Opisat će se ideja električno skoro neovisne kuće. Zašto „skoro neovisne“? Zato što je kuća i dalje stalno spojena na javnu mrežu, no iz nje povlači energiju samo u količini koju nije uspjela povući iz Sunca. Ako je kuća opremljena s dovoljno fotonaponskih modula i ima dostatno baterija, kuća bi mogla biti i potpuno električno neovisna. Svi koji imaju brodicu dobro razumiju značenje ove riječi „skoro“. Ako brodica mjesec dana ne mora pristati negdje gdje će napuniti baterije, tada je brodica zaista električno neovisna. Ako to nije tako, brodica je „skoro“ neovisna.
Danas najčešće i najpovoljnije opremanje vlastitog doma sa sunčanom elektranom ide u smjeru primjene mrežnog izmjenjivača i polja fotonaponskih modula, slika 1. Ako ima Sunca energija će se proizvoditi u fotonaponskim modulima i predavati trošilima kroz mrežni izmjenjivač i kućnu instalaciju. Kuća troši onoliko energije koliko to zahtijevaju trošila pa će trošila uzeti što im treba. Ako se u trenutku proizvodi više nego su trenutačne potrebe trošila, taj višak će se proslijediti iz instalacije u javnu niskonaponsku mrežu. A ako se iz Sunca proizvodi manje energije od potreba trošila (primjerice za oblačna dana) ili se uopće ne proizvode jer je noć, tada će se manjak dopuniti iz mreže. Javna mreža je zapravo velika javna baterija iz koje se preuzima (kupuje) nedostajuća potrebna energija ili joj se predaje (prodaje) višak energije.
Takav model proizvodnje energije koji ima cilj što više proizvedene energije iskoristiti lokalno i nema za cilj proizvodnju samo za prodaju u mrežu je široko rasprostranjen model u Europi danas. Mana takvog sustava je što pri predaji viška energije u mrežu se ipak ne dobiva ista cijena kao kada tu energiju kupujete. Kroz razne tarifne modele koji jesu i koji će tek dolaziti, za očekivati je da se ovaj odnos skuplje kupnje i jeftinije prodaje neće mijenjati. Kako tome doskočiti? Ako bi se energija mogla spremiti u vlastitu bateriju, a ne je jeftino prodavati u mrežu kada je zapravo svi mogu prodati, tada bi se ona mogla odgođeno koristiti, dakle onda kada je svi kupuju i kada biste je i vi kupovali!
Zašto vlastiti spremnik energije
Dvosmjerni pretvarač – sučelje između baterije i kućne instalacije
Kako uvući Sunce u sustav
Bez Sunčeve energije sustav sa slike 3. zapravo i nema smisla. Ako se doda baterija i dvosmjerni pretvarač na sustav sa slike 1 (kuća opremljena sunčanom elektranom za samopotrošnju s mrežnim izmjenjivačem), tada je sunce uvučeno u sustav, slika 4. Fotonaponski paneli predaju Sunčevu energiju u obliku električne energije preko mrežnog izmjenjivača u sustav prema trošilima i prema dvosmjernom pretvaraču koji je može usmjeriti u bateriju. Ovo je optimalni put energije iz fotonaponskih panela za trenutačno trošenje. Ako je baterija puna, dio energije može ići u javnu mrežu. Nakon što nestane Sunca može se koristiti energija iz baterije. Za primijetiti je da pri prolasku spremljene energije iz baterije prema kućnim trošilima mora opet doći do istosmjerno/izmjenične pretvorbe. Za odgođeno, primjerice večernje korištenje, električna energija proizvedena iz Sunčeve energije u mrežnom izmjenjivaču dva puta prolazi kroz dvosmjerni pretvarač. Prvi puta dok se po danu kao proizvodni višak sprema u bateriju, a drugi puta kada se iz baterije uzima i predaje trošilima u večernjim satima. To znači da se događaju dva puta i gubici pretvorbe, tj. da se od polazne električne energije proizvedene iz Sunca gubi i 10 % u dvosmjernom pretvaraču.
Ako se Sunčeva energija za odgođeno korištenje puni u bateriju preko MPPT regulatora punjenja, tada na putu do trošila prolazi samo jednom kroz istosmjerno/izmjeničnu pretvorbu u dvosmjernom pretvaraču, slika 5. To je optimalni put energije kroz sustav za odgođeno korištenje. I mrežni izmjenjivač sa slike 4. i DC/DC regulator punjenja također imaju svoje gubitke, no oni su neizbježni.
Kako usmjeravati energiju u sustavu
Netko mora usmjeriti višak energije proizveden u mrežnom izmjenjivaču dok ima Sunca u bateriju sve dok je ona prihvaća, netko mora usmjeriti energiju iz baterije u dvosmjerni pretvarač i trošila, a ne da se trošila napajaju kupljenom energijom iz mreže. Netko mora odrediti koliko će se energije iz mreže i u kojem slučaju pustiti prema bateriji, netko mora osjetiti da nema Sunca, da je baterija prazna i propustiti svu energiju iz mreže trošilima ili pak da nema Sunca, da postoje trošila, a da se energija uzme iz baterije umjesto iz mreže…Upravo tu ulogu „skretničara“ ima malo nadzorno računalo u sustavu, slika 8. Da bi se moglo uspješno upravljati sustavom bitno je znati stanje na priključno- obračunskom mjestu, tj. da li kuća prima ili predaje energiju. Na tom mjestu distributer postavlja svoje obračunsko, dvosmjerno brojilo po kojem na kraju mjeseca stižu i računi. U to brojilo se ne smije dirati pa je nužno postaviti digitalno dodatno kontrolno brojilo kojim se mjeri stanje na obračunskom mjestu za potrebe upravljanja usmjeravanja energije. To dodatno brojilo je spojeno na nadzorno računalo koje upravlja svim uređajima sustava. Tek mjerenje na sučelju kuće omogućuje da se kuća prema mreži ponaša na željeni način, primjerice da se postavi da je potrošnja kuće 0 W sve dok ima sunca ili energije u bateriji!
Zašto demonstracijska mobilna maketa
Zaključak
Sva znanja stečena na ovoj maketi i prije svega dobar osjećaj praćenja i vizualiziranja rada sustava upravljanja energijom u učenicima (nadamo se u i svakom čitatelju) provjereno bude spoznaju da se može trošiti samo ono što se ima. Nas starije, da ne kažem stare, na to su podsjećali roditelji: ugasite djeco svjetlo da uzalud ne gori. Mi to nismo prenijeli mlađim generacijama. Kako cijene energenata rastu rastrošnički pristup energiji u kućanstvu, pogotovo jeftinoj, imat će tek neki. Ipak pristup znanju kako uhvatiti besplatnu sunčevu energiju je i dalje besplatan… U narednim nastavcima opisat će se shema, izvedba i programiranje makete koju bi svatko od nas poželio imati kod sebe doma već danas, a svakako do skore jeseni. No ne činimo ovo radi ove jeseni, činimo ovo kako bi prvenstveno nove generacije koje ulaze na tržište rada bile spremne za ono što ih, nadajmo se svi, tamo već čeka!