Rozwiązanie krok po kroku: Diagnostyka instalacji OZE

Zasobnik ZCWU 4 ma anodę odizolowaną - jej zużycie sprawdza się bez opróżniania zbiornika, mierząc miliamperomierzem prąd ochronny między anodą a przewodem masowym. Instrukcja (strona 6 arkusza): prąd nie powinien być mniejszy niż 0,3 mA przy napełnionym zbiorniku.

Kolumna 3: 0,1 mA (tabela 1). Kolumna 4: 0,3 mA, a w nadruku „min./max.” skreślam max. - wymaganie jest dolną granicą.

Wymaganą średnicę odczytuję z rysunku 14 instrukcji: odizolowana anoda zasobników ZCWU 4 i ZCWU 5 ma wymiary Ø33×1100, 1 ¼" - nowa anoda ma średnicę 33 mm. Zmierzono 10 mm.

Kolumna 3: 10 mm, kolumna 4: 33 mm (klucz dopuszcza też „min. 16,5 mm”, czyli połowę średnicy nowej anody - granicę „ponad 50 % ubytku” z instrukcji).

Oba parametry są złe: prąd 0,1 mA < 0,3 mA, a średnica 10 mm to tylko 30 % średnicy nowej anody - ubytek przekracza 50 %, przy którym instrukcja każe bezzwłocznie wymienić anodę. Ocena: niepoprawny, czynność: wymiana anody magnezowej (na odizolowaną Ø33×1100, 1 ¼").

Kolumna 3: zmierzone 2,5 bar (tabela 1), kolumna 4: wymagane ciśnienie wstępne naczynia c.w.u. 3,5 bar (tabela 2, ostatnia sekcja). Wartości zapisuję z jednostką - tak każe uwaga nad wierszami tabeli A.

Poduszka ma o 1 bar za mało, więc naczynie przyjmuje za mało wody przy jej rozszerzaniu - stąd wyciek z zaworu bezpieczeństwa już powyżej 35 °C (tabela 1).

Tabela 1: „Nie stwierdzono nieszczelności zaworu poduszki gazowej” → w kolumnie 3 wpisuję szczelny. Kolumna 4 jest przekreślona w druku (XXXX).

To ważne dla decyzji serwisowej: zawór i przepona trzymają, ciśnienie po prostu z czasem spadło - wystarczy uzupełnić gaz, nie trzeba wymieniać naczynia.

2,5 bar < 3,5 bar → niepoprawny. Czynność: uzupełnienie gazu w naczyniu przeponowym do 3,5 bar (przez zawór gazowy, przy naczyniu odciętym od instalacji po stronie wody). Klucz dopuszcza też wymianę naczynia.

Kolumna 3: 0 bar (brak gazu), kolumna 4: 1,5 bar (tabela 2, naczynie c.o.). Zjawisko zauważone przy pomiarze: wypływ wody z zaworu poduszki gazowej.

Woda po stronie gazowej oznacza, że przepona jest przerwana - woda z instalacji przeszła do komory gazowej. Bez poduszki naczynie nie przejmuje rozszerzania wody, więc przy nagrzewaniu ciśnienie rośnie i otwiera się zawór bezpieczeństwa (tabela 1).

Ocena: niepoprawny. Czynność: wymiana naczynia przeponowego. Dopompowanie gazu nic tu nie da - przez uszkodzoną przeponę gaz i woda będą się dalej mieszać.

Kolumna 3: po odpowietrzeniu 1,5 l/min w każdej pętli (tabela 1). Kolumna 4: tabela 2 podaje przepływ na pętlę zależnie od liczby pętli, a instalacja ma 10 pętli → 2,82 l/min (= 28,20 l/min całkowitego przepływu przez skraplacz / 10).

1,5 l/min < 2,82 l/min → niepoprawny. Pompa obiegowa pracuje prawidłowo, instalacja jest odpowietrzona, a zawory rozdzielacza nie były regulowane - zostaje więc wyregulować (zwiększyć) przepływ na zaworach rozdzielacza do 2,82 l/min w każdej pętli. Łącznie 10 · 1,5 = 15.0 l/min zamiast 28,20 l/min.

Kolumna 1 - numer pętli, kolumna 2 - odczyty rotametrów z tabeli 1: pętle 1 ÷ 3 po 8 l/min, pętle 4 ÷ 6 po 4 l/min (jednostka jest w nagłówku kolumny, więc wpisuję same liczby).

