Uvod
U prethodnom nastavku opisali smo svojstva Lithium SuperPack-NG baterija. Ovaj članak razrađuje tri konfiguracije sustava namijenjene plovilima ili vozilima koje koriste 12 V trošila i izmjenična trošila 230 V, 50 Hz. Nastao je izravno analizom rješenja opisanog na Victronovim mrežnim stranicama: Van/Motorhome manual & drawing with 3 monitoring setups around a 3kVA 12V MultiPlus with Lithium SuperPack-NG batteries. Smatrao sam da je vrijedno korak po korak prikazati dijelove shema što će olakšati razumijevanje konačnih shema spajanja.
O sustavu
Tri konfiguracije razlikuju se u komforu nadzora i upravljanja sustavom. Baterijska banka opće namjene izgrađena je oko 12,8 V – 100 Ah Lithium SuperPack-NG baterija koje smo podrobno prethodno opisali. To su tzv. „Drop-In“ baterije, što znači da imaju samo dva energetska priključka, baš kao i dobro poznate olovne baterije. Zaštitu baterija sa stajališta punjenja i pražnjenja osigurava vlastiti ugrađeni BMS sustav u bateriji. Kako bi se osiguralo da korisnik uvijek ima napajanje, u ovom sustavu dostupno je tri mogućnosti punjenja baterije opće namjene koje mogu djelovati zasebno ili istovremeno:
– AC punjenje iz obalne priključnice ili izmjeničnog generatora preko dvosmjernog pretvarača MultiPlus 3 kVA sa strujom do 120 A,
– DC solarno punjenje preko SmartSolar MPPT regulatora punjenja, ovisno o snazi solarnih modula i regulatora punjenja, u ovom slučaju 50 A,
– DC punjenje iz alternatora motora plovila, dok motor radi, preko pretvarača Orion XS 12/12-50 uz struju punjenja 50 A.
Sustav omogućava razvod napajanja za istosmjerna trošila uobičajena na plovilu i on se ovdje posebno ne razrađuje, jer se pretpostavlja da će svatko znati koja to istosmjerna trošila želi imati na plovilu. Sustav omogućuje i napajanje izmjeničnih trošila preko dvosmjernog pretvarača MultiPlus (izmjenjivač snage 3 kVA i punjač 120 A 12 V). MultiPlus u izmjenjivačkom radu osigurava 3 kVA snage za izmjenična trošila spojena na AC OUT-1 izlazu. Ako je i izmjenično napajanje iz obale ili generatora dostupno na ulazu AC IN-1, ono će se koristiti za punjenje baterija, a istovremeno će biti dostupno i za potrošače spojene na AC OUT-1 izlazu. Drugi izmjenični izlaz dvosmjernog pretvarača , AC OUT-2, pod naponom je samo ako je izmjenično napajanje dostupno na ulazu MultiPlusa.
Uređaji u sustavu, pri podizanju sustava, moraju proći osvježavanje osnovnog softvera i parametriranje glavnih parametara. O svim uređajima u sustavu, kao i o njihovom parametriranju smo već opširno pisali u serijalu pa se ovdje nećemo ponavljati.
Baterijski blok opće namjene
Baterijski blok opće namjene sačinjavaju tri Victron 12,8 V – 100 Ah Lithium SuperPack-NG (LSP-NG) baterije, slika 1. Svi pozitivni priključci baterija spojeni su preko zasebnih Class-T držač osigurača (150 A) na pozitivnu baterijsku sabirnicu. Na istoj sabirnici spojen je i mali držač osigurača za napajanje BMV-712 nadzornika baterije ili SmartShunt-a, ovisno o primijenjenoj opremi za nadzor preko kojega uređaji imaju neprekidno napajanje 24 sata dnevno, 7 dana u tjednu! Na tu sabirnicu spojena je glavna sklopka sustava. Na glavnu sklopku spojena je „ glavna plus sabirnica“ s pet modularnih Mega držača osigurača za razvod istosmjernog napajanja.
Sva tri negativna priključka baterija izravno su spojena na negativnu baterijsku sabirnicu. Od te sabirnice kabel vodi do priključka za bateriju na shuntu. Model shunta ovisi o primijenjenoj opremi za nadzor. S korisničke strane shunta spaja se glavna negativna sabirnica. Za taj spoj najbolje je upotrijebiti komad pokositrene bakrene sabirnice. Na glavnu negativnu sabirnicu može biti spojena i dodatna negativna sabirnica za nadzornu opremu sustava (VE.Bus Smart Dongl ili Cerbo GX) ili za neka dodatna manja trošila.
