Hibrid rendszerek

Mitől is hibrid a hibrid? Elsősorban attól, hogy több funkcióra képes egyszerre. Másodsorban attól, hogy akkumulátor is található a rendszerben

Alap inverter/rendszer felépítések:

A legtöbb háztetőn látható napelemes rendszer mind (rá)TERMELŐ (grid-tie) invertert használ.

Inverter kapcsolatai:
- egy/több DC (egyenáramú) napelem bemenet
- AC (váltóáramú pl 230V) kimenet (1 vagy 3 fázis) a szolgáltató felé
Ezek az inverterek a hálózat szinusz jelére szinkronizálnak, arra termelnek rá.

Előnye:
- Kimagasló termelési képesség
- Magyarországi termelői engedéllyel rendelkeznek, minden szolgáltató engedélyezett inverter listájában megtalálható/használható
Hátránya:
- Áramszünet alkalmával lekapcsol. Se nem termel, se a házban nincs áram.
- Megtermelt áramot helyben nem képes tárolni

Ritkábban látott rendszer az Off-grid (with grid support), azaz szigetüzemű (szolgáltatói áram támogatással) inverteres rendszer.

Inverter kapcsolatai:
- egy/több DC (egyenáramú) napelem bemenet
- egy DC (egyenáramú) be/kimenet akkumulátor felé (tölteni és meríteni is tudja az akkumulátort)
- AC (váltóáramú pl 230V) bemenet (1 vagy 3 fázis) a szolgáltató felől (opcionális)
- AC (váltóáramú pl 230V) kimenet (1 vagy 3 fázis) a védett hálózat (pl ház) felé

Saját szinusz jelgenerátorral rendelkezik, amelyet kizárólag a védett hálózat (pl ház) felé ad le AC kimenetén. Ha rá van kötve szolgáltatói áramra AC bemenet, ott KIZÁRÓLAG MINT FOGYASZTÓ lép fel. Visszatáplálni szolgáltató felé, rátermelni szolgáltatói áramra nem képes.

Előnye:
- UPS-ként funkcionál. Azaz ha el is megy a szolgáltatói áram (vagy ha nincs is eleve rákötve az) akkor is ellátja árammal a házat
- Egyszerre termel napelemből a ház ellátására, és a hozzá kapcsolt akkumulátorba. Így nappal feltölti akkumulátort, ami töltést utána este le tud adni akkumulátorból.
- Ha szolgáltató is van rákötve, akkor amint akkumulátor üres azonnal átvált szolgáltatói áram felhasználásra
Hátránya:
- Ha többet tudna termelni mint amit ház fogyaszt éppen, és akkumulátor is tele, akkor ez a többlet termelés elvész.
- Akkumulátor kell hozzá
- Kisebb a napelemes hatásfoka, mint a grid-tie invertereknek

Mint látszik mindkét fenti rendszernek megvannak a maga hiányosságai.
Ezért születtek a különböző hibrid megoldások.

A 4 alap hibrid rendszer:
1, egyetlen egységes hibrid rendszer (hybrid inverter)
2, termelő + szigetüzemű (UPS) hibrid rendszer (grid-tie + off-grid with grid support)
3, AC kapcsolt rendszer (AC Coupled)
4, DC kapcsolt rendszer (DC Coupled)
És ezek további kombinációi lehetségesek, pl DC kapcsolt rendszer AC kapcsolt rendszerrel ötvözve.

1, egy egységes hibrid rendszer

Az egyetlen egységbe épített hibrid rendszer talán az egyik legegyszerűbb, legolcsóbb, legkönnyebben kiépíthető, és legtöbb funkcióval rendelkező hibrid rendszer.
Legegyszerűbben úgy lehetne jellemezni, hogy itt egyetlen inverterbe került beépítésre a szigetüzemű (off-grid) és a termelő (grid-tie) rendszer.

Inverter kapcsolatai:
- egy/több DC (egyenáramú) napelem bemenet
- egy DC (egyenáramú) be/kimenet akkumulátor felé (tölteni és meríteni is tudja az akkumulátort)
- AC (váltóáramú pl 230V) BE+KImenet (1 vagy 3 fázis) a szolgáltató felé
- AC (váltóáramú pl 230V) kimenet (1 vagy 3 fázis) a védett hálózat (pl ház) felé

Saját szinusz jelgenerátorral rendelkezik, amelyet kizárólag a védett hálózat (pl ház) felé ad le AC kimenetén.
Ha rá van kötve szolgáltatói áramra AC be/kimenet, ott MINT FOGYASZTÓ és mint TERMELŐ lép fel. Visszatáplálni tud a szolgáltató felé, rátermelni a szolgáltatói áramra. Ugyanakkor fogyasztóként szolgáltatói áramot tud direktben felhasználni is.

