Technische fiche

Het hybride zonnepompen
LORENTZ PSk

De PSk-familie laat het fotovoltaïsche veld en een tweede energiebron samenwerken, op dezelfde pomp en continu. De PSk3 draagt zijn wisselstroomingang in de regelaar, voor systemen van 8,3 en 16 kVA. Daarboven krijgt de PSk2 dezelfde capaciteit via de smartPSUk2, tot aan regelaars met 100 kWp zonne-ingang en 75 kW motorvermogen. De smartStart voegt daar de automatische bediening van het aggregaat aan toe.

Continue menging van de twee bronnen PSk3: geïntegreerde AC-ingang PSk2 + smartPSUk2 Dag en nacht
Het principe

De twee bronnen voeden dezelfde bus, de zon eerst

Een hybride PSk-systeem heeft één vermogenselektronica en één motor. Het fotovoltaïsche veld en de wisselstroombron komen samen op dezelfde gelijkspanningsbus, die de pompregelaar voedt. De technische fiches van de smartPSUk2 beschrijven het gedrag in één zin: het systeem combineert de energie continu, zodat alleen de nodige hoeveelheid van de niet-zonnebron wordt afgenomen.

Het praktische gevolg vat zich in drie punten samen. Het fotovoltaïsche deel behoudt de voorrang en levert op elk ogenblik wat het kan, naargelang de instraling. De tweede bron levert de aanvulling, ogenblikkelijk en ter grootte van het tekort. Het gevraagde debiet of de gevraagde druk blijft aangehouden terwijl de externe bijdrage varieert, minuut na minuut, in tegengestelde zin aan de zon.

Op een locatie die op het net is aangesloten, komt dat neer op het verbruiken van kilowattuur alleen tijdens de dalen in de instraling en de uren zonder zon. Op een locatie met een aggregaat draait de machine het grootste deel van de tijd in deellast, aangezien ze enkel het verschil dekt tussen de behoefte van de pomp en de productie van het veld. Die werking laat toe, zoals de nota smartSolution hybrid pumping beschrijft, om een aggregaat te kiezen dat merkelijk kleiner is dan wat een zuiver thermische aandrijving zou vereisen.

Continude twee bronnen werken tegelijk, de hulpbron volgt de instraling spiegelbeeldig
Nachthet pompen gaat door op de wisselstroombron wanneer de programmering dat vraagt
Eén motordezelfde pomp en dezelfde regelaar bedienen beide regimes
PumpScannerde volledige hybride configuratie wordt vanuit de app ingesteld, sensoren inbegrepen
De familie

De PSk3 draagt zijn AC-ingang, de PSk2 krijgt ze van de smartPSUk2

Twee architecturen dekken de reeks. Op de PSk3 is de wisselstroomingang in de regelaar geïntegreerd: de driefasige kabel komt rechtstreeks het toestel binnen, net als het fotovoltaïsche veld. Op de PSk2 wordt de functie gedragen door een aparte kast, de smartPSUk2, die het zonneveld en de wisselstroombron ontvangt en aan de regelaar de gecombineerde gelijkstroom levert.

Regelaar PSk3PSk3‑7PSk3‑15
Nominaal uitgangsvermogen8,3 kVA16 kVA
Nominaal motorvermogen5,5 kW11 kW
Zonne-ingang, spanningsbereik400 tot 850 V400 tot 850 V
Minimale MPPT-spanning575 V575 V
AC-ingang, nominale spanning380 tot 480 V ±10 %380 tot 480 V ±10 %
AC-ingang, maximale stroom17,5 A30 A
Maximale waarde van de AC-zekeringen20 A35 A
Beschermingsgraad van de regelaarIP 66IP 66

De inschakelstroom van de wisselstroomingang bereikt 42 A op beide maten, een waarde om te onthouden bij de keuze van de schakelorganen. Het toegelaten frequentiebereik aan de ingang loopt van 45 tot 60 Hz volgens de tabel met technische gegevens, en de handleiding voegt eraan toe dat de regelaar de netspanning bewaakt vóór hij zich erop aansluit, en daarna tijdens de hele werking: hij koppelt aan wanneer de spanning binnen het voorziene bereik ligt, en stopt op een onstabiel net.

