Abeco Polska - Power Optimizer INFORMACJA OGÓLNA

Transkrypt

1 Ver. Abeco Polska - Power Optimizer INFORMACJA OGÓLNA 1.0/2009

2 Spis treści Table of Contents Power Optimizer Wstęp Skąd wziął się pomysł na Power Optimizer Fizyczne podstawy działania Power Optimizer Jak Power Optimizer oddziałuje na przewodnik Oddziaływanie na obwód z punktu widzenia elektryka Dodatkowe efekty Mikroskopowa definicja przepływy prądu elektrycznego Rezystywność Elektronowe prawo Ohma Jak można to zrealizować Zmiana cech wytrzymałościowych przewodnika Techniczna realizacja Power Optimizer, Wybór Power Optimizer Dobór parametrów Power Optimizer Kilka praktycznych rad Zanim podejmiesz decyzję

3 Power Optimizer. Power Optimizer w odróżnieniu od dotychczasowych rozwiązań powoduje obniżenie strat energii elektrycznej w instalacji oraz poprawie sprawności przemiany energii elektrycznej na inne energie: mechaniczną, cieplną i świetlną. Power Optimizer nie reguluje mocy odbiorników w zależności od obciążenia, nie kompensuje przesunięcia fazowego pomiędzy prądem i napięciem oraz nie zmniejsza mocy urządzeń jak to czynią niektóre inne rozwiązania stosowane np. w oświetleniu. 1. Wstęp Power Optimizer powoduje, że prąd elektryczny przepływa ze źródła do obciążenia z mniejszymi stratami. Ta sama ilość energii jest dostępna dla odbiornika, ale zmniejsza się część strat energii. Power Optimizer redukuje straty energii I pozwala na przesył energii do odbiornika z mniejszymi stratami. W konsekwencji mniejsze straty energii prowadzą do zmniejszenia poboru energii ze źródła zasilania. Bez względu na to czy obciążenie zużywa energię kinetyczną, cieplną lub świetlną uzyskujemy prawdziwe (nie wynikające ze zmiany warunków pracy obciążenia) oszczędności energii. Wielokrotnie nasi klienci pytają nas jak to jest możliwe, że stosując urządzenia o bardzo dużej sprawności np. 96% mogą jeszcze zwiększyć sprawność o następne 10 lub więcej procent? Odpowiedź na to pytanie jest wyjątkowo prosta. Producenci urządzeń elektrycznych podają sprawność urządzeń porównując parametry elektryczne na zaciskach podłączeniowych do wykonanej pracy po przemianie energii. Z ich punktu widzenie jest to prawidłowe podejścia, ale użytkownika interesuje ile energii musi dostarczyć ze źródła, czyli ile musi zapłacić za wykonanie tej pracy. Jak pokazują praktyczne zastosowania Power Optimizer minimalizując straty transportu energii pozwala zaoszczędzić energię na nieoczekiwanym przez użytkownika poziomie 10 do 25%. 2. Skąd wziął się pomysł na Power Optimizer. Na początku dwudziestego wieku genialny wynalazca Nikola Tesla zauważył i opatentował wpływ światła ( promieniowania widzialnego i bliskiej podczerwieni ) na przewodność metalu. Od tego czasu do końca dwudziestego wieku nikt nie zajmował się praktycznym wykorzystaniem tego zjawiska. Dopiero kilka lat temu Koreański uczony, doktor Michael Kwon, opatentował sposób na techniczną realizację urządzania zwiększającego przewodność elektryczną metali wykorzystującą teorię 3

4 zbalansowanych fal (balance wave theory). Teoria ta jest efektem ponad dwudziestu lat badań i doświadczeń. 3. Fizyczne podstawy działania Power Optimizer. Power Optimizer jest oparty na teorii, która pozwala na wykorzystanie promieniowania widzialnego i bliskiej podczerwieni do dokonywania zmian w przewodnikach prądu elektrycznego powodujących znaczne zmniejszenie strat energii w czasie transportu przez nie prądu. Teoria ta wykorzystuje zjawisko superpozycji fal do transportu prądu przez przewodnik. Wykorzystujemy fakt, że światło jest nie tylko falą elektromagnetyczną ale i cząsteczką (dualizm korpuskularny) poprzez efekt fotoelektryczny. Interakcja pomiędzy fotonami (promieniowaniem widzialnym i bliskiej podczerwieni), a elektronami ostatnich orbit atomów (jonów) przewodnika i elektronami swobodnymi (przewodnictwa) pozwala na uzyskanie wielu zmian zachodzących w przepływie prądu. Światło jest falą ale i cząsteczką i w przestrzeni trójwymiarowej posiada składową magnetyczną i elektryczną. Rozwój technologii półprzewodnikowych doprowadził do powstania ceramiki PLZT, która posłużyła do zbudowania interfejsu pomiędzy promieniowaniem świetlnym a ciałem stałym (przewodnikiem, efekt fotoelektryczny). 4. Jak Power Optimizer oddziałuje na przewodnik. Power Optimizer oddziałuje na przewodnik na kilka sposobów: 1. Poprawia przewodność elektryczną, cieplną i przenikalność magnetyczną przewodnika: a. efekt natychmiastowy polega na zmniejszeniu przekroju na rozproszenie elektronów przewodnictwa poprzez zamianę ruchu elektronów na orbitach jonów przewodnika z odśrodkowego na dośrodkowy. ( schładzanie przewodnika, zmniejszanie drgań sieci krystalicznej, fononów ). b. skumulowany efekt małych zmiany struktury krystalicznej przewodnika polega na reakcji ziaren metalu na oddziaływanie na nie promieniowaniem (falą). Powoduje to zmianę parametrów wytrzymałościowych przewodnika co w efekcie prowadzi do poprawy przewodności elektrycznej, cieplnej i przenikalności magnetycznej. 4

