Centrum Energetyki Prosumenckiej. Konwersatorium Inteligentna Energetyka

Politechnika Śląska Centrum Energetyki Prosumenckiej Wydział Elektryczny Instytut Elektrotechniki i Informatyki Konwersatorium Inteligentna Energetyka Trzy tryby pracy prosumenckiej mikroinfrastruktury: "on-grid", "semi off-grid" oraz "off-grid" Zastosowanie superkondensatora do regulacji mocy (chwilowego, milisekundy-minuty, bilansowania energii elektrycznej) w interfejsie PME ze źródłem PV dr inż. Krzysztof Bodzek Gliwice, 28 czerwca 2016

Superkondensator 2

Parametry superkondensatora Maksymalne napięcie superkondensatora U max Maksymalna energia superkondensatora E max Maksymalna moc superkondensatora P max Pojemność superkondensatora C Prąd przekształtnika I p 3

Bilansowanie źródła PV 4

Symulator hybrydowy 5

Dobór superkondensatora dla produkcji PV Profil produkcji PV Moc 4,4 kwp 08.03.2015 08.03.2016 17.08.2015 21.08.2015 6

Skąd pobrać dane? http://pvmonitor.pl/ 7

Dobór superkondensatora dla produkcji PV Profil produkcji PV Moc 2,6 kwp 30.05.2016 13:00 13:30 8

Dobór superkondensatora dla produkcji PV 30.05.2016 Obliczenie mocy średniej P śr Uśrednianie za wybrany okres - 5 min - E max = 32 Wh 13:00 13:30 9

Dobór superkondensatora dla produkcji PV 30.05.2016 Obliczenie DP(t) oraz P max - P max = 1238 W 13:00 13:30 12

Dobór superkondensatora dla produkcji PV Obliczenie energii 30.05.2016 - max(e) = 45 kj - min(e) = -42 kj 13:00 13:30 13

Dobór superkondensatora dla produkcji PV Napięcie maksymalne superkondensatora U max = 380 V Prąd przekształtnika I p = 6,5 A Napięcie minimalne superkondensatora U min = 190 V Pojemność superkondensatora C = 1,62 F Maksymalna energia superkondensatora E max = 117 kj = 32 Wh 14

Dobór superkondensatora dla produkcji PV Napięcie początkowe superkondensatora U 0 = 297 V Energia początkowa E 0 = 71 kj 15

Dobór superkondensatora dla produkcji PV Przebieg napięcia na kondensatorze 30.05.2016 13:00 13:30 U C P PV P śr =P C 16

Bilansowanie źródła PV wraz z odbiornikami 17

Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników SCADA wyznaczenie profilu obciążenia 18

Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników Odbiorniki małej mocy - lodówka, - sprzęt RTV, - oświetlenie. Profil 19

Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników Pralka Algorytm załączenia Pralka P PV > 1800 W Tak Profil Tak Nie Skończy przed 13:00? Nie Start 20

Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników Zmywarka Algorytm załączenia Zmywarka Pralka skończyła? Profil Tak P PV > 1800 W Tak Tak Nie Skończy przed 15:00? Nie Start 21

Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników Żelazko Moc 1800 W Prasowanie od 14:15 do 14:45 Profil 22

Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników Odkurzacz Stała moc 1200 W Odkurzanie od 16:00 do 16:15 Profil 23

Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników 30.05.2016 Profil produkcji P PV Profil obciążenia P odb P PV P odb 24

Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Bilans mocy 30.05.2016 25

Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Czas uśredniania 5 min 30.05.2016 13:00 13:30 P PV P śr =P C U C U max = 380 V I p = 9,6 A U min = 190 V C = 3 F E max = 221 kj = 62 Wh U 0 = 297 V 26

Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Bilansowanie żelazka 14:20 14:25 U C Żelazko P śr 27

Wybrane wyniki badań 28

Pojemność [F] Pojemność [F] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana mocy źródła PV Czas uśredniania 5 min Pojemność superkondensatora Zmiana źródła PV Pobór zmienia się proporcjonalnie Zmiana tylko źródła PV Pobór bez zmian 14 12 10 8 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 Moc PV [kwp] 14 12 10 8 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 Moc PV [kwp] 29

Energia [Wh] Energia [Wh] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana mocy źródła PV Czas uśredniania 5 min Energia superkondensatora Zmiana źródła PV Pobór zmienia się proporcjonalnie 300 Zmiana tylko źródła PV Pobór bez zmian 300 250 200 150 100 50 250 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 Moc PV [kwp] 0 0 2 4 6 8 10 Moc PV [kwp] 30

Prąd [A] Prąd [A] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana mocy źródła PV Czas uśredniania 5 min Prąd przekształtnika Zmiana źródła PV Pobór zmienia się proporcjonalnie Zmiana tylko źródła PV Pobór bez zmian 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 Moc PV [kwp] 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 Moc PV [kwp] 31

Pojemność [F] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana czasu uśredniania Moc źródła 2,6 kwp Pojemność superkondensatora 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Czas uśredniania [s] 32

Energia [Wh] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana czasu uśredniania Moc źródła 2,6 kwp Energia superkondensatora 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Czas uśredniania [s] 33

Prąd [A] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana czasu uśredniania Moc źródła 2,6 kwp Prąd przekształtnika 12 11 10 9 8 7 6 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Czas uśredniania [s] 34

Podsumowanie: 1. Stosowanie superkondensatora jako magazynu energii nie jest opłacalne ze względu na wysoką cenę. 2. Zastosowany wraz z akumulatorem, zwiększa możliwości chwilowego bilansowania mocy interfejsu PME (dodatkowe źródło mocy). 3. Doskonale nadaje się do bilansowania mocy w odbiornikach dużej mocy o cyklicznej pracy, np. żelazko. 4. Zaproponowana metoda doboru superkondensatora wykorzystuje profile produkcji źródeł PV oraz typowe profile odbiorników. 5. Za pomocą symulatora hybrydowego, można przebadać sytuację odwrotną do prezentowanej, czyli wpływ superkondensatora o znanej pojemności na bilans mocy. 35

Podsumowanie: 6. Typowe napięcia pojedynczych superkondensatorów to około 2,5 V, dlatego uzyskanie wysokich napięć wymusza szeregowe łączeni setek superkondensatorów. 7. Superkondensatory cechują się dodatkowo stosunkowo dużym rozrzutem pojemności. Łączenie szeregowe może prowadzić do występowania nierównomiernego napięcia na poszczególnych superkondensatorach (prąd jest taki sam). Konieczne jest stosowanie dodatkowych układów wyrównujących napięcie. 36