In hybride bedrijf bepaalt de spanning van het fotovoltaïsche veld de toegang tot de menging. De PSk3 richt de wisselspanning intern gelijk; opdat de twee bronnen zouden samenwerken, moet de werkelijke Vmp van het veld boven die gelijkgerichte spanning blijven. De handleiding geeft de overeenkomst: 380 V AC vragen minstens 535 V DC, 400 V AC vragen 565 V DC, 460 V AC brengen de drempel op 650 V DC en 480 V AC op 680 V DC. Hetzelfde hoofdstuk stelt een korte en strikte installatieregel: in hybride bedrijf mag het fotovoltaïsche veld niet worden geaard.
Regelaar PSk2Zonne-ingangMotorUitgangsstroomMax. AC-ingang per fase
PSk2‑2121 kWp15 kW3 × 33 A38 A
PSk2‑2525 kWp18,5 kW3 × 40 A45 A
PSk2‑4040 kWp30 kW3 × 65 A70 A
PSk2‑100100 kWp75 kW3 × 160 A170 A

Twee kasten dekken die reeks. De smartPSUk2‑40 hoort bij de regelaars PSk2‑21 tot PSk2‑40: haar wisselstroomingang aanvaardt 3 × 380 tot 415 V ±10 % in 50 of 60 Hz, tot 38 kW en 48 kVA, en haar gelijkstroomuitgang is opgegeven voor maximaal 850 V en 70 A. De smartPSUk2‑100 bedient de PSk2 boven de PSk2‑40, tot aan de PSk2‑100, met hetzelfde ingangsspanningsbereik, een maximaal vermogen van 95 kW en een gelijkstroomuitgang van 170 A. Beide kasten aanvaarden een nullastspanning van het veld van 850 V, zijn IP 54 beschermd in een behuizing van gepoedercoat roestvast staal, werken van −10 tot 50 °C omgevingstemperatuur en dragen een beveiliging tegen oververhitting en een actieve koeling.

De smartPSUk2‑100 vraagt minstens 380 V wisselspanning. Haar technische fiche vermeldt dat als waarschuwing: onder die drempel wordt het beschikbare motorvermogen beperkt. Op een zwak net of een net dat aan spanningsschommelingen onderhevig is, wijst LORENTZ op twee antwoorden: het verlagen van de vermogensgrens in de regelaar PSk2 via de bedrijfsparameters van PumpScanner, of het plaatsen van een transformator, bij voorkeur met meerdere uitgangen tussen 400 en 460 V om zich aan de lokale omstandigheden aan te passen.

Wat de compatibiliteit betreft, is het artikel uit de kennisbank duidelijk: de onderdelen smartSolution, smartPSUk2 en smartStart werken met de PSk2‑x-systemen van de huidige generatie, herkenbaar aan hun blauwe behuizing. Die systemen vervangen de PSxk2 met grijze behuizing, maar geen enkele printplaat is gemeen aan beide generaties.
De smartStart

Het aggregaat start en stopt op vraag van de pomp

De smartStart is de kast die het systeem de hand geeft over het aggregaat. Ze wordt met een voorbereide kabel op de regelaar aangesloten, die zowel de voeding als de dialoog tussen beide toestellen draagt. Naargelang de gekozen programmering zet het systeem de machine aan en schakelt het ze uit, zonder dat de uitbater ter plaatse moet komen.

De gebruiksvoorwaarde slaat op het aggregaat zelf, dat over een automatische start op afstand met twee draden moet beschikken. De smartStart levert dan een potentiaalvrij schakelcontact, gesloten wanneer de startvraag wordt geactiveerd. De handleidingen PSk2 en PSk3 geven dezelfde maximale capaciteit voor dat relaiscontact: 250 V wisselspanning of 30 V gelijkspanning, 2 A. Wat de toegelaten kenmerken van de machine betreft, houdt de smartSolution-documentatie van de PSk2 380, 400 of 415 V driefasig in 50 of 60 Hz aan; de handleiding van de PSk3 breidt die lijst uit tot 440, 460 en 480 V.

Een batterij zit in de kast, een AGM-loodbatterij van 12 V en minstens 7 Ah, van het type Genesis NP‑12 of gelijkwaardig. De regelaar laadt ze op tijdens de werking op zonne-energie of op het net. Ze dient precies voor de uren waarop niets meer produceert: zonder haar zou een systeem waarvan het pompen om twee uur 's nachts moet beginnen, niets hebben om zijn logische kaarten te voeden en het starten te bevelen. De kast wordt op minder dan een meter van de regelaar geplaatst, met 250 mm vrije ruimte boven en onder.

