Automatická regulace
vlastní spotřeby v režimu
„Zelený bonus“
2010/2011
měření výroby
vyhodnocení nadvýroby
měření spotřeby
spínání zátěže
Automatická regulace vlastní spotřeby v režimu „Zelený bonus“
Princip účtování vyrobené energie z obnovitelných zdrojů, např. z
fotovoltaické elektrárny (dále FVE) v režimu tzv. „zeleného bonusu„ podporuje zájem co největší podíl vyrobené energie užitečně
spotřebovat přímo na místě výroby. Jelikož FVE dodává po většinu
doby velmi proměnný okamžitý výkon, je žádoucí řízení spotřeby
zautomatizovat, aby byla co největší část energie využita a zároveň
sníženo množství nakupované energie z veřejné sítě.
Dále popsané řešení je postaveno na základě měření a výpočtu aktuálního přebytku energie a jejího dynamického spotřebovávání.
Využívá průmyslově vyráběné komponenty, které jsou spolehlivé,
uživatelsky snadno nastavitelné a modifikovatelné podle potřeb jednotlivých konkrétních instalací. Projdeme si nyní postupně jednotlivé
kroky nezbytné pro realizaci:
který zvládá i matematické výpočty (modulární přístroj řady UDM60),
který po nastavení parametrů zobrazí na prvním displeji aktuální výkon FVE přímo v kW a na druhém pak přebytek energie (rozdíl mezi
momentální výrobou a spotřebou). Výstupní reléový modul pak tento
přebytek energie porovnává s přednastavenými hodnotami pro sepnutí jednotlivých zátěží (1 až 4 zátěže podle požadavku zákazníka).
Pro každou zátěž je možné definovat zvlášť mezní hodnotu pro připojení, hysterezi a zpoždění při sepnutí a odpojení. Nabízí se otázka,
proč spínat zátěže skokově a nepoužít lineární řízení zátěže. Oba
principy jsou možné a přístroj UDM60 lze dodat i v provedení s analogovým výstupem, ale spojité řízení zátěže přináší některé problémy
(vysvětlíme dál v samostatném odstavci). Proto v tomto popisu se
budeme věnovat principu se spínáním jednotlivých stupňů.
1. Průběžné získávání hodnoty okamžité výroby a okamžité
vlastní spotřeby energie. FVE je na výstupu vždy osazena fakturačním elektroměrem, který měří a eviduje vyrobenou energii.
Většina modernějších digitálních přístrojů je vybavena pulzním výstupem, který vysílá informaci o měřené energii. Pokud ano, lze jej
využít jako součást měřícího systému i pro náš účel. Stejně vybavený elektroměr (se stejným počtem pulzů na kWh) musíme pak
doplnit na přívod do domovního rozvaděče, kterým budeme měřit
velikost proměnné vlastní spotřeby (běžné spotřebiče zapínané nepravidelně).
3. Správná volba a připojení zátěže. Pro náš účel využití přebytku energie získané z FVE potřebujeme dostatečně dimenzovanou
přídavnou zátěž, která může být nezávisle zapínána a odpojována a
která dokáže absorbovat odhadovaný průměrný rozdíl výkonu mezi
výrobou a vlastní spotřebou každý den po dobu alespoň 8-10 hodin.
Jako nejvhodnější přídavná zátěž se nabízejí zejména akumulační
tepelné systémy (např. ohřev TUV, ohřev bazénu, akumulační vytápění, klimatizace, apod.), které mají dlouhou setrvačnost. Zátěž
musí být připojitelná tak, aby nebyla měřena námi doplněným elektroměrem vlastní spotřeby. V třífázovém domovním rozvodu může
být zátěž připojena do libovolné fáze (nemusí být na stejné fázi, do
které dodává energii např. jednofázová FVE), protože výstupní elektroměr na předávacím místě eviduje a započítává okamžitou dodávku, nebo výrobu za všechny tři fáze společně.
2. Výpočet hodnoty momentální nadvýroby energie z FVE a
řízení spínání přídavné zátěže. Oba pulzní výstupy z elektroměrů
(výroba / spotřeba) přivedeme na vstupy dvojitého čítače impulzů,
NÁVOD NA ZAPOJENÍ A NASTAVENÍ
Realizace prostřednictvím
pulzních výstupů elektroměrů
a rozdílového čítače UDM60.
Měření energií
1. Elektroměr za výrobnou energie prověříme, zda je vybaven pulzním
výstupem a vyhovuje požadavku na 1000 pulzů/kWh. Pokud ano, lze
jej využít pro náš účel. Pokud ne, je vhodné tento elektroměr nahradit
jiným, nebo osadit za výrobnu ještě jeden elektroměr s tímto výstupem.
