De zonne-omvormer
Grundfos RSI
De RSI zet het gelijkstroomvermogen van een fotovoltaïsch veld om in driefasige wisselstroom om een dompelpomp aan te drijven, zonder batterijen. Hij bevat een geïntegreerde MPPT (Maximum Power Point Tracking), heeft beschermingsklasse IP66, dekt een vermogensbereik van 1,5 tot 250 kW en kan, afhankelijk van de configuratie, worden bijgestaan door het elektriciteitsnet of een generator. Deze kenmerken vormen de essentiële elementen om rekening mee te houden bij de dimensionering.
Een frequentieregelaar op maat van de zon
De RSI-omvormer vormt de interface tussen de fotovoltaïsche generator en de dompelmotor. De fotovoltaïsche panelen leveren een gelijkspanning die varieert met de instraling en de temperatuur, terwijl de motor een driefasenvoeding nodig heeft waarvan de spanning en de frequentie nauwkeurig moeten worden gestuurd. De RSI voert deze omzetting uit en integreert daarbij een algoritme voor het volgen van het maximale vermogenspunt (MPPT). Hij past voortdurend de uitgangsfrequentie aan, en dus het toerental van de pomp, aan het op dat moment beschikbare vermogen. De pomp werkt zo over het hele instralingsbereik, met een debiet dat op natuurlijke wijze meebeweegt met de energie die het fotovoltaïsch veld levert.
Lage of hoge spanning, een structurele keuze
De RSI-omvormer is verkrijgbaar in twee ingangsspanningsbereiken, waarvan de keuze de dimensionering van de fotovoltaïsche generator bepaalt. De hoogspanningsversie is bestemd voor installaties met gemiddeld en hoog vermogen, en maakt het gebruik van strengen modules met hoge spanning mogelijk. De laagspanningsversie, beperkt tot een maximaal vermogen van 15 kW, is ontworpen om te werken met lagere gelijkspanningen en aangepaste configuraties van het fotovoltaïsch veld.
| 3 × 208-240 V | 3 × 380-440 V | |
|---|---|---|
| Vermogensbereik | 1,5 tot 15 kW | 2,2 tot 250 kW |
| Minimale spanning op het maximale vermogenspunt | 230 V | 450 V |
| Aanbevolen spanning | 290 tot 336 V | 530 tot 615 V |
| Maximale ingangsspanning | 400 V | 800 V |
| Uitgangsfrequentie | 5 tot 160 Hz | 5 tot 160 Hz |
| Beschermingsklasse | IP66 | IP54 of IP66 |
De minimale MPPT-spanning, de aanbevolen spanning en de maximale ingangsspanning bepalen de dimensioneringsgrenzen van de fotovoltaïsche generator. De streng modules moet een spanning behouden boven de minimale werkdrempel wanneer de celtemperatuur hoog is, een voorwaarde om het volgen van het maximale vermogenspunt te behouden. Omgekeerd mag de nullastspanning nooit de maximale ingangsspanning van de omvormer overschrijden onder de meest ongunstige omstandigheden, met name bij strenge kou, wanneer de spanning van de panelen maximaal is. De dimensionering moet dus waarborgen dat aan beide grenzen tegelijk wordt voldaan, om een betrouwbare en continue werking van de installatie het hele jaar door te garanderen.
De RSI wordt gekozen op basis van de motorstroom
De dimensionering van de omvormer wordt bepaald door de nominale stroom van de motor. Bij gelijk vermogen heeft een motor die is ontworpen voor een lagere nominale spanning een hogere nominale stroom. Het is dan ook gebruikelijk dat de vereiste omvormer tot een hogere vermogensklasse behoort dan die van de motor, om de gevraagde stroom onder alle bedrijfsomstandigheden te dekken.
| Grootte van de RSI, klasse 3 × 380-440 V | Nominale uitgangsstroom | Grootte |
|---|---|---|
| 2,2 kW | 5,6 A | A |
| 4 kW | 9,6 A | A |
| 7,5 kW | 16 A | B |
| 15 kW | 31 A | B |
| 22 kW | 46 A | C |
| 37 kW | 72 A | C |
| 55 kW | 105 A | MR7 |
| 110 kW | 205 A | MR8 |
| 250 kW | 460 A | ED |
Hetzelfde principe geldt bij de vervanging of modernisering van een bestaande installatie: de keuze van de omvormer gebeurt op basis van de nominale kenmerken op het typeplaatje van de motor, en niet enkel op basis van het schijnbare vermogen. De inbedrijfstellingsassistent van de RSI steunt overigens op deze parameters, namelijk de nominale spanning, de frequentie, het toerental, de nominale stroom, de vermogensfactor en het vermogen, om de omvormer te configureren. Om deze stap te vereenvoudigen, bevat hij een bibliotheek van de belangrijkste Grundfos-motoren, waarmee het geïnstalleerde model direct kan worden geselecteerd.
Wat de RSI kan aandrijven
Het technisch boekje somt de compatibele Grundfos-families op: de dompelpompen SP, de verticale meertraps CR, de NB- en NK-pompen met axiale aanzuiging, de MTR, de CM en de in-line TP. Slechts twee voorwaarden: een nominale frequentie van 50 of 60 Hz, en een motor die kan werken op 3 × 380 V of 3 × 220 V.
