Menu

Projekt instalacji on-grid

WSTĘP

W sieci trudno dzisiaj znaleźć gotowy projekt instalacji PV. Większość opracowań publikowanych w BIP-ach ma ograniczoną formę. Brak w nich obliczeń i rysunków. Poniższy artykuł powstał o prezentację p. Juliana Wiatra "Podstawy projektowania przydomowych systemów fotowoltaicznych" i jest wierną kopią kilkunastu slaydów. Julina Wiatr jest inżynierem elektrykiem, redaktorem naczelnym pisma elektro.info i uznanym specjalistą w dziedzinie fotowoltaiki. Pełny tekst prezentacji można znaleźć pod adresem:

www.sep.gliwice.pl/WPIS_16/FOTO_16/seminarium.ppt
 

1. Podstawy opracowania projektu

 

Każdy projekt techniczny wymaga wymienienia wytycznych na podstawie których został opracowany. W przypadku niniejszego projektu są to:

 

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków     technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [tekst jednolity:     Dz. U. z 2015 roku poz. 1422].

2. Projekt architektoniczno-budowlany.

4. Projekt konstrukcji nośnej paneli fotowoltaicznych oraz kanałów kablowych        pola generatora PV.

3. Norma PN-HD 60364 – 4 –41: 2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4 –41.     Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.

4. Norma PN-HD 60364 – 5 –54: 2010 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 5 –54.     Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Uziemienia, przewody ochronne i przewody połączeń ochronnych.

5. Wieloarkuszowa norma PN-EN 62305 Ochrona odgromowa.

6. Norma N SEP-E 002   Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Instalacje elektryczne w obiektach mieszkalnych. Podstawy planowania.

7. Norma N SEP-E 004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie      i budowa.

8. Norma PN-EN 60269-6:2011 Bezpieczniki topikowe niskiego napięcia. Część 6 – wymagania dotyczące wkładek topikowych do zabezpieczania fotowoltaicznych systemów     energetycznych.

9. Norma PN-IEC 60364-5-523:2002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Obciążalność prądowa długotrwała  przewodów.

10. Norma PN-EN 61730-2:2007/A1:2012 Ocena bezpieczeństwa modułu fotowoltaicznego (PV). Część 2- wymagania dotyczące badań.

11. Norma N SEP-E 005 Dobór przewodów elektrycznych do urządzeń, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru.

12. Poradnik projektanta elektryka. Podstawy zasilania budynków mieszkalnych, użyteczności publicznej i innych obiektów nieprzemysłowych w energie elektryczną – J. Wiatr; M. Orzechowski – DW   „MEDIUM 2012 – wydanie V.

13. Uzgodnienia z inwestorem.

14. Warunki przyłączenia do sieci elektroenergetycznej, wydane przez Operatora Sieci Dystrybucyjnej.

15. Dane meteorologiczne dotyczące nasłonecznienia podawane przez IMiGW.

 

2. Dane dotyczące obiektu

 

Budynek jest zasilany z sieci elektroenergetycznej nn 3x230/400 V. W linii ogrodzenia zainstalowana jest szafka złączowo-licznikowa, wyposażona w licznik dwukierunkowy w układzie bezpośrednim. Do budynku energia elektryczna jest doprowadzona kablem YKYżo 5x10, wprowadzonym do Rozdzielnicy Głównej Budynku (RGB), której schemat ideowy przedstawia rysunek 3. Architektura budynku oraz geometria dachu uniemożliwia instalacje paneli fotowoltaicznych na konstrukcji dachu. Dostępny jest wolny teren na posesji, który może zostać wykorzystany do zabudowy generatora PV. Moc umowna zgodnie z umową na dostawę energii elektrycznej wynosi 30 kW, współczynnik mocy cosj=0,93. Szerokość geograficzna, na której jest położona nieruchomość: F=52º.

 

3. Stan projektowany

 

Projektowane są cztery stringi zawierające po 16 paneli fotowoltaicznych typu HYMON 250-72 ZP o mocy 250 Wp. Przy każdym stringu, w miejscu wskazanym na rysunku 2 należy zainstalować Rozdzielnice Stringów PV (RSPV1 - RSPV4, z których należy wyprowadzić kable zasilające falownik typu FRONIUS SYMO 17,5-3-M, zainstalowany w Rozdzielnicy Głównej PV (RGPV). Schemat układu połączeń wraz z opisem aparatów został przedstawiony na rysunku 4.

