Optimal udnyttelse af solcelle-el i enfamiliehuse - Batterisystem til solceller uden vekselretter

Iben  Østergaard

Jeg er din kontaktperson

Skriv til mig

Indtast venligst et validt navn
Eller dit telefonnummer
Sender besked
Tak for din besked
Vi beklager

På grund af en teknisk fejl kan din henvendelse desværre ikke modtages i øjeblikket. Du er velkommen til at skrive en mail til Send e-mail eller ringe til +45 72202394

Optimal udnyttelse af solcelle-el i enfamiliehuse - teststand

Optimal udnyttelse af solcelle-el i enfamiliehuse - Batterisystem til solceller uden vekselretter

Batterisystem 2 er typisk til nye solcelle-anlæg eller anlæg, hvor vekselretteren står for at blive udskiftet. Dvs. systemet består af en (nettilsluttet) inverter, som henholdsvis op-og aflader batteripakken. El fra solcelleanlægget vekselrettes i inverteren og bruges til forbrug, når der er behov for det, ellers så lades det direkte som jævnspænding på batteriet. Herfra kan det vekselrettes til forbrug, når der er behov. Der er et simuleret elforbrug på 4.000 kWh pr. år.

 

Invertervalg

Der var oprindeligt valgt højspændingsinverter, fordi man hér (i hvert fald i teorien) har mindre tab. Det har vist sig, at både højspændings hybrid-inverteren og højspændingsbatteriet var langt fra modent til sågar en forsøgsopstilling - og i hvert fald meget dyrt.

Derfor er der i stedet valgt en enfaset 48 Volt hybridinverter på 3,7 kW, der tilsluttes en 4,8 kWh batteripakke. Den tilkobles derefter 3,5 kWp solcelle-anlægget på EnergyFlexHouse. Inverteren er af fabrikatet Solax Power, og godkendt af Energinet.dk. Det helt optimale ville have været en 3-faset inverter til 48 Volt batteripakkespænding, men det findes ikke til kommunikation med Lithium Ion-batteripakker. Derfor har vi valgt en énfaset med 48 Volt batteripakkespænding, der passer til de 3,6 kW, der må sendes ud pr. fase i Danmark. (Hermed har vi i projektet testet en ægte hybrid inverter for bl.a. at se, om dens virkningsgrad er bedre end den inverter fra SMA, som vi har afprøvet hidtil.)

Batteripakke
Batteripakken er på 5 kWh og 50 V og er bygget af Lithium Balance. Det er monteret på et stativ placeret på gulvet.

Det var således vanskeligt at finde en passende inverter, og den benyttede inverter er heller ikke helt ideel.  Systemet blev sat i drift med en nødløsning hvad angår batteriopladningen. Eltavlen (belastningen, der simulerer forbruget) måtte bygges om, så den kun kunne trække på samme fase som produktionen leveres til. Det skyldes at Solax-styringen er baseret på måling af strømmen i en enkelt leder og ikke en trefasemåler. Det er naturligvis en ulempe hvis afregningsformen er faseafhængig, eftersom de kWh der trækkes på de to andre faser så ikke vil blive modregnet i produktionen (derfor måtte vi i batterisystem 2 simulere forbrugsbelastningen trinvist med lamper, i stedet for med lysdæmper, som i forsøg med batterisystem 1.)

Solax-inverteren kan i øvrigt enten sættes op til ”self consumption” eller til ”forced time”. I sidstnævnte mode kan man styre hvornår batteriet må op- og aflade. Det kan få betydning, ved variable strømpriser ved køb og salg af strøm fra nettet – eller være med til at afhjælpe spidslast på nettet.

 

Effektivitet og tomgangstab – og andre erfaringer

Efter at inverteren endelig var kommet i drift, viste det sig, at den ikke leverede el som forventet – der var meget stor afvigelse mellem det målte elbehov og det, som inverteren faktisk leverede fra batterilageret.

Diagram: Batteriets lade og afladeforløb
Batteriets lade- og afladeforløb på en god solskinsdag. Den sidste del af afladningen sker på trods af at der ikke er noget reelt forbrug.

