AC Coupling vs. DC Coupling in sistemele Off-Grid?

* Intrebari, raspunsuri si recomandari *

 articol creat de Florin Fleseriu  

      Lumea numita de multe ori Off-Grid, orbiteaza in jurul unui singur subiect referitor la cum incarcam si cum descarcam o "baterie". Toate echipamentele electronice instalate si constrangerile tehnice de executie implicate, se refera la acest unic subiect. De modul in care realizam acest lucru depinde, durata de viata a acumulatorilor.
       

   Proiectarea si realizarea unui sistem off-grid este similara cu "prognoza vremii"...  :)  Pur si simplu sunt atat de multe variabile in ecuatia unui sistem off-grid, incat fara a suprapune experienta si expertiza peste aceste ecuatii, ar fi un adevarat noroc sa ajungem la o solutie corect functionala.  Cel mai ieftin sistem va fi intodeauna cel mai putin rezistent, iar cel mai scump in general inseamna risipa de resurse. Porniti intodeauna de la necesitatile dvs si nu de la pret. De foarte multe ori beneficiarii intreaba cat costa un sistem fara a preciza ceea ce doresc sa realizeze cu acest sistem. 

    Am intalnit atat de multe discutii referitoare la acest subiect incat m-am decis sa public acest articol care sper sa elimine complet semnele de intrebare existente si sa clarifice toate aspectele date de aceasta problematica. 

Eu si panoul solar  

   Acest concept a fost "inventat" in urma cu cativa ani de producatorii de invertoare on-grid pentru a ataca o piata suplimentara si a vinde mai multe echipamente. Desi parerile sunt impartite, exita o CERTITUDINE ca acumulatorii "nu traiesc" prea mult in astfel de sisteme. Motivatia sta in regimul in care vom incarca acesti acumulatori in regimul AC Coupling. In aceste sisteme incarcarea acumulatorilor se face in "salturi" bazandu-ne pe oprirea si pornirea repetata a invertoarelor On-Grid. Comenzile de on/off sunt trimise de invertoarele Off-Grid prin schimbarea frecventei liniei de 230Vac. Vezi diagrama de mai jos.
 
Conceptul presupune preluarea energiei electrice produsa in curent continuu de panouri, convertirea ei in curent alternativ ( DC/AC) de catre un invertor on-grid, apoi reconvertirea ei in curent continuu (AC/DC) de catre un invertor off-grid bidirectional pentru stoca energia in baterii si ulterior o noua conversie DC/AC pentru a transporta energia la consumatori cand vom avea nevoie de ea. Cam multe transformari si conversii nu ? ....dar toate genereaza pierderi evident. 
 
Aceste porniri/opriri repetate genereaza o succesiune de micro-cicli pe acumulatori care duce inevitabil la distrugerea lor, prin scurtarea dramatica a duratei de viata. Acest handicap este suficient pentru a evita utilizarea acestei topologii in sisteme off-grid. Daca vom adauga si pierderile generate de conversile succesive DC/AC - AC/DC - DC/AC vom avea suficiente motive sa ocolim acest mod de a realiza sisteme off-grid.

  Sigurantele utilizate in aceste topologii sunt sigurante de curent alternativ de curenti mici care nu sunt costisitoare si se gasesc foarte usor.

Calcul consumatori energie electrica  

 Am incercat sa gasesc o explicatie si argumente care sa conduca la o concluzie referitoare la utilizarea in practica a acestor topologii, si va prezint mai jos cateva concluzii:

1) Promovarea intensa a producatorilor de invertoare on-grid care au nevoie de o piata de desfacere

2) Sunt simplu de instalat si nu necesita personal foarte calificat la instalare
3) Sunt usor de gestionat in exploatare si mai usor de inteles de beneficiari
4) Instalarea lor costa mult mai putin si nu necesita materiale electrice speciale
5) Problemele nu apar imediat si instalatorii pot gasi explicatii care sa le acopere incompetenta

6) Beneficiarii nu cunosc tehnologia si nu sunt informati pentru a impune o anumita structura tehnica
 

Ar putea spune cineva ca in AC-Coupling avem un avantaj pentru ca utilizam tensiuni mari prin inserierea mai multor panouri fotovoltaice, comparativ cu ceea ce gasim obisnuit in DC-Coupling si pierderile pe cabluri vor fi mai mici. Este partial adevarat pentru ca in acest moment exista regulatoare MPPT care lucreaza la tensiuni de 600Vdc similar cu invertoarele on-grid. Deci problema a fost deja rezolvata.