Z RGPV należy wyprowadzić kabel YKY 4x16, który należy wprowadzić do RGB
(
rysunek 3). Kabel ten należy układać  w wykopie o głębokości 0,9 m na podsypce piasku o grubości 0,1 m i przyspać warstwą piasku o grubości 0,1 m, rodzimego gruntu o grubości 0,35 m i rozłożyć wzdłuż trasy taśmę koloru niebieskiego, poczym zasypać wykop. Na kablu przed zasypaniem nałożyć w odstępach co 10 m opaski kablowe, zawierające następujące informacje:

typa kabla – trasa- długość- symbol wykonawcy

Na rysunku 4 został przedstawiony układ automatyki przeciwpożarowego wyłącznika prądu (PWP), który umożliwia wyłączenie zasilania budynku z sieci elektroenergetycznej z jednoczesnym odłączeniem zasilania z generatora PV. Elementy automatyki PWP oznaczono kolorem czerwonym.

Przycisk uruchamiający PWP należy zainstalować w rejonie wejścia do budynku na zewnętrznej elewacji, 1,4 m nad poziomem gruntu.

 

Wciśnięcie przycisku PWP powoduje wyłączenie zasilania z sieci elektroenergetycznej, w skutek rozłączenia rozłącznika, zainstalowanego w szafce złączowo-licznikowej. Jednocześnie powoduje dezaktywację styczników bezpieczeństwa zainstalowanych w rozdzielnicach RSPV1 – RSPV4. Styczniki po zdjęciu napięcia z ich cewek sterujących powodują zwarcie paneli PV w każdym stringu, co skutkuje prądem zwarciowym o wartości Isc =7,94 A, płynący w obwodzie zamkniętym pojedynczego stringu PV oraz zdjęciem napięcia DC z falownika. Oznacza to odłączenie budynku od źródeł zasilania, co jest sygnalizowane świeceniem zielonej lampki kontrolnej stanowiącej wyposażenie przycisku PWP.

Projektowany generator PV należy chronić od wyładowań atmosferycznych. W tym celu w miejscach wskazanych na rysunku 2, należy zainstalować słupy odgromowe o wysokości
h=5 m. Strefa ochronna utworzona przez słupy dla II poziomu ochrony zgodnie z zaleceniami PKOO SEP została przedstawiona na
rysunku 5.

 

Uwaga

Słupy odgromowe mogą powodować kilku procentowe zacienianie paneli fotowoltaicznych. Szacuje się, że strata produkcji energii elektrycznej z tego powodu nie powinna przekroczyć 2 % wartości maksymalnej możliwej do wytworzenia energii elektrycznej.

 

4. Obliczenia

 

4.1 Wymagana moc systemu PV w odniesieniu do miesiąca o największym nasłonecznieniu (czerwiec):

PV377.1.jpg

 

gdzie:

Qd - średnie dzienne zapotrzebowanie na energię w miesiącu o największym nasłonecznieniu [kWh/dzień],

Inas - nasłonecznienia dla miesiąca czerwca dla odpowiedniego dla instalacji  kierunku azymutu i pochylenia (lub najbliższego), odczytana z pliku statystyk miesięcznych typowych lat meteorologicznych, w [Wh],

ηinst – sprawność instalacji, w [-],

Pz – moc zapotrzebowana, oszacowana dla potrzeb rozpatrywanego okresu, w [W]

t – czas poboru mocy Pz, w [h]

 

4.2 Wymagana moc falownika

 

PV377.2.jpg


 

Przyjęty zostanie beztransformatorowy falownik FRONIUS SYMO 17,5-3-M, o następujących parametrach:

PV377.3.jpg

Z tego dla nas najistotniejsze będą:

-  minimalne napięcie wejściowe Udc min= 200 [V]

- napięcie rozpoczęcia pracy Udc start= 200 [V]

-  maksymalne napięcie wejściowe Udc max = 1000 [V]

- moc znamionowa Pac = 17500 [W]

- maksymalny prąd wyjściowy Iac max= 33 [A]

- stopień ochrony przez obudowy IP 66

- zakres temperaturo -40 do +60 0 C

- liczba przyłączy prądu stałego 3+3

- dopuszczalna wilgotność względna powietrz (0-100)%

 

 Dane panelu PV HYMON 250-72P

 

- zakres temperatur: Tmin= -250 C; Tmax=  700 C.

- napięcie toru otwartego UOC = 43 [V]

- napięcie przy znamionowej mocy UMPP=34,6 [V]

- temperaturowy współczynnik napięcia bT = - 0,35 [%/ 0 C]

- temperaturowy współczynnik prądu aT = - 0,5 [%/0 C]

- temperaturowy spółczynnik mocy gT = 0,06 [%/0 C]

- maksymalne napięcie systemu Umax dc = 1000 [V]

- prąd znamionowy Impp = 7,25 [A]

- prąd zwarcia Isc = 7,94 [A]

 

4.3 Obliczenia dla stringu paneli

 

A. Napięcie toru otwartego w ujemnej temperaturze:

PV377.4.jpg

Należy przyjąć w stringu n max = 20 paneli.

 

B. Napięcie toru otwartego w temperaturze dodatniej

PV377.5.jpg

Należy przyjąć n min= 6 modułów.

