Φωτοβολταϊκό σύστημα με μπαταρία ιόντων νατρίου: πώς σχεδιάζεται στην πράξη

A φωτοβολταϊκό σύστημα με μπαταρία ιόντων νατρίου Δεν πρόκειται για μια παραδοσιακή εγκατάσταση στην οποία προστίθεται ένα διαφορετικό σύστημα αποθήκευσης. Είναι ένα σύστημα που αλλάζει ορισμένους κανόνες σχεδιασμού: τον δίαυλο τάσης, τη σχέση μεταξύ ισχύος και χωρητικότητας, τους περιορισμούς εγκατάστασης και — κυρίως — τη συμπεριφορά κατά τις κρύες ημέρες, όταν η αυτοκατανάλωση έχει μεγαλύτερη αξία.

Σε αυτόν τον τεχνικό οδηγό θα δούμε πώς γίνεται ο σχεδιασμός ενός ολοκληρωμένου συστήματος με βάση την μπαταρία HEIWIT-NA-48V210Ah και στους υβριδικούς μετατροπείς ΠΑΡΘΕΝΟΣ (μονοφασικό) και LYBRA (τριφασικό), χρησιμοποιώντας αποκλειστικά τα στοιχεία που αναγράφονται στην πινακίδα των προϊόντων.

1. Η αρχιτεκτονική: διαύλος 48 V και υβριδικός μετατροπέας

Η καρδιά του συστήματος είναι μια συσσώρευση σε χαμηλή τάση: η μπαταρία HEIWIT λειτουργεί σε 48 V ονομαστικά, με 210 Ah χωρητικότητας και ένα στοιχείο από 10 kWh. Σε σύγκριση με τις αρχιτεκτονικές υψηλής τάσης, ο δίαυλος 48 V απλοποιεί την καλωδίωση, τις προστασίες και τη συντήρηση, ενώ διατηρεί το σύστημα σε ένα εύρος τάσης συνεχούς ρεύματος που είναι πιο εύκολο να διαχειριστεί σε οικιακό περιβάλλον.

Η επεκτασιμότητα είναι αρθρωτή: έως και 3 μονάδες σε παράλληλη σύνδεση, για μέγιστο αριθμό 30 kWh αποθήκευσης. Αυτό καθορίζει ήδη το πεδίο εφαρμογής του έργου — οικιστικό και μικρής κλίμακας εμπορικό — και πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά τη φάση της εκτίμησης κόστους, καθώς αποτελεί το αρχιτεκτονικό όριο του συστήματος.

Ποιο μετατροπέα: μονοφασικό ή τριφασικό

Η επιλογή ακολουθεί την προμήθεια: ΠΑΡΘΕΝΟΣ για μονοφασικές συσκευές ισχύος έως 6 kW, LYBRA για τριφασικές καταναλώσεις, μεγαλύτερες φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις (έως 18 kW) ή όπου απαιτείται δύο είσοδοι μπαταρίας με 125 A × 2 ρεύματος φόρτισης/εκφόρτισης.

2. Ο περιορισμός που τα καθορίζει όλα: C-rate 0,5

Αυτό είναι το πιο σημαντικό τεχνικό στοιχείο που πρέπει να κατανοήσετε πριν υπογράψετε μια προσφορά. Η μπαταρία HEIWIT έχει Συντελεστής C 0,5 κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση: αυτό σημαίνει ότι μια μονάδα ισχύος 10 kWh παρέχει ή απορροφά έως και 5.000 W συνεχούς ισχύος (100 A), με μέγιστη ισχύς 6 kW.

Η πρακτική συνέπεια για τον σχεδιαστή είναι άμεση:

• 1 μονάδα (10 kWh) → 5 kW συνεχούς ισχύος: κατάλληλο για ένα VIRGO 3K-S ή 4K6-S.
• 2 μονάδες (20 kWh) → 10 kW συνεχούς ισχύος: αξιοποιήστε πλήρως ένα VIRGO 6K-S ή ένα LYBRA 10K-T.
• 3 μονάδες (30 kWh) → 15 kW συνεχούς ισχύος: η διαμόρφωση που αξιοποιεί πλήρως την ισχύ ενός LYBRA 12K-T.