BMV-712 Smart nadzornik baterije s 500 A shuntom ima dvije pozitivne priključne stezaljke: jedan za vlastito napajanje i mjerenje, označen kao B1, i drugi označen kao B2 koji će se u sustavu koristiti za mjerenje napona startne baterije. I stezaljka B1 stezaljka B2 spajaju se u sustav preko osigurača 1 A. I jedan i drugi osigurač stavljaju se što bliže svojoj bateriji kako bi štitili kabele od mogućih kratkih spojeva „nizvodno“ od baterija. SmartShunt 500 A, ima dvije pozitivne priključne stezaljke: jednu za vlastito napajanje i mjerenje napona baterije opće namjene, označen kao Vbatt+, a drugu označen kao Aux kojom se mjeri napon startne baterije. Oba priključka SmartSunt-a spajaju se kao i nadzornik BMV712 preko osigurača 1A. Negativna stezaljka startne baterije i glavna negativna sabirnica moraju biti međusobno spojene kako bi mjerenje napona startne baterije bilo pravilno. VE.Direct priključak na BMV-712 nadzorniku i SmartShuntu 500 A primjenjuje se ovisno o opremi za nadzor sustava.
Pet modularnih Mega držača osigurača međusobno se povezuju s pomoću lastinog repa u glavnu pozitivnu sabirnicu postavljenu preko jedne strane priključaka Mega držača osigurača. Ovaj sklop od 5 Mega držača glavnih osigurača je glavni razvod istosmjerne instalacije. Vrlo je važno NE postavljati glavne osigurače dok se ne završe svi priključci i dok se još jednom ne provjeri jesu li svi spojevi izvedeni pravilno. Uvijek najprije spojite negativni kabel svakog trošila na glavnu negativnu sabirnicu, a tek potom spojite pozitivni kabel na odgovarajuću poziciju glavnog osigurača.
Na prvoj poziciji je osigurač od 100 A za daljnji istosmjerni razvod. Veličina osigurača navedena je samo kao primjer i treba je prilagoditi stvarnim istosmjernim trošilima. Na drugoj poziciji je osigurač od 60 A zajedno za spoj SmartSolar MPPT 100/50 regulatora punjenja. Na trećoj poziciji nalazi se osigurač od 60 A za spoj DC/DC pretvarača Orion XS kojim će se puniti baterijski slog opće namjene iz alternatora dok radi motor. Na četvrtoj poziciji je rezervni osigurač. Na petoj poziciji je osigurač 400 A za najveći uređaj u ovoj instalaciji – dvosmjerni pretvarač MultiPlus 3kVA. Udaljenost između glavnog osigurača dvosmjernog pretvarača MultiPlus i pretvarača u pozitivnom i u negativnom polu neka bude što je moguće kraća. Ako to izvedbom nije moguće postići, razmotrite udvostručavanje pozitivnih i negativnih DC kabela kako bi se smanjio otpor kabela spoja MultiPlus-a u sustav.
Izmjenični dio instalacije-dvosmjerni pretvarač Multiplus
Dvosmjerni pretvarač MultiPlus se montira tako da se omogući pravilno hlađenje, prostor u kojem se smješta mora biti suh i dobro prozračen. Oko uređaja treba biti najmanje 10 cm slobodnog prostora radi predaje topline u prostor. Nemojte uređaj zatvarati u kućište ili ormarić jer će to zasigurno negativno utjecati na njegov rad i vijek trajanja. Dvosmjerni pretvarač (punjač/izmjenjivač) je snage 3 kVA, namijenjen je za 12 V istosmjernog baterijskog priključka, izlazni napon je 230 V, 50 Hz. U sebi ima transfer sklopku za 16 A, slika 2. Omogućuje punjenje baterije opće namjene sa 120 A.
DC napajanje prema MultiPlusu spaja se preko osigurača od 400 A na glavnu pozitivnu sabirnicu, kao i izravno na glavnu negativnu sabirnicu. Ulazno izmjenično napajanje dolazi preko obalnog priključka nazivnog opterećenja 16 A. Od njega napajanje prolazi kroz ulazni AC razvodni ormarić sa zaštitnim prekidačima, a zatim prema izbornoj sklopci 1-0-2 kojom se bira napajanje s obale ili iz izmjeničnog generatora. I izmjenični generator ima svoje zaštitne prekidače prema ulazu u instalaciju. Izlaz iz 1-0-2 izborne sklopke vodi se na AC IN-1 ulaz dvosmjernog pretvarača MultiPlus. Ako se ne panira koristiti generator, onda se obalno napajanje spaja preko zaštitnog prekidača izravno na AC IN-1 ulaz uređaja MultiPlus.