Pro FVE s větším výkonem (cca 25 kW a výš) je možné použít elektroměry s výstupem pod 1000 pulzů/kWh, ale s vědomím faktu, že se nám
tím prodlouží měřící a obnovovací interval celého regulačního systému
na počátku měřícího rozsahu. Elektroměr s menším rozlišením než 100
pulzů/kWh nedoporučujeme použít vůbec.
2. Na přívodní vedení do objektu, kde budeme měřit velikost vlastní proměnné spotřeby, osadíme elektroměr s pulzním výstupem, který lze nastavit na stejnou hodnotu jako elektroměr za FVE. Elektroměr nemusí
být ověřený pro fakturaci (= levnější), bude předávat pouze průběžnou
informaci pro regulační systém. POZOR - důležité! Elektroměr musí být
zapojen tak, aby pomocné zátěže o definovaném příkonu, které budeme
během regulace zapínat a vypínat, nebyly tímto elektroměrem měřeny.
3. Ověříme nastavení obou elektroměrů, aby jejich pulzní výstupy měly
zvoleny stejnou hodnotu pulzů/kWh.
Vyhodnocení okamžitého přebytku energie.
4. Volba modulů a možnosti přístroje UDM60:
Modulární přístroj UDM60 je pro tuto aplikaci sestaven ze čtyř modulů
(jejich typová označení jsou v závorce). Základní panel přístroje s displejem a s možností osazení až čtyřmi volitelnými moduly (BD60), vstupní
měřící modul pro dva pulzní signály (BQTF1), napájecí modul pro 90-230
VAC/DC (BPH), nebo pro 18-60 VAC/DC (BPL) a modul reléových výstupů
(BOR1/BOR2/BOR5). Přikoupit a osadit je ještě možné modul komunika-
2
ce RS485 (BRSX) nebo RS232 (BRSY), pomocí kterého můžeme přístroj
propojit sériovou linkou s PC a prostřednictvím volně dostupného programu UDMSoft můžeme sledovat právě měřené hodnoty, nebo dálkově
provádět změny v nastavení přístroje.
5. Zapojení přístroje UDM60:
Princip zapojení můžete sledovat na dále uvedeném blokovém a podrobném schématu. Oba pulzní výstupy z elektroměrů (výroba/spotřeba) připojíme na vstupní modul TF1 přístroje řady UDM60, který je nastaven
pomocí propojky svorek 3-6 (+13 V/COM) na režim zpracování pulzů z
bezpotenciálového kontaktu, nebo otevřeného kolektoru. Výstup elektroměru od výrobny energie připojíme na vstup A, svorky 1(-) a 7(+).
Výstup elektroměru měření spotřeby energie připojíme na vstup B, svorky 1(–) a 5(+). U elektroměru řady EM24DIN je pulzní výstup 1 (kWh) na
svorkách 41(–) a 42(+). Připojíme správné napájecí napětí na napájecí
modul (H nebo L) přístroje UDM60.
6. Výpočet parametrů pro nastavení přístroje UDM60:
Pro jednoduchou přípravu nastavovacích parametrů můžete využít připravený XLS soubor dostupný na http://solarni-energie.enika.cz.
Vypočítáme si hodnotu vstupní frekvence, podle maximálního měřeného výkonu pro nastavení celkového zobrazovaného rozsahu na UDM60.
Maximum počtu pulzů za hodinu, převedeme na hodnotu maxima počtu
pulzů za sekundu (1 h = 3600 s).
Příklad: při max. výkonu FVE = 8 kW a výstupu elektroměru
1 000 p/kWh je maximální počet pulzů za hodinu 8 000. Potom je max.
výstupní frekvence 8 000 / 3 600 = 2,22 Hz. Výsledek zaokrouhlíme
nahoru na jedno desetinné místo, tj. 2,3 Hz.
7. Jelikož jsme výsledek zaokrouhlili, zpětně dopočítáme přesný hodnotu
maximálního výkonu odpovídající této zaokrouhlené frekvenci.
Příklad: 2,3 × 3 600 = 8 280 pulzů, což odpovídá 8,28 kW.
Výsledné hodnoty vypočtené v odstavci 6. a 7. si poznamenáme a použijeme je dál pro nastavení přístroje.
8. Nastavení měřících rozsahů UDM60:
Vstoupíme do nastavovacího menu přístroje UDM60 (použijte přiložený
návod, kde je popsán podrobný postup) a zapište dále uvedené parametry. V závorce za parametrem je stručné vysvětlení funkce parametru.