Előnye:
- UPS-ként funkcionál. Azaz ha el is megy a szolgáltatói áram (vagy ha nincs is eleve rákötve az) akkor is ellátja árammal a házat (átváltási idő 10-20 ms)
- Egyszerre termel napelemből a ház ellátására, és a hozzá kapcsolt akkumulátorba. Így nappal feltölti akkumulátort, ami töltést utána este le tud adni akkumulátorból.
- Ha szolgáltató is van rákötve, akkor amint akkumulátor üres azonnal átvált szolgáltatói áram felhasználásra
- Áramszünet esetén is működnek és termelnek a napelemek a ház ellátására, valamint az akkumulátor töltésére !
- Termelni tud a szolgáltatónak, azaz ami áramot nem fogyaszt el a ház, és akkumulátor már fel van töltve, az ugyanúgy megy szolgáltatónak mint a termelő (grid-tie) invertereknél
-Magyarországi termelői engedéllyel rendelkezik, minden szolgáltató engedélyezett inverter listájában korlátozás mentesen megtalálható/használható
Hátránya:
- Akkumulátor kell hozzá
- Közelít a napelemes hatásfoka a grid-tie inverterekhez
- Kicsit drágább inverter

2, termelő + szigetüzemű (UPS) hibrid rendszer (grid-tie + off-grid with grid support)

Pontosan az, amit a neve sugall. Egy szokásos termelő (grid-tie) rendszer, és egy ettől teljesen független (ez esetben nevezzük) UPS rendszer.
A termelő rendszer termeli szokásos módján az áramot. Az UPS rendszer az így megtermelt áramot is el tudja tenni akkumulátorba (mely belső használat, szolgáltató nem méri), valamint az UPS inverterre is lehet közvetlen napelemet kötni.

Termelő (grid-tie) Inverterek kapcsolatai:
- egy/több DC (egyenáramú) napelem bemenet
- AC (váltóáramú pl 230V) kimenet (1 vagy 3 fázis) a szolgáltató felé

UPS (off-grid) Inverter kapcsolatai:
- egy/több DC (egyenáramú) napelem bemenet
- egy DC (egyenáramú) be/kimenet akkumulátor felé (tölteni és meríteni is tudja az akkumulátort)
- AC (váltóáramú pl 230V) bemenet (1 vagy 3 fázis) a szolgáltató és termelő (grid-tie) inverter felé
- AC (váltóáramú pl 230V) kimenet (1 vagy 3 fázis) a védett hálózat (pl ház) felé

Miért is kényelmes ez a rendszer?
Lényegében két rendszer egyben. Sokan már kiépítették a termelő rendszerüket. Számukra a váltás bármelyik másik hibrid rendszerre igen költséges lenne (vagy régi inverter kidobásával járhat, vagy igen drága AC kapcsolt rendszer kiépítésével)
Valamint így lehetőségük van újabb napelemeket kötni az UPS inverterre, ez által is növelni a saját energiatermelést.

Előnye:
- UPS-ként funkcionál. Azaz ha el is megy a szolgáltatói áram, akkor is ellátja árammal a házat (átváltási idő 0-10-20 ms). Akár Online (kettős konverziós) UPS !
- Egyszerre termel kettő napelemes rendszerből a ház ellátására, és az UPS rendszerhez kapcsolt akkumulátorba. Így nappal feltölti akkumulátort, ami töltést utána este le tud adni akkumulátorból.
- Amint akkumulátor üres azonnal átvált szolgáltatói áram felhasználásra
- Termel a szolgáltatónak, de csak a termelő (grid-tie) inverter.

Hátránya:
- Akkumulátor kell hozzá
- Kicsit drágább, két inverter (UPS inverter olcsó)
- Áramszünet esetén a Termelő inverter leáll. Kizárólag az UPS inverterre kötött napelemek termelnek, kizárólag a ház ellátására, valamint az akkumulátor töltésére !
- Akkumulátorból szolgáltatónak nem tud termelni.

3, AC kapcsolt rendszer (AC Coupled)

Mit is jelent, hogy AC kapcsolt egy rendszer?
A rendszer itt is több részből áll, melyek AC (230V-os) kapcsolatban állnak egymással.
- Egyik fele egy jól megszokott termelő (grid-tie) inverter.
- Másik fele a szinusz jelgenerátorral rendelkező, akkumulátoros inverter (inverter charger).

Ami a nagy különbség utóbbi akkumulátoros invertereknél a szigetüzeműekhez képest, hogy ezen inverterek mindössze egyetlen AC kapcsolattal rendelkeznek. Valamint, hogy ezen a kapcsolaton egyszerre jelet tudnak előállítani, leadni áramot, ugyanakkor fogadni is.
Hogy saját jelet tudjon generálni, ehhez elsőnek LE KELL VÁLASZTANIA a házat az áramszolgáltatóról (általában egy PLC felhasználásával).
Szét kell választani az AC kapcsolt rendszert hálózatra kapcsolt, és áramszünet alkalmával szigetüzemű működés szempontjából.