Izlaz AC OUT-1 uređaja MultiPlus spojen je na AC razvodni ormarić s kombiniranim zaštitnim prekidačem (zaštitni prekidač + RCD sklopka) i slijedno s nekoliko zaštitnih prekidača strujnih krugova pojedinačnih trošila. To su neprekidno napajani izmjenični strujni krugovi, tj imaju napon i uz obalno napajanje ili generator i bez obalnog napajanja ili generatora, jer im napajanje dolazi iz izmjenjivača dvosmjernog pretvarača MultiPlus. Izlaz AC OUT-2 uređaja MultiPlus također je spojen na zasebni AC razvodni ormarić s kombiniranim zaštitnim prekidačem (zaštitni prekidač + RCD sklopka) i slijedno s nekoliko zaštitnih prekidača strujnih krugova pojedinačnih trošila. No ovi strujni krugovi imaju napon samo dok je MultiPlus spojen na obalnu mrežu ili generator. Stoga se u ovim strujnim krugovima nalaze samo ona trošila koja se u pravilu ne koriste dok se plovilo napaja iz baterije! Izlaz AC OUT-2 dobiva napon dvije minute nakon priključenja obalne mreže ili generatora na ulaz dvosmjernog pretvarača.
Ako se između priključka obalnog napajanja i MultiPlusa ili između generatora i MultiPlusa izvode bilo kakvi drugi izmjenični priključci, poradi sigurnosti potrebno je u te krugove ugraditi dodatne kombinirane zaštitne prekidače (RCD sklopka + zaštitni prekidač). MultiPlus ima vijak i maticu za uzemljenje spojenu s kućištem, a koje se spaja na zajedničku negativnu sabirnicu, a ona pak na zajedničko uzemljenje plovila. Kabel za uzemljenje glavne negativne sabirnice treba biti za jedan presjek manji u odnosu na ukupni presjek svih spojenih DC negativnih vodiča! Ovo je konfiguracija neizoliranog DC sustava tj. glavna negativna sabirnica spojena je na zaštitno uzemljenje. Između priključka obalnog napajanja može se spojiti i galvanski izolator ili transformator zbog sprečavanja djelovanja galvanskih struja. Način njihovog spoja opisali smo već više puta. Ako niste sigurni kako s njihovim priključcima ili općenito s izvedbom zaštitnog uzemljenja na plovilu, obratite se stručnoj i ovlaštenoj osobi. Ne improvizirajte svojim znanjem jer su u pitanju životi ljudi na plovilu! MultiPlus ima dva priključka VE.Bus informacijske sabirnice, upotreba kojih će biti opisana pri opisu nadzora sustava.
MPPT regulator punjenja i DC/DC pretvarač Orion XS
Fotonaponski moduli spajaju se preko servisne sklopke na SmartSolar regulator punjenja MPPT 100/50. Preporučuje se kontrola usklađenja izabranih fotonaponskih modula i MPPT regulatora besplatnim programom MPPT kalkulator. U njega unesete broj i spoj modula i MPPT regulatora, a program odmah pokazuje je li kombinacija prihvatljiva. Ako nije, ukazuje na neprihvatljivu veličinu! Pozitivna DC izlazna stezaljka MPPT regulatora spaja se na Mega osigurač od 60 A glavne pozitivne sabirnice, a negativna DC izlazna stezaljka regulatora spaja se izravno na negativnu glavnu sabirnicu.
Pretvarač Orion XS služi za punjenje baterijskog sloga opće namjene iz alternatora dok je alternator aktivan. On je važan jer osigurava ograničenje struje punjenja LSP NG baterija i tako štiti alternator od prekomjernog zagrijavanja, što je pogotovo važno na nižim okretajima motora. Orion XS 12/12-50 A DC/DC punjač baterije ulazno napajanje dobiva s pozitivnog priključka startne baterije preko zasebnog osigurača Orion XS od 60 A. Pozitivna DC izlazna stezaljka Orion XS pretvarača spaja se preko osigurača 50 A na glavnu pozitivnu sabirnicu sustava. Negativna izlazna stezaljka pretvarača je na istom potencijalu kao i negativna ulazna stezaljka, pa je tako spojena s glavnom negativnom sabirnicom i negativnim priključkom startne baterije i stoga nema potrebe za posebnim vodom. Posebnu pažnju treba posvetiti podešavanju pretvarača tako da se automatski uključuje doke je alternator u radu i isključuje dok motor i alternator miruju (auto start/stop).
