U fotovoltaické elektrárny často nastává situace, kdy je výroba vyšší než aktuální spotřeba objektu. V takovou chvíli vzniká přetok do distribuční sítě. Pokud ale máme v objektu spotřebiče, které lze řídit podle přebytků, nemusí tato energie odcházet pryč. Může se využít přímo na místě.
V této instalaci kombinujeme tři řízené výstupy pro ohřev vody:
- dvě chytré zásuvky Shelly,
- jeden proporcionálně řízený SSR výstup,
- automatické řízení podle aktuálních přetoků z fotovoltaiky.
Všechny tři výstupy slouží k nahřívání vody. Rozdíl je v tom, že zásuvky pracují jako spínané spotřebiče, zatímco SSR výstup umí plynule regulovat výkon podle aktuálně dostupného přebytku.
Proč kombinovat zásuvky a SSR relé
Každý typ řízení se hodí na něco jiného.
Chytrá zásuvka nebo Shelly modul je vhodný pro spotřebič, který se zapne nebo vypne. Typicky jde o topné těleso, bojler, menší nádrž nebo jinou odporovou zátěž s pevným příkonem.
SSR relé je naopak vhodné tam, kde chceme výkon řídit plynule. Pokud je k dispozici jen malý přetok, SSR výstup může dodat do topné spirály pouze část výkonu. Pokud přetok vzroste, výkon se automaticky zvýší.
Díky kombinaci obou způsobů řízení lze lépe využít různé úrovně přetoků. Větší přebytky zapnou prioritní zásuvky a zbylá energie může být plynule využita přes SSR relé.
Nastavení priorit
V této instalaci jsou použité tři výstupy pro ohřev vody. Každý má vlastní prioritu.
Nejvyšší prioritu má první Shelly zásuvka. Jakmile jsou splněny podmínky pro optimalizaci a je k dispozici dostatečný přetok, systém nejdříve zapne tento výstup.
Druhá v pořadí je další Shelly zásuvka. Ta se zapíná až ve chvíli, kdy je možné využít další přebytečnou energii.
Nejnižší prioritu má SSR výstup pro topnou spirálu v nádrži. Ten slouží hlavně k plynulému využití zbylého přetoku, který by jinak odešel do sítě.
Na obrázku je vidět konfigurace automatického řízení. Výstupy jsou seřazené podle priority. První je zásuvka PD03, druhá zásuvka FCK4 a třetí je nahřívání teplé vody přes SSR výstup. Součástí nastavení je také hloubka vybití baterie, která určuje, kam až může systém při optimalizaci pracovat s uloženou energií.
Automatický nebo ruční režim
Každý výstup lze provozovat v automatickém režimu, nebo jej ručně vypnout či zapnout.
Automatický režim je vhodný pro běžný provoz. Systém sám vyhodnocuje aktuální výrobu fotovoltaiky, spotřebu objektu, stav baterie a dostupný přetok. Podle toho rozhoduje, který výstup má být aktivní.
Ruční režim se hodí například pro servis, testování nebo situaci, kdy chce uživatel konkrétní výstup dočasně vypnout. Díky tomu není optimalizace pevně svázaná jen s jedním scénářem. Uživatel má stále možnost zasáhnout podle aktuální potřeby.
Sledování optimalizace v čase
Důležitou součástí systému je přehled nad tím, co se reálně děje. V aplikaci je vidět, kdy byly jednotlivé výstupy zapnuté a jak pracoval SSR výstup.
U spínaných zásuvek je přehledně vidět stav zapnuto/vypnuto. U SSR výstupu je navíc vidět průběh regulace výkonu. To je důležité hlavně proto, že SSR nepracuje pouze ve stavech 0 % a 100 %, ale výkon se mění podle aktuálního přetoku.
Na grafu SSR výstupu je vidět, že během dne výkon kolísá. To odpovídá reálnému provozu fotovoltaiky, kdy se mění výroba podle počasí, zastínění, oblačnosti i okamžité spotřeby objektu. Systém na tyto změny reaguje a snaží se využít dostupnou energii pro ohřev vody.
Statistiky chytrých zásuvek
Shelly zásuvky poskytují nejen možnost spínání, ale také měření. U každé zásuvky je vidět aktuální výkon, napětí, proud, teplota a celková dodaná energie.
V této instalaci jsou použité dvě zásuvky:
- FCK4,
- PD03.
Obě zásuvky spínají zátěž pro nahřívání vody. Na grafech spotřeby je vidět, že se zátěž zapíná ve špičkách podle dostupných přetoků. Příkon se pohybuje přibližně kolem 2 kW, což odpovídá běžnému topnému tělesu.
