1. No category

Valg af den rigtige solcelleinverter
Søren Bækhøj Kjær | [email protected] | +45 3051 3414
1 | Danfoss Solar Inverters
www.danfoss.com/Newsstories/CF/SMA-Solar-Technology-AG-and-Danfoss-A/S-sign-cooperation-agreement-to-form-one-ofthe-world’s-largest-converter-alliances/?ref=17179879839
2 | Danfoss Solar Inverters
Fremtiden for PV – Learning curve
• For hver gang den installerede mængde fordobles, falder prisen
tilsvarende med 17-20%
www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapSolarPhotovoltaicEnergy_2014edition.pdf
3 | Danfoss Solar Inverters
Solcelleinverter
Solcelle inverteren kommer i et væld af størrelser (W, kW og MW)
• Modul-integrerede invertere (200 – 300 W)
• String invertere (2 – 60 kW)
• (Distribuerede) central invertere (60 kW – 2½ MW)
• Invertere under 3 – 5 kW er en-fasede, over er de tre-fasede
• Invertere under 3 – 5 kW kan være med HF transformer
• HF transformer påvirke levetiden i negativ retning grundet flere
komponenter samt højere pris og lavere virkningsgrad
4 | Danfoss Solar Inverters
Solcelleinverter, hvilken type skal man vælge?
• Kommer an på ...
5 | Danfoss Solar Inverters
Indhold
- focus på størrer solcelleanlæg
• Anlægsstørrelse og orientering
• Ydelseskrav og LCOE
• El-installationens beskaffenhed
• Krav til inverter og installation
• Systemjording
• Netbeskyttelse
• Spændingskvalitet
• Systemydelser, herunder også anlægsregulator
• Monitorering, overvågning og kommunikation
6 | Danfoss Solar Inverters
Anlægsstørrelse og orientering
• Årlig specifik produktion:
• Syd anlæg: 960 kWh/kW
(39° hældning, retning syd)
• Øst/vest anlæg: 890 kWh/kW
(5° hældning, retning øst/vest)
• Øst/vest anlæg er gode til flade tage, hvor pladsen er begrænset og
man gerne vil have så stort anlæg som muligt.
• Kræver også mindre inverter-effekt
7 | Danfoss Solar Inverters
Anlægsstørrelse og orientering
• Grundet indflydelse fra temperatur mm., kan inverter-effekten godt
være mindre end solcelle-effekten (eksempel: inverter størrelse i ( )
for 2900 kW solceller).
• Syd-anlæg: 1.00 – 0.87 – 0.83
(2520 kW inverter – 42 styk MLX60)
• Øst/vest-anlæg: 0.85–0.72–0.68 (2090 kW inverter – 35 styk MLX60)
0.95
0.80
Produktion fra 1 kWp solceller, en typisk dag i maj.
8 | Danfoss Solar Inverters
Ydelseskrav
- specifik ydelse og Performance Ratio
• Den forventede specifikke ydelse for et solcelleanlæg i DK:
• 900 - 1020 kWh/kWp for et optimalt syd-anlæg
• 830 – 950 kWh/kWp for øst/vest-anlæg
• Endnu bedre er det at stille krav til Performance Ratio, der sammenholder ydelsen med mængden af indstrålet energi fra solen
𝑃𝑅 =
𝐸𝑎𝑐
𝑃𝑛𝑜𝑚
𝐸𝑠𝑜𝑙
𝐺𝑛𝑜𝑚
𝐸𝑎𝑐
=𝑃𝑛𝑜𝑚 ∙
𝐺𝑛𝑜𝑚
𝐸𝑠𝑜𝑙
• Performance Ratio bør ligge over 0.80-0.85 det første år, og maks.
falde med 0.01 per år (jvf. solcellens effekt-garanti)
• Dette kræver at der installeres indstrålingsmåler (reference celle), der
efterses med jævne mellemrum
9 | Danfoss Solar Inverters
Levelized Cost of Electricity
- LCOE
• Ved projektering af solcelleanlæg, skal man ikke kun se på anlægsudgifterne (CAPEX)
• Man bør se på nutidsværdien (NV) af anlægget, inklusiv omkostninger
til O&M (OPEX) samt værdien af at bruge kvalitetskomponenter
• Dette kan sammenfattes i LCOE – Levelized Cost of Electricity
𝐿𝐶𝑂𝐸 =
𝑇 𝐶𝐴𝑃𝐸𝑋 + 𝑂𝑃𝐸𝑋
𝑡=0
1+𝑟 𝑡
𝑇
𝑡=0
𝐸
1+𝑟
𝑡
• hvor t er tiden i år, r er renten og E er den producerede energi per år.