Tri varijante nadzora sustava
Razrađene su tri varijante nadzora sustava, slika 4.:
- Varijanta nadzora – Simple. U ovoj varijanti nije potreban pametni telefon ili tablet na lokaciji, sav nadzor odvija se uvidom u pokazivač BMV712 Smart nadzornika baterije i upravljački panel digital multi control. Jednostavnost ove varijante u cijelosti podsjeća na poznate sustave s olovnom baterijom.
- Varijanta nadzora – Smart local. U ovoj varijanti nadzora potreban je pametni telefon ili tablet preko kojeg se može dohvatiti stanje i varijable svakog uređaja besplatnom aplikacijom VictronConnect. MPPT regulator punjenja, Orion XS i Smart Shunt dohvaćaju se izravno preko Bluetooth sučelja, no dvosmjerni pretvarač Multiplus se dohvaća u VictronConnect aplikaciji preko uređaja VE.Bus smart dongle. O ovoj varijanti nije moguć daljinski nadzor uređaja.
- Varijanta nadzora – Smart local + remote. U ovoj varijanti pametni telefon ili tablet nije potreban, ali se može koristiti na isti način kao i u 2. varijanti nadzora. No za lokalni nadzor primarno služi zaslon osjetljiv na dodir GX touch 50. Zaslon i svi uređaji spojeni su na nadzorno računalo Cerbo GX. Ako se nadzorno računalo Cerbo GX spoji na Internet, sustav se može nadzirati i daljinski preko Victron Remote Management (VRM) besplatne platforme. Spoj na Internet izvodi se preko ethernet žičanog spoja računala Cerbo GX i lokalnog internet usmjernika ili preko 4G modema koji se spaja preko USB kabela na računalo Cerbo Gx.
Varijanta nadzora – Simple
Simple verzija nadzora sustava opremljena je BMV-712 Smart nadzornikom baterije za nadzor baterija i uređajem Digital Multi Control (DMC) za nadzor i upravljanje MultiPlusom, slika 5. S pomoću BMV-712 Smart nadzornika može se pratiti: stanje napunjenosti baterija (SoC), napon, struja, preostalo vrijeme rada uz trenutačnu potrošnju iz baterije itd. Pomoću nadzornog panela Digital Multi Control moguće je ograničiti AC snagu koju će MuiltiPlus preuzimati iz izmjenične mreže ili generatora. MultiPlus se također može preko tog panela daljinski uključiti/isključiti ili postaviti u način rada da djeluje samo punjač (Charger Only). Oba uređaja omogućuju nadzor nad izmjeničnim i istosmjernim izvorima napajanja u sustavu.
Varijanta nadzora – Smart local
U varijanti nadzora Smart local potrebno je imati pametni telefon/tablet i na njemu instaliranu aplikaciju za nadzor uređaja VictronConnect, slika 6. Pametni telefon se spaja preko Bluetooth veze s uređajima sustava. Ova varijanta opremljena je SmartShuntom za nadzor baterija i VE.Bus Smart Dongleom za upravljanje MultiPlusom. S pomoću SmartShunta može se provjeriti stanje baterija i pratiti njihovi ključni parametri isto kao i preko nadzornika BMV712 smart, no smart shunt nema svoj zaslon već se za uvid u parametre i stanje baterija koristi pametni telefon ili tablet. S pomoću SmartShunta može se pratiti da se baterije ne prazne previše, pratiti stanje napunjenosti (SoC), napon, struju, preostalo vrijeme rada itd. Uz pomoć VE.Bus Smart Donglea moguće je preko telefona prilagoditi ograničenje ulazne struje MuiltiPlusa prema raspoloživoj struji iz obalne priključnice (do 16 A). Također preko telefona MultiPlus se može daljinski uključiti/isključiti ili postaviti u način rada samo punjač (Charger Only). Dongle može mjeriti i dojavljivati na telefon u aplikaciju VictronConnect temperaturu baterije, punjenje/pražnjenje baterije, napon i struju, ulazni i izlazni AC napon, struju, snagu i frekvenciju, sve one parametre koji se nalaze na VE.Bus sabirnici! Telefonom i aplikacijom VictronConect dohvaćaju se i prate i MPPT regulator i DC/DC pretvarač Orion XS.
