⚡ Egyenáramú (DC) hálózatok

Az egyenáramú hálózatban az áram iránya és a feszültség előjele állandó — nincs periodikus változás. A polaritás ($+$ és $-$) meghatározott, felcserélése hibát okoz.

DC forrás: ──(+)─────────(−)──
                    │
               Fogyasztó

1. DC forrástípusok

2. Soros és párhuzamos forráskapcsolás

Soros akkumulátorok (feszültség növelés)

[12V] ──[12V] ──[12V] = 36V (feszültség összeadódik)
Kapacitás: azonos marad (pl. 100Ah)

Párhuzamos akkumulátorok (kapacitás növelés)

[12V 100Ah]
     ║
[12V 100Ah] = 12V, 200Ah (kapacitás összeadódik)

PV string (soros panelek)

[40V panel] ──[40V panel] ──[40V panel] = 120V string feszültség
Isc: azonos marad

$\rightarrow$ Napelemes rendszerek (PV)

3. Akkumulátor jellemzők

Kapacitás (Ah)

$$Q = I \times t \quad \text{[Ah]}$$

Példa: $100\text{Ah}$ akkumulátor $\rightarrow$ $10\text{A}$ terheléssel $10$ óra
$\phantom{Példa: 100Ah akkumulátor}$ $\rightarrow$ $20\text{A}$ terheléssel $5$ óra (közelítőleg)

Peukert-effektus: nagy kisülési áramoknál a valódi kapacitás kisebb a névlegesnél!

Töltöttségi állapot (SOC)

$$\text{SOC} = \frac{Q_{\text{aktuális}}}{Q_{\text{névleges}}} \times 100\% \quad \text{[\%]}$$

$100\% =$ teljesen töltött
$0\% =$ teljesen kisült (de DoD határ általában $20\%$)

Belső ellenállás ($R_i$)

Valódi forrás modellje:

EMF ──[R_i]──●── U_kapocs

$$U_{\text{kapocs}} = \text{EMF} - I \times R_i \quad \text{(kisütéskor)}$$

$$U_{\text{kapocs}} = \text{EMF} + I \times R_i \quad \text{(töltéskor)}$$

• Friss akkumulátor: kis $R_i$ $\rightarrow$ kis feszültségesés
• Öreg/hideg akkumulátor: nagy $R_i$ $\rightarrow$ nagy feszültségesés terheléskor

4. DC feszültségesés

A DC hálózatban a feszültségesés számítása azonos elvű az AC-vel, de a $2\times$ szorzó megmarad (oda és visszavezető):

$$\Delta U_{\text{DC}} = \frac{2 \times L \times I \times \rho}{A} \quad \text{[V]}$$

PV DC string feszültségesés

• Max. megengedett: $1\text{–}2\%$
• Cél: minél kisebb $\rightarrow$ $4\text{mm}^2$ vagy $6\text{mm}^2$ PV1-F

$\rightarrow$ Feszültségesés számítása | Napelemes rendszerek (PV)

5. DC egyenirányítás

Félhullámú egyenirányítás

AC ──►|──► DC (csak pozitív félhullám)
         Pulzáló DC — nagy hullámosság

Kétütemű (híd) egyenirányítás

AC ──[Graetz-híd (4 dióda)]──► DC
         Kisebb hullámosság — mindkét félhullám felhasználva

Szimulált szinusz (VFD DC közbülső kör)

• A frekvenciaváltó egyenirányítja a hálózati AC-t $\rightarrow$ DC közbülső kör
• A DC közbülső körből az inverter szintetizálja az AC kimenetet
• $\rightarrow$ Frekvenciaváltók és Lágyindítók

6. DC veszélyek és különleges szabályok

DC ívhiba

A DC áram nem megy át zérón (mint az AC $100\times/\text{s}$) $\rightarrow$ az ív nem alszik ki magától:

AC: nulla-átmenet 100×/s → ív magától alszik
DC: nincs nulla-átmenet → az ív tartós, nehezen oltható

Figyelem: DC zárlat oltása sokkal nehezebb mint AC-é — a kapcsolókészülékeknek DC-re minősítettnek kell lenniük! $\rightarrow$ Napelemes rendszerek (PV) (DC kapcsolók, biztosítékok)

DC polaritás

• DC hálózatban a polaritás felcserélése eszköztönkremenetelt okoz
• PV MC4 csatlakozók: piros = $+$, fekete = $-$
• Akkumulátor: piros = $+$, fekete/kék = $-$

DC szigetelési ellenállás

• Szigetelési ellenállás mérése DC hálózatban: min. $1\text{ M}\Omega/\text{kWp}$ (PV rendszer)
• DC mérőfeszültség: $500\text{V DC}$ (vagy a rendszer $V_{oc}$ feszültsége)
• $\rightarrow$ VBF Mérések

7. Joule-hő DC hálózatban

A DC hálózatban is keletkezik Joule-hő — az ellenálláson átfolyó áram melegíti a vezetéket:

$$P_{\text{veszt}} = I^2 \times R_{\text{kábel}} \quad \text{[W]}$$

$$Q_{\text{hő}} = P_{\text{veszt}} \times t \quad \text{[J]}$$

Éves veszteség példa (PV string)

$$I_{mp} = 9\text{A}, \quad R_{\text{string}} = 0,3\Omega$$

$$P_{\text{veszt}} = 9^2 \times 0,3 = 24,3\text{ W}$$

Éves veszteség ($1500$ üzemóra): $24,3 \times 1500 = 36\ 450\text{ Wh} \approx 36,5\text{ kWh}$
$\rightarrow$ Érdemes nagyobb keresztmetszetű kábel a megtérülés miatt

8. DC hálózat a gyakorlatban — összefoglalás