Atentie la panourile fotovoltaice 

  T

   Solutia tehnica aplicata in acest caz pentru utilizarea a acestei topologii este relativ simpla, insa necesita expertiza si experienta pentru a fi realizata corect. In principiu energia produsa de panouri in curent continuu, este direct pompata in acumulatori cu ajutorul unui regulator (controler) care administreaza acest proces. Energia astfel stocata in acumulatori este apoi convertita din curent continuu in curent alternativ (DC/AC) pentru a fi utilizata de catre consumatori. Dupa cum observati in sistemele DC Coupling, o singura conversie rezolva ecuatia . 

Marea "problema" in aceste sisteme o regasim in modul de proiectare si executie precisa cu materiale mult mai costisitoare, a acestei solutii. Pentru a putea proiecta corect aceasta topologie, trebuie sa realizam o analiza detaliata a modului in care se consuma si se produce energia. Totul tine de intelegerea acestui proces si de acest lucru depinde alegerea corecta a capacitatii bateriei. La sfarsitul acestei analize veti constata cu surprindere ca va fi nevoie de o capacitate mult mai mare decat este estimata initial. De asemenea trebuie foarte bine inteles ca o cadere de tensiune mai mare de 0,1V intre punctele de insertie a echipamentelor este DRAMATICA. Pentru a elimina aceasta problema este nevoie de cabluri de Cupru cu grosime mare sau bare de Cupru pline, ceea ce ridica semnificativ costul proiectului. Vezi diagrama de functionare de mai jos. 

  Sigurantele utilizate in aceste topologii sunt sigurante de curent continuu de curenti mari, care sunt mult mai costisitoare decat in curent alternativ si pot fi obtinute numai pe comanda.

    Raspunsurile la aceasta intrebare este relativ simplu. Am descoperit ca multe firme care activeaza in domeniu energiei regenerabile sunt companii care NU au nimic de-a face cu domeniul electric !! O simpla cautare pe portalul ANRE (Agentia Nationala de Atestare si Reglementare a Energiei) ne poate spune daca o firma este sau nu autorizata sa lucreze in domeniul electric sau o face in mod amatoricesc. ANRE sorteaza si emite atestate pentru companii care pot face lucrari in domeniul electric si acest lucru ajuta beneficiarul sa descopere daca are de-a face cu diletanti. 

 De asemenea urmatoarele explicatii pot fi o concluzie pertinenta a cauzelor care fac aceasta topologie mai dificil de instalat si realizat. Sistemele cu arhitectura DC Coupling :

1) Necesita analize si calcule detaliate in faza de proiectare
2) Necesita personal foarte calificat la instalare si executia trebuie sa fie perfecta
2) Obtinerea caderilor de tensiune <0,1V pe conexiuni este dificila
3) Instalarea lor costa mult mai mult si necesita materiale electrice speciale mai costisitoare

   Sistemele in topologie DC-Coupling sunt mult mai performante pentru ca au pierderi mult mai mici, sunt mult mai stabile si cel mai important laspect, incarca corect un acumulator. Sistemele in topologie AC-Coupling sunt mai simple si mai putin costisitoare, dar din nefericire duc inevitabil la o uzura prematura a acumulatorilor datorita procesului de incarcare utilizat.

  Sistemele DC-Coupling sunt mult mai complexe si necesita expertiza pentru a fi realizate corect, pe cand sistemele AC-Coupling sunt mai simple si usor de instalat.

  Veti recunoaste intodeauna o solutie tehnica profesionala in momentul in care materialele de instalare costa mai mult si topologia aleasa va fi DC-Coupling. Optati pentru alta varinata doar in situatia in care nu aveti alta alternativa, dar si atunci ganditi-va la durata de viata a acumulatorilor.

Sistemele DC-Coupling sunt utilizate de profesionisti, iar cele de puteri mari pot fi considerate "opere de arta".

DC-Coupling 36KW - Sala Polivalenta Cluj-Napoca