Η σύνδεση ενός LYBRA 12K-T με ένα μεμονωμένο στοιχείο ισχύος 10 kWh είναι τεχνικά εφικτή, αλλά κατά την αποφόρτιση η μπαταρία περιορίζεται στα 5 kW: τα υπόλοιπα 7 kW θα προέρχονταν από φωτοβολταϊκά ή από το δίκτυο. Πρόκειται για το πιο συχνό λάθος διαστασιολόγησης, το οποίο μπορεί να αποφευχθεί με λογική σκέψη πρώτα σε kW και στη συνέχεια σε kWh.

3. Υπολογισμός των διαστάσεων του φωτοβολταϊκού πάρκου

Με 2 MPPT στο VIRGO και 3 MPPT στο LYBRA (1 σειρά ανά MPPT), ο σχεδιασμός των σειρών υπόκειται σε τρεις περιορισμούς που πρέπει να τηρούνται ταυτόχρονα:

• Τάση ανοικτού κυκλώματος (Voc) στη χαμηλότερη θερμοκρασία κάτω από το όριο των 600 V (VIRGO) ή των 800 V (LYBRA).
• Τάση MPP εντός του εύρους λειτουργίας: 100–550 V στο VIRGO, 130–800 V στο LYBRA.
• Ρεύμα σειράς μέχρι 16 A για MPPT στο VIRGO (βραχυκύκλωμα 20 A) και 20 A για MPPT στο LYBRA (βραχυκύκλωμα 24 A).

Η υπερδιαστασιολόγηση DC/AC υποστηρίζεται εκτενώς: ένα VIRGO 3K-S δέχεται 8 kW φωτοβολταϊκά σε 3 kW AC, μια πολύ γενναιόδωρη αναλογία. Όταν υπάρχει σύστημα αποθήκευσης, αυτό αποτελεί πραγματικό πλεονέκτημα, καθώς η πλεονάζουσα ενέργεια κατά τις μεσημεριανές ώρες δεν χάνεται, αλλά αποθηκεύεται — υπό την προϋπόθεση ότι η ισχύς φόρτισης (5 kW ανά μονάδα) είναι επαρκής για να την απορροφήσει.

4. Το θερμοκρασιακό εύρος: -25 °C / +60 °C

Είναι εδώ που η χημεία του νατρίου ξεχωρίζει σαφώς στην πρακτική εφαρμογή. Η μπαταρία HEIWIT δηλώνει μια θερμοκρασία περιβάλλοντος λειτουργίας από -25 °C έως +60 °C και θερμοκρασία αποθήκευσης από -40 °C έως +70 °C, με σχετική υγρασία 0–100%.

Το θέμα δεν είναι η προδιαγραφή αυτή καθεαυτή, αλλά τι συνεπάγεται για τον σχεδιασμό: μη θερμαινόμενα γκαράζ, κελάρια, εξωτερικοί τεχνικοί χώροι και εγκαταστάσεις στις κλιματικές ζώνες Ε ή F γίνονται συνηθισμένα σενάρια, χωρίς να χρειάζεται να προβλεφθεί θέρμανση του χώρου ούτε να γίνουν αποδεκτοί περιορισμοί φόρτισης τα χειμωνιάτικα πρωινά — ακριβώς τις ώρες κατά τις οποίες τα φωτοβολταϊκά ξαναρχίζουν να λειτουργούν και η αυτοκατανάλωση είναι πιο πολύτιμη.

Και οι μετατροπείς ακολουθούν το ίδιο εύρος (-25…+60 °C), με μείωση της ονομαστικής ισχύος πάνω από τους 45 °C στο LYBRA. Ο βαθμός IP66 από το VIRGO και IP65 Το LYBRA επιτρέπει την εγκατάσταση σε δυσμενείς συνθήκες· η μπαταρία, από την άλλη, είναι IP20 και πρέπει να εγκατασταθεί αποκλειστικά στο εσωτερικό.

