Využití přebytků - technické řešení

Ohřev teplé vody přebytky energie z FVENejjednodušší využití přebytků elektrické energie z fotovoltaické elektrárny v domácnosti je při ohřevu teplé vody pomocí topného tělesa (příruby) v ohřívači vody. Nespornou výhodou tohoto řešení je možnost plynulé regulace výkonu topného prvku a tím využít v maximální míře přebytečné energie. Pro regulaci jsem využil stávajícího řídicího systému pro vytápění domácnosti a solid state relé - regulovatelného spínacího prvku.

V předchozím článku jsem popsal stručně problematiku využití přebytků energie. Nejdůležitější je nalézt v domácnosti spotřebič, u kterého lze plynule regulovat jeho spotřebu. Pouhým spínáním určitého výkonu "natvrdo" nelze nikdy využít efektivně právě dostupný rezervní výkon a hrozí případné zbytečné odběry ze sítě. Ideálním regulovatelným spotřebičem je například topné těleso pro ohřev vody. Pro zjištění aktuálního přebytku je však nutné měřit i aktuální spotřebu domácnosti a to včetně regulovaného zdroje. Cílem je spotřebovat veškerou přebytečnou energii a nedodávat ji do sítě za pár výkupních halířů. Funkci regulátoru v mém případě zajistil již instalovaný řídicí systém, který se stará o řízení kotelny, ohřev vody a regulaci teploty v jednotlivých místnostech. Zjednodušené schéma zapojení hlavních prvků je následující:

Schema systému regulace spotřeby přebytků energie

Elektroměry FVE a domácnostiModrou barvou jsou znázorněny prvky fotovoltaické elektrárny a jejich zapojení. Zelenou barvou pak prvky, které jsou využity pro regulaci spotřeby přebytků. Řídicí systém AMiNi2 (AMiT) využívá pro regulaci informaci o aktuálním výkonu elektrárny pomocí wattmetru EFVE a informaci o aktuální spotřebě celé domácnosti wattmetrem ES. Jednofázový wattmetr EFVE je stávající elektroměr pro měření zeleného bonusu, třífázový ES jsem doinstaloval. Oba elektroměry mají standarní pulsní výstup, který zpracovává řídicí systém. Jelikož jsou řídicí systémy firmy AMiT hojně využívány v podnikové energetice, využil jsem s výhodou firemní programový funkční modul, který automaticky tyto pulsy zpracovává a vypočítává například okamžitý výkon.

 

Regulační SSRAkčním členem je analogově řízené solid state relé (SSR), což je zjednodušeně řečeno "chytrý" spínací polovodičový prvek, který podle úrovně řídicího signálu v rozsahu 0 až 10 V sepne odpovídající příkon do topného tělesa (regulace úhlu otevření). Značnou výhodou je velmi snadná regulace SSR, malé rozměry a jeho linearita spínaného výkonu, na druhou stranu díky úbytku napětí na tomto prvku dochází k jeho ohřívání a je tedy nutné zajistit jeho chlazení (pasivní chladič a odvětrání instalační krabice). Výkonným členem je pak topná příruba v kombinovaném ohřívači na teplou vodu, v mém případě o celkovém topném výkonu 2,2 kW. Objem zásobníku ohřívače je 100 litrů.

 

Jak celý proces regulace funguje? Řídicí systém vyhodnocuje pulsy z elektroměrů EFVE a ES. Každých 10 sec. porovnává okamžitou spotřebu domácnosti a dodávku z FVE. Je-li dodávka z FVE vyšší než je aktuální spotřeba domácnosti, spočítá řídicí systém rozdíl (přebytek energie) a nastaví příslušné řídicí napětí na spínací prvek SSR a tím určuje intenzitu ohřevu topné příruby. Celková spotřeba domácnosti se tak zvýší k hodnotě blízko aktuálnímu výkonu FVE (topné těleso je součást spotřeby domácnosti). Za dalších 10 sec. se opět vyhodnocují údaje z obou elektroměrů a zkoriguje se požadovaný příkon topného tělesa. Současně řídicí systém hlídá, aby nedošlo k překročení mezní hodnoty teplé vody v ohřívači (70 °C). Samozřejmostí je archivace nejen měřených hodnot, ale i vypočtených - například kolik energie bylo dodáno na ohřev teplé vody a kolik energie bylo spotřebováno navíc ze sítě. Jelikož střídač fotovoltaické elektrárny průběžně hledá optimální bod efektivity výroby, výkon FVE trochu kolísá. Navíc se během 10 vteřin neustále mění venkovní světelné podmínky a spotřeba v domácnosti. Proto se nereguluje na 100% spotřebu přebytku energie, ale nechává se určitá rezerva, aby nedocházelo ke zbytečnému odběru se zítě.