Een tweede uitgang van de smartStart bedient de naburige uitrusting. De nota ancillary equipment switching geeft de toepassingen en de aanleidingen: een meststofdoseerpomp in werking zetten wanneer de LORENTZ-pomp draait, een irrigatiepivot starten wanneer het beschikbare vermogen volstaat voor het beoogde debiet, of een tweede pompsysteem starten wanneer de boorgatsonde aanslaat of wanneer het eerste systeem zijn startbevel krijgt.
Het aggregaat

Een dimensionering die vertrekt van het vermogen op het werkpunt

De toepassingsnota over het ontwerp van hybride systemen PSk2 en smartPSUk2 stelt een eenvoudige regel en toont ze op twee gevallen aan. Het vermogen dat voor het aggregaat moet worden aangehouden, is het vermogen dat de motor op het beoogde werkpunt opneemt, vermenigvuldigd met een veiligheidsfactor 1,5, en het gaat om continu vermogen, dat wat de machine ononderbroken levert.

Eerste voorbeeld uit de nota: een installatie die 25 m³/h moet leveren bij 50 m totale opvoerhoogte. Het vermogen dat de motor op dat punt opneemt, bedraagt 6 kW, wat leidt tot een aggregaat van 9 kW continu vermogen. Die machine blijft kleiner dan de motor van de pomp, en het document trekt de conclusie zonder omwegen: ze houdt de pomp niet op vol vermogen zonder de bijdrage van het fotovoltaïsche veld. Tweede voorbeeld: dezelfde installatie op vol vermogen neemt 12,5 kW op aan de motor, oftewel 18,75 kW aggregaat, en daar is de volledige autonomie wel verworven.

De keuze tussen die twee logica's hoort bij het project. De nota smartSolution hybrid pumping documenteert het geval van het bewust compacte aggregaat: een snelheidsgrens, in PumpScanner ingesteld onder de benaming PSU speed limit, begrenst het toerental van de pomp in hybride bedrijf en laat een aggregaat met een lager continu vermogen dan dat van de motor toe om het geheel te doen draaien. De handleiding PSk2 vermeldt dezelfde instelling voor een boring met laag debiet of voor een kleiner aggregaat. Ten slotte verschilt het gedrag van thermische machines van model tot model: verschijnen er bij het starten van het hybride systeem ongewone slingeringen of trillingen, dan raadt de nota aan de snelheid van de pomp te verlagen tot een stabiele werking wordt teruggevonden.

× 1,5factor toegepast op het motorvermogen om het continu vermogen van het aggregaat te verkrijgen
6 → 9 kWhet voorbeeld uit de nota voor 25 m³/h bij 50 m totale opvoerhoogte
Deellasthet normale regime van het aggregaat, aangezien het alleen het door de zon gelaten verschil dekt
Vertragingde startvertraging voorkomt dat de motor bij het opstarten in hybride bedrijf afslaat

Die vertraging, eveneens in PumpScanner ingesteld, keert terug in elk van de toepassingsnota's zodra een aggregaat in het spel komt. Ze laat de machine de tijd om haar regime te bereiken vóór de pomp haar vermogen vraagt.

De bedieningswijzen

Vier gedocumenteerde manieren om een hybride systeem te voeren

De toepassingsnota's van LORENTZ beschrijven vier bedieningswijzen, elk met haar sensoren, haar PumpScanner-instellingen en haar toepassingsgeval. Ze worden bij de inbedrijfstelling gekozen en kunnen daarna op afstand worden gewijzigd, per seizoen of naargelang de behoefte van het gewas.

Constante druk

Een LORENTZ-druksensor wordt op een analoge ingang van de regelaar aangesloten en in PumpScanner ingesteld; op de oppervlaktepompen CS‑F en CS‑G geeft de documentatie de voorziene montageplaatsen op het pomphuis en op de flenzen aan.

Het systeem past het toerental aan om de instelling aan te houden, en de wisselstroombijdrage vult aan wat de instraling niet levert. De handleiding PSk2 rangschikt de vraag naar constante druk uitdrukkelijk onder de redenen om de smartPSUk2 in te zetten. Het Spaanse geval dat LORENTZ publiceert, houdt zo een instelling van 2,5 bar aan voor een irrigatienet.