5. Συνέχεια τροφοδοσίας και εφεδρική τροφοδοσία

Και οι δύο σειρές μετατροπέων είναι υβριδικές και λειτουργούν συνδεδεμένο στο δίκτυο και αυτόνομο. Η LYBRA δηλώνει ένα χρόνος μεταγωγής μικρότερος από 10 ms, ένα μέγιστη ισχύς 20 kVA για 10 δευτερόλεπτα και ένα είσοδος γεννήτριας (έως 36,4 A, εύρος 185–276 V).

Τα 10 ms είναι η παράμετρος που καθιστά το σύστημα εφεδρικής τροφοδοσίας κατάλληλο για ευαίσθητα φορτία· τα 20 kVA μέγιστης ισχύος χρησιμεύουν για τη διαχείριση των απότομων αυξήσεων ισχύος των κινητήρων — αντλία θερμότητας, αυτόκλειστο, συμπιεστές — οι οποίες, διαφορετικά, θα ενεργοποιούσαν την προστασία κατά την εκκίνηση. Πρέπει όμως να ληφθεί υπόψη ο περιορισμός του σημείου 2: σε περίπτωση παρατεταμένης λειτουργίας εφεδρείας, η ισχύς που μπορεί να παραχθεί συνεχώς παραμένει αυτή της μπαταρίας, δηλαδή 5 kW ανά μονάδα.

6. Πραγματική απόδοση της αλυσίδας μετατροπής

Οι δηλωμένες αποδόσεις πρέπει να εξετάζονται ως πορεία και όχι μεμονωμένα:

Η ενέργεια που καταναλώνεται για ιδία χρήση απευθείας καλύπτει μόνο τη μετατροπή DC/AC. Η ενέργεια που διέρχεται από την μπαταρία φόρτιση και εκφόρτιση. Ένας αποδοτικός σχεδιασμός μεγιστοποιεί, επομένως, το ποσοστό της κατανάλωσης που συμπίπτει με την παραγωγή, χρησιμοποιώντας την αποθήκευση για τη μετατόπιση της κατανάλωσης προς τις βραδινές ώρες — και όχι ως υποχρεωτικό στάδιο για κάθε kWh.

Δεν πρέπει να παραβλεφθεί η νυχτερινή κατανάλωση του VIRGO, η οποία είναι μικρότερη από 10 W: σε ετήσια βάση, αυτό σημαίνει λιγότερο από 90 kWh παθητικής κατανάλωσης.

7. Κύκλοι, απόδοση και ωφέλιμη διάρκεια ζωής

Η μπαταρία δηλώνει πάνω από 6.500 κύκλους με Συνιστώμενο DoD για το 90%. Μεταφρασμένο σε πραγματικά διαθέσιμη ενέργεια:

Σε μια οικιακή εγκατάσταση κατάλληλου μεγέθους, καταγράφονται συνήθως 250–300 ισοδύναμοι κύκλοι ετησίως. Με βάση τους 6.500 κύκλους, αυτό σημαίνει ότι η διάρκεια ζωής της εγκατάστασης είναι της τάξης των 20 ετών και άνω, πολύ πέρα από τη Εγγύηση 10 ετών που συνοδεύει την μπαταρία και τον μετατροπέα.

Αυτός είναι ο σωστός δείκτης για τη σύγκριση των προσφορών: όχι η τιμή ανά εγκατεστημένο kWh, αλλά ο κόστος ανά kWh που παρέχεται πράγματι κατά τη διάρκεια ζωής.

8. AI Care: η διαχείριση που αποφασίζει πότε είναι σκόπιμο να γίνει το κάθε πράγμα

Μια εγκατάσταση με σύστημα αποθήκευσης αποφέρει όφελος μόνο αν επιλέγει σωστά, κάθε μέρα, ανάμεσα σε τρεις εναλλακτικές λύσεις: αυτοκατανάλωση, αποθήκευση ή τροφοδοσία στο δίκτυο. AI Care αυτοματοποιήστε αυτή την επιλογή με μια πρόβλεψη της φωτοβολταϊκής παραγωγής σε 24 ώρες σε συνδυασμό με την ανάλυση της πραγματικής κατανάλωσης, δίνοντας προτεραιότητα στην τροφοδοσία κατά τις ώρες Υψηλότερο PUN.