Řídicí systém AMiNi2

Pro technické fajnšmekry uvádím základní informace o jednotlivých prvcích regulační soustavy:

  • řídicí systém - AMiNi2 (AMiT), k regulaci byly využity 2 digitální vstupy pro pulsy z elektroměrů  a 1analogový výstup 0..10 V
  • EFVE - ED110 (ZPA Smart Energy), jednofázový elektroměr pro měření zeleného bonusu, pulsní výstup 1000 pulsů/kWh
  • ES - 9903D (Maneler), pomocný třífázový elektroměr pro měření spotřeby domácnosti, pulsní výstup 800 pulsů/kWh
  • SSR - RM1E23V25 (Carlo Gavazzi), jednofázový spínací prvek s analogovým řízením úhlu otevření, 0..10 V
  • topná příruba - TPK 168/8 2,2 kW (Družstevní závody Dražice), montáž na přírubu zásobníku OKC 100 NTR/BP (Družstevní závody Dražice)

Jednotlivé prvky a jejich způsob instalace si můžete prohlédnout v komentované fotogalerii o regulaci přebytků. Investice do prvků a do elektroinstalace regulace přebytků nepřesáhla 6.000 Kč. Řídicí systém byl využit stávající, EFVE je součástí instalace elektrárny, aplikační program řídicího systému jsem si vytvořil sám.

Nyní je regulační systém v testování od začátku května. Podle dosavadních vlastních měření pomocí řídicího systému se pohybuje využití energie z fotovoltaické elektrárny těsně pod 90%. Bez regulace spotřeby přebytků se využití energie z FVE pohybovalo běžným provozem domácnosti kolem 25% ve všední dny a 40-50% o víkendu.

Přečtěte si podrobnější vyhodnocení regulace přebytků energie za první tři měsíce provozu.

Komentáře

Re: Využití přebytků - technické řešení

Perfektní, líbí se mi to. Jak by ale vypadalo schéma zapojení při ohřevu bojleru nočním proudem? Nemůže se někde potkat proud z FVE s nočním proudem?
Děkuji za odpověď, Jirka.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Myslím, že velmi dobrý nápad to je. Otázkou je co je lepší v RD, kde mají ohřev vody zajištěn plynem.

Pokud bych uvažoval NT cca 2kč/kWh (Sazba D45d, jistič 25A), na stejný ohřev je potřeba plynu, který v nákladech přijde na polovinu - tedy jakoby 1Kč/kWh .... takže místo abych prodal přebytky za 60hal/kWh, ušetřím plyn za "1Kč/kWh.

viz například zde:

http://www.setrimenergii.cz/ceny-energii/porovnani-doby-ohrevu-vody-zemn...

http://www.dobryplyn.cz/view.php?nazevclanku=ohrev-vody-elektrinou-nebo-...

Takže ano stále je to výhodnější si spotřebovávat přebytky, ale jen o fous, je to tak?