5 Wpływ zmiany kierunku ruchu elektronów z odśrodkowego na dośrodkowy na przekroju na rozpraszanie. 2. Wprowadzane do przewodnika fotony powodują (zgodnie z rozproszeniami Comptona i Thompsona) zmianę energii poszczególnych elektronów co ma wpływ na zmianę parametrów ich fal (ruch elektronu jest falą) a ich superpozycja powoduje zmianę parametrów fali wypadkowej (prądu). Takie oddziaływanie pozwala na balansowanie fal, co prowadzi do przesunięcia prądu względem napięcia oraz zmniejszenia zniekształceń harmonicznych. 3. Następnym oddziaływaniem Power Optimizer na obwód jest zmniejszenie szumów i składników wysokoczęstotliwościowych (przepięć, szpilek i zakłóceń), efekt ten uzyskuje się poprzez zmniejszenie częstotliwości poszczególnych fal składowych (zgodnie z teorią Maxwella) w wyniku interakcji fotonów z elektronami. 4. Dodatkowo uzyskiwana zmiana przewodności elektrycznej, cieplnej i przenikalności elektrycznej skutkuje zmianą sprawności przemiany energii elektrycznej na inne energie. Wpływ działania Power Optimizer na szumy i efekty włączeniowe widok przed i po instalacji. Podsumowując oddziaływania Power Optimizer na obwód i obciążenia można stwierdzić, że osiągane oszczędności są wynikiem sumowania poszczególnych opisanych wyżej efektów. W zależności od charakteru obwodu i obciążenia występują wszystkie te efekty lub tylko niektóre z nich. Przy obciążeniu rezystancyjnym występują głównie oszczędności wynikające ze zmian struktury przewodników (poprawa przewodności elektrycznej i cieplnej, a przy obciążeniach o charakterze indukcyjnym dochodzą jeszcze zmiany wynikające z zmian falowych prądu. 5

6 5. Oddziaływanie na obwód z punktu widzenia elektryka. Podstawowym oddziaływaniem Power Optimizera jest ograniczanie strat energii w instalacjach i odbiornikach energii wynikających z strat na ciepło Joule a. Straty te są związane z przepływem prądu przez obwód elektryczny i są opisane zależnością P=I 2 R. Ta prosta zależność jednoznacznie określa, że straty mocy są proporcjonalne do kwadratu wielkości prądu oraz oporności obwodu. Należy pamiętać, że każda składowa prądu przepływająca przez przewodnik powoduje wydzielanie ciepła. Dotyczy to również każdej harmonicznej prądowej. Dodatkowo im harmoniczna jest wyższa, tym zwiększa się efekt naskórkowości, czyli zwiększają się oba składniki powodujące straty energii w obwodzie. Straty te powodują spadek napięcia w obwodzie, co powoduje zmniejszenie napięcie zasilania odbiornika, czyli zmienia jego sprawność. Należy pamiętać o ujemnym wpływie niektórych harmonicznych wytwarzających przeciwny moment obrotowy w silnikach elektryczny, czyli zmniejszających sprawność silników. W zależności od charakteru obciążenia Power Optimizer potrafi spowodować poprawę współczynnika mocy (dla obciążeń indukcyjnych), zmniejszyć zawartość harmonicznych, znacznie ograniczyć przepięcia oraz szumy w obwodzie. Wszystko to prowadzi do zmniejszenia strat na ciepło Joule a. Kolejnym ważnym zagadnieniem jest poprawa współczynnika mocy. Przesunięcie fazowe pomiędzy prądem i napięciem może być kompensowane statycznie poprzez zastosowanie odpowiednio dobranych kondensatorów bądź jak to ma w naszym przypadku poprzez dodanie fali elektronowej, która wykorzystując zasadę superpozycji, spowoduje zmianę kształtu wypadkowego prądu elektrycznego. Zmiana kształtu prądu i przesunięcia prądu powoduje poprawę współczynnika mocy oraz ogranicza zawartość harmonicznych. Oddziaływanie Power Optimizer można podzielić na kilka grup: 1. zmiana konduktancji obwodu - zmniejszenie strat na ciepło Joule a 2. zmniejszenie mocy biernej i pozornej - zmniejszenie strat na ciepło Joule a 3. poprawa jakości zasilania - sprawność przemiany energii oraz zmniejszenie strat na ciepło Joule a 4. poprawa sprawności przemiany energii elektrycznej na inne energie - zmiana struktury krystalicznej przewodników powodująca poprawę przewodności elektrycznej, cieplnej i przenikalności magnetycznej. W układach o charakterze indukcyjnym np. silniki elektryczne pracujące na biegu luzem i w pełni obciążone, można zastosować odpowiednio dobrany kondensator wbudowany na zamówienie klienta do Power Optimizer, co spowoduje dodatkowy efekt poprawy współczynnika mocy biegu luzem oraz dodatkowo zmniejszy moc bierną pobieraną przez obciążenie. W wielu przypadkach pozwala to na pozbycie się części strat na ciepło Joule a oraz konieczności płacenia kar za przekroczenie tg (fi). Power Optimizer nie powoduje żadnych cudownych zmian w obwodzie, jedynie minimalizuje straty energii w instalacji i obciążeniu. Podsumowując, można stwierdzić, że Power Optimizer zmniejsza zapotrzebowanie na energię pobraną ze źródła dla wykonania tej samej ilości pracy. Power Optimizer redukuje straty energii i pozwala na transmisję energii do odbiornika z mniejszymi stratami. W konsekwencji mniejsze straty energii prowadzą do zmniejszenia poboru energii ze źródła zasilania. Bez względu na to, czy energia elektryczna ulega przemianie przez 6

