Rosnące ceny energii w Polsce, unijne naciski na inwestycje w odnawialne źródła energii, a także dofinansowania do inwestycji we własną instalację fotowoltaiczną dla właścicieli budynków mieszkalnych zachęciły Polaków do posiadania własnej instalacji PV i zostania prosumentami. Wysokie tempo wzrostu mocy zainstalowanej w fotowoltaice jest widoczne gołym okiem, co potwierdzają także dane od Operatorów Sieci Dystrybucyjnych zrzeszonych w PTPiREE. Dla zobrazowania skali: pod koniec marca 2019 roku łączna moc mikroinstalacji fotowoltaicznych przyłączonych przez OSD wynosiła niewiele ponad 400 MW, kiedy to 3 lata później wartość ta wzrosła do 7,3 GW (wzrost ponad 15-krotny1) .
Pomimo niewątpliwych korzyści z jakimi wiąże się rosnąca ilość instalacji fotowoltaicznych i możliwość produkcji własnej zielonej energii, spowodowało to także uwidocznienie problemów z jakimi boryka się polska sieć elektroenergetyczna nieprzygotowana na zmiany, kiedy to dotychczasowi konsumenci energii elektrycznej stają się także jej producentami. Obowiązująca w Polsce ustawa zobowiązuje zakłady energetyczne do podłączenia do sieci każdej mikroinstalacji o mocy nieprzekraczającej mocy przyłączeniowej obiektu. Jednak przyłączenie nowej instalacji fotowoltaicznej nie gwarantuje, że ta instalacja nie napotka problemów we wprowadzaniu energii do sieci. Jeśli w danym obszarze zostanie przyłączona zbyt duża ilość źródeł wytwórczych energii działających o jednakowym czasie, to w szczytowych momentach produkcji energii napięcie w sieci będzie dochodziło do wartości granicznych. Skutkiem tego będzie czasowe wyłączanie się instalacji.
Identyfikacja zagadnienia zbyt wysokich napięć w sieci
Dla właścicieli falowników Solis identyfikacja występowania problemu, jakim są zbyt wysokie napięcia w sieci jest niezwykle prosta. Inwerter w czasie występowania problemu przechodzi w alarm (znika migająca zielona dioda, a zaczyna migać pomarańczowa dioda) i zamiast Statusu „Generowanie” (lub „Generating”) pojawia się „Status: OV-G-V01” albo „Status: OV-G-V03”.
Zbierający w tym czasie dane z monitoringu urządzenie Solis WiFi Stick przechodzi ze stanu „Online” na „Alarm” wyświetlając błąd o kodzie 1010 (albo 1010H w zależności od wersji urządzenia).
Właściciele także przeglądając statystyki pracy urządzenia mogą samodzielnie zidentyfikować problem. Na wykresach w słonecznych dzień, kiedy to wykres powinien układać się w charakterystyczną parabolę w chwilach wysokiej produkcji energii pojawia się nagłe „załamanie” wykresu do wartości zerowych (>Rysunek 1.). Po pewnym czasie (dłuższym lub krótszym) produkcja powraca do wartości maksymalnych w danej chwili. Ilość wyłączeń instalacji będzie w dużej mierze zależeć od stanu sieci w okolicy i od ustawień w falowniku oraz jego kalibracji.
Rysunek 1. Wykres produkcji energii z instalacji fotowoltaicznej o mocy 10 kW z problemem występowania zbyt wysokich napięć w sieci (aplikacja Solis Cloud).
Użytkownicy aplikacji Solis Cloud i Solis Home samodzielnie mogą sprawdzić napięcia w sieci wybierając zakładkę urządzenia, następnie klikając w inwerter i w parametrach wyświetlanych przy inwerterze wybrać „Napięcia AC” dla poszczególnych faz. Zgodnie z wymaganiami operatorów OSD (a także wymaganiami Polskiej Normy EN50549 i kodeksu NCRfg), zgodnie z którym mają pracować falowniki, jeżeli na co najmniej jednej fazie wartość napięcia z ostatnich 10 minut przekroczy wartość 253 V, falownik musi się wyłączyć do czasu, aż wartość średnia spadnie poniżej wartości granicznej (>Rysunek 2).