Hodnoty jsou použité z příkladu v odstavci 6. a 7.
● Func = F3 (režim měření na vstupu A s odečítáním vstupu B)
● InP.A: (nastavení parametrů vstupu)
 PuA = 000001 (poměr počtu pulzů na měřenou jednotku)
 EnG.A = r1 (volba režimu)
● SCA.A: (nastavení měřítka a stupnice horního displeje)
 dP.E = 11111.1 (pozice desetinné tečky pro elektrický rozsah
vstupu)
ENIKA.CZ s.r.o., Nádražní 609, 509 01 NOVÁ PAKA, Telefon: 493 77 33 11, Fax: 493 77 33 22, E-mail: [email protected], http://www.enika.cz
Automatická regulace vlastní spotřeby v režimu „Zelený bonus“
 Lo.E = 00000.1 (hodnota počátku rozsahu vstupní frekvence,
musí být větší než nula, protože jinak se stav počítadla neresetuje)
 Hi.E = 00002.3 (hodnota konce rozsahu vstupní frekvence –
zadáme hodnotu frekvence pro maximální výkon vypočtenou
podle bodu 6.)
 dP.d = 111.111 (pozice desetinné tečky pro rozsah na displeji)
 Lo.d = 000.360 (hodnota počátku rozsahu na displeji, zadáme
hodnotu podle přepočtu: Lo.E x 3,6)
 Hi.d = 008.280 (hodnota konce rozsahu na displeji – zadáme
hodnotu max. výkonu po zaokrouhlení a přepočtu podle bodu
7.)
● SCA.F: (nastavení měřítka a stupnice dolního displeje)
 Zadáme stejné hodnoty dP.d, Lo.d, Hi.d jako u SCA.A
● Lin.A = nonE ( linearizace stupnice – nevyužívá se)
● SP.1, (SP.2,…) zatím nezadávejte, bude popsáno v dalším kroku.
● FiLt: (digitální filtr – nevyužívá se - ponecháme hodnoty z výroby)
 FiL.S = 00000.0
 FiL.C = 000001
● CnD = C1 (externí ovládací povel – nevyužívá se)
Nastavování parametrů ukončíme stiskem horního tlačítka, na displeji se
objeví End a parametry jsou uloženy. Pokud nám přicházejí správně pulzy od obou elektroměrů v zadaném rozsahu, objeví se na horním řádku
displeje údaj o momentální výrobě elektrické energie a na dolním řádku
rozdíl výroba – vlastní spotřeba = přebytek vyrobené energie v kW.
Nastavení spínacích bodů podle velikosti připojené
zátěže.
9. Výstupní reléový modul přístroje pro přístroj UDM60 je možné objednat ve třech variantách, podle počtu nezávislých spínaných zátěží, a to s
jedním, dvěma nebo čtyřmi výstupy. Na příkladu si ukážeme nastavení
hodnot pro jeden výstup, nastavení dalších výstupů je obdobné. Vstoupíme opět do nastavovacího režimu a přejdeme na nastavení prvního
spínacího bodu SP.1.
Příklad: SP.1 (nastavení parametrů spínání zátěže pro výstupní relé 1)
● Ch = Ch.F (přiřazení k výstupu funkce zobrazované na dolním řádku displeje)
● Lo.S = stejná hodnota jako Lo.D (počátek rozsahu spínacího bodu)
● Hi.S = stejná hodnota jako Hi.D (konec rozsahu spínacího bodu)
● Set = hodnota v kW, při jejímž dosažení relé sepne
● HYS = hystereze (hodnota v kW, o kterou může přebytek výkonu
klesnout pod hodnotu „Set“, než bude zátěž odpojena)
● oFF.d = 0 až 255 sec (zpoždění odpojení zátěže)
● on.d = 0 až 255 sec (zpoždění připojení zátěže)
● rLY (stav kontaktů relé v klidovém stavu)
 nE (sepnuto)
 nd (rozepnuto – pro náš účel požadované nastavení)
● ALr (výběr typu činnosti)
 oFF (vyřazeno z činnosti)
 do (sepne při podkročení hodnoty)
 uP (sepne při překročení hodnoty – pro náš účel požadované
nastavení)
 d.do (sepne při podkročení hodnoty s nečinností po zapnutí)
 uP.L (sepne při překročení hodnoty s funkcí přidržení)
 do.L (sepne při podkročení hodnoty s funkcí přidržení)
Nastavování parametrů ukončíme stiskem horního tlačítka, na displeji se
objeví End a parametry jsou uloženy. Po připojení nadefinované zátěže,
nebo kaskády zátěží je regulace připravena k provozu.
