Jak obniżyć napięcie w sieci – fotowoltaika

Energię elektryczną w sieci można określać z pomocą różnorodnych parametrów, a jednym  z kluczowych jest napięcie. Dzisiaj postanowiliśmy omówić kwestię wzrostu napięcia w sieci fotowoltaiki, wskazując na przyczyny tego zjawiska oraz proponując skuteczne rozwiązania tego problemu.

Napięcie standardowe i dopuszczalne

Co do zasady napięcie w polskiej sieci energetycznej powinno wynosić 230 V. Reguła ta obowiązuje bez względu na fakt, czy  to fotowoltaika zachodniopomorskie, czy w dowolnym innym województwie. Do takiej wartości dostosowane są urządzenia elektryczne wykorzystywane w gospodarstwach domowych i firmach, w tym w zakładach przemysłowych. Niemniej utrzymanie stałego napięcia bywa trudne, a nawet niemożliwe, dlatego prawnie dopuszcza się odchylenia od standardowego napięcia o 10%. Innymi słowy, zakres, przy jakim systemy PV mogą działać w pełni bezpiecznie i nie dochodzi do ich wyłączenia, to 207–253 V.

Dlaczego rośnie napięcie?

Zasadniczo występują 3 główne przyczyny nadmiernego wzrostu napięcia w sieci:

• Zbyt wysokie napięcie generowane z transformatora – w tym przypadku wina leży po stronie sieci energetycznej, która w celu zagwarantowania dostawy energii do wszystkich odbiorców celowo zwiększa napięcie.
• Błędy na poziomie montażu fotowoltaiki – na przykład zbyt duża odległość od transformatora czy niewłaściwe położenie falownika.
• Wzmożona produkcja prądu z energii słonecznej – w momentach maksymalnego nasłonecznienia w ogniwach powstaje więcej energii, zatem rośnie natężenie. Natomiast zgodnie z prawem Ohma, im wyższe natężenie prądu, tym również wyższe napięcie.

Dlaczego trzeba chronić systemy PV przed wysokim napięciem?

Wyjaśniliśmy już, dlaczego wzrasta napięcie w sieciach elektrycznych. W dalszej części tekstu powiemy, jak chronić systemy PV przed tym zjawiskiem, natomiast teraz pokrótce wytłumaczymy, dlaczego ważne jest, aby to robić. Największe negatywne konsekwencje nadmiernego wzrostu napięcia, to:

• przyspieszona eksploatacja systemu fotowoltaicznego – moduły, kable i pozostałe elementy osprzętu fotowoltaicznego są dostosowane do pracy przy napięciu 230 V, natomiast użytkowanie ich przy wyższych napięciach prowadzi do szybszego zużycia sprzętu;

• przyspieszona eksploatacja urządzeń elektrycznych – podobnie jak systemy PV, również wszelkie urządzenia elektryczne, z których korzystamy, są przystosowane do pracy przy 230 V, a dostarczanie prądu o wyższym napięciu powoduje większą eksploatację sprzętu;

• straty finansowe spowodowane wstrzymaniem produkcji energii w sytuacji największego nasłonecznienia – falowniki są zaopatrzone w systemy bezpieczeństwa, wyłączające je przy nadmiernym wzroście napięcia. Inwertery pozostają wyłączone przez okres od kilku minut do nawet kilku godzin, uniemożliwiając pracę instalacji solarnej w momencie jej największego potencjału produkcyjnego;

• zagrożenie przepięciami – w wyniku nadmiernego wzrostu napięcia wzrasta ryzyko przepięć, co może spowodować uszkodzenie sprzętu;

• zagrożenie pożarem – w skrajnych przypadkach przepięcia mogą prowadzić do pożarów.

Właściwe projektowanie i montaż fotowoltaiki

Aby zapobiec nadmiernemu wzrostowi napięcia, warto wykonać odpowiednie kroki jeszcze przed stworzeniem instalacji solarnej. Ważne jest przygotowanie przemyślanego projektu i właściwy montaż fotowoltaiki.

