baterią SigenStorBAT8.0, ograniczeniem jest zastosowana w instalacji jedna bateria, 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 przeprowadzony został 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 poza siecią – Off Grid uruchomiliśmy urządzenia o większej mocy niż maksymalna moc 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, a następnie wyłączenie generacji. Przekroczenie tych wartości spowodowało wyłączenie systemu Sigenergy.
Do analizy 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.