Re: Využití přebytků - technické řešení

V mém případě jsem počítal ze skutečných faktur za poslední zúčtovací období. Plyn mi po přepočtu s ohledem na účinnost kotle a se všemi těmi fix-poplatky vyšel na 1,32 Kč/kWh. Jelikož mám základní tarif elektřiny, cena mi (opět se všemi poplatky) vychází lehce přes 5 Kč/kWh. U E.ONu mi přebytky odkoupí pouze za 40 hal/kWh. Rozdíl mezi ohřevem plynem a přebytečnou elektřinou činí necelou korunu na kWh. Očekávám, že do budoucna bude tendence cenu za výkup elektřiny co nejvíce snižovat (ČEZ má už teď nulu), naopak nákup energie půjde cenou jen a jen nahoru...

Re: Využití přebytků - technické řešení

Dobrý den

Váš popis je zajímavý a také nad ním uvažuji. Jen bych se rád zeptal k analogovému relé jak máte nastaveno nebo spíše vyřešen filtr na širokopásmové řušení, které u uvedeného postupu může nastat.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Zdravím, na podobný dotaz jsem reagoval koncem srpna na této stránce. V oblasti odrušení nejsem odborník, a tak jsem si nechal poradit nejprve od kamaráda a potom u brněnské firmy RWMO. Byl mi navržen zalévaný filtr řady NA. Pro řešení možných výkonových rázů se navíc doporučuje na vstupu toroid, tímto jsem se vzhledem k mému relativně malému příkonu nezabýval. Žádné vedlejší rušivé efekty nepozoruji. Pro zajímavost jsem zkoušel obyčejným rádiem "oměřit" střídač fotovoltaiky - to byla muzika!

Re: Využití přebytků - technické řešení

Dobrý den. Zatím reguluji manuálně. Mám v úmyslu využít Vámi popsané řešení. Domnívám se, že nastavení 8% rezervy není optimální, protože využití FVE je efektivní i za současného odběru energie ze sítě až do chvíle, kdy se "potká" výnos z FVE s cenou právě aktivního tarifu. Rád bych s Vámi konzultoval ještě jednu možnost využití. Ozvěte se mně prosím. Pěkný den. Moje adresa: litice@volny.cz.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Těch 8% je tam právě proto, že během 10 sec., což je interval mezi měřením a nastavením nového příkonu do topné spirály, nevím, co se kde v domě sepnulo nebo zda nepřišel mrak apod. Za větrného dne se za 10 sec. mohou i poměrně rychle a dramaticky měnit světelné podmínky. Radši budu mírně dodávat do sítě, než při rychlé změně podmínek draze nakupovat. Samozřejmě mohu zadat, aby rezerva byla 0%.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Dobrý den. Zkoumám Vaše řešení s analogovým regulačním prvkem RM1E, který podle specifikace pracuje s fázovým řízením (ořezává půlvlny sinusovek). V tomto režimu nejsou tyto regulátory schváleny pro komerční použití (v domácnostech) z důvodu průniku silného rušení vyššími harmonickými do rozvodné sítě. Jak máte vyřešeno kvalitní odrušení? V popisu jsem o tom nenašel informace. Děkuji za doplnění.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Ano, máte pravdu. Regulační SSR je vhodné doplnit vysokofrekvenčním odrušovacím filtrem, který omezuje rušení šířené zpět do sítě (funguje jako dolní propust). Filtrem lze splnit požadavky na použití v obytných domech (tuším označované jako třída B). Jelikož nejsem v této oblasti příliš kovaný, nechal jsem si poradit odborníky. Důležité je vědět jaký výkon se bude regulovat (proud), a jak jsem byl upozorněn, jaký je povolený unikající proud, který může dělat problém proudovému chrániči.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Není nutné řešit odrušení, pokud použijete novější SSR relé, které spínají a vypínají vždy v 0 a regulují pouštěním celých sinusovek. Pokud na vstupu nastavíte 50% výkonu, tak pustí každou druhou sinusovku atd. Velmi elegantní řešení, cenově okolo 3000,- Kč.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Obávám se, že spínání v nule nelze použít, protože celou periodu (sinusovku) čtyřkvadrantní elektroměr zaznamená jako odběr a vynechanou periodu zase jako dodávku do sítě. Pro lepší představu: chvíli máte těleso připojené na tvrdo a chvíli zase odpojené zcela. 4Q elektroměry totiž vyhodnocují podtstně kratší intervaly než jsou regulační periody SSR pro řízení výkonu se spínáním v nule. Pro regulaci s 2% krokem regulačního SSR s celovlným spínáním potřebujete interval o délce 50 period sítě !!!