Handleiding PSk2, hoofdstukken 10.5 en 15.2.1; praktijkvoorbeeld Hybrid irrigation in Spain.

Constant debiet

Een watermeter met pulsuitgang meet het debiet en het systeem past de snelheid van de pomp aan om de geprogrammeerde waarde aan te houden. Het wisselstroomvermogen wordt alleen gevraagd wanneer het nodig wordt om die instelling aan te houden.

De nota neemt als voorbeeld een suikerfabriek die 130 m³/h continu vraagt gedurende zestien uur, van 4.30 u tot 20.30 u. De automatische start gebeurt op het gekozen uur, vóór of na zonsopgang, en de installatie in dieselhybride systeem krijgt bovendien de startvertraging.

Toepassingsnota automatic flow control.

Geprogrammeerd dagvolume

LORENTZ documenteert die bedieningswijze onder de naam « daily flow », in PumpScanner ingesteld onder de benaming « daily amount ». Ze beschrijft een programmering van het systeem, en geen resultaatgarantie die LE LAB draagt. De watermeter dient als totalisator: de programmering legt de te pompen hoeveelheid vast en het systeem stopt zodra ze is bereikt. Heeft de zonnedag niet volstaan, dan gaat de machine over op de wisselstroombron en pompt ze 's nachts verder tot het gevraagde volume.

Het op nul zetten van de meter wordt op het gewenste uur geprogrammeerd, wat toelaat de hulpbron op een gekozen venster af te stellen: de nota illustreert een venster van 22.30 u tot 4 u en een meter die om 4 u op nul wordt gezet. De waterbehoefte van een gewas verandert in de loop van het jaar, en de instelling wordt seizoen na seizoen hernomen.

Toepassingsnota daily flow.

Zon als standaard

Die bedieningswijze richt zich tot locaties die al een aggregaat bezitten en het als reserve willen houden, zonder de gewoonten van de uitbater te veranderen. De uitrusting beperkt zich tot de regelaar PSk2 en de smartPSUk2; de PSU-modus wordt in PumpScanner geactiveerd, zo nodig met een snelheidsgrens om rekening te houden met een aggregaat waarvan het continu vermogen lager ligt dan dat van de motor.

Daarna komt het gebruik neer op één handeling: de uitbater zet zijn aggregaat met de hand aan en het systeem gaat in hybride bedrijf; hij zet het af, en de terugkeer naar zon alleen gebeurt vanzelf. De nota houdt die bedieningswijze aan om de eenvoud en de bedrijfszekerheid die ze brengt op een reeds uitgeruste locatie.

Toepassingsnota solar by default operation.
Het installatiepunt

Een niet-sinusvormige stroom, en onderdelen gedimensioneerd op het maximum

Dat is het technische punt dat de handleidingen met de meeste nadruk behandelen, en het verdient het om al bij de studie te worden gesteld. De wisselstroomingang werkt als gelijkrichter: ze vraagt van de bron een niet-sinusvormige stroom, beladen met harmonischen, waarvan de maximale waarde die van een zuiver sinusvormige stroom licht overtreft.

De werkelijk gevraagde stroomsterkte hangt af van de impedantie en de spanning van de bron. De gepubliceerde waarden komen overeen met het veeleisendste geval, dat van een overgedimensioneerd aggregaat of een sterk net, wanneer het systeem op vol vermogen werkt. De handleiding PSk3 kondigt tot 30 A effectief per fase aan voor een motor van 11 kW op vol vermogen, met technische gegevens bepaald op een driefasig net van 400 V met lage impedantie. Voor de PSk2 loopt de tabel met kabelsecties en wisselstroomingangen van 38 A per fase op de PSk2‑21 tot 170 A op de PSk2‑100, met 70 A op de PSk2‑40. Het voorschrift is in beide handleidingen hetzelfde: alle onderdelen van de installatie worden op die maximale stroomwaarde gedimensioneerd.