• LCOE over 20 år bør ligge indenfor 770 dkk/MWh, med en standard
afvigelse på 75 dkk/MWh (rente 3-5%, specifik produktion 900-1000
kWh/kWp, årlig degeneration på ½-1%, 1% af købspris til O&M).
10 | Danfoss Solar Inverters
El-installationens beskaffenhed
- en og tre-fasede tilslutninger
• Hvis alle solcelleinvertere tilsluttes en fase, så ydnyttes kun en
sjettedel (1/6) af installationens kapacitet.
• En trediedel, da kun én fase benyttes
• En halv, da strømmen nu løber igennem nullederen og herved
bidrager til spændingsstigningen
1/6 = 1/3 * 1/2
• Ved enfasede solcelleanlæg: sørg for at fordele inverterne ligeligt
imellem faserne (ikke alle skal på fase L1 !!!).
• Anvend husnummeret til at bestemme hvilken fasen, f.eks.:
hus nr. 1, 4, 7 = L1 ; hus nr. 2, 5, 8 = L2 ; hus nr. 3, 6, 9 = L3
• Mål fase-nul spændingen uden solcelleranlæg tilsluttet, på en dag
med sol. Tilslut inverteren på fasen med den mindste spænding.
• For solcelleanlæg over 3,6 kVA anbefales én tre-faset invertere
fremfor to en-fasede invertere.
11 | Danfoss Solar Inverters
El-installationens beskaffenhed
- spændingsstigning i installationen
• Start altid med at vurdere kortslutnings-niveauet (Ik_min) og/eller den
ohmske modstand i installationen. Dette kan gøre med:
• Installations-tester
• Dokumentation fra installatør
• Modstanden skal være passende lav, for at undgå overspænding ved
inverteren (der kobler ud ved 253 V jvf. TF 3.2.1 & TF 3.2.2)
• Høj modstand medfører også tabt indtægt i form at tab
𝑅𝑛𝑒𝑡 < 𝑈𝑚𝑎𝑥 ∙
12 | Danfoss Solar Inverters
𝑈𝑚𝑎𝑥 − 𝑈𝑡𝑜𝑚𝑔𝑎𝑛𝑔
𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑟 𝑓𝑎𝑠𝑒
El-installationens beskaffenhed
- spændingsstigning i installationen
 Eksempel for enfaset anlæg på
3600 W:
 Eksempel for trefaset anlæg på
3600 W:
 Netspændingen uden belastning  Netspændingen uden belastning
måles til 240 V.
måles til 240 V.
𝑅𝑛𝑒𝑡 < 253 𝑉 ∙
253 𝑉 − 240 𝑉
= 0,91 Ω
3600 𝑊
𝑅𝑛𝑒𝑡
253 𝑉 − 240 𝑉
< 253 𝑉 ∙
= 2,74 Ω
1200 𝑊
 Svarende til at der måles 0,91 Ω  Svarende til at der måles 5,5 Ω
igennem fase-nul.
igennem fase-nul, da der ikke
løber strøm i nul ved trefaset
udførelse.
 Da modstanden (fase-nul) måles til 2,2 Ω kan en enfaset inverter
altså ikke anvendes uden der opstår problemer med overspænding.
 Kablet fra installationspunktet til inverteren (tre-faset) skal have en
ohmsk modstand mindre end 5,5 Ω – 2,2 Ω = 3,3 Ω (per leder).
13 | Danfoss Solar Inverters
El-installationens beskaffenhed
- optimering af kabler
• Nutidsværdi for indkøb af kabel og tabt indtægt grundet tab i kabel
Syd-anlæg, 72 kWp solceller, 60 kVA inverter, 0,60 dkk/kWh, 10 år, 5% rente
Kable (NOIK-AL-M)
Dimension
4*50
4*70
4*95
4*120
4*150
Kost [dkk/m]
kr.
95 kr.
123 kr.
158 kr.
192 kr.