Re: Využití přebytků - technické řešení

Není to tak docela pravda. Elektroměr sice vyhodnocuje s poměrně velkou periodou aktuální hodnoty, ty ale agreguje zhruba ve vteřinových intervalech na výsledný součet (někde jsem četl, že ten interval je pravděpodobně 900ms). Z toho plyne, že můžete využít spínání v nule a to s přesností na jednu půlvlnu se zpožděním max. jedné půlvlny v průběhu cca 900 ms.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Dobrý den.Moc se mi zamlouvá Vaše řešení využití přebytků.Mám pár dotazů.1.Proč jste nepoužil výstupů z 4Q elektroměru od distributora
el.energie?
2.Bylo by možné získat na vás tel.kontakt?Pokud ano napište
na :horacekste@seznam.cz
3.Co děláte s přebytky když je naakumulován bojler?
4.jak máte vyřešen stav když votovoltaika
nedodává potřebný výkon pro ohřátí vody v bojleru?
Děkuji za odpovědi.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Dobrý den
ad 1. Výstupy z 4Q elměru nelze využít, distributor vám je nepovolí používat (E.ON). Samozřejmě by to bylo nejlepší řešení.
ad 2. Ozvu se vám na mail.
ad 3. Jelikož umím nyní regulovat energii z fve pouze na ohřev vody, po naakumulování ohřívače přebytky bohužel "prodávám" do sítě. Výkon mé elektrárny je ale relativně malý a přebytky stačí právě akorát na ohřev vody při běžném provozu. Analýzu naměřených dat připravuji, nějak si ale neumím najít čas na sepsání a zveřejnění na webu...
ad 4. Ohřev vody mám primárně řešen pomocí plynového kotle (ohřev přes spirálový výměník v ohřívači), elektroohřev byl doplněn (topná jednotka v přírubě). Pokud není zdroj z fotovoltaiky, topím tedy plynem.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Zdravím,
Super věc, o něčem podobném rovněž uvažuji.
ad1. Ale ANO, běžně se využívá pro dálkové sledovaní elektroměru odběratelem, je to standardní postup: Koupíte si Optooddělovač, požádáte E.ON Energii a.s. ČB o povolení, oni vám zrovna dají termín montáže a objednáte u E.ON Servisní s.r.o. ( Brno ) o montáž (nemůžete sám zasahovat do elektroměru ) a je to.
Luboš

Re: Využití přebytků - technické řešení

Dobrý den, optočlen si můžete osadit na 4Q elektroměr distributora sami.

K tomu je nutné mít přístupnou přední stranu elektroměru - montáž s otvorem v krycí desce nebo elektroměr namontovaný na elektroměrové desce se zaplombovanými kryty. Tato úprava je popsána jako povinnost výrobce v nových PPDS a je vhodná i pro možnost obsluhy tlačítka na 4Q.

Tomáš

Re: Využití přebytků - technické řešení

Zdravím,
když jsem loni pátral po možnosti využití signálů přímo od E.ONu, tak mi to nedovolili.
Je otázkou, za kolik optoodělovač seženete. Mám obavu, aby zařízení včetně instalace nebylo dražší než přídavný wattmetr.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Nevím, ceny - Optočlen 2200 ( SVOBODA-ELEKTRO Brno), montáž E.ON 1.345 ( vše +DPH ).
Ceny z 03/2011
Luboš

Re: Využití přebytků - technické řešení

Dobrý den,
Velmi dobré technické řešení. Chci Vás poprosit o doplnění informací k odpovědi ad 4. Zřejmě je nutné jistým způsobem upřednostnit ohřev pomocí fotovoltaiky před ohřevem plynem. Napadá mě například vytvoření "hysterezní smyčky" tvořené dvěma termostaty. Kdy je plyn ovládán termostatem s nastavenou nižší prahovou teplotou (např. od 50°) a fotovoltaika má vypínací prahovou teplotu vyšší (např. 65°).
Jaké řešení jste zvolil vy?