Vzhledem k tomu, že v této aplikaci pracujeme s pulzními signály elektroměrů, které mají poměrně nízkou frekvenci, muže se stát, že zejména
při měřených výkonech na začátku nastaveného rozsahu (cca od 0 do
360 W), přístroj bude místo zobrazené hodnoty výkonu signalizovat chybu „Err“, jelikož se frekvence pulzů dostane mimo zpracovávaný rozsah.
Logika spínání přídavné zátěže ale zůstává zachována a nedojde k žádnému neočekávanému chování výstupů.
Lineární regulace – výhody a nevýhody
Po vysvětlení principu regulace se spínáním zátěží, se jistě vyskytne
myšlenka, že použití stupňovitého spínání a odpojování zátěží nevede
ke stoprocentnímu využití dostupné energie. Lepší využití by jistě nabídlo lineární řízení výkonu zátěže, které by přesněji kopírovalo hodnotu
přebytku energie. I takové řízení zátěže je možné uskutečnit s přístrojem UDM60. Místo reléového výstupu BOR osadíme modul analogových
výstupů BOAV, kde je možné využít signál 4-20 mA/0-10 V pro řízení
regulátorů např. řady RJ1P, nebo RM1E + chladič. Bohužel díky principům
měření toků energií na předávacím místě není možné využít celovlnnou
regulaci výkonu, kde dochází k sepnutí zátěže vždy „v nule“. Jediný použitelný princip je tzv. fázové řízení zátěže, kde dochází k oříznutí části
půlvlny sinusovky. Tento princip ale s sebou přináší vznik silného širokopásmového rušení, které je nutné eliminovat vhodně navrženými filtry.
Návrh filtrace nelze však provést univerzálně, protože každá instalace
se bude chovat jiným způsobem. Úspora v lepším využití energie tedy
nebude u menších FVE stačit pokrýt náklady na individuální projekt a
realizaci odrušení.
TYPOVÁ OZNAČENÍ POUŽITELNÝCH
PŘÍSTROJŮ A MODULŮ
Elektroměry
EM24DIN AV93XO2P
3F elektroměr s přímým měřením do
3×65 A, dva definovatelné pulzní výstupy až 1000 p/kWh.
Tento přístroj je možné použít univerzálně pro veškeré kombinace zapojení,
protože jeho pulzní výstup je volitelný
uživatelem a lze jej přizpůsobit druhému elektroměru, osazenému u FVE. Pro
větší FVE je možné objednat verzi s nepřímým měřením pomocí proudových
transformátorů. Dostupná jsou i verze s
komunikací RS485 a verze ověřené pro
fakturaci.
EM23DIN AV93XO1P
3F
elektroměr
s
přímým
měřením do 3x65 A, pulzní výstup až
100 p/kWh.
Tento přístroj je možné použít pro měření vlastní spotřeby v případě, že je u
FVE použit elektroměr s výstupem 100
p/kWh. Nevýhodou je prodloužení obnovovacího intervalu celého systému na
počátku rozsahu až na 100 sec. Výhodou
je nižší cena elektroměru.
Zobrazení mezních stavů a chybová hlášení
na displejích.
Analogové ukazatele u jednotlivých řádků displeje mohou ukazovat částečně i mimo rozsah, v případě, že právě měřená hodnota nevybočuje
z nastaveného rozsahu (Lo.d až Hi.d) o více než 20 %. Displej v tom
případě zobrazuje stále měřenou veličinu. Pokud se na displeji zobrazí
„Err“, překročil měřený signál meze rozsahu (Lo.E až Hi.E) o více než 20
%, nebo je překročena maximální vstupní frekvence (50 kHz). Zobrazení
„EEE“ na displeji signalizuje překročení rozsahu displeje (max. 999999),
nebo překročení mezí zobrazení (Lo.d až Hi.d) o více než 20 %.
Stejné podmínky zobrazení chybových hlášení se vztahují jak na přímo
měřené údaje, tak na výsledky výpočtu matematických funkcí.
EM10DIN AV81XO1P
1F elektroměr s přímým měřením do 32 A, pulzní výstup
1000 p/kWh. Tento elektroměr je možné použít jako
druhý v kaskádě za fakturačním elektroměrem u jednofázových FVE v případě že osazený fakturační elektroměr nevyhovuje svým pulzním výstupem a nechceme
měnit současný fakturační elektroměr za jiný.