Kluczową kwestię stanowi wybór właściwej mocy instalacji fotowoltaicznej. Aby obliczyć maksymalną dopuszczalną moc, należy określić maksymalne dopuszczalne napięcie oraz wskaźnik impedancji pętli. Z tego powodu też wskazane jest wykonanie badania prowadzącego do poznania tych wartości.

Kolejna kwestia to położenie modułów i reszty osprzętu. Fotowoltaika powinna znajdować się jak najbliżej transformatora, ponieważ powoduje to spadek impedancji sieci. Często, aby osiągnąć wskazany cel, należy wybrać konstrukcję naziemną, taką jak na przykład stelaże oferowane przez Reca Solar Szczecin. Jeśli chodzi o konstrukcje wolnostojące, fotowoltaika daje większe możliwości w zakresie położenia poszczególnych elementów osprzętu, niż ma to miejsce w sytuacji montażu paneli na dachu.

Ostatnim istotnym aspektem jest położenie falownika, który powinien znaleźć się jak najbliżej rozdzielni głównej.

Bieżące wykorzystywanie produkowanej energii

Jak wspomnieliśmy wcześniej, przy wzmożonej produkcji energii wzrasta natężenie prądu, a wraz z nim napięcie. Inaczej można to ująć w ten sposób, że większa ilość energii w sieci powoduje wzrost napięcia, a odbieranie go z sieci wywołuje spadek tego parametru. Tym samym, aby obniżyć napięcie, należy odprowadzić energię w sytuacji wzmożonej produkcji, czyli przy największym nasłonecznieniu. Najprościej byłoby zatem korzystać z urządzeń elektrycznych głównie w godzinach największej produkcji. Jednak nie zawsze jest to możliwe, a już na pewno nie jest to rozwiązanie komfortowe. Niemniej możliwe jest rozładowanie nadmiernego napięcia w sposób efektywny, zapewniający najwyższy komfort użytkowania instalacji solarnej. W kolejnych paragrafach omawiamy dwa najlepsze rozwiązania.

System zarządzania energią domową

Systemy zarządzania energią domową (HEMS i EMS) pozwalają optymalizować pracę sieci elektrycznej w gospodarstwie domowym. Jest to rozwiązanie polegające na automatycznym kontrolowaniu parametrów pracy sieci i określaniu realnego zapotrzebowania energetycznego. Na tej podstawie system tworzy optymalny profil zużywania energii i funkcjonowania sieci. Doskonałym wsparciem dla systemu są inteligentne gniazdka elektryczne z połączeniem Wi-Fi – pozwalają one sterować pracą urządzeń elektrycznych z poziomu urządzenia mobilnego.

Jak wykorzystać w praktyce wspomniane rozwiązania? Otóż napięcie można rozładować poprzez zrobienie prania, grzania grzałki lub wody w pompie oraz innych działań wymagających wykorzystania dużej ilości energii, w godzinach największego nasłonecznienia. Dzięki temu udaje się uniknąć negatywnych konsekwencji wzrostu napięcia, jednocześnie efektywnie wykorzystując produkowaną energię.

Odprowadzanie energii do akumulatora

Drugim rozwiązaniem, dla wielu jeszcze lepszym, jest zakup magazynu energii i podłączenie go do instalacji solarnej. Korzystając z tego urządzenia, zyskujemy możliwość rozładowania napięcia poprzez odprowadzenie części wyprodukowanej energii i wykorzystanie jej później, w dowolnym momencie. Magazyn energii to rozwiązanie gwarantujące również jeszcze większą oszczędność i całkowitą niezależność energetyczną.

Istnieje kilka potencjalnych czynników wywołujących nadmierny wzrost napięcia. Konsekwencje tego zjawiska są bardzo poważne, przez co należy ich unikać. Powyżej wskazaliśmy najskuteczniejsze rozwiązania tego problemu.