Předem díky za odpověď.

Luděk M.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Zdravím. Celý systém vytápění a ohřev vody je ovládán řídicími systémy. Proto není problém pro ohřev vody vytvořit tzn. denní (případně týdenní) časový plán žádaných teplot. Kvůli tomu je nutné teplotu vody v nádobě měřit (analogově, ne jen kontakt jako termostat). V praxi to znamená (v mém případě), že k večeru je požadována teplá voda pro koupání např. 50 st. C. Ráno však tak teplou vodu již nepotřebuji, protože není taková spotřeba a hlavně očekávám, že sluníčko přes den pomůže (přebytky energie na FVE). Proto se ráno požaduje např. 30 st. C. Druhý regulační okruh ohřívá vodu z přebytků FVE až do maximální teploty (např. 70 st.C). Pokud FVE nedokáže do večera vodu ohřát, pomůže si regulace plynem (kotel). Takže v podstatě dva "termostaty" přičemž ten pro "plyn" má navíc časově měněnou požadovanou hodnotu teplé vody.
V posledních 3 týdnech to díky slunečnému počasí vypadá tak, že přes den se v pohodě nahřeje voda na 70 st. C, večer se spotřebuje mytím tak, že po půlnoci bývá teplá jen kolem 35 st. C, do rána vychladne k 30 st. C. FVE ale už prakticky před 8 hod. začne vodu opět ohřívat. Za posledních 14 dní plynový kotel "pomohl" s ohřevem asi jen ve 4 dnech.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Dobrý den,
než o komentář jde spíše o dotaz - zamyšlení. Bude elektromer měřit správně spotřebu v tomto případě, kdy ze sínusového průběhu jsou odřezávány polovodičových relé kusy plochy. Umí takovýto odběr měřit všechny nebo alespoň některé elektroměry správně ? Jak je na tom Vámi použitý elektroměr ?

JP

Re: Využití přebytků - technické řešení

Dobrý den, také jsem nad tím chvilku přemýšlel. Nejsem v této oblasti odborník, myslím ale, že ke zkreslení dochází. Nejen proto jsem nastavil v systému jakousi bezpečnostní hranici regulace, takže se nereguluje "na nulu", nechávám přibližně 8% rezervu. Chyba měření elektroměrem ale asi nehraje zásadní roli. Mám připravená naměřená data za červen, zpracuji je a výsledky zveřejním.
Na možné problémy s měřením elektroměru se poptám u známého, dělá do vývoje těchto zařízení.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Dobrý den, uplynulo již dost času od posledního vzkazu ohledně elektroměrů. Máte už prosím potvrzeno, jestli při použití regulace ořezáváním sinusovky dochází ke zkreslení informace na elektroměru?
Vaše řešení mně inspirovalo a zaujalo, protože u mne je puštěný bojler, nebo jakákoli jiná odporová zátež způsobující úbytek napětí podmínkou chodu elektrárny, neboť ČEZ má nekvalitní síť a navíc s tím nehodlá nic dělat. Proto momentálně stavím regulátor v podobném duchu.

Re: Využití přebytků - technické řešení

Dobrý den,táké stále řeším regulaci pro co nejlepší využití přebytků a řešení zde uváděné mi připadá zatím ze všech nejlepší.Chtěl bych poprosit o vysvětlení co u Vás znamená nekvalitní síť ČEZU a u Vás nutnost připojení jakékoli odporové zátěže pro chod FVE.
Dále bych poprosil o trochu podrobnější popis problému s el.měrem.
Děkuji

Re: Využití přebytků - technické řešení

Omlouvám se, zatím jsem neměl příležitost tuto otázku zkonzultovat - časové důvody. Mám k problematice měření ještě další dotazy, zkusím se co nejdřív dopídit k nějakým relevantním informacím. Dejte mi ještě chvilku.