242
Modstand [Ω/km]
0,641
0,443
0,320
0,253
0,206
Længde [m]
20 kr. -2.722 kr. -3.014 kr. -3.568 kr. -4.162 kr. -5.102
30 kr. -4.082 kr. -4.521 kr. -5.351 kr. -6.243 kr. -7.654
40 kr. -5.443 kr. -6.029 kr. -7.135 kr. -8.325 kr. -10.205
50 kr. -6.804 kr. -7.536 kr. -8.919 kr. -10.406 kr. -12.756
60 kr. -8.165 kr. -9.043 kr. -10.703 kr. -12.487 kr. -15.307
70 kr. -9.525 kr. -10.550 kr. -12.487 kr. -14.568 kr. -17.858
80 kr. -10.886 kr. -12.057 kr. -14.271 kr. -16.649 kr. -20.410
90 kr. -12.247 kr. -13.564 kr. -16.054 kr. -18.730 kr. -22.961
100 kr. -13.608 kr. -15.072 kr. -17.838 kr. -20.811 kr. -25.512
110 kr. -14.969 kr. -16.579 kr. -19.622 kr. -22.893 kr. -28.063
120 kr. -16.329 kr. -18.086 kr. -21.406 kr. -24.974 kr. -30.615
130 kr. -17.690 kr. -19.593 kr. -23.190 kr. -27.055 kr. -33.166
140 kr. -19.051 kr. -21.100 kr. -24.973 kr. -29.136 kr. -35.717
150 kr. -20.412 kr. -22.607 kr. -26.757 kr. -31.217 kr. -38.268
Syd-anlæg, 72 kWp solceller, 60 kVA inverter, 1,60 dkk/kWh, 10 år, 5% rente
Kable (NOIK-AL-M)
Dimension
4*50
4*70
4*95
4*120
4*150
Kost [dkk/m]
kr.
95 kr.
123 kr.
158 kr.
192 kr.
242
Modstand [Ω/km]
0,641
0,443
0,320
0,253
0,206
Længde [m]
20 kr. -4.082 kr. -3.955 kr. -4.247 kr. -4.699 kr. -5.540
30 kr. -6.124 kr. -5.932 kr. -6.371 kr. -7.049 kr. -8.310
40 kr. -8.165 kr. -7.910 kr. -8.494 kr. -9.399 kr. -11.080
50 kr. -10.206 kr. -9.887 kr. -10.618 kr. -11.749 kr. -13.849
60 kr. -12.247 kr. -11.865 kr. -12.741 kr. -14.098 kr. -16.619
70 kr. -14.289 kr. -13.842 kr. -14.865 kr. -16.448 kr. -19.389
80 kr. -16.330 kr. -15.819 kr. -16.988 kr. -18.798 kr. -22.159
90 kr. -18.371 kr. -17.797 kr. -19.112 kr. -21.147 kr. -24.929
100 kr. -20.412 kr. -19.774 kr. -21.235 kr. -23.497 kr. -27.699
110 kr. -22.454 kr. -21.752 kr. -23.359 kr. -25.847 kr. -30.469
120 kr. -24.495 kr. -23.729 kr. -25.482 kr. -28.197 kr. -33.239
130 kr. -26.536 kr. -25.707 kr. -27.606 kr. -30.546 kr. -36.009
140 kr. -28.577 kr. -27.684 kr. -29.729 kr. -32.896 kr. -38.778
150 kr. -30.619 kr. -29.662 kr. -31.853 kr. -35.246 kr. -41.548
• Anbefaler 16 - 23% spændingsstigning per km for at optimere
udgifter til kabel og mistet fortjeneste
• Dog maksimum 10% for at undgå udkobling af pga. overspænding
14 | Danfoss Solar Inverters
Systemjording og fejlstrømsafbryder (RCD)
• Installation med TT systemjording (typisk anlæg i private huse):
• RCD type B hvis inverter er uden transformer (Ifejl,DC> 6 mA)
• RCD type A, hvis inverter er med transformer (Ifejl,DC < 6 mA)
• Installation med TN-C(-S) systemjording (typisk store anlæg i
kommercielle bygninger eller solcelle-kraftværker):
• Ingen krav til RCD, da beskyttelsen er en del af kortslutningsbeskyttelsen af kablerne
RCD A/B
15 | Danfoss Solar Inverters
sikring
Netbeskyttelse
• Central netbeskyttelse for solcelleanlæg over 50 kW kan udelades,
såfremt inverternes indstillinger kan dokumenteres (jvf. TF 3.2.2).
16 | Danfoss Solar Inverters
Spændingskvalitet
• Beregning af harmoniske strømme og flicker foretages jvf. TF 3.2.2.
• Datagrundlaget fås ved henvendelse til inverter-leverandøren.
Elektrisk simuleringsmodel sendes direkte fra inverter-leverandører
til Energinet.dk
• Der kan IKKE stilles krav til hvilket ”program” der anvendes til
beregningerne, såfremt de overholderne metoderne fra TF 3.2.2
• Netselskaberne skal altså ikke stille krav om, at det skal være VASEL, eller tilsvarende.
• Generelt bør harmoniske strømme og flicker ikke være et problem:
• Krav til harmoniske strømme fra solcelleinvertere, er det halve af
hvad en tilsvarende forbruger må forurene med!
• Fluktuerende indstråling fra solen medfører ikke flicker. Flicker kan
dog opstå hvis inverterens regulerings-sløjfer ikke er af en høj
standard.