7 obciążenie na energię kinetyczną, cieplną lub świetlną, uzyskujemy prawdziwe oszczędności energii. 5.1 Dodatkowe efekty. Aby przybliżyć oddziaływanie Power Optimizer na przepływ prądu (elektronów) należy odwołać się do kilku podstawowych zjawisk występujących przy przepływie prądu elektrycznego przez ciała stałe. Każde ciało stałe, w naszym przypadku przewodnik, zbudowane jest z siatki atomów (jonów) tworzącą mniej lub bardziej idealną sieć krystaliczną. W tej przestrzeni przemieszczają się elektrony przewodnictwa (elektrony swobodne). 5.2 Mikroskopowa definicja przepływy prądu elektrycznego. Swobodny elektron, przy przyłożeniu stałego pola elektrycznego do przewodnika, przyspiesza ruchem jednostajnie przyspieszonym a jego energia rośnie. Upraszczając można powiedzieć, że dostarczenie tej samej ilości energii (wykonanie tej samaj pracy) wymaga przesłania mniej szybszych elektronów niż wolniejszych. Prędkość rosłaby nieskończenie gdyby nie zderzenia elektronu z 1. defektami sieci (obce atomy, wakanse, atomy międzywęzłowe, granice ziaren, dyslokacje) 2. drganiami cieplnymi sieci krystalicznej (fononami) Można założyć, iż elektron traci całą swoją energię kinetyczną przy każdym zderzeniu, a energia zamienia się w ciepło (drgania sieci). W tym modelu elektron posiada określony czas pomiędzy zderzeniami (τ), czyli czas, w którym przyspiesza on od v=0 do wartości maksymalnej v=max. Elektron posiada średnią drogę swobody, którą pokonuje pomiędzy kolejnymi zderzeniami I=v τ. Przykład: w miedzi w temperaturze 4K wynosi 0,3 cm - mniej zderzeń, a w temperaturze 300K wynosi cm więcej zderzeń. Chaotyczny przepływ elektronów swobodnych pod wpływem przyłożonej różnicy potencjału. 7

8 5.3 Rezystywność W temperaturze pokojowej przeważają zderzenia z fononami, a w niskich temperaturach przeważają zderzenia z defektami sieci krystalicznej. Rezystywność jest sumą rezystywności wynikającej ze zderzeń z fononami i zderzeń z defektami sieci (obce atomy, wakanse, atomy międzywęzłowe, granice ziaren, dyslokacje). Fonony skwantowane drgania sieci krystalicznej o długościach fal przeważnie akustycznych. W temperaturze pokojowej przeważają zderzenia z fononami, drganiami sieci krystalicznej metalu. W niskich temperaturach (4K) przeważają zderzenia z defektami sieci krystalicznej. Oporność jest sumą oporności wynikających z obu czynników. Oznacza to że czasy zderzeń związane są relacją 1 τ = 1 τ L + 1 τ i. 5.4 Elektronowe prawo Ohma. Przewodność elektryczna jest definiowana przez zależność: Rozwijając tą zależność można określić, że: Czyli konduktancja równa się: Z powyższych zależności wynika, że aby ograniczyć straty w transporcie energii wystarczy wydłużyć średnią drogę swobody elektronów przewodnictwa. Można to robić poprzez ograniczanie wibracji termicznych sieci krystalicznych schładzanie przewodnika lub/i zmniejszanie ilości defektów sieci krystalicznej. 8

