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Inselsysteme mit Wind- & SolarenergieBWE-Kleinwindanlagen Symposium
21. 3. 2009Dipl.-Ing. Jan Rössler
Agenda
> Motivation
> Wind & Sonne für Inselsysteme
> Abgestimmte Systemkomponenten
> Beispiele realisierter Systeme
> Fazit
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
2
> Fazit
Elektrifizierungsrate
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
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Rot 3 - 33%
Grün 33 - 66%
Blau > 66%
Quelle: Weltbank
Inselnetze mit erneuerbarer Energie
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
5
Wind & Sonne für Inselsysteme
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
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Was muss man für eine Auslegung wissen?
> Was ist die Kundenanwendung?
> Insel, Backup, 1-phasig, 3-phasig
> Welche Bedingungen müssen berücksichtigt werden?
> Windverhältnisse, Einstrahlung, usw.
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
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> Welche Energiewandler sollen eingesetzt werden?
> Wind, PV, Wasserkraft , Dieselgenerator
> Wie hoch soll der Wind- und PV-Anteil sein?
> Wie hoch ist der Energiebedarf (Ea) pro Jahr?
> Welche maximale Leistung (Pmax) tritt auf ?
Beispielhafter Aufbau eines Inselnetzes
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
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Auslegung der PV-Anlage
Wo befindet sich die Anlage ?
Energieertrag (EPV) sinnvoller
pro Jahr & kWp Solaranteil (SF)
Deutschland 800 - 900 kWh 50 – 70%
Südeuropa 1300 -1450 kWh 60 – 90%
Nord- oder Südafrika 1450 -1700 kWh 60 – 100%
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
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Bestimmung der resultierenden PV-Anlagengröße (kWp)
=> z.B. mit Sunny Design (www.SMA.de)
Nord- oder Südafrika 1450 -1700 kWh 60 – 100%
extrem gute Standorte 1800 - 2000 kWh 80 – 100%(Saudi Arabien)
Auslegung der Windanlage
Wo befindet sich die Anlage ?
> Mittlere Windgeschwindigkeit auf
Wetterseiten einsehbar
www.wind-energie.de
> ACHTUNG: Windenergieerträge
der KWEA durch Bäume, Gebäude
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
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der KWEA durch Bäume, Gebäude
beeinflusst („Rauigkeitsfaktor“)
Für genauere Werte:� Windmessung
Auslegung der Windanlage
> Ertrag am Standort mit Tools abschätzbar
z.B. SWT Yield Estimator
(www.REnknow.net)
> Energiebedarf (Ea)–Ertragsabschätzung
> => Welche KWEA brauche ich!
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Auslegung der Windanlage
> Energiebedarf im Beispiel-Inselnetz: ca. 6000 kWh
> Gewählter Windanteil: 60% (Rest PV)
> Durchschnittliche Windges. am Standort: 4 m/s
=> 3600 kWh/a am Standort zu erreichen
z.B. mit Antaris5 (4,40 m Rotordurchmesser)
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Auslegung der Windanlage
> Passenden Wechselrichter für KWEA
finden z.B. über Windy Design Tool
> Einfach über Eingabe von
Nennleistung und Spannungseckdaten
> Wechselrichter bis 6kW und durch
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
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> Wechselrichter bis 6kW und durch
Parallelschaltung erweiterbar
Auslegung der Windanlage
> Lastkennlinie des Wechselrichters anpassbar auf KWEA mit WBSTool
> ODER schon bekannt
und voreingestellt
bestellbar
(Bundle-Liste)
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Auslegung Batterie und Generator
Überbrückungszeit
(Tage)
Backup (Europa) 0,5
Backup (schlechtes Netz) 1
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> 4 Tage fast nur aus Batterien arbeiten
> 2 Tage läuft der Dieselgenerator durch
Backup (schlechtes Netz) 1
PV- oder Wind-Batteriesystem 4
System mit Dieselgenerator 2
System mit Wasserturbine 1,5
Abgestimmte Systemkomponenten
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Aufgaben eines Inselwechselrichters Sunny Island
> Netzbildung
> Frequenz
> Spannung
> Leistungs- und Batteriemanagement„Frequency Shift Power Control“
[f][U]