ENIKA.CZ s.r.o., Nádražní 609, 509 01 NOVÁ PAKA, Telefon: 493 77 33 11, Fax: 493 77 33 22, E-mail: [email protected], http://www.enika.cz
3
Automatická regulace vlastní spotřeby v režimu „Zelený bonus“
Dvojitý modulární čítač UDM60
Celý přístroj UDM60 se skládá ze základního panelu přístroje s displejem
BD60 a až ze čtyř zásuvných modulů, pomocí kterých se doplní funkční
možnosti celého přístroje a jeho varianty.
BD60 (základní panel přístroje UMD60 s možností osazení až čtyřmi volitelnými moduly) – musí být použit vždy.
BQTF1 (vstupní měřící modul pro dva pulzní signály) – pro náš účel musí
být použit vždy.
BPH (napájecí modul pro síťové napájení 90-230 VAC/DC) – musí být
použit BPH nebo BPL.
BPL (napájecí modul pro 18-60 VAC/DC) – varianta k napájecímu modulu BPH, pokud chceme použít místo síťového napájení nízké napětí.
BOR1 (modul reléových výstupů, 1 relé) – použijte jen jeden modul
BOR1, BOR2 nebo BOR5.
BOR2 (modul reléových výstupů, 2 relé) – použijte jen jeden modul
BOR1, BOR2 nebo BOR5.
BOR5 (modul reléových výstupů, 4 relé) – použijte jen jeden modul
BOR1, BOR2 nebo BOR5.
Zvolte jen jeden z uvedených modulů reléových výstupů, podle požadovaného počtu zátěží, které chcete ovládat.
BRSX (modul komunikace RS485 – 2 nebo 4 vodiče,
max. 1000 m) – nadstavbový doplněk.
BRSY (modul komunikace RS232 – 3 vodiče, max. 15 m)
– nadstavbový doplněk.
blokové schéma instalace
FVE
Dva volitelné moduly dálkové správy přístroje UDM60. Komunikace
RS232 je omezena vzdáleností 15m, ale jsou ve větší míře přímo dostupné porty na počítači uživatele. Komunikace RS485 je možná na větší
vzdálenost, ale vždy je nutné dokoupit k počítači komunikační kartu se
vstupem RS485, nebo externí převodník USB/RS485.
Příklad: BD60 + BQTF1 + BPH + BOR1 = UDM60 s měřícími vstupy, napájení 90-230V, 1x výstupní relé, bez komunikace s PC.
Polovodičová relé RJ1A s chladičem
Pro spínání zátěže je vhodnější použít polovodičová relé, vzhledem k tomu, že pro častější spínání
jsou spolehlivější a uvedený typ je v provedení se
spínáním v nule, takže je omezeno na minimum i
případně rušení ostatních spotřebičů. Relé je v
provedení k montáži na DIN lištu s integrovaným
chladičem, takže jeho montáž a zapojení je velmi
snadná. Ovládací napětí relé je zvoleno 230 VAC,
pro snadné propojení s reléovým kontaktem na výstupu modulů BOR čítače UDM60. Pro případ, kdy
bude v rozvaděči použito napájení nízkým napětím,
je možné nabídnout verzi relé s ovládacím napětím
4-32 VDC
RJ1A23A20E (vstup 230 VAC/230 VAC, 20 A výstup)
RJ1A23A30E (vstup 230 VAC/230 VAC, 30 A výstup)
RJ1A23D20E (vstup 4-32 VDC/230 VAC, 20 A výstup)
RJ1A23D30E (vstup 4-32 VDC/230 VAC, 30 A výstup)
elektroměr
výroby FVE
elektroměr
na předávacím
místě
1/3F
4Q
min. 1000 p/kWh
UDM60
min. 1000 p/kWh
stykače
přídavných
zátěží
ST ST ST ST
1 2 3 4
3F
L1 L2 L3
elektroměr
proměnné
spotřeby
veřejná síť
domovní rozvaděč
vyhodnocení přebytku
a ovládání stykačů
sledování provozu
a změny nastavení
(UDM soft)
přídavné zátěže
(akumulace)
běžné spotřebiče s nepravidelným odběrem
podrobné schéma zapojení
EM24DIN + UDM60
modulární sestava UDM60 (+ možné kombinace)
4
ENIKA.CZ s.r.o., Nádražní 609, 509 01 NOVÁ PAKA, Telefon: 493 77 33 11, Fax: 493 77 33 22, E-mail: [email protected], http://www.enika.cz
Download

Zelený bonus 3 do tisku.indd