Inselsysteme mit Wind- & Solarenergie BWE-Kleinwindanlagen Symposium Dipl.-Ing. Jan Rössler

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1 Inselsysteme mit Wind- & Solarenergie BWE-Kleinwindanlagen Symposium Dipl.-Ing. Jan Rössler

2 Agenda > Motivation > Wind & Sonne für Inselsysteme > Abgestimmte Systemkomponenten > Beispiele realisierter Systeme > Fazit 2

3 Die Erde bei Nacht 3

4 Elektrifizierungsrate Quelle: Weltbank Rot 3-33% Grün 33-66% Blau > 66% 4

5 Inselnetze mit erneuerbarer Energie 5

6 Wind & Sonne für Inselsysteme 6

7 Was muss man für eine Auslegung wissen? > Was ist die Kundenanwendung? > Insel, Backup, 1-phasig, 3-phasig > Welche Bedingungen müssen berücksichtigt werden? > Windverhältnisse, Einstrahlung, usw. > Welche Energiewandler sollen eingesetzt werden? > Wind, PV, Wasserkraft, Dieselgenerator > Wie hoch soll der Wind- und PV-Anteil sein? > Wie hoch ist der Energiebedarf (Ea) pro Jahr? > Welche maximale Leistung (Pmax) tritt auf? 7

8 Beispielhafter Aufbau eines Inselnetzes 8

9 Auslegung der PV-Anlage Wo befindet sich die Anlage? Energieertrag (E PV ) pro Jahr & kwp sinnvoller Solaranteil (SF) Deutschland kwh 50 70% Südeuropa kwh 60 90% Nord- oder Südafrika kwh % extrem gute Standorte kwh % (Saudi Arabien) Bestimmung der resultierenden PV-Anlagengröße (kwp) => z.b. mit Sunny Design (www.sma.de) 9

10 Auslegung der Windanlage Wo befindet sich die Anlage? > Mittlere Windgeschwindigkeit auf Wetterseiten einsehbar > ACHTUNG: Windenergieerträge der KWEA durch Bäume, Gebäude beeinflusst ( Rauigkeitsfaktor ) Für genauere Werte: Windmessung 10

11 Auslegung der Windanlage > Ertrag am Standort mit Tools abschätzbar z.b. SWT Yield Estimator (www.renknow.net) > Energiebedarf (Ea) Ertragsabschätzung > => Welche KWEA brauche ich! 11

12 Auslegung der Windanlage > Energiebedarf im Beispiel-Inselnetz: ca kwh > Gewählter Windanteil: 60% (Rest PV) > Durchschnittliche Windges. am Standort: 4 m/s => 3600 kwh/a am Standort zu erreichen z.b. mit Antaris5 (4,40 m Rotordurchmesser) 12

13 Auslegung der Windanlage > Passenden Wechselrichter für KWEA finden z.b. über Windy Design Tool > Einfach über Eingabe von Nennleistung und Spannungseckdaten > Wechselrichter bis 6kW und durch Parallelschaltung erweiterbar 13

14 Auslegung der Windanlage > Lastkennlinie des Wechselrichters anpassbar auf KWEA mit WBSTool > ODER schon bekannt und voreingestellt bestellbar (Bundle-Liste) 14

15 Auslegung Batterie und Generator Überbrückungszeit (Tage) Backup (Europa) 0,5 Backup (schlechtes Netz) 1 PV- oder Wind-Batteriesystem 4 System mit Dieselgenerator 2 > 4 Tage fast nur aus Batterien arbeiten > 2 Tage läuft der Dieselgenerator durch System mit Wasserturbine 1,5 15

16 Abgestimmte Systemkomponenten 16

17 Aufgaben eines Inselwechselrichters Sunny Island > Netzbildung > Frequenz > Spannung [f] [U] > Leistungs- und Batteriemanagement Frequency Shift Power Control > Übertragung und Umformung von Energie > AC zu DC zur Batterieladung > DC zu AC zur Verbraucherversorgung (AC-Kopplung) = ~ 17