Όσον αφορά τη συντήρηση, παρακολουθεί θερμοκρασία και τάση των κυψελών σε πραγματικό χρόνο, εκτιμά ότι το SOH και την υπολειπόμενη διάρκεια ζωής και προειδοποιεί για την φθορά εκ των προτέρων. Κάθε απόφαση του συστήματος καταγράφεται και εξηγείται στο Ημερολόγιο AI, με εφαρμογές για iOS και Android, μηνιαίες αναφορές, υπολογισμό της οικονομικής εξοικονόμησης και της αποφυγής εκπομπών CO₂.

Για τους εγκαταστάτες, η προστιθέμενη αξία βρίσκεται τόσο στο αρχικό όσο και στο τελικό στάδιο: έξυπνος προϋπολογιστής με αυτόματη ανάγνωση του λογαριασμού και διάταξη καλωδίων στην οροφή του πελάτη, και διαχείριση στόλου όλων των εγκαταστάσεων που έχουν τοποθετηθεί, σε μία μόνο οθόνη.

9. Τρεις τυπικές διαμορφώσεις

Μονοκατοικία μονοφασική, θέρμανση με φυσικό αέριο

• Φωτοβολταϊκό σύστημα 4,5 kWp — VIRGO 4K6-S — 1 μονάδα ισχύος 10 kWh
• Ισχύς μπαταρίας 5 kW: καλύπτει τις απογευματινές αιχμές κατανάλωσης μιας κουζίνας με επαγωγή και των οικιακών συσκευών.
• Η πιο διαδεδομένη διαμόρφωση, με την καλύτερη σχέση μεταξύ επένδυσης και ιδιοκατανάλωσης.

Πλήρως ηλεκτρική μονοφασική κατοικία με αντλία θερμότητας

• Φωτοβολταϊκό σύστημα 8 kWp — VIRGO 6K-S — 2 μονάδες των 10 kWh (20 kWh)
• Ισχύς μπαταρίας 10 kW: τροφοδοτεί ταυτόχρονα την αντλία θερμότητας, την επαγωγική εστία και τη βραδεία φόρτιση του αυτοκινήτου.
• Το δεύτερο μονάδα χρησιμεύει τόσο για την αυτονομία κατά τις βραδινές ώρες όσο και για την απορρόφηση της μέγιστης φόρτισης κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Τριφασική κατανάλωση, μικρή επιχείρηση ή κατοικία με έντονο σύγχρονο χαρακτήρα

• Φωτοβολταϊκό σύστημα 15 kWp — LYBRA 12K-T — 3 μονάδες των 10 kWh (30 kWh)
• Ισχύς μπαταρίας 15 kW και εφεδρικό σύστημα με χρόνο μεταγωγής < 10 ms.
• Αξιοποιήστε τα 3 MPPT σε πάνελ με διαφορετικούς προσανατολισμούς και την είσοδο του γεννήτρια ως τρίτη πηγή.

10. Εγκατάσταση: οι φυσικοί περιορισμοί που πρέπει να ελέγχονται κατά την επιτόπια επιθεώρηση

Η μονάδα μπαταρίας έχει διαστάσεις 465 × 268 × 918 mm και ζυγίζει λιγότερο από 116 κιλά. Αυτοί είναι οι δύο αριθμοί που πρέπει να ελέγχονται πριν από οτιδήποτε άλλο:

• Εύρος υποστήριξης: με τρία modules, το βάρος ξεπερνά τα 340 kg σε περιορισμένο χώρο. Πρέπει να ελεγχθεί η δομή, όχι μόνο ο χώρος.
• Διαδρομή πρόσβασης: Τα 116 κιλά ανά μονάδα απαιτούν κατάλληλη μεταφορά και ένα προσβάσιμο πέρασμα μέχρι το σημείο τοποθέτησης.
• Εσωτερικός χώρος: Το IP20 σημαίνει ότι δεν πρέπει να εκτίθεται σε άμεση επαφή με νερό ή σκόνη.
• Θόρυβος: η αθόρυβη μπαταρία και το VIRGO, με επίπεδο θορύβου κάτω από 25 dB, επιτρέπουν την εγκατάσταση ακόμη και κοντά σε κατοικημένους χώρους· το LYBRA, με επίπεδο θορύβου < 45 dB(A) και έξυπνο σύστημα εξαερισμού, ενδείκνυται περισσότερο για τεχνικό χώρο.