17 | Danfoss Solar Inverters
Systemydelser
- aktiv regulering af P og Q (PF)
• Hvis netselskab stiller krav om kabelforstærkning eller ny
transformer grundet risiko for overspænding eller overbelastning, så
foreslå følgende andre løsninger:
• Q(U) eller PF(P) – regulering af reaktiv effekt
• P(U) – regulering af aktiv effekt
• Begrænsning af effekten i tilslutningspunktet (specielt hvis
solcelleanlægget er tilsluttet i installationen
18 | Danfoss Solar Inverters
Anlægsregulator (PPC)
• For solcelleanlæg op til 1,5 MW (typa A & B, jvf. Tf 3.2.2) kan man
godt bruge inverternes interne regulatorer, såfremt de forefindes, til
systemydelser (f.eks. FLX).
• For solcelleanlæg over 1,5 MW (type C & D jvf. TF 3.2.2) anbefaler vi,
at man anvender en dedikeret kraftværksregulator, da kravene her er
strengere (f.eks MLX + Inverter Manager). Der anbefales en løsning
hvor man anvender en regulator i henhold til www.sunspec.org
19 | Danfoss Solar Inverters
Monitorering og kommunikation
• Monitorering er en vigtig del af et solcelleanlæg
• Tidlig detektering af fejl sparer tabt produktion
• Anvendes også til sikring af, at ydelseskravene (PR / yield) overholdes
• Datalogger kan enten være indbygget i inverteren (f.eks. FLX) eller
være en ekstern enhed (f.eks. MLX). Behøves ikke at være af samme
fabrikat som inverterne
• Datalogger sender data til en web-portal, hvor data opbevares og
analyseres (f.eks. http://www.pv-log.com)
• Kommunikation imellem inverter og datalogger, samt datalogger og
web-portal bør være baseret på open-standard datamodellen fra
www.sunspec.org. Herved bliver det lettere at skifte leverandør.
20 | Danfoss Solar Inverters
Systemydelse
- Q(U) regulering
• Q(U) regulering anvendes hvor man ønsker at regulere spændingen
på elnettet via reaktiv effekt fra solcelleanlæget.
𝑃∙𝑅+𝑄∙𝑋
𝛥𝑈 =
𝑈
• P, Q = aktiv og reaktiv effekt
• R, X = ohmsk og induktiv modstand
• Q(U) regulering er at fortrække fremfor
PF(P) da den kun er aktiveret såfremt
spændingen er for høj.
• PF(P) er altid aktiveret og kan derrfor have indflydelse på hvor meget
solcelle-effekt der kan tilsluttes inverteren, f.eks. 90% hvis PF = 0.90
21 | Danfoss Solar Inverters
Systemydelse
- Q(U) regulering
• Eksempel:
• Kortslutningseffekt (Sk) =
11 MVA
• Nominel tilsyneladende effekt (Sn)= 2,4 MVA
• Netimpedansvinkel (ψ) =
50°
• Ohmsk modstand (R) =
9,2 mΩ
• Reaktans (X) =
11,0 mΩ
• Nominel netspænding (Un)=
230 V (400 V)
• Maksimal spænding (Ulimit) =
253 V (440 V)
• Spændingsstigningen som funktion af den aktive effekt bliver da:
𝛥𝑈 𝑃 =
𝑈𝑛2 +4∙𝑅∙𝑃−𝑈𝑛
2
=
230𝑉 2 +4∙9.2𝑚Ω∙800𝑘𝑊−230𝑉
=28,6V
2
• Hvis der ikke gøres noget stiger spændingen til 258,6 V
22 | Danfoss Solar Inverters
Systemydelse
- Q(U) regulering
• Men! Vi gør noget, nemlig Q(U) regulering
• Hermed kan mængden af reaktiv effekt beregnes for at holde
spændingen på den ønskede værdi
𝑄𝑚𝑖𝑛 =
=
23 | Danfoss Solar Inverters
3 ∙ 𝑈𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡 − 𝑈𝑛 + ΔU(𝑃 ) ∙ 𝑈𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡
𝑋∙𝑃
3∙ 253𝑉− 230𝑉+28.6𝑉 ∙253𝑉
=-0,160
11𝑚Ω∙2.4𝑀𝑊
p.u.
Systemydelse
- Q(U) regulering
• Simulering i MATLAB/SIMULINK
Ustart = 243,8 V Ulimit = 248,4 V
Ustart = 248,4 V Ulimit = 253,0 V
Qmin = -0,287 p.u.
Qmin = -0,160 p.u.
24 | Danfoss Solar Inverters
That’s all Folks!
Søren Bækhøj Kjær | [email protected] | +45 3051 3414
?
25 | Danfoss Solar Inverters