Inselsysteme mit Wind-& Solarenergie BWE-Kleinwindanlagen … · Was muss man für eine Auslegung wissen? > Was ist die Kundenanwendung? > Insel, Backup, 1-phasig, 3-phasig > Welche

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

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> Fazit

Die Erde bei Nacht


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Elektrifizierungsrate


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Rot 3 - 33%

Grün 33 - 66%

Blau > 66%

Quelle: Weltbank

Inselnetze mit erneuerbarer Energie


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Wind & Sonne für Inselsysteme


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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.


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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


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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%


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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


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der KWEA durch Bäume, Gebäude

beeinflusst („Rauigkeitsfaktor“)

Für genauere Werte:� Windmessung


> 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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> 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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> Passenden Wechselrichter für KWEA

finden z.B. über Windy Design Tool

> Einfach über Eingabe von

Nennleistung und Spannungseckdaten

> Wechselrichter bis 6kW und durch


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> Wechselrichter bis 6kW und durch

Parallelschaltung erweiterbar


> 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

Beispiele


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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)


23

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


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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)


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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

[email protected]

„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!

[email protected]

Vielen Dank !

Zusatzfolien

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

AC-Kopplung

3131

Erweiterbar

3232

Modular

3333

Verschiedene Energiequellen

3434

Energie in Netzqualität

3535

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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PO

WE

R

SYS

TEM

REP

OR

T

ME

MOR

Y

SM

AC

OM

NET

CO

M

USB

CO

M

Sunny

WebBox


W W

W

www.Sunny-Portal.de


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Sunny

WebBox

RS485

GSM

Sunny

WebBox

DSL

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