Dolne źródło ma 6 pętli, a tabela 2 dla instalacji z 6 pętli podaje 6 l/min na pętlę - wpisuję 6 we wszystkich wierszach. Kontrola: 6 · 6 = 36 l/min, czyli dokładnie wymagany przepływ przez parownik.

Ciekawa obserwacja: suma zmierzonych przepływów też wynosi 3 · 8 + 3 · 4 = 36 l/min - pompa obiegowa daje właściwy przepływ całkowity, tylko jest on źle rozdzielony między pętle.

8 l/min > 6 l/min → WYMAGANA REGULACJA, przepływ trzeba zmniejszyć zaworem regulacyjnym na rozdzielaczu dolnego źródła. Każda pętla oceniana jest osobnym kryterium, więc zalecenie wpisuję w każdym wierszu, a nie jednym zapisem dla grupy.

4 l/min < 6 l/min → WYMAGANA REGULACJA, przepływ trzeba zwiększyć. Przy za małym przepływie glikol dłużej oddaje ciepło w parowniku i wraca do kolektora bardzo zimny - to tłumaczy mocne oszronienie trzech pętli przy kolektorze zbiorczym (tabela 1). Po wyrównaniu przepływów wszystkie pętle będą odbierać ciepło z gruntu równomiernie.

Z tabeli 3 przepisuję z jednostkami: Pmax = 320 W, Uoc = 40,60 V, Isc = 10,20 A. To dane w warunkach STC - do sprawdzenia falownika bierzemy wartości graniczne: moc maksymalną, napięcie obwodu otwartego (najwyższe napięcie łańcucha) i prąd zwarcia (najwyższy prąd).

Z tabeli 4: PDC max = 6000 W, IDC max = 16 A, UDC min = 150 V, UDC max = 800 V (zakres napięcia wejściowego 150 ÷ 800 V).

Łańcuch (tabela 1): 16 modułów podłączonych szeregowo do falownika - ls = 1, n = 16. Falownik ma jeden tracker MPP, więc i tak przyjmuje jeden łańcuch.

Wzór 1 z tabeli 6: Pz max = Pmax · n = 320 W · 16 = 5120,0 W (wynik z jednym miejscem po przecinku, jak wymaga uwaga tabeli C). Porównuję z PDC max = 6000 W: 5120,0 W ≤ 6000 W → warunek jest spełniony (skreślam „nie jest”).

Wzór 2: Iz max = Isc · ls = 10,20 A · 1 = 10,2 A. W połączeniu szeregowym przez wszystkie moduły płynie ten sam prąd - prąd zwarcia łańcucha jest równy prądowi zwarcia jednego modułu. 10,2 A ≤ 16 A → jest spełniony.

Wzór 3: Uz max = Uoc · n = 40,60 V · 16 = 649,6 V - w połączeniu szeregowym napięcia modułów się sumują. 150 V < 649,6 V < 800 V → jest spełniony.

Klucz osobno sprawdza trzy wyniki z jednym miejscem po przecinku i jednostką: 5120,0 W, 10,2 A, 649,6 V - wszystkie są już wpisane w krokach powyżej. Wszystkie trzy warunki są spełnione, więc skreślam „niepoprawnie”: Moduły są poprawnie podłączone do falownika.

Wniosek musi wynikać z wniosków 1 ÷ 3: przy choćby jednym „nie jest” podłączenie byłoby niepoprawne. Zgłoszone w tabeli 1 duże straty mocy nie wynikają więc z doboru łańcucha do falownika - sprawdza to tabela D.

• n = 16 szt.,
• UMPP = 32,20 V (tabela 3),
• Pz max = 5120 W (z tabeli C),
• L = 87 m - łączna długość przewodów z tabeli 1 (87,0 m, obie żyły „+” i „-” razem; wzór 5 używa sumy długości).

Wzór 4: U = UMPP · n = 32,20 V · 16 = 515,20 V (dwa miejsca po przecinku - uwaga w wierszu 5). To napięcie, przy którym łańcuch oddaje moc 5120 W, więc prąd w przewodzie wynosi wtedy 5120 / 515,20 ≈ 9,94 A.

Wiersz 6: przewodność miedzi z tabeli 5, k = 55 m/(Ω · mm²).