Hálózatra kapcsoltan a termelő termel, az akkumulátoros inverter elteszi a termelésből amennyi kell, sőt akár rásegíteni is tud. Azaz ház össz fogyasztása lehet akár szolgáltatótól bejövő mennyiség + termelő inverter által termelt mennyiség + Akkumulátoros inverter által akkumulátorból kivett mennyiség. Lehetőség van bejövő kábelre érzékelő felszerelésére, mely által az akkumulátoros inverter maximum annyi áramot állít elő amennyire a háznak éppen szüksége van. Azaz így nem termel szolgáltatónak.

Viszont áramszünet esetén átmegy szigetüzembe. Az akkumulátoros inverter adja a szinuszt, a termelő termel, a ház fogyaszt, a túltermelés megy akkumulátorba.
Az AC kapcsolt rendszerek nagy problémája ekkor a túltermelés. Az akkumulátoros rendszer korlátoltan tudja eltenni akkumulátorba a termelő által előállított (mínusz a ház által elhasznált) árammennyiséget. Amint több a termelt áram ennél, megnöveli az általa generált szinusz jel frekvenciáját. Ezzel kényszeríti a termelő invertert, hogy csökkentse vagy akár teljesen állítsa is le a termelést.

Termelő (grid-tie) Inverterek kapcsolatai:
- egy/több DC (egyenáramú) napelem bemenet
- AC (váltóáramú pl 230V) kimenet (1 vagy 3 fázis) a szolgáltató felé

Akkumulátoros Inverter kapcsolatai:
- egy DC (egyenáramú) be/kimenet akkumulátor felé (tölteni és meríteni is tudja az akkumulátort)
- AC (váltóáramú pl 230V) be/kimenet (1 vagy 3 fázis) a szolgáltató, termelő (grid-tie) inverter és a ház felé

Előnye:
- UPS-ként funkcionál. Azaz ha el is megy a szolgáltatói áram, akkor is ellátja árammal a házat
- Áramszünet esetén a termelő inverter termel tovább, DE a fogyasztás által limitálva
- Egyszerre termel napelemből a ház ellátására, és a hozzá kapcsolt akkumulátorba
Így nappal feltölti akkumulátort, ami töltést utána este le tud adni akkumulátorból.
- Amint akkumulátor üres némi késleltetéssel átvált szolgáltatói áram felhasználásra
- Termel a szolgáltatónak, de csak a termelő (grid-tie) inverter.

Hátránya:
- Akkumulátor kell hozzá
- Sokkal drágább. A jeladó akkumulátoros inverter különösen drága.
- Gyengébb UPS funkcionalitás. Mivel szigetüzembe PLC-vel kell átállnia (óra után felszerelt távolról vezérelt leválasztó), így átállási idő akár több másodperc is lehet. PC, TV készülékek leállnak.
- Pár másodperces áramszünetek kivédésére nem megfelelő.
- Akkumulátorból szolgáltatónak tud termelni.


4, DC kapcsolt rendszer (DC Coupled)

DC kapcsolt rendszer esetén a napelemes és az akkumulátoros inverter között DC (egyenáramú) kapcsolat van. Magyarán a napelemes rendszer (MPPT, ritkán inverter) tölti az akkumulátort, jelgenerátor inverter meríti/tölti az akkumulátort.

Termelő (DC) MPPT kapcsolatai:
- egy/több DC (egyenáramú) napelem bemenet
- DC (egyenáramú) kimenet, direkt bekötve akkumulátor áramkörre

Akkumulátoros Inverter (Inverter charger) kapcsolatai:
- egy DC (egyenáramú) be/kimenet akkumulátor felé (tölteni és meríteni is tudja az akkumulátort)
- AC (váltóáramú pl 230V) be/kimenet (1 vagy 3 fázis) a szolgáltató és a ház felé

Előnye:
- UPS-ként funkcionál. Azaz ha el is megy a szolgáltatói áram, akkor is ellátja árammal a házat
- Áramszünet esetén a napelemes MPPT tovább termel, DE az akkumulátor és a ház fogyasztása által limitálva
- Egyszerre termel napelemből a ház ellátására, és a hozzá kapcsolt akkumulátorba. Így nappal feltölti akkumulátort, ami töltést utána este le tud adni akkumulátorból.
- Amint akkumulátor üres némi késleltetéssel átvált szolgáltatói áram felhasználásra
- Termelhet a szolgáltatónak, de csak az akkumulátoros inverter
- Korlátlan számú MTTP köthető rá

Hátránya:
- Akkumulátor kell hozzá
- Sokkal drágább. A jeladó akkumulátoros inverter különösen drága. A különálló MPPT egységek tovább növelik a rendszer árát.
- Gyengébb UPS funkcionalitás. Mivel szigetüzembe kell PLC-vel átállnia így átállási idő akár több másodperc is lehet. PC, TV készülékek leállnak.
- Akkumulátorból szolgáltatónak tud termelni.