Na obrázku jsou vidět aktuální hodnoty obou zásuvek a jejich historická spotřeba. Zásuvka FCK4 má v ukázce celkovou dodanou energii přibližně 188 kWh. Zásuvka PD03 má celkovou dodanou energii přibližně 250 kWh. To je energie, která byla využita přímo v objektu pro ohřev vody místo toho, aby odtekla do sítě jako přetok.
Statistiky SSR výstupu
Třetím řízeným prvkem je SSR výstup. Ten je nastavený jako proporcionální výstup pro spínanou zátěž 4 500 W.
To znamená, že systém nemusí do topné spirály posílat vždy celý výkon. Pokud je k dispozici například jen 500 W přetoku, může výstup pracovat pouze částečně. Pokud je přetok vyšší, výkon se zvýší.
V ukázce je vidět, že SSR výstup byl v daný den aktivní 6 hodin a 31 minut. Celkově už byl aktivní 494 hodin a 8 minut. To ukazuje, že nejde jen o krátkodobé sepnutí, ale o dlouhodobé a průběžné využívání přebytků.
SSR výstup je vhodný hlavně pro jemné doladění optimalizace. Zásuvky využijí větší přebytky, zatímco SSR dokáže spotřebovat i menší zbytky výkonu, které by jinak nebylo možné efektivně využít pomocí běžného spínání.
Jak systém pracuje v praxi
Princip řízení je následující:
- Systém sleduje aktuální přetok z fotovoltaiky.
- Pokud je k dispozici dostatečný výkon, zapne první prioritní zásuvku.
- Pokud přetok dále trvá nebo je vyšší, zapne druhou zásuvku.
- Zbývající přebytek je možné využít přes SSR výstup.
- Pokud přetok klesne, systém postupně omezuje řízené výstupy podle nastavených priorit.
Výhodou tohoto řešení je, že systém nepracuje jen s jedním spotřebičem. Má k dispozici více stupňů řízení a může energii rozdělovat podle aktuální situace.
Uživatel přitom nemusí nic ručně hlídat. Jakmile je systém nastavený, optimalizace probíhá automaticky.
Proč má ohřev vody pro přetoky smysl
Ohřev vody je pro využití přetoků velmi vhodný. Voda funguje jako akumulace energie. Elektřina z fotovoltaiky se převede na teplo a uloží se do bojleru, nádrže nebo jiné nádoby.
Na ohřev 200 litrů vody z 15 °C na 55 °C je potřeba přibližně 9,3 kWh energie. Pokud tedy systém během dne využije například 10 kWh přebytků, odpovídá to přibližně jednomu plnému ohřevu běžného 200litrového bojleru.
Při dlouhodobém provozu se úspora sčítá. Každá kilowatthodina využitá na místě snižuje množství elektřiny, kterou by bylo nutné nakoupit ze sítě.
Modelový přínos instalace
Z naměřených hodnot na zásuvkách je v ukázce vidět celková dodaná energie:
- FCK4 přibližně 188 kWh,
- PD03 přibližně 250 kWh.
Dohromady tedy samotné zásuvky dodaly do ohřevu vody přibližně:
188 kWh + 250 kWh = 438 kWh
Pokud bychom tuto energii nakupovali ze sítě například za 5 Kč/kWh, odpovídá její hodnota:
438 kWh × 5 Kč = 2 190 Kč
K tomu je potřeba připočítat ještě energii dodanou přes SSR výstup. Ten v této instalaci pracuje s maximální spínanou zátěží 4 500 W a díky proporcionálnímu řízení může využívat i menší a proměnlivé přetoky.
Skutečný ekonomický přínos závisí na tom, kolik energie by jinak odešlo do sítě a jaký je rozdíl mezi výkupní cenou přetoků a cenou nakupované elektřiny. Obecně ale platí, že čím více energie se využije přímo v objektu, tím lepší je ekonomika celé fotovoltaické instalace.
Shrnutí
Tato instalace ukazuje praktické využití přetoků z fotovoltaiky pro ohřev vody pomocí kombinace dvou Shelly zásuvek a jednoho SSR výstupu.
Shelly zásuvky slouží jako spínané výstupy s jasně danou prioritou. SSR relé doplňuje systém o plynulé řízení výkonu podle aktuálního přetoku. Díky tomu lze efektivně využít jak větší přebytky, tak i menší zbytky výkonu, které by jinak odešly do distribuční sítě.
Celé řešení lze provozovat automaticky, nebo jednotlivé výstupy ručně zapínat a vypínat podle potřeby. Uživatel zároveň vidí statistiky zásuvek, průběh spotřeby i aktivitu SSR výstupu.
Výsledkem je vyšší vlastní spotřeba energie z fotovoltaiky, menší množství přetoků do sítě a lepší využití vyrobené elektřiny přímo v místě instalace.