9 6. Jak można to zrealizować. Schładzanie zewnętrzne nie jest jeszcze ekonomicznie nieuzasadnione, a tanie materiały nadprzewodnikowe jeszcze nie istnieją, natomiast aby zmniejszyć ilość defektów sieci krystalicznej przewodnika stosuje się różne misterne sposoby jego produkcji. Power Optimizer jest pierwszym urządzeniem, które potrafi ograniczać wibracje sieci krystalicznej oraz zmieniać dynamicznie ilość defektów sieci krystalicznej wpływając w ten sposób na wydłużenie średniej drogi swobody elektronów przewodnictwa poprzez zmniejszenie przekroju na rozproszenie. Oznacza to, że zastosowanie Power Optimizer ogranicza straty energii. Przypadkowy kierunek ruchu elektronów przewodnictwa po zderzeniu prowadzi do powstania turbulentnego przepływu elektronów przewodnictwa, który jak wiemy z teorii przepływów powoduje duże straty w porównaniu do przepływu laminarnego. Power Optimizer oddziałuje na przepływ elektronów w sposób powodujący zamianę przepływu elektronów przewodnictwa z turbulentnego na laminarny. Poglądowy rysunek pokazujący wpływ Power Optimizer na charakter przepływu prądu. 6.1 Zmiana cech wytrzymałościowych przewodnika. Materiałoznawstwo zna zależności pomiędzy parametrami wytrzymałościowymi a przewodnością cieplną, elektryczną i przenikalnością magnetyczną metali. Dotychczas zmiany tych parametrów odbywały się na etapie wytopu (krystalizacji) metalu poprzez odpowiednie domieszkowanie lub zastosowanie odpowiedniego procesu technologicznego lub poprzez obróbkę cieplną metalu po krystalizacji. Wpływ jaki wywiera struktura materiału na jego własności sprowadza się do reakcji wielkości ziaren oraz ich orientacji. Wraz ze zmniejszaniem się średniej wielkości ziarna, większa jest granica ich plastyczności, twardość, a mniejsza jest plastyczność materiału. W stopach, które znajdują się w równowadze, fizyczne właściwości, takie jak: przewodność elektryczna, mogą zależeć głównie od rodzaju istniejących faz, składów chemicznych tych stopów, a także udziałów w stopach. Własności mechaniczne, np. : granica plastyczności, wytrzymałość, wydłużenie, moduł sprężystości, twardość i przewężenie, poza wspomnianymi czynnikami zależą także od ziarnistości tych faz, kształtu i rozmieszczenia ziaren. Oprócz tego własności mechaniczne zależą od wad struktury krystalicznej: ruchliwości dyslokacji stężenia wakansów i gęstości. Wreszcie pewne własności fizyczne, takie jak: siła termoelektryczna, przewodność elektryczna, przenikalność magnetyczna silnie zmniejszają odkształcenia materiałów. 9

10 Metale techniczne w przypadku mikrostruktury jednofazowej, dzięki relatywnie dużej różnicy naprężeń pomiędzy wytrzymałością a granicą plastyczności, ogólnie charakteryzują się znaczną ciągliwością a małą wytrzymałością i twardością. Zwykle mają dobrą przewodność cieplną i elektryczną oraz dużą wytrzymałość na korozję. Struktura miedzi przed i po zastosowaniu Power Optimizer przez okres kilkunastu tygodni. Dla miedzi generalnie stosowanej w instalacjach i urządzeniach elektrycznych możemy zastosować dwa rodzaje metalu: miedź twardą o rezystywności ( mohm*cm/20oc) 1,777 lub miękką o rezystywności 1,724. Power Optimizer swoim oddziaływaniem na przewodnik (metal) powoduje zmianę parametrów miedzi. Proces jest długotrwały i kumuluje bardzo małe zmiany zachodzące w czasie, przez co uzyskanie maksymalnych efektów wymaga, w zależności od konkretnego przypadku, nawet do 12 tygodni pracy Power Optimizer w usprawnianym obwodzie. W przypadku, gdy obwód będzie eksploatowany bez włączonego Power Optimizer, to powrót do parametrów pierwotnych metalu nastąpi po około tym samym czasie. Oddziaływanie Power Optimizera zmienia relacje oporności względem naprężeń i odkształceń metalu. a) przed zastosowaniem Power Optimizera b) po zastosowaniu. Więcej informacji dotyczących zmian właściwości metali można znaleźć w literaturze. W internecie dostępna jest praca zbiorowa pod redakcją Pani Marii Głowackiej wydana przez Politechnikę Gdańską pod tytułem Materiałoznawstwo i wiele innych. 10

