Bygningsintegreret solcellegenerator til parcelhuse og solcelleanlæg

Projektet omhandler udvikling og konstruktion af en 1 - 1,5KW højeffektiv nettilsluttet bygningsintegreret solcellegenerator for anvendelse i parcelhuse og større solcelleanlæg. Projektrapporten beskriver kravspecifikation, konceptevaluering, design, konstruktion og test.
Projektbeskrivelse
I forbindelse med SOL300/EnCon projektet har det vist sig, at der er et behov for et højeffektivt solcellegeneratoranlæg, som er prisbilligt og fleksibelt m.h.t. størrelse og udbygning, og som kan anvendes både af parcelhuse, større boliganlæg og erhvervsbyggeri. Solcellegeneratoren opbygges af solcelleenhed, effektoptimeringsenhed, boostenhed, pulsbreddemoduleret 50 hz sinusgenerator og filterenhed. Alle enheder er digitalt styret af en nyudviklet micro processor kombineret med en digital signal processor og switch drivere. Generatorenheden designes for solcellepaneler med effektstørrelse fra 20-130 W med udgangsspænding fra 10 – 30 Vdc samlet i moduler af 0,5-1 kW med en udgangsspænding på 100 – 400 Vdc. Dette giver en stor flexibilitet m.h.t. valg af solcellepaneltype og modulstørrelse. Effektoptimeringsenheden styrer via processoren at den maksimale effekt udtages af solcellemodulet afhængig af solindfald og temperatur. Denne funktion sikrer 10-20% bedre udnyttelse af solcellerne. Boosterenheden omsætter solcellemodulets spænding til nominel indgangsspænding for sinusgeneratoren (324Vdc). Hermed sikres, at et bredt spændingsområde af solcellemoduler kan tilsluttes (100-400Vdc). Hvis solcellemodulet er konfigureret til en spænding højere end 324 v udkobles boosterenhed og dens tab, hvorved virkningsgrad stiger. Den pulsbreddemodulerede sinusgenerator omdanner boosterenhedens 324 Vdc til 230V AC. Filterenheden sikre, at den leverede strøm til nettet overholder gældende normer. Alle ovennævnte enheder styres digitalt via microprocessor. Dette sikrer optimal styring mod kortslutninger, udkobling og indkobling, sikring mod ødrift og mulighed for brugerinterface til en PC via nettet eller en databus med mulighed for at aflæse forskellige øjebliks- og historiske data, samt kontrol af det enkelte solcellemoduls 'sundhedstilstand'. Derudover fremtidssikrer den generatoren ved, at opdaterede programmer kan indlægges
Resultater

Projektet har resulteret i fremstillingen af en prototype enhed. Prototypen er monteret i et standard væghængt stålskab med målene: 600mm x 400mm x 200mm. Enheden er installeret indendørs i en bygning hos EnCon, den forsynes fra en 1 KW streng af solcellemoduler koblet i serie. På udgangssiden er den koblet til 230V nettet. I udviklingsarbejdet har opnåelsen af en høj elektrisk virkningsgrad været prioriteret højt. Det har betydet, at der ikke har været anvendt så mange ressourcer på at produktionsoptimere prototypen. Prototypen er således bygget op af 6 delenheder, hver med deres printkort, mellem disse printkort er de nødvendige forbindelser ført med ledninger. Delenhederne er: 'Indgang interface, udgang interface, display, kontrol, step op og H bro'. For at optimere virkningsgraden har step op og H bro enhederne været testet i laboratoriet i hver 3 konfigurationer: konfiguration 1 - design konfigurationen - , konfiguration 2 - den konfiguration prototypen er leveret til EnCon i - og konfiguration 3, hvori der ved anvendelse af bedre kernemateriale til spolerne er opnået en bedre virkningsgrad. Der var kun en kerne med bedre materiale til rådighed, derfor var det ikke muligt at levere prototypen i konfiguration 3. Der er beregnet en komponentpris for hver delenhed (konfiguration 1) på basis af en tænkt seriestørrelse på 100 stk. Der er ikke beregnet en produktionspris inklusiv lønudgifter, da det næppe vil være relevant at starte en serieproduktion i prototypens nuværende udformning. I den leverede konfiguration ligger virkningsgraden meget tæt på 96% (projektets mål = 96% ved 300V - 350V og 100W - 1000W) i spændingsområdet 300V til 350V men kun i effektområdet 1000W - 1300W. Ved lavere belastninger falder virkningsgraden markant. Den leverede konfiguration lever således ikke op til projektmålet for belastninger under ca. 1000W. Resultater opnået under laboratorie test viser, at en optimeret konfiguration hvori begge spoler i H broen og spolen i step op enheden er lavet på et bedre kernemateriale sandsynligvis ville have en virkningsgrad tæt på 96% (i nogle tilfælde over) i spændingsområdet 250V - 350V og effektområdet 500W til 1500W. Testperioden ved EnCon viste, at den simple og hurtigt udførte tilpasning - som projektafviklingen levnede mulighed for - af MPP rutinen i prototypeinverteren ikke har været tilstrækkelig til under alle forhold at sikre en optimal udnyttelse af den til rådighed værende solenergi. Der har i projektperioden ikke været ressourcer til at gå i detaljer med EMC problematikken

Key figures

Periode:
2000 - 2002
Bevillingsår:
2000
Egen finansiering:
1,87 mio.
Støttebeløb:
1,36 mio.
Støtteprocent:
42 %
Projektbudget:
3,23 mio.

Kategori

Oprindelig title
Udvikling af højeffektiv bygningsintegreret solcellegenerator for anvendelse i parcelhuse og større solcelleanlæg
Program
EFP
Fælles overordnet teknologiområde
Sol
Projekttype
Udvikling
Journalnummer
1713/00-0012

Deltagere

IRD Fuel Cells A/S (Main Responsible)
Partner og Økonomi
Partner Tilskud Eget bidrag
SCHNEIDER ELECTRIC IT DENMARK ApS
EnCon A/S

Kontakt

Kontakperson
Justesen, Arne
Adresse
IRD A/S
Kullinggade 31
DK-5700 Svendborg, Denmark
Justesen, Arne ; Projektleder: Justesen, Arne , 62800008, ird@post4.tele.dk
Øvr. Partnere: American Power Conversion A/S; EnCon A/S

Energiforskning.dk - en fælles informationsportal for energiteknologiske forsknings- og udviklingsprogrammer.

Logo innovationsfonden
Logo for EUDP
Logo for elforsk