Miért fontos és helyes a reaktív teljesítmény - és nem probléma az SMA technológia SMA Solar
Miért fontos és helyes a reaktív teljesítmény - és nincs probléma az SMA technológiával?
A reaktív teljesítmény valójában mindig akkor keletkezik, amikor az energiát váltakozó áram segítségével továbbítják. Jelentőségük a napelemes telepítők és a rendszerüzemeltetők számára növekszik, mind a nagy, mind a kis rendszerek esetében. A legfontosabb megállapítás: a reaktív teljesítmény egyáltalán nem jelent problémát. Néhány problémára ez még a megoldás is.
2010. július 1-jén a dolgok elkomolyodnak: A középfeszültségen tápláló naprendszereknek képesnek kell lenniük arra, hogy ettől az időponttól kezdve reaktív energiát nyújtsanak - ezt állítja a Német Energia- és Vízgazdálkodási Szövetség (BDEW) 2008-ban felülvizsgált középfeszültségű irányelve. A mélyfeszültségű hálózattal kapcsolatban még szélesebb körű követelményeket tárgyalnak. Elég ok, hogy közelebbről megvizsgáljuk a témát: Mi a reaktív erő? Mire jó? Mit követelnek a PV rendszerek? És milyen megoldásokat kínál az SMA?
A reaktív erő egyszerűen megmagyarázta
A reaktív teljesítmény magyarázó modelljeként meg lehet tekinteni egy fiktív vállalat bevételeit és kiadásait: januárban 10 000 euróba kerül, februárban 10 000 euróba kerülnek. Az egész megismétlődik a következő hónapokban. A havi 10 000 eurós számlaforgalom ellenére az átlagos nyereség nulla - mondhatni tiszta reaktív teljesítmény. De hogyan jön létre ilyesmi a váltakozó áramú hálózatban?
Hogyan jön létre a reaktív erő?
Az egyenárammal a kapcsolatok még mindig egyszerűek: az áram a feszültség és az áram szorzata. Váltóárammal azonban a helyzet bonyolultabb, mert az áramlás és a feszültség erőssége és iránya rendszeresen változik. A nyilvános áramhálózatban mindkettő szinuszos görbével rendelkezik, 50 vagy 60 Hertz frekvenciával. Amíg az áram és a feszültség "fázisban van", vagyis lépésenként oszcillálnak, a két lüktető mennyiség szorzata pozitív átlagértékű - tiszta aktív teljesítményű - pulzáló teljesítményt eredményez (1a. Ábra).
1a. Ábra: Fáziseltolás nélkül az i áram és az u feszültség szorzata pulzáló, de mindig pozitív teljesítményt eredményez - tiszta aktív teljesítmény.
De amint az áram és a feszültség szinuszos görbéi eltolódnak egymás ellen, termékük pozitív és negatív előjeleket váltakozó kimenetet eredményez. Szélsőséges esetekben az áram és a feszültség egy periódus negyedével eltolódik: Az áram erőssége mindig eléri a maximális értéket, ha a feszültség nulla - és fordítva. Az eredmény: tiszta reaktív teljesítmény, a pozitív és a negatív teljesítmény-komponensek teljesen megszüntetik egymást (1b. Ábra).
1b. Ábra: Az i áram és az u feszültség közötti 90 fokos fáziseltolódás pozitív és negatív teljesítmény váltakozást eredményez, átlagos átlagos nulla értékkel - tiszta reaktív teljesítmény.
Az említett eltolódást fázistolásnak is nevezik, bár természetesen két iránya lehet. Akkor keletkezik, amikor tekercsek vagy kondenzátorok vannak a váltakozó áramú áramkörben - és ez mindig így van: Valamennyi motor vagy transzformátor tekercseket tartalmaz (biztosítják az induktív elmozdulást), a kondenzátorokkal (biztosítják a kapacitív elmozdulást) is gyakran találkoznak.
De a többmagos tápkábelek kondenzátorként is működnek, míg a nagyfeszültségű felsővezetékek rendkívül hosszúkás tekercsnek tekinthetők. Ezért egyértelmű: A váltakozó áramú hálózatokban aligha lehet elkerülni bizonyos mértékű fáziseltolódást és ezáltal a reaktív teljesítményt. A fáziseltolás mért változója a cos (φ) eltolási tényező, amely 0 és 1 közötti értékeket vehet fel. Segítségével a különböző teljesítményértékek könnyen konvertálhatók egymásba (lásd az információs mezőt).
Hogyan befolyásolja a meddő teljesítmény az elektromos hálózatot?
Csak a valódi hatalom a használható erő. Használható gépek meghajtására, lámpák meggyújtására vagy sugárzó fűtőberendezések működtetésére. A reaktív erővel más a helyzet: nem használják fel, és semmilyen munkát nem tud végezni. Csak ide-oda ingázik az elektromos hálózatban - és további megterhelést jelent. Mivel minden vezetéknek, kapcsolónak, transzformátornak és egyéb alkatrésznek figyelembe kell vennie a további reaktív teljesítményt.
Pontosabban: A látszólagos teljesítményre, azaz az aktív és a meddő teljesítmény geometriai összegére kell őket megtervezni. Az energiaszállítás során fellépő ohmos veszteségek a látszólagos teljesítmény alapján is felmerülnek, ezért a további reaktív teljesítmény nagyobb szállítási veszteségekhez vezet.