11 7. Techniczna realizacja Power Optimizer, Techniczna realizacja Power Optimizer wykorzystuje mechanizm fotoelektrycznego sprzężenia pomiędzy fotonem a elektronem. Wprowadza do przewodnika, za pomocą specjalnego układu scalonego wykonanego w technologii PLZT, odpowiednio dobrane promieniowanie z pasma 815nm do 1148nm. Serce urządzenia układ foto- optyczny wykonany w technologii PLZT Jest ono wprowadzane impulsowo i generuje zmiksowaną falę energii podczerwonej korygującą warunki przepływu elektronów. Fala energii rozprzestrzenia się w obwodzie (ciele stałym) wykorzystując zjawisko superpozycji fal. Zasada super pozycji jest doskonale znana elektrykom z rozkładów Furiera, gdzie kształt wypadkowy sygnału jest superpozycją wszystkich składowych. Fala y jest superpozycją fali y1 i y2 Jeżeli dla przykładu fala y1 będzie falą prądu a y2 falą energii podczerwonej, to dobierając odpowiednio energię fali można przesuwać prąd względem napięcia. Poprawia się w tej sposób współczynnik mocy (cos(φ)). Zasada superpozycji jest podstawą występowania zniekształceń harmonicznych - fala energii podczerwonej jest w stanie wpłynąć na ich zmniejszenie. Jednocześnie należy zwrócić uwagę na fakt, że rozproszenie fotonu na elektronie (zderzenie) może mieć różnoraki efekt w zależności od relacji energii fotonu do elektronu. Energia może być przekazywana od fotonu do elektronu (rozproszenie Comptona), od elektronu do fotonu (odwrotne rozproszenie Comptona) jak również rozproszenie sprężyste mało kątowe (rozproszenie Thompsona). W zależności od potrzeb Power Optimizer miksuje wszystkie rodzaje tych rozproszeń powodując oddziaływanie na elektrony jonów sieci krystalicznej i/lub elektrony przewodnictwa (swobodne). Poprzez zmianę ruchu na elektronach na orbitach jonów z odśrodkowego na dośrodkowy uzyskujemy płynny (laminarny) przepływ elektronów. Dzięki takiemu działaniu wydłużamy długość fali elektronów, co skutkuje redukcją spinu i wibracji elektronów na orbitach jonów i prowadzi do ograniczenia przypadkowych ruchów elektronów przewodnictwa i zderzeń, czyli strat energii - wydłużamy w ten sposób średnią drogę swobody. Zasada działania i jej techniczna realizacji jest przedmiotem patentu US Patent - 7,373,535 May 13, 2008 pat pdf. 11

12 Szanowni Państwo. Zdajemy sobie sprawę, że wyżej przedstawiony opis działania Power Optimizer wymaga powrotu do informacji uzyskanych w trakcie studiów z dziedziny elektrotechniki, materiałoznawstwa oraz fizyki i jest daleki od codziennej praktyki. Niestety, często powrót do informacji uzyskanych w procesie edukacji jest niewystarczający, rozwój techniki i technologii jest niebywale szybki i w wielu przypadkach stosowane rozwiązania są tak nowatorskie, że stają się zrozumiałe jedynie dla specjalistów z bardzo konkretnych dziedzin fizyki. Power Optimizer wykorzystuje bardzo wąską wiedzę o zjawiskach zachodzących w wielu dziedzinach nauki. Staramy się naszymi publikacjami przybliżyć działanie Power Optimizer praktykom zajmującym się codzienną eksploatacją urządzeń energetycznych i elektrycznych w zakładach pracy. Jeżeli ocenicie Państwo naszą próbę opisu działania Power Optimizer jako niewystarczającą prosimy o sugestie a spróbujemy dostosować ten opis do Waszych wymagań. 12

13 8. Wybór Power Optimizer. Uzyskane wielkości oszczędności energii elektrycznej w obwodzie zależą od doboru prawidłowych parametrów Power Optimizer, miejsca jego instalacji oraz, co jest równie ważne, miejsca dokonania pomiarów porównawczych zużycia energii elektrycznej. Typowo Power Optimizer jest dostarczany dla zastosowań w obwodach prądu zmiennego o charakterze indukcyjnym, rezystancyjnym lub przeznaczonym dla urządzeń oświetleniowych. 9. Dobór parametrów Power Optimizer. Wiele czynników ma wpływ na dobór odpowiedniego Power Optimizer w zależności od charakteru i zmienności parametrów obciążenia. Power Optimizer w procesie produkcji jest wyposażany w komponenty zapewniające odpowiednią do parametrów obciążenia mieszaninę fal elektromagnetycznych (promieniowania widzialnego i bliskiej podczerwieni). Dobór tych parametrów jest dokonywany jednorazowo, a więc może on być bardziej lub mniej uniwersalny. Im bardziej Power Optimizer jest dostosowany do konkretnego charakteru obciążenia, tym większy efekt uzyskiwanych oszczędności, a im bardziej jest uniwersalny w zastosowaniach, tym gorsze są uzyskiwane rezultaty. Niezbędny jest zatem kompromis pomiędzy uniwersalnością zastosowań a uzyskiwanymi oszczędnościami. Najlepszym rozwiązaniem jest stosowanie pojedynczego Power Optimizer podłączonego na zaciskach zasilających urządzenia (jak najbliżej urządzenia). Wielokrotnie, z powodu na niezrozumienie, jak ważny jest ów czynnik, nasi klienci instalują Power Optimizer w najwygodniejszym dla siebie miejscu, które nie zawsze jest optymalne z punku widzenia uzyskiwanych oszczędności. Czasami oszczędność czasu i kosztu instalacji odbija się na uzyskiwanych oszczędnościach, powodując znaczne wydłużenie czasu zwrotu inwestycji. Przy podobnych rodzajach obciążeń możliwe jest podłączanie jednego Power Optimizer do grupy urządzeń i wtedy należy pamiętać o kilku ważnych zaleceniach: Długość przewodów pomiędzy punktem podłączenia Power Optimizer a najdalszym urządzeniem nie może przekraczać 100 metrów. Zakazana jest praca Power Optimizer bez żadnego obciążenia (przy obciążeniach o charakterze indukcyjnym). Urządzenia powinny mieć jednakowy charakter obciążenia: indukcyjny, rezystancyjny lub oświetleniowy indukcyjny. 13