Wat een RSI-installatie werkelijk omvat
Een volledige installatie omvat, naast de omvormer, verscheidene uitrustingsstukken waarvan de handleiding de lijst vaststelt. Twee daarvan behoren tot het ontwerp en moeten al bij de studie van het project worden voorzien.
| Element | Rol | Status |
|---|---|---|
| Gelijkstroomscheider | het fotovoltaïsch veld veilig uitschakelen | onmisbaar |
| Overspanningsbeveiliging gelijkstroomzijde | de ingang van de omvormer beschermen | onmisbaar |
| Droogloopsensor | specifieke ingang op de omvormer | onmisbaar |
| Sinusfilter | de motorisolatie beschermen tegen spanningspieken | afhankelijk van spanning en kabellengte |
| Verzamelkast | de strengen modules samenbrengen | afhankelijk van de grootte van het veld |
| Niveausensor | stop bij volle tank | optioneel, ingang voorzien |
| Wisselstroomscheider | onderbreking tussen uitgang en motor | optioneel |
Deze beperking is bepalend voor de keuze van de omvormerklasse. De modellen 3 × 380 tot 440 V vereisen een minimale spanning van 450 V op het maximale vermogenspunt, wat noodzakelijk een nullastspanning van meer dan 400 V met zich meebrengt. Het plaatsen van een sinusfilter is bij deze klasse dan ook systematisch vereist. Omgekeerd zijn de omvormers 3 × 208 tot 240 V ontworpen om te werken met een fotovoltaïsche generator waarvan de ingangsspanning onder 400 V blijft, waardoor dit filter, onder de door de fabrikant voorziene voorwaarden, achterwege kan blijven.
De ingebouwde beveiligingen, en de voeler die ze aanvult
De RSI-omvormer bevat een volledig pakket beveiligingsfuncties om de motor, de omvormer en de fotovoltaïsche generator te beveiligen. Hij bewaakt onder meer overstroom, over- en onderspanning, aardfouten, faseuitval van de motor, kortstondige en langdurige overbelasting, rotorblokkering, werking bij onderbelasting en de interne temperatuur van de omvormer. Hij bevat ook een specifieke beveiliging voor fotovoltaïsche toepassingen: wanneer het door de generator geleverde vermogen onvoldoende wordt om een stabiele werking te waarborgen, onderbreekt de omvormer automatisch de aandrijving van de pomp, om verslechterde bedrijfscycli te vermijden.
De inbedrijfstelling omvat een tweede, bepalende instelling: die van de minimale opvoerfrequentie. De procedure bestaat erin de installatie bij zonnig weer te starten, de frequentie geleidelijk te verhogen tot het debiet daadwerkelijk verschijnt, en deze waarde vervolgens in de omvormer op te slaan. Deze instelling legt de aanloopdrempel van de pomp vast, waaronder geen enkel debiet aan de uitgang wordt geleverd.
Hitte en hoogte
Bij de dimensionering van de omvormer moet rekening worden gehouden met twee deratingfactoren, vooral in warme en hooggelegen gebieden waar zonnepompsystemen vaak worden ingezet. Tot een omgevingstemperatuur van 40 °C kan de omvormer zijn nominale stroom leveren. Daarboven, en tot 60 °C, moet de toelaatbare uitgangsstroom worden verlaagd conform de specificaties van de fabrikant. Op dezelfde manier is de werking bij volle belasting gewaarborgd tot een hoogte van 1.000 m. Daarboven wordt een derating van 1% van de nominale stroom toegepast per schijf van 100 m, tot de maximale hoogte van 3.000 m.
Vijf beslissingen, één dimensionering
Een RSI kiezen betekent tegelijk een pomp, een motor, een omvormergrootte, een lengte van de strengen modules en een aantal parallelle strengen kiezen. Deze vijf beslissingen hangen samen: het spanningsvenster legt de lengte van de streng vast, de lengte van de streng legt de vermogensstap van het veld vast, en de pomp bepaalt de aanloopdrempel waaronder geen enkel debiet aan de uitgang wordt geleverd.
Waar deze informatie vandaan komt
- Installatie- en bedieningshandleiding RSI 1,5 tot 250 kW, Grundfos: technische kenmerken, spanningsklassen, groottes en uitgangsstromen, rendementen van de aandrijfmodule, opstartassistent, foutcodes, instelling van de minimale opvoerfrequentie.
- Handleiding RSI AC Drives, Grundfos: aangestuurde motortypes, omgevingstemperatuurbereiken en derating, derating op hoogte, schakelfrequentie.
- Technisch boekje RSI, omvormer voor hernieuwbare zonne-energie voor de aansturing van pompen 1,5 tot 37 kW, Grundfos: algemene beschrijving, onderdelen van de installatie, compatibele pompfamilies, accessoires.
- Installatie- en bedieningshandleiding SP en SPE, Grundfos: spannings- en kabellengtegrenzen met en zonder sinusfilter, temperatuursensoren op frequentieregelaar.