Az elektromos hálózatok enyhítése és a feszültségszabályozás
Szerencsére egy meglévő fáziseltolás kompenzálható. Csak kompenzációs tekercsekkel vagy kompenzációs kondenzátorokkal - vagy inverterekkel - kell ennek megfelelően ellentétes fáziseltolásra van szükség. Ez egyrészt csökkenti a szállítási veszteségeket, másrészt a hálózatot csak az aktív teljesítmény terheli. A felszabadult hálózati erőforrások így további aktív teljesítmény továbbítására használhatók fel.
A kapacitív vagy induktív fáziseltolásnak van még egy hatása: növeli vagy csökkenti a hálózat feszültségét. Például a nagy erőművekben az energiát kapacitív fáziseltolással állítják elő, hogy kompenzálják az induktív légvezetékek és transzformátorok feszültségcsökkentő hatását. A fáziseltolódás vagy a meddő teljesítmény szabályozása ezért rendkívül fontos a hálózat vezérléséhez - ez nemcsak a nagy erőművekre vonatkozik, hanem a közepes vagy alacsony feszültségű hálózatok PV-rendszereire is.
Ezt követeli a középfeszültségről szóló irányelv
A BDEW középfeszültségről szóló irányelv szerint a hálózatüzemeltetők induktív vagy kapacitív reaktív teljesítmény betáplálását követelhetik 2010. júliusától 0,95 eltolási tényezővel. Valójában közülük már reaktív teljesítmény-betáplálást követelnek meg, hogy a rendszerek továbbra is csatlakoztathatók legyenek az adott hálózati csatlakozási pontokhoz - néha akár 0,90-es eltolási tényező mellett is. A kisfeszültségű hálózat megfelelő iránymutatásán már dolgoznak; a Müncheni Műszaki Egyetem tanulmánya szintén 0,90 eltolási tényezőt javasol.
Háttér: Fizikai okokból az aktív áramellátás feszültségnövekedéshez vezet, különösen a kisfeszültségű hálózatban, ami bizonyos körülmények között problematikus lehet (lásd a 3. ábrát). Ugyanakkor itt különösen nagy mennyiségű reaktív teljesítményre van szükség a feszültség újbóli csökkentése érdekében.
Termékmegoldások az SMA-tól
Az SMA már számos reaktív teljesítményű terméket kínál: Az összes újabb központi invertert, a SunnyMini reaktív teljesítmény-szabályozással ellátott invertereket és az új Sunny Tripower-t is reaktív teljesítmény leadására tervezték. A HE sorozat jelenlegi központi inverterei már megfelelnek a középfeszültségről szóló irányelv 2010 közepétől alkalmazandó követelményeinek, és 0,90-ig, míg a többi készülék 0,80-ig terjedő eltolási tényezőket kínálnak.
Teljes körű Power Reducer Box
Az SMA Power Reducer Box segítségével kommunikációs megoldás is rendelkezésre áll az eltolási tényező megadásához: A tápellátás távirányítású korlátozása mellett a készülék távoli választást tesz lehetővé maximum 16 szabadon meghatározható váltási tényező vagy meddő teljesítményérték közül (be kell tartani az alkalmazott inverterek maximális értékeit).
High tech további előnyökkel
Az SMA innovatív Sunny Backup Setjei még egy lépéssel tovább haladnak: Ha az ellátási hálózat meghibásodik, akkor a tartalék rendszernek akkumulátort és napenergiát kell használnia egy teljes értékű szigetrács felállításához - erre a "biztonsági esetre" készült. Az akkumulátor-inverter átveszi a hálózati generátor funkcióját, és felelős a feszültségért, a frekvenciáért, a meddő teljesítmény kompenzálásáért és a harmonikusok szűréséért. Képes teljes névleges teljesítményét meddő teljesítményként leadni, és így bármilyen értékre szabályozni a szigetrács fáziseltolódását. Szoftveres módosítással a Sunny Backup inverter ezt akkor is megteheti, ha a hálózati feszültség rendelkezésre áll, és ennek megfelelően oldja a kisfeszültségű hálózatot.
Így tervezel reaktív erővel
Természetesen a napenergia-rendszer tervezésénél figyelembe kell venni a meddő teljesítményt. A kívánt vagy szükséges eltolási tényező döntő szerepet játszik: Meghatározza a látszólagos teljesítmény szintjét, és ezáltal a további szükséges inverter teljesítményt. 0,95 cos (φ) cos-val a felajánlott PV valós teljesítmény 105,26 százalékos látszólagos teljesítménye keletkezik. A 100 kW aktív teljesítmény táplálásához ezzel a fáziseltolással legalább 105 kVA névleges látszólagos teljesítményű inverterre van szükség (lásd 2. ábra). Fontos: Az inverter által felhasznált aktív teljesítmény teljes mértékben megmarad. A megfelelő reaktív teljesítmény az inverterben is felmerül, ezért azt ennek megfelelően nagyobbnak kell méretezni. Az 1.50-es verziótól kezdve az ingyenes "Sunny Design" SMA tervező szoftverrel a reaktív energia betáplálásának minden lehetősége is kiszámítható.
2. ábra: A kívánt reaktív teljesítmény az inverterben keletkezik - az elfogyasztott aktív PV teljesítmény mellett. A kettő geometriai összege a látszólagos erő; ez döntő az inverter kialakításában
A meddőteljesítmény problémáinak megoldása
3. ábra: A százalékos feszültségnövekedés 27 kW aktív teljesítmény-bevitelnél, a rács impedancia szögétől és az eltolási tényezőtől függően
Következtetés: Ne féljen a reaktív erőtől
A napenergia inverterek általi reaktív energiaellátás fontos lépés a fotovoltaikus elemek integrálásában a hálózat vezérlésébe, de vonzó lehet az üzemeltetők számára is. Jó hír: Működésüknek köszönhetően az inverterek ideálisak erre.