14 Bardzo istotne jest, aby Power Optimizer przeznaczony do pracy z konkretnym obciążeniem np. Indukcyjnym, nie pracował z obciążeniem o charakterze rezystancyjnym, bo może to doprowadzić do przebalansowania układu i pojawienia się ujemnych wartości mocy biernej. Kary finansowe związane z pojawieniem się ujemnej mocy biernej mogą przewyższyć uzyskane oszczędności zażycia energii na skutek działania Power Optimizer. Uzyskanie maksymalnych poziomów oszczędności energii wymaga od użytkownika poświęcenia trochę czasu na na dobór parametrów Power Optimizer, jak również miejsca i sposobu jego instalacji. W wielu przypadkach warto dokonać przeróbek instalacji elektrycznej, aby zapewnić najbardziej optymalne warunki pracy Power Optimizer (największe oszczędności energii). Jest to niewykluczone, iż oszczędzanie na dostosowaniu instalacji zaowocuje brakiem rentowności zastosowania Power Optimizer. Oczywiście bywają przypadki, że z uwagi na szereg uwarunkowań możliwe jest podłączenie w nieoptymalnym miejscu i wtedy wymagane jest przygotowanie specjalnego Power Optimizer dla tego obwodu. Przygotowanie uszytego na miarę dla potrzeb obwodu lub urządzenia Power Optimizer wymaga dostarczenia nam rejestracji pomiarów parametrów elektrycznych za pełen cykl pracy urządzenia. Pojęcie pełen cykl pracy urządzenia definiujemy jako okres cyklicznie powtarzających się zmian obciążenia urządzenia, w którym występują minimalne i maksymalne wartości parametrów elektrycznych. Dla przykładu: Napędy elektryczne: a. pracujące z pełnym obciążeniem ale i na biegu luzem, b. pracujące ze zmiennym obciążeniem (np. sprężarki) c. pojedyńczo pracujące urządzenia w przypadku grupowego połączenia Power Optimizer Dostarczony zbiór wyników pomiarów powinien zawierać wartości napięć, prądów, wszystkich mocy, współczynnika mocy, THD oraz współczynnika symetrii obciążenia za okres pełnego cyklu pracy obciążenia. 14