C. Sprawdzenie napięcia dla temperatury dodatniej w pkt.  MPP

PV377.6.jpg

Zatem ostatecznie zostanie przyjętych 64 moduły PV o mocy 250 Wp:

PV377.7.jpg

Zatem generator PV należy wykonać z 4 gałęzi zawierających po 16 modułów o mocy pojedynczego panelu  250 Wp.

 

D. Obliczenia zmienności prądu oraz mocy znamionowej w skrajnych temperaturach:

PV377.8.jpg

 

4.4 Dobór przewodów oraz ich zabezpieczeń

- przewody pojedynczego stringu

PV377.9.jpg

 

Należy przyjąć wkładki topikowe gPV16

 

- przewody łączące dwa stringi z falownikiem

 

PV377.10.jpg

Należy przyjąć wkładki topikowe gPV32

 

gdzie:

n – liczba paneli PV w stringu, w [-]

Ing – prąd znamionowy zabezpieczenia pojedynczego Stingu PV, w [A]

InG – prąd znamionowy zabezpieczenia przewodów łączących dwa stringi PV z falownikiem, w [A]

PV377.11.jpg

Dobór przewodów po stronie DC:

- przewody łączące stringi paneli PV z rozdzielnicą RSPV

PV377.12.jpg

 

Należy przyjąć przewody 2 x SOLARFLEX –X PV1-F 2,5, dla których przy sposobie ułożenia „C”:

PV377.13.jpg

- przewody łączące RSPV2 oraz RSPV4 z RGPV

PV377.14.jpg

Należy przyjąć przewody  2 x SOLARFLEX –X PV1-F 6, dla których przy sposobie ułożenia „C”:

PV377.15.jpg

Kabel łączący wyjście falownika z RGB:

PV377.16.jpg

Należy przyjąć kabel YKY 4x10, dla którego przy sposobie ułożenia „D”:

PV377.17.jpg

Spadek napięcia w instalacji DC

PV377.18.jpg

Całkowity spadek napięcia

PV377.19.jpg

 

4.5 Określenie minimalnej odległości między rzędami paneli ze względu na zacienienie.

 

Obliczenie wymaga w pierwszej kolejności wyznaczenia kąta padania cienia "α".

Zgodnie z opisem zawartym w książce Mariusza Sarniaka pt. „Budowa i eksploatacja systemów fotowoltaicznych” – Grupa MEDIUM 2015 rok, kąt α należy wyznaczyć z następującej zależności:

PV377.20.jpg

gdzie:

f - szerokość geograficzna właściwa dla miejsca instalacji generatora PV [°].

 

Optymalna wartość kąta β, pochylenia paneli PV, powinna być równa wartości szerokości geograficznej występującej w miejscu instalacji. Dopuszcza się spełnienie warunku. W opracowaniu, został przyjęty kąt β=50º   

 

Stąd odległość między rzędami "Z" wyniesie

PV377.21.jpg

 

PV377.25.jpg

 

4.6 Obliczenia elementów ochrony odgromowej projektowanego generatora PV.

 

Zgodnie z wytycznymi PKOO SEP, opracowanymi na podstawie wieloarkuszowej normy PN-EN 62305, zostanie przyjęty II poziom ochrony, przy którym kąt ochronny dla zwodów pionowych o wysokości 5 m, wynosi 65º. Przyjmując wysokość posadowienia najniżej położonych krawędzi paneli PV nad ziemią hmin = 1 m, wysokość najwyżej położonych krawędzi wyniesie:

PV377.22.jpg

 

Zatem strefę ochrony należy wyznaczyć na wysokości min 2,6 m nad poziomem gruntu:

PV377.23.jpg

 

Obszar ochrony pola wyznaczonego przez wierzchołki słupów odgromowych jest wyznaczony przez czaszę kuli o promieniu R=30 m. Najniższy punkt strefy znajduje
się na wysokości h = 4,47 m. Stefę ochrony wyznaczona przez słupy odgromowe przedstawia

rysunek 5.

 

Uwagi końcowe

 

1.Po uruchomieniu instalacji należy przeprowadzić próby i pomiary zgodnie w z wymaganiami norm:

       - PN-HD 60364-6

       - PN-EN 61730-2:2007:2011/A1:2012

       - N SEP-E 004.

2.  Rozdzielnice RSPV oraz RGPV należy wykonać w II klasie ochronności.

3.  Wszystkie obwody w RGB są zabezpieczone wysokoczułymi wyłącznikami różnicowoprądowymi z uwagi na zmienność parametrów generatora PV, co skutkuje trudnościami w uzyskaniu samoczynnego wyłączenia zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-4-41:2009.

 

RYSUNKI

PV377.24.jpg

Rys. 1

 

PV377.26.jpg

Rys.3

PV377.27.jpg

Rys.4

PV377.28.jpg

Rys.5 

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});