Varijanta nadzora – Smart local + remote
Varijanta nadzora sustava Smart local + remote opremljena je SmartShuntom za nadzor baterija, nadzornim računalom Cerbo GX, zaslonom GX Touch 50 te opcionalno i uređajem Digital Multi Control, slika 7. SmartShunt spojen preko VE.Direct sabirnice na Cerbo GX predaje informacije o stanju baterija, tj. moguće je provjeriti da se baterije ne prazne previše te pratiti stanje napunjenosti (SoC), napon, struju, preostalo vrijeme rada i itd. Cerbo GX prati rad dvosmjernog pretvarača MultiPlus kroz informacijski spoj s VE.Bus sabirnicom. Na računalu Cerbo GX, preko zaslona GX touch 50 moguće je pratiti i podesiti sve parametre dvosmjernog pretvarača kao i na aplikaciji VictronConnect: primjerice prilagoditi ograničenje ulazne struje Multiplusa prema raspoloživoj struji iz obalne priključnice (do 16 A), daljinski uključiti/isključiti ili postaviti u način rada samo punjač (Charger Only). Cerbo GX može izravno mjeriti temperaturu baterije, može primati digitalne ulaze i postavljati dva releja (primjerice za automatsko upravljanje generatorom). Najvažnije je ipak svojstvo što se u ovoj varijanti sustav može besplatno prijaviti na portal Victron Remote Management i tako daljinski pratiti rad sustava. O daljinskom praćenju rada sustava pisali smo puno puta – pa se nećemo ponavljati, nadajući se da čitatelj razumije komfor pregleda i upravljanja sustavom iz fotelje svoga doma.
Varijacija izmjeničnog dijela instalacije
Izmjenični dio instalacije sa slike 2. moguće je zamijeniti sa spojem prema slici 8. Dvosmjerni pretvarač Multiplus zamjenjuje se sa zasebnim punjačem i zasebnim izmjenjivačem. Punjač je Smart charger IP43 koji je dohvatan preko bluetooth veze i aplikacije VictronConnect. Taj punjač ima i VE.Direct sabirnicu, no računalo Cerbo GX ima samo tri VE.Direct ulaza. Ako se želi pratiti rad punjača na Cerbo GX računalu ideja je osloboditi jedan VE.Direct ulaz tako da se za MPPT regulator uzme varijanta MPPT regulatora na VE.Can sabirnici! Ovaj punjač može osigurati struju punjenja 50A pa se tome mora prilagoditi i osigurač na glavnoj pozitivnoj sabirnici. Za izmjenjivač može se primijeniti primjerice izmjenjivač Inverter VE.direct za 12 V DC kojeg se može naći u snagama od 250 do 1600 VA. Taj izmjenjivač ima VE.Direct sučelje i može se izravno priključiti na Cerbo GX, ali opet treba osloboditi jedan VE.direct ulaz. To se pak može napraviti tako da se umjesto Smart shunta uzme Lynx VE.Can shunt koji ima VE.Can sučelje! Ako se pak želi izmjenjivač pratiti samo preko Bluetooth veze može se spojiti VE.Direct / Bleutooth dongle, koji podatke s VE.direct sabirnice priprema za Bluetooth prijenos. Tu je u shemi ucrtan i uvijek koristan punjač startne baterije, primjerice Bluesmart charger 12 V, 5 A.
Zaključak
U ovom članku je sljedeći proizvođača, korak po korak pokazan razvoj instalacije od baterijske banke opće namjene s LSP NG litijevim baterijama. Potražite i prethodni nastavak koji je u cijelosti bio posvećen tim baterijama. Primjena ove baterije je revolucionarna, jer te litijeve baterije imaju samo dva priključka kao i klasične olovne baterije. Sva potrebna zaštita je u njima, a to je upravo ono što olovna nije imala!
Ostatak instalacije sadrži opremu izmjeničnog dijela instalacije iz koje se dobiva izmjenični napon 230 V, 50 Hz i koja omogućuje spoj na mrežu za dopunjavanje baterije opće namjene, kao i opremu istosmjernog dijela koji sadrži MPPT regulator punjenja za prihvat energije sunca za dopunjavanje baterije i istosmjerni pretvarač za dopunjavanje litijeve baterije pri radu motora. Prikazane su tri konačne sheme, koje se razlikuju po komforu upravljanja. Oni koji prate serijal vidjet će da sve sheme jako podsjećaju na sheme koje smo imali pri korištenju klasične olovne baterije!!! Pogotovo prva -tu nema „digitalije“! Druga je opet jednostavna, ali uz pametni mobitel na plovilu. A treća vam daje sustav na dlanu i na plovilu preko lokalnog panela i od doma iz kućne fotelje. Stoga vjerujem da će ove sheme instalacija naći svoje korisnike. Čitajte dokumentaciju, pitajte, ne improvizirajte, ako niste stručni savjetujte se s onima koji su i obučeni i ovlašteni, rado ćemo pomoći savjetom i ispratiti vašu instalaciju.
j.zdenković@schrack.hr