15 Zalecamy dostarczanie danych w postaci elektronicznej z typowego analizatora jakości zasilania. Specjalnie wykonany dla konkretnego obwodu Power Optimizer spowoduje większe oszczędności energii niż uniwersalny typowy Power Optimizer. Cena zakupu specjalnie wykonanego Power Optimizer jest taka sama, jak uniwersalnego, więc aby osiągnąć większy poziom oszczędności warto jest dokonać pomiarów pełnego cyklu pracy urządzeń. Miejsce wykonywania pomiarów weryfikujących uzyskane efekty po zastosowaniu Power Optimizer. Oprócz miejsca instalacji Power Optimizer w obwodzie bardzo ważną rzeczą jest miejsce dokonywania pomiarów oszczędności zużycia energii. Każdy klient zainteresowany jest oszczędzaniem na kosztów swojej działalności, a nie oszczędnością energii. O wielkości opłat za energię elektryczną decyduje licznik energii elektrycznej i to jest miejsce gdzie widać wpływ Power Optimizer. Zalecamy, by dokonywać określania uzyskanych oszczędności na bazie wskazań licznika energii elektrycznej. Wymaga to, by cała instalacja wewnętrzna była usprawniana przez zastosowanie jednego lub wielu Power Optimizer. Niestety, na razie dominują klienci, którzy stosują Power Optimizer dla uzdatnienia tylko pewnej części odbiorników energii i ma to wpływ na możliwość oceny uzyskanych oszczędności za pomocą licznika energii elektrycznej. Jeżeli zastosowanie Power Optimizer owocuje uzyskaniem np. 10% oszczędności a np. usprawniamy tylko 20% energii pobieranej przez całą sieć energii, to licznik energii pokaże tylko 2% różnicy pomiędzy zużyciem energii z i bez Power Optimizer. Pomijamy w tym momencie problem związany z niepowtarzalnym w czasie zużyciem energii. Uzyskane oszczędności są czasami bardzo trudne do weryfikacji i stanowi to problem sam w sobie. Problemy związane z weryfikacją uzyskanych oszczędności nie są tylko domeną zastosowania Power Optimizer, ale odnoszą się do problemu określanie energochłonności produkcji i są dobrze opisane w publikacji DVO // po dokonaniu rejestracji. Wracając do miejsca weryfikacji oszczędności, w przypadkach pojedynczych lub grupowy odbiorników powinno się zastosować dodatkowy licznik energii elektrycznej zainstalowany co najmniej w odległości 4 metrów od punktu podłączenia Power Optimizer do usprawnianego obwodu po stronie zasilania. Jeżeli zużycie energii przez obciążenie jest przypadkowe i trudno jest znaleźć relacje pomiędzy ilością wykonanej przez urządzenia pracy a zużyciem energii w długim okresie czasu, to stosując rejestracja parametrów obwodu (np. za pomocą analizatora jakości zasilania) można znaleźć przedziały czasowe, w których wykonywana jest jednakowa praca przez obciążenie przed i po zainstalowaniu Power Optimizer. Pomiar za pomocą analizatora powinien być wykonywany w odległości minimum 4 metrów od punktu podłączenia Power Optimizer po stronie źródła zasilania. Wykonanie pomiarów bliżej niż w odległości 4 metrów od punktu podłączenia wykaże mniejsze oszczędności energii. Należy zwrócić uwagę, iż licznik energii elektrycznej stanowiący podstawę do rozliczeń z dostawcą energii jest zainstalowany zawsze w wielokrotnie większej odległości, gdzie uzyskane oszczędności na pewno będą nieznacznie większe, ale mogą być trudniejsze do zidentyfikowania. Coraz częściej nasi klienci wyposażają swoje instalacje elektryczne w systemy monitorowania zużycia 15

16 energii elektrycznej i ilości wykonanej pracy w celu kontroli energochłonności produkcji, a nie z uwagi na zastosowanie Power Optimizer. Należy oczekiwać, że zgodnie z dyrektywami unijnymi odbiorcy energii będą inwestowali w systemy, których celem będzie oszczędzanie zużycia energii elektrycznej i weryfikacji uzyskanych oszczędności, ponieważ pierwsze obniży to koszty produkcji a drugie będzie podstawą do uzyskania dofinansowania ze środków wspólnotowych lub rządowych. Biorąc pod uwagę złożoność problemów związanych z zastosowaniem Power Optimizer oferujemy wsparcie techniczne naszych specjalistów i przeszkolonych sprzedawców, którzy pomogą Państwu dokonać najbardziej uzasadnionego wyboru pod względem ekonomicznym i technicznym. 16

17 10. Kilka praktycznych rad. Nasze porady dotyczą wyboru i instalacji Power Optimizer w zależności od wielkości i charakteru obciążenia. Jeżeli klient zdecyduje się sam dokonać wyboru odpowiedniego Power Optimizer, to powinien zwrócić uwagę na kilka szczegółów: 1. Dobór mocy (Mocy Pozornej [S]) Power Optimizer do mocy pozornej obciążenia: A. Obciążenie indukcyjne i oświetlenie indukcyjne Dobiera się do średniej w trakcie cyklu pracy obciążenia mocy pozornej (KVA). Należy wziąść pod uwagą średnią ważoną wartości mocy pozornej w trakcie całego cyklu pracy obciążenia. W przypadku silników elektrycznych pracujących okresowo na biegu jałowym należy wybrać Power Optimizer z dodatkowo wbudowanym kondensatorem do dodatkowej kompensacji przesunięcia fazowego, skrócenia drogi przepływu mocy biernej w obwodzie (magazynowanie i oddawanie). Takie rozwiązanie umożliwia utrzymanie tan(φ) w dopuszczalnych granicach oraz pozwoli na dodatkowe ograniczenie strat energii. Największy seryjnie dostarczany Power Optimizer obsługuje obciążenia o mocy pozornej do 100KVA w przypadku potrzeby obsługi obciążeń o większych mocach możliwe jest łączenie Power Optimizer równolegle lub zamówienia pojedyńczego Power Optimizer o wymaganej mocy pozornej. B. Odbiorniki rezystancyjne i oświetlenie żarowe Podobnie średnia ważona moc jak wyżej tylko dla mocy czynnej. Częstotliwość. Power Optimizer pracuje w obwodach prądu stałego oraz obwodach o stałej częstotliwości 50/60 Hz. W przypadku stosowania konwerterów częstotliwości np. dla napędów Power Optimizer powinien być zainstalowany po stronie zasilania o stałej częstotliwości. Napięcie pracy Powinno być określone jako napięcie przemienne międzyprzewodowe w zakresie od 110 do 600V. Charakter obciążenia. W zależności od charakteru obciążenia należy stosować odpowiedni typ Power Optimizera. Typ I - dla obciążeń indukcyjnych - silniki, transformatory itp. Typ R - dla obciążeń rezystancyjnych, w tym oświetlenie żarowe. Typ L - dla obciążeń wyładowczymi źródłami światła o charakterystyce indukcyjnej. Jeżeli masz problemy z określeniem typu Power Optimizera dla Twojego obciążenia, skontaktuj się z nami. Sposób podłączenia. W zależności od wymogów obciążenia należy wybrać Power Optimizer o odpowiednim sposobie podłączenia trójfazowego. Dla obciążeń łączonych w trójkąt - 3 przewodowy + ochronny.(zaciski L1,L2,L3 i PE) 17