Rysunek przedstawia sytuację, kiedy to przez wysokie napięcie w sieci (na fazie oznaczonej jako U) falownik przechodzi w stan alarmowy i przestaje produkować energię, co jest widoczne na wykresach w aplikacji. Chwilowe wyłączenie falownika przez skoki napięcia nie oznacza awarii instalacji, czy niepoprawnej pracy falownika, ale to skutek jego prawidłowej pracy zgodnej z wymaganiami. Wysokie napięcia prądu przemiennego są niebezpieczne dla wrażliwych urządzeń elektronicznych/elektrycznych w budynku, takich jak telewizor czy płyta indukcyjna. Długotrwała praca tych urządzeń przy tych niekorzystnych warunkach sieciowych będzie prowadzić do ich szybszego zużycia, a tym samym krótszego okresu eksploatacyjnego.
Rysunek 2. Analiza pracy instalacji o mocy 3 kW z problemem występowania zbyt wysokich napięć w sieci: napięcia przynajmniej na jednej fazie przekraczają wartość 253 V (aplikacja Solis Cloud).
Czy zjawisko zbyt wysokich napięć w sieci można przewidzieć?
Przed zakupem instalacji fotowoltaicznej instalator przyjeżdżając na audyt do klienta powinien wykonać pomiary pętli zwarciowej pomiędzy przewodami L i N. Pomiar wykonywany jest osobno dla każdej z faz, po czym wartości te wstawiane są do wzoru określającego maksymalną moc, jaką można wprowadzić do sieci podnosząc napięcie do ustalonej wartości. Do otrzymanego wyniku należy podchodzić z pewną rezerwą, ponieważ jeśli po jakimś czasie sąsiedzi zamontują instalację fotowoltaiczną, to zmianie ulegną parametry sieci (wartość napięcia wzrośnie) i możliwa do wprowadzenia ilość energii ulegnie obniżeniu. Zatem zjawiska zbyt wysokich napięć w instalacji nie można przewidzieć w 100%. Przed montażem instalacji warto przeanalizować czy ten problem występuje w okolicy, np. u sąsiadów posiadających już instalację fotowoltaiczną.
W jaki sposób ograniczyć ilość wyłączeń mojej instalacji fotowoltaicznej?
- Sprawdź, czy problem leży po stronie falownika, czy po stronie operatora sieci (OSD). W razie występowania znaczących różnic pomiędzy wskazaniami napięć na inwerterze, a wskazaniami napięć na multimetrze skalibruj inwerter poprzez Ustawienia Zaawansowane. Jeśli natomiast wina leży po stronie OSD wystosuj pismo w obniżenie napięć na transformatorze.
- Zużywaj na bieżąco w jak największym stopniu energię wyprodukowaną przez Twoją instalację.
- Zmień swoje nawyki. Jeśli w czasie słonecznego dnia przebywasz w domu, nie odkładaj obowiązków domowych takich jak włączenie zmywarki czy pralki na godziny wieczorne. Odciąż sieć nadwyżkami energii ze swojej instalacji i zapewnij sobie szybszy zwrot z instalacji PV.
- Jeśli masz możliwość, załóż grzałkę do zbiornika z ciepłą wodą użytkową i kieruj na nią nadwyżki ze swojej instalacji.
- Posiadasz klimatyzację? Świetnie! W gorące i upalne letnie dni włącz klimatyzację na pewien czas przed powrotem do domu z pracy/szkoły i korzystaj z rześkiego powietrza.
- Jeśli zakład energetyczny nie jest ustosunkował się pozytywnie do Twojego pisma odnośnie obniżenia napięć na transformatorze, to włącz w falowniku funkcję ograniczania mocy instalacji. Dobrze dobrana funkcja ograniczania mocy instalacji spowoduje maksymalne ograniczenie mocy czynnej Twojej instalacji o 20%. Pamiętaj, że sieć elektroenergetyczna choć nie jest idealna, to jest dobrem wspólnym,
a Ty posiadając instalację PV w sposób szczególny wpływasz zarówno na parametry sieci w Twojej okolicy, jak i w Twoim budynku. Lepszym rozwiązaniem jest chwilowa praca instalacji na niższych parametrach niż całościowe jej wyłączenie. - Zainstaluj magazyn energii i kieruj nadwyżki ze swojej instalacji fotowoltaicznej bezpośrednio do magazynu energii. Następnie korzystaj z nadwyżek wtedy, kiedy instalacja fotowoltaiczną pracuje z niższą mocą lub nie pracuje (wieczór/noc),
bez konieczności pobierania energii z sieci elektroenergetycznej (do momentu wyczerpania energii z magazynu).