Wiersz 7, wzór 5:

A = (Pz max · L) / (0,01 · k · U²) = (5120 · 87) / (0,01 · 55 · 515,20²) = 445 440 / 145987,07 ≈ 3,05 mm²

Skąd 0,01 we wzorze: straty mocy w przewodach to ΔP = I² · R = P² · L / (k · A · U²), więc względne straty ΔP / P = P · L / (k · A · U²). Wzór 5 to ten sam związek rozwiązany względem A dla strat 1 %.

Z przekrojów dostępnych w tabeli 5 (2,5; 4; 6; 10 mm²) wybieram najmniejszy nie mniejszy od 3,05 mm² → 4 mm². Zamontowany jest przewód 2,5 mm² - mniejszy od wymaganego, więc skreślam „odpowiednim”: przewód ma nieodpowiednie pole przekroju.

Z tego samego wzoru widać skalę problemu: przewód 2,5 mm² daje straty ok. 1,22 %, a 4 mm² - ok. 0,76 %. To tłumaczy „zbyt duże straty mocy w przewodach” z tabeli 1 (klucz tego wyliczenia nie ocenia).

Te same dane co w tabeli C, z jednostkami: Pmax = 320 W, Uoc = 40,60 V, Isc = 10,20 A, PDC max = 6000 W, IDC max = 16 A, UDC min = 150 V, UDC max = 800 V. Klucz ich tu osobno nie ocenia, ale na nich opierają się oceniane obliczenia.

Wzór 6: PR = PDC max - Pz max = 6000 W - 5120 W = 880 W. Tyle mocy modułów można jeszcze dołożyć, nie przekraczając maksymalnej mocy generatora, którą przyjmuje falownik.

Falownik ma jeden tracker MPP i IDC max = 16 A. Drugi łańcuch równoległy podniósłby prąd do 2 · 10,20 = 20,4 A > 16 A, więc po rozbudowie nadal ls = 1 - nowe moduły dokładamy do istniejącego łańcucha szeregowo.

Wzór 7: nd = PR / Pmax = 880 W / 320 W = 2,75. Modułów nie da się dołożyć „częściowo”, a zaokrąglenie w górę przekroczyłoby rezerwę: 19 · 320 W = 6080 W > 6000 W. Dlatego nd = 2 (w dół), a łańcuch po rozbudowie liczy nm = 16 + 2 = 18 modułów.

Klucz dopuszcza też 3 moduły (nm = 19), ale z wzorów tabeli 6 wynika 2 - i tylko 2 spełniają warunek Pz max ≤ PDC max.

Dłuższy łańcuch ma wyższe napięcie obwodu otwartego: Uz max = Uoc · nm = 40,60 V · 18 = 730,8 V. Porównuję z UDC max = 800 V: 730,8 V < 800 V → warunek jest spełniony.

Dodatkowo (klucz tego nie ocenia): napięcie pracy w punkcie mocy maksymalnej 32,20 V · 18 = 579,6 V mieści się w użytecznym zakresie MPP falownika 150 ÷ 750 V, a prąd łańcucha zostaje 10,2 A.

1. Istnieje możliwość podłączenia dodatkowych modułów bez wymiany falownika (skreślam „Nie istnieje”) - spełnione są warunki mocy, prądu i napięcia.
2. Maksymalna liczba dodatkowych modułów: 2 - zgodnie z obliczonym nd.
3. Sposób podłączenia: szeregowo (skreślam „równolegle”) - jeden tracker MPP i limit prądu 16 A wykluczają drugi łańcuch.

Przy okazji rozbudowy trzeba wymienić przewód DC na 4 mm² - moc łańcucha wzrośnie do 5760 W, a straty w przewodzie 2,5 mm² byłyby jeszcze większe.

Na koniec czytam tabele jako całość:

• tabela A: każda wartość ma jednostkę, każda ocena „niepoprawny” ma swoją czynność serwisową, a czynności pasują do objawów (szczelny zawór → uzupełnić gaz, woda w komorze gazowej → wymienić naczynie),
• tabela B: zalecenia wynikają z porównania kolumn 2 i 3, z kierunkiem regulacji,
• tabela C: trzy „jest” → „poprawnie”, wyniki z jednym miejscem po przecinku,
• tabela D: wynik obliczeń z dwoma miejscami po przecinku, przekrój dobrany w górę, wniosek zgodny z wierszami 8 i 9,
• tabela E: liczba dodatkowych modułów = nd z obliczeń, sposób podłączenia zgodny z ls = 1.

Wszystkie skreślenia są jednoznaczne - skreślone jest dokładnie jedno ze słów.