18 Dla obciążeń łączonych w gwiazdę - 4 /5 przewodowy + ochronny.(zaciski L1,L2,L3,N i PE) Dla zastosowań Power Optimizer w trójfazowych instalacjach zasilających urządzenia jednofazowe zasilane międzyfazowo należy stosować Power Optimizer o 4/5 przewodowym sposobie podłączenia. Pomimo, że Power Optimizer pobiera z obwodu usprawnianego tylko kilkaset ma to dla prawidłowej transmisji fal do podłączenia Power Optimizer powinny być stosowane przewody o odpowiednich przekrojach: 1. dla Power Optimizer o mocy do 50 KVA - 10 mm 2 2. dla Power Optimizer powyżej 50 KVA - 16 mm 2 18

19 11. Zanim podejmiesz decyzję. Określenie uzyskanych oszczędności energii elektrycznej wymaga porównania zużycia energii przy wykonaniu tej samej ilości pracy przez obciążenie. Zanim przestąpimy do planowania zakupu Power Optimizer powinniśmy określić w jaki sposób będziemy weryfikować osiągnięte oszczędności. Podstawowym problemem związanym z oceną wielkości uzyskanych oszczędności energii bez względu na zastosowaną technologię jest porównanie zużycia energii (KWh) przy wykonaniu tej samej ilości pracy. Bardzo rzadko się zdarza, że obciążenie (praca) są stałe w czasie i w związku z tym pomiar jedynie zużycia energii będzie niewystarczające. Ponieważ ilość wykonanej pracy bez i z Power Optimizer powinna być jednakowa bądź mierzona a wyniki zużycia energii powinny być sprowadzone do wspólnego mianownika. Wspólnym mianownikiem może być energochłonność produkcji (ilość produktu), jeżeli produkcja jest stała (ten sam produkt, z tego samego materiału i ten sam cykl produkcyjny). Niestety, zużycie energii przez prawie każdy proces technologiczny jest zależne od bardzo dużej ilości wewnętrznych i zewnętrznych czynników, które zmieniają się w sposób niekontrolowany. Dokładność określenia uzyskanych efektów zastosowania Power Optimizer jest zależna głównie od metod ich weryfikacji. Idealnym rozwiązaniem byłoby rejestrowanie wszystkich czynników mających wpływ na zużycie energii, ale w wielu przypadkach jest to niemożliwe z uwagi na koszty realizacji. Metodą zdającą często egzamin jest ocena energochłonności produkcji w dłuższym przedziale czasu z użyciem metod statystycznych. Często nasi klienci w czasie testów przed zakupem stosują metody porównania wartości energii lub mocy czynnej rejestrując parametry elektryczne za pomocą analizatorów jakości zasilania dla takich samych (lub podobnych) cyklów technologicznych przed i po zainstalowaniu Power Optimizer. Dokładność tej metody jest proporcjonalna do identyczności obu wybranych i porównywanych cyklów. Więcej informacji na temat weryfikacji wyników pomiarów można znaleźć na stronie www1.eere.energy.gov/femp/pdfs/mv_guidelines.pdf. Bardzo ciekawą publikacją dotycząca weryfikacji oszczędności jest Międzynarodowy Protokół Pomiarów Eksploatacyjnych i Weryfikacji - IPMVP, polską wersję można pobrać po zarejestrowaniu na stronie EVO. Adres Należy pamiętać, że Uzyskanie maksymalnego poziomu oszczędności wymaga 4 do 12 tygodni pracy Power Optimizer w obwodzie. Zależne jest to od wielu parametrów obwodu, jak również od dobowej ilości godzin pracy Power Optimizer. Po wyłączeniu zasilania obwodu (obciążenia) Power Optimizer zapamiętuje osiągnięty poziom usprawnienia obwodu i po ponownym włączeniu rozpoczyna dalsze usprawnianie. W przypadku, gdy obciążenie będzie pracowało bez włączonego Power Optimizer będzie następowała degradacja osiągniętych efektów oszczędności energii w podobnym tempie jak następowało usprawnienie obwodu. 19