Het openbare net legt soms een bijkomende beperking op. Waar lokale eisen de harmonische vervorming afbakenen, voorziet de documentatie de plaatsing van filters aan de wisselstroomingang. De handleiding PSk3 voegt er een nuttig effect aan toe: die filters verlagen ook de effectieve stroom die aan de bron wordt gevraagd. De andere posten liggen bij de installateur, namelijk de kabel, de wisselstroomscheider of -automaat en de zekeringen, aangezien noch zekering noch wisselstroomautomaat in de regelaar is ingebouwd. Op de PSk3 zijn de aanbevolen zekeringen van het type gR of gS, met waarde 20 A voor de PSk3‑7 en 35 A voor de PSk3‑15. Wat de differentieelbeveiliging betreft, is de documentatie uitdrukkelijk: dit product kan een stroom met gelijkstroomcomponent opwekken, en enkel een toestel van type B is stroomopwaarts toegelaten.
In de applicatie

De PSk-systemen in LE LAB

De PSk-systemen staan in de catalogus van de applicatie, met hun curven en hun gebruiksgrenzen: de PSk3‑7 en PSk3‑15 voor de compacte vermogens, en daarboven de PSk2‑21, PSk2‑25, PSk2‑40 en PSk2‑100. De berekening zet ze in waar de sturing op constante druk en het beroep op een hulpbron zin krijgen, dat wil zeggen op irrigatienetten die een instelling vragen die wordt aangehouden wat het daglicht ook doet.

Resultatenscherm van LE LAB op constante druk: staafdiagram van het verpompte volume maand na maand, met het deel dat de zon draagt en het deel dat de hulpbron levert, gevolgd door de tabel met de maandwaarden.
De verdeling tussen zon en hulpbron, maand na maand, zoals de applicatie ze bij de resultaten weergeeft. Het zonneaandeel over het jaar en de maanden waarin de hulpbron werkt, verschijnen rechtstreeks, met de tabel met waarden onder de grafiek.

Het rapport herneemt die verdeling voor het bestudeerde project: het verpompte volume maand na maand, het deel dat het fotovoltaïsche veld draagt, het deel dat de tweede bron levert, en het vermogen dat het aggregaat continu moet leveren. Met die drie elementen kan de door de studie voorziene continuïteit van de werking worden beoordeeld, evenals het regime van de thermische machine.

Bronnen

Waar deze informatie vandaan komt

  • Handleiding van de pompsystemen PSk3, LORENTZ: technische gegevens van de regelaar, zonne- en wisselstroomingangen, bedrading van het hybride bedrijf, overeenkomst van de spanningen, ingangsstroom en harmonischen, zekeringen, smartStart en compatibiliteit van de aggregaten.
  • Handleiding van de pompsystemen PSk2, uitgave 2023, LORENTZ: technische gegevens van de regelaars PSk2‑21 tot PSk2‑100, hoofdstuk smartSolution, installatie en werking van de smartPSUk2, tabel met kabelsecties en wisselstroomingangen, smartStart, potentiaalvrij contact van 250 VAC of 30 VDC bij 2 A, en batterij.
  • Technische fiche smartPSUk2‑40, LORENTZ: compatibiliteit, wisselstroomingang, gelijkstroomuitgang, beschermingsgraad, temperatuurbereik, afmetingen en aansluiting op de regelaar.
  • Technische fiche smartPSUk2‑100, LORENTZ: compatibiliteit, wisselstroomingang, gelijkstroomuitgang, waarschuwing over de minimale spanning en het beschikbare motorvermogen.
  • Toepassingsnota PSk2, smartPSUk2 hybrid system layout and design, LORENTZ: veiligheidsfactor, dimensioneringsvoorbeelden van het aggregaat, specificaties van de aggregaten.
  • Toepassingsnota's smartSolution hybrid pumping, automatic flow control, daily flow, solar by default operation en ancillary equipment switching, LORENTZ: gedocumenteerde bedieningswijzen, vereiste uitrusting, PumpScanner-instellingen en bedrijfsvoering.
  • Artikel uit de kennisbank Compatibility of PSk2 versions, smartPSU, smartSolution components, LORENTZ: generaties regelaars en compatibiliteit van de smartSolution-onderdelen.
  • Praktijkvoorbeeld Hybrid irrigation in Spain, LORENTZ: configuratie van een systeem PSk2‑40 met smartPSUk2, smartStart, druksensor en watermeter.
  • Voor het vervolg: het zonnepompen op constante druk, de zon en het aggregaat op dezelfde installatie en het praktijkvoorbeeld van een kiwiboomgaard in het Zuidwesten van Frankrijk.