Hybridisähköjärjestelmien optimoiminen Victron Energyn laitteistoa käyttäen

Abstract

Opinnäytetyön toimeksiantajana toimi Hollolan sähköautomatiikka Oy. Työn tavoitteena oli selvittää optimaaliset parametrit toimeksiantajan valmistamille hybridisähköjärjestelmille, joissa käytetään sekä aggregaattia, että aurinkosähköä akuston lataamiseksi. Samalla pohdittiin sopivien komponenttien valintaa ja niille ihanteellista mitoitusta vaihtelevissa olosuhteissa. Oikeilla parametreillä ja mitoituksilla järjestelmä toimii parhaalla mahdollisella hyötysuhteella, ja virhetilanteita syntyy mahdollisimman vähän. Tutkimuksen keskiössä olivat Victron Energyn energianhallintalaitteet, sekä erilaisten akkujen ominaisuuksiin perehtyminen. Akulle ominainen latauskäyrä määrää sen, miten sitä voidaan ladata, mikä on kriittinen tekijä aggregaattilähtöisessä latauksessa. Akusto on myös suuri kustannustekijä järjestelmässä, ja sen käyttöikään voidaan vaikuttaa oikeanlaisilla latausprosessia säätelevillä parametreillä. Näitä parametrejä hallinnoidaan energianhallintalaitteilla, kuten keskusyksiköllä, invertterivaraajalla, aurinkolataussäätimellä, sekä akkumonitorilla. Tutkimuksen tuloksena päädyttiin siihen, että putkilevyakkua käytettäessä tulisi aggregaattikäyttöinen lataus aloittaa vähintään 50 % varaustilanteessa ja lopettaa noin 90 % varaustilanteessa. LiFePO4 ja muut li-ion akustojen latausprofiili on aggregaatille sopivampi. Niissä on kuitenkin omat haasteensa, ja vaikka ominaisuudet vaikuttavat lupaavilta, on ilman jatkotutkimusta mahdotonta väittää, että mikään li-ion olisi putkilevyä toimintavarmempi ratkaisu. Sekä akuston, aurinkopaneelien, että aggregaatin mitoituksiin löydettiin vastaukset. Lisäksi järjestelmälle löydettiin myös sopivat parametrit, mutta päätimme toimeksiantajan kanssa, että tarkat lopulliset arvot jätetään työstä salassapitosyistä pois.

The thesis was commissioned by Hollolan Sähköautomatiikka Oy. The aim of the thesis was to determine the optimal parameters for hybrid electric systems manufactured by the commissioner. The systems combine a generator and solar power to charge a battery. Also, the selection of suitable components and their ideal sizing under varying conditions were considered in this thesis. With the right parameters and sizing, the system should operate at optimum efficiency and with minimal number of errors. The study focused on Victron Energy's energy management equipment, as well as on the characteristics of different types of batteries. The charging curve of a battery determines how it can be charged, a critical factor in generator-based charging. The battery is also a major cost factor in the system, and its lifetime can be influenced by the right parameters controlling the charging process. These parameters are managed by energy management devices such as a central unit, inverter-charger, solar charge controller, and battery monitor. As a result of the study, it was concluded that when using a tubular plate battery, generator based charging should start at least at 50 % charge and stop at about 90 % charge. LiFePO4 and other Li-ion batteries have a more suitable charging profile for a generator. However, they too have their challenges, and while the characteristics seem promising, it is impossible to claim that any Li-ion is a more reliable solution than tubular plate for this particular system without further research. Answers were found for the sizing of the battery, solar panels and the generator. In addition, suitable parameters for the system were also found, but we decided with the commissioner that the exact final values would be left out of the work for confidentiality reasons.