Przedstawione powyżej rozwiązania nie zawsze mogą okazać się rozwiązaniem na zbyt wysokie napięcie w sieci. W większości przypadków (poza sytuacją, kiedy wina leży po stronie falownika) są one „półśrodkami”, które niewątpliwie ograniczą wyłączanie się instalacji, jednak jedynym trwałym narzędziem do wyeliminowania problemu jest modernizacja sieci elektroenergetycznej przez OSD. Linie przesyłowe projektowane były wiele lat temu, kiedy sieć z założenia miała przesyłać energię od wielkich źródeł wytwórczych (elektrowni) do odbiorców. Z czasem zaczęły następować zmiany, kiedy to dotychczasowi odbiorcy energii elektrycznej stali się także jej producentami przez posiadanie własnych mikroinstalacji. Właściciele infrastruktury energetycznej nie zdążyli przygotować się na szybko postępujące zmiany (wzrost mocy zainstalowanej w fotowoltaice), czego skutki są obecnie odczuwalne. Modernizacja sieci elektroenergetycznej to proces kosztowny i czasochłonny.
UWAGA: Nie próbuj zmieniać normy zgodnie z która pracuje falownik, ani progów wyłączeń falownika przy zbyt wysokich napięciach w sieci. Po pierwsze: jest to niezgodnie z prawem i podlega to pod wysokie kary umowne. Obecnie zakłady energetyczne przez coraz to nowsze liczniki energii elektrycznej mają szersze możliwości w zakresie odczytu danych2. Po drugie: falownik wysyłając w sieć energię przy napięciach powyżej 253 V jeszcze bardziej podwyższa napięcie szkodliwie wpływające na urządzenia gospodarstwa domowego i sprzęt elektroniczny.
Masz plan założyć instalację fotowoltaiczną w przyszłości? Aby uniknąć problemów z wyłączaniem się instalacji w przyszłości dopasuj moc swojej instalacji do bieżącego zapotrzebowania na energię elektryczną. Bardziej dopasowana pod względem mocy instalacja zapewnia szybszy zwrot inwestycji, a także mniejszą ilość energii wprowadzaną w newralgicznych momentach do sieci (wysoka produkcja z instalacji PV przy równoczesnym niewielkim/znikomym poborze energii).
OPTI-ENER - innowacyjne rozwiązanie zwiększające autokonsumpcję i ograniczające moc instalacji fotowoltaicznej
Niezależnie od tego, czy jesteś użytkownikiem instalacji fotowoltaicznej, czy też w przyszłości planujesz nim zostać, pomyśl także o zainstalowaniu systemów zarządzania energią pozwalających wykorzystywać nadwyżki energii do sterowania pracą urządzeń domowych. Dostępny w ofercie HEWALEX system OPTI-ENER pozwala zagospodarować nadwyżki energii z instalacji PV poprzez automatyzację i optymalizację urządzeń w Twoim budynku. Dodatkowy moduł OPTI-TEMP współpracujący z systemem OPTI-ENER pozwala na płynne sterowanie mocą grzałki zamontowanej w zbiorniku na ciepłą wodę użytkową z nadwyżek instalacji PV. W ostatnim czasie sterownik OPTI-ENER został wzbogacony w funkcję ograniczania mocy instalacji przy wysokich napięciach (więcej informacji w odrębnym artykule>>>)
autor: Magdalena Jezusek
Dział Fotowoltaiki Hewalex
[1] h://www.ptpiree.pl/energetyka-w-polsce/energetyka-w-liczbach/mikroinstalacje-w-polsce
[2] https://media.tauron.pl/pr/717932/inteligentny-licznik-w-kazdym-domu-tauron-prezentuje-szczegoly-programu