18 PV-Hybridsystem: Tagbetrieb, Batterieladung Hoher PV Ertrag > Batterieladung zusätzlich zur Verbrauchsnachfrage 18

19 Leistungs- und Batteriemanagement > Frequency Shift Power Control Pac (%) Fac-delta- (4,5Hz) Fac-Start delta (1Hz) 100 Fac-Limit delta (2Hz) 50 Fac-delta+ (4,5Hz) f Fac (Hz) > Überspannung an der Batterie wird durch Abregelung vermieden > Durch Fac-Anhebung keine zusätzliche Kommunikationsleitung notwendig 19

20 Wechselrichter für Windturbinen > Frequency Shift Power Control begrenzt > Windy Boy Protection Box leitet überschüssige Energie auf einen Lastwiderstand um 20

21 Beispiele 21

22 Energieversorgung für ein Dorf in Nord-Ghana 22

23 Isle of Eigg in Schotland > Batteriewechselrichter Sunny Island 5048 (12) > Wasserturbinen (3) > PV mit SB 3000 (3) > Windturbinen Proven mit Windy Boy 6000A (4) > Diesel Generator 80 kw 23

24 Bohrinsel bei Japan > Inselwechselrichter Sunny Island 5048 (6) > Multicluster (2 Cluster) > Batterie: 2x 90 kwh > Windturbinen (21) Zephyr Airdolphin mit Windy Boy 1100LV (21) 24

25 Fazit Aufbau von Inselsystemen einfach und umweltfreundlich möglich! > SMA bietet hierfür das gesamte Produktportfolio und abgestimmte Komponenten > Standardkomponenten aus dem netzgekoppelten Markt können eingesetzt werden > PV und Wind können zunehmend Dieselgeneratoren ersetzen > Kostenlose Schulungen und Seminare vermitteln das notwendige Wissen > Kunden-Support bei Auslegung, Installation und Betrieb 25

26 Wenn der Wind der Veränderung weht bauen die einen Mauern und die andere Windmühlen! (alte chinesische Weisheit) Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! 26

27 Wenn der Wind der Veränderung weht bauen die einen Mauern und die andere Windmühlen! (alte chinesische Weisheit) Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! 27

28 Zusatzfolien Vielen Dank!

29 Weites Produktspektrum für passende Systemauslegung Windy Boys Max. AC Ausgangsleistung (W) Mit Transformator A 6000A 1100LV 3300 Zusätzliche Erweiterung des Leistungsspektrums durch Parallelschaltung Optional: passender Überspannungsschutz Windy Boy Protection Box 29

30 Ideal sind: Modulare Inselsysteme durch AC-Kopplung AC-Bus Bis zu einem Kilometer bei 230 V > Freie Wahl der Energiequellen (handelsübliche Netzkomponenten) > Große Entfernungen zwischen Komponenten möglich > Einfache Erweiterung auch nach Jahren 30 30

31 AC-Kopplung 31 31

32 Erweiterbar 32 32

33 Modular 33 33

34 Verschiedene Energiequellen 34 34

35 Energie in Netzqualität 35 35

36 Im Leistungsbereich von 1 bis 100 kw AC (kw) Sunny Island SI 2012 SI 2224 SI 3324 SI 4248/U SI 5048/U MC-Box-6 MC-Box-9 MC-Box

37 Vorteile der modularen AC gekoppelten Inselsysteme > Einfache Nutzung aller netzparallelen Energieerzeuger (PV, Wind, Wasser, BHKW) > Nutzung aller gängigen Verbraucher weltweit > Einfachere Planung und Installation > Flexible und einfach erweiterbar 37 37

38 Motivation Energiewandler Systemkomponenten Auslegung Beispiele Fazit Off-Grid power supply: Isle of Eigg in Schotland 38

39 Sunny WebBox Motivation Energiewandler Systemkomponenten Auslegung Beispiele Fazit Off-Grid power supply: Isle of Eigg in Schotland USBCOM NETCOM SMACOM MEMORY REPORT SYSTEM POWER 39

40 Sunny Sunny Motivation Energiewandler Systemkomponenten Auslegung Beispiele Fazit Off-Grid power supply: Isle of Eigg in Schotland W W W GSM DSL WebBox WebBox RS485 40

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