I system 1 blev der målt et betydeligt tab i konverteringen fra AC til DC og tilbage igen. For Solax-systemet er der ingen konvertering til DC ved opladning. I forbindelse med målingerne blev det observeret, at der kan være en udfordring for Solax-reguleringssystemet, idet den udelukkende måler strømmen på en enkelt fase. Derfor kunne vores elektronisk styrede forbrugs-belastning ikke bruges, men måtte erstattes af en mere simpel belastning med et antal glødelamper med on-off- urstyring. Det er således en vigtig lære af projektet at det ikke er ligegyldigt hvilken belastning, der er tilsluttet, hvis man ønsker korrekt regulering i forhold til eget forbrug. For den almindelige forbruger vil det i praksis være umuligt at tage hensyn til hvilke forbrugsapparater der kan ”drille” styringen, hvilket er en indbygget svaghed i dette måleprincip.

Et simpelt forsøg med solcelleanlægget ”slukket” og variabelt forbrug fra glødelamperne viste dog, at der stadig var et effekttræk på cirka 100 W fra batteriet på trods af at forbruget var nul. Efter henvendelse til Solax blev det konstateret at dette ikke er en fejl, men den måde produktet normalt fungerer på. Hvis der ikke er noget forbrug bliver batteriet altså afladet og strømmen sendt ud på nettet(!).

Vær opmærksom på, om der altid trækkes en effekt fra batteriet – uanset, der ikke bruges el i husholdningen.  Ved små op- og afladninger kan dette have forholdsvis stor betydning.

Diagram: Målt leveret AC-effekt
Målt leveret AC-effekt som funktion af elforbrug (ren ohmsk belastning).

Den tilhørende virkningsgrad blev målt punktvis, dog med nogen usikkerhed da reguleringen skete springvis og det derfor var svært at aflæse stabile værdier.

Diagram: Solax DC/AC-konvertering
Manuelle målinger af DC/AC-virkningsgraden (fra batteri til net – men dette er vel den samlede virkningsgrad, idet der vel ikke er tab ved ladning idet det hele er jævnspænding??). Både ifølge målinger og ifølge producenten er der altid levering af 100 W til nettet. Ifølge fabrikanten er maksimale virkningsgrad 94 % ved både op- og afladning (dvs. 0,94 x 0,94= 0,88 ved begge veje, nej, for her skal det jo kun vekselrettes). Det er meget uhensigtsmæssigt, at systemet i lange perioder sender cirka 100 W ud på nettet, da virkningsgraden her er nede på 0,5.

Når batteriet er koblet direkte på DC-siden har det især to fordele:

  • Der er mindre tab regnet fra solcellemodulerne og ned på batteriet
  • Det er muligt at udjævne spidserne fra produktionen og dermed bruge en mindre og billigere inverter end ved direkte nettilslutning (hvorfor er det ikke muligt ved batterisystem 1?)

Flere studier viser, at betydningen af, at effekten, der leveres til nettet begrænses (der skæres spidser af effekten) er meget lille, hvis man har et batterilager. Vores beregninger viser således, at man i vores eksempel - med et 3,5 kW solcelleanlæg, der leverer til et 4,8 kWh batteri - kan gå ned på effektlevering på 1,5 kW (altså inverterstørrelse) uden de store tab.

Dette er et interessant resultat, fordi batterier på den måde åbner op for, at elnettet kan klare flere solcelleanlæg end tidligere antaget, eftersom den maksimale effekt leveret til nettet kan reduceres væsentligt.

 

Delkonklusion for system 2

  • Det var overordentlig svært at finde en inverter i den rette størrelse og som var egnet til at køre med et eksternt Litium-Ion batteri
  • Der var mange tekniske vanskeligheder og inverteren viste sig at fungere anderledes end ønsket
  • Det er for usikkert at basere systemets regulering på en simpel enfaset strømsensor, en rigtig trefaset energimåler (True RMS) er at foretrække
  • Der var kraftig blæserstøj fra inverteren, som derfor ikke kan anbefales opsat i beboelsesrum
  • Spørg til tomgangsforbruget. Det kan være meget væsentligt ved lave belastninger
  • På grund af tomgangsforbruget er virkningsgraden ved lave belastninger nede på 0,5

Den samlede virkningsgrad findes i løbet af sommeren 2016.