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„Frequency Shift Power Control“
> Übertragung und Umformung von Energie
> AC zu DC zur Batterieladung
> DC zu AC zur Verbraucherversorgung(AC-Kopplung)
=~
PV-Hybridsystem: Tagbetrieb, Batterieladung
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Hoher PV Ertrag > Batterieladung zusätzlich zur Verbrauchsnachfrage
Leistungs- und Batteriemanagement
> Frequency Shift Power Control
Pac (%)
100
Fac-Start delta (1Hz)
Fac-Limit delta (2Hz)
Fac-delta- (4,5Hz)
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Fac (Hz)+ 1 + 2 + 3-1-2-3 f0
50
Fac-Limit delta (2Hz)
+ 4
Fac-delta+ (4,5Hz)
-4
> Überspannung an der Batterie wird durch Abregelung vermieden
> Durch Fac-Anhebung keine zusätzliche Kommunikationsleitung notwendig
Wechselrichter für Windturbinen
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> Frequency Shift Power Control begrenzt
> Windy Boy Protection Box leitet überschüssige Energie auf einen Lastwiderstand um
Energieversorgung für ein Dorf in Nord-Ghana
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Isle of Eigg in Schotland
> Batteriewechselrichter
Sunny Island 5048 (12)
> Wasserturbinen (3)
> PV mit SB 3000 (3)
> Windturbinen Proven mit
Windy Boy 6000A (4)
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Windy Boy 6000A (4)
> Diesel Generator 80 kW
Bohrinsel bei Japan
> Inselwechselrichter
Sunny Island 5048 (6)
> Multicluster (2 Cluster)
> Batterie: 2x 90 kWh
> Windturbinen (21)
Zephyr Airdolphin mit
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Zephyr Airdolphin mit
Windy Boy 1100LV (21)
Fazit
Aufbau von Inselsystemen – einfach und umweltfreundlich möglich!
> SMA bietet hierfür das gesamte Produktportfolio und abgestimmte Komponenten
> Standardkomponenten aus dem netzgekoppelten Markt können eingesetzt werden
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
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> PV und Wind können zunehmend Dieselgeneratoren ersetzen
> Kostenlose Schulungen und Seminare vermitteln das notwendige Wissen
> Kunden-Support bei Auslegung, Installation und Betrieb
www.SMA.de
„Wenn der Wind der Veränderung weht
bauen die einen Mauern und
die andere Windmühlen!“
(alte chinesische Weisheit)
Motivation | Wind & Sonne | Abgestimmte Systemkomponenten | Beispiele | Fazit
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Jan.Roessler@SMA.de
„Wenn der Wind der Veränderung weht
bauen die einen Mauern und
die andere Windmühlen!“
(alte chinesische Weisheit)
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Jan.Roessler@SMA.de
Weites Produktspektrum für passende Systemauslegung
Max. ACAusgangsleistung (W)
MitTransformator
1200 1700 2500 3000 3800 6000A
0 1.000 2.000 3.000 5.0004.000 6.000 9.000
5000A
Windy Boys
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� Zusätzliche Erweiterung des Leistungsspektrums durch Parallelschaltung
� Optional: passender Überspannungsschutz Windy Boy Protection Box
1100LV 3300
Ideal sind: Modulare Inselsysteme durch AC-Kopplung
3030
> Freie Wahl der Energiequellen (handelsübliche Netzkomponenten)
> Große Entfernungen zwischen Komponenten möglich
> Einfache Erweiterung auch nach Jahren
AC-Bus
Bis zu einem Kilometer bei 230 V
Im Leistungsbereich von 1 bis 100 kW
AC (kW)2 3 4 5
Sunny Island
30 45 6015
3636
SI 2012SI 2224 SI 3324 SI 4248/U SI 5048/U MC-Box-6 MC-Box-9 MC-Box-12
6 9 12
Vorteile der modularen AC gekoppelten Inselsysteme
> Einfache Nutzung aller netzparallelen Energieerzeuger (PV, Wind, Wasser, BHKW)
> Nutzung aller gängigen Verbraucher weltweit
3737
weltweit
> Einfachere Planung und Installation
> Flexible und einfach erweiterbar
Off-Grid power supply: Isle of Eigg in Schotland
Motivation | Energiewandler | Systemkomponenten | Auslegung | Beispiele | Fazit
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Off-Grid power supply: Isle of Eigg in Schotland
Motivation | Energiewandler | Systemkomponenten | Auslegung | Beispiele | Fazit
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PO
WE
R
SYS
TEM
REP
OR
T
ME
MOR
Y
SM
AC
OM
NET
CO
M
USB
CO
M
Sunny
WebBox
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