Η επικοινωνία μεταξύ της μπαταρίας και του μετατροπέα πραγματοποιείται μέσω CAN Bus / RS485, με ενσωματωμένο BMS και έγχρωμη οθόνη αφής LED με ένδειξη κατάστασης φόρτισης. Το τηλεχειριστήριο είναι διαθέσιμο μέσω Wi-Fi και LAN στο μοντέλο VIRGO, καθώς και μέσω Wi-Fi, Bluetooth και RS485 στο μοντέλο LYBRA.

11. Κανονισμοί και σύνδεση με το δίκτυο

Το σύστημα είναι πιστοποιημένο για σύνδεση με το ιταλικό δίκτυο σύμφωνα με CEI 0-21:2022 (με τις εκδόσεις V2:2022 και V3:2024 όσον αφορά την μπαταρία) και διαθέτει πιστοποιήσεις ασφάλειας και ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας IEC 62109-1/-2, IEC 62040-1 και σειρές EN/IEC 61000-6.

Οι ενσωματωμένες λειτουργίες προστασίας περιλαμβάνουν παρακολούθηση μόνωσης και υπολειπόμενου ρεύματος, προστασία από αντιστροφή πολικότητας, προστασία κατά του φαινομένου «anti-islanding», προστασία από υπερφόρτωση και βραχυκύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, καθώς και απομακρυσμένη απενεργοποίηση. Επιπλέον, το LYBRA ενσωματώνει SPD DC τύπου II και AC τύπου III και διακόπτης DC.

Υπάρχουν επίσης πιστοποιήσεις για τις κύριες ευρωπαϊκές αγορές — VDE-AR-N 4105, EN 50549-1, G98/G99, C10/11 — κάτι που αποτελεί σημαντικό στοιχείο για όσους δραστηριοποιούνται σε περισσότερες από μία χώρες.

Λίστα ελέγχου έργου

1. Μετρήστε το ωριαίο προφίλ κατανάλωσης πραγματική, όχι η ετήσια κατανάλωση.
2. Ορισμός των μέγιστη ισχύς σε kW που απαιτούνται και, βάσει αυτών, ο αριθμός των μονάδων (5 kW η καθεμία).
3. Επιλέξτε τον μετατροπέα με βάση την παροχή και την ισχύ του φωτοβολταϊκού συστήματος, ελέγχοντας τη συμβατότητα με την ισχύ της μπαταρίας.
4. Ελέγξτε τις κορδόνια σχετικά με την τάση ρελαντί κατά τη χειμερινή περίοδο και το ρεύμα για το MPPT.
5. Να ελέγξετε επιτόπου χωρητικότητα, πρόσβαση και εσωτερικός χώρος για την τοποθέτηση.
6. Αξιολόγηση της προσφοράς σχετικά με το κόστος ανά kWh που παρέχεται κατά τη διάρκεια ζωής, και όχι στην αρχική τιμή.

Σχεδιάζουμε την εγκατάστασή σας

Κάθε εγκατάσταση ξεκινά από ένα διαφορετικό προφίλ κατανάλωσης. Αν θέλεις τον υπολογισμό της ισχύος να βασίζεται στην πραγματική σου κατανάλωση, μπορείς να ζητήσετε πληροφορίες ή να απευθυνθείς απευθείας σε έναν συνεργάτης εγκαταστάτης της Heiwit στην περιοχή σου.

Περισσότερες πληροφορίες: η μπαταρία ιόντων νατρίου HEIWIT · μονοφασικός μετατροπέας VIRGO · τριφασικός μετατροπέας LYBRA · AI Care