Zbyt wysokie napięcie w sieci może powodować zakłócenia w pracy instalacji fotowoltaicznej, co prowadzi do ograniczenia produkcji energii. W efekcie uzyski są mniejsze, a cała inwestycja staje się mniej opłacalna. Takie sytuacje mogą występować szczególnie w obszarach o dużym nasyceniu mikroinstalacjami, gdzie wzrost napięcia w sieci powoduje częste wyłączanie falowników i przerwy w generowaniu energii. Jakie są normy dla napięcia w sieci? Jak można je obniżyć?
Przeczytaj także:
- Taryfa G13 – dla kogo i kiedy warto ją wybrać?
- Jak obliczyć moc przyłączeniową dla domu?
- Dioda bocznikująca w panelach PV – co to jest i do czego służy?
Jakie napięcie w sieci energetycznej jest za wysokie?
Zgodnie z normą PN-IEC 60038 napięcie w sieci niskiego napięcia powinno wynosić 230 V, z dopuszczalnym odchyleniem o 10%, czyli w zakresie od 207 do 253 V. W miejscach oddalonych od stacji transformatorowej wartości te bywają niższe, natomiast w rejonach o dużym zagęszczeniu instalacji fotowoltaicznych w ciągu dnia mogą przekraczać normę. Wszystkie urządzenia przekształcające napięcie, w tym falowniki fotowoltaiczne, są odpowiedzialne za utrzymanie wartości w dozwolonym zakresie, aby uniknąć przekroczenia dopuszczalnego poziomu.
Falownik konwertuje prąd stały wytwarzany przez panele na prąd przemienny, który zasila urządzenia domowe, a nadwyżki energii są przekazywane do sieci. Jeśli jednak napięcie na falowniku przekroczy 253 V, urządzenie automatycznie zmniejszy moc instalacji lub całkowicie się wyłączy. Efektem będą przerwy w produkcji energii i brak korzyści z jej sprzedaży.
Podwyższone napięcie w sieci ma również negatywny wpływ na domowe urządzenia elektryczne, przyspieszając ich zużycie. Falowniki w takiej sytuacji muszą reagować natychmiastowym wyłączeniem, co można porównać do gwałtownego hamowania podczas jazdy z dużą prędkością. Takie nagłe reakcje obciążają inwertery i skracają ich żywotność oraz jednocześnie obniżają opłacalność całej instalacji fotowoltaicznej.
Jaki jest powód zbyt wysokiego napięcia w sieci energetycznej?
Wzrost napięcia w sieci spowodowany pracą instalacji fotowoltaicznej wynika ze zbyt wysokiej impedancji oraz nadmiernego natężenia prądu, czyli ilości energii przesyłanej do sieci. Zjawisko to można wytłumaczyć na podstawie prawa Ohma, według którego napięcie jest wynikiem mnożenia natężenia prądu przez opór. Gdy falownik generuje wysoki prąd i napotyka duży opór w instalacji, prowadzi to do wzrostu napięcia powyżej dopuszczalnych wartości.
Przyczyny problemu mogą leżeć zarówno w samej instalacji domowej, jak i w infrastrukturze sieciowej w danym regionie. W przypadku budynku jednorodzinnego źródłem problemu mogą być zbyt cienkie przewody lub niedokładnie wykonane połączenia. Jeśli natomiast napięcie w sieci jest zbyt wysokie w skali całej okolicy, przyczyną może być przestarzała infrastruktura. Chodzi między innymi o stare transformatory i przewody, które nie są w stanie skutecznie przyjąć nadmiaru energii generowanej przez panele fotowoltaiczne.
Zjawisko to można porównać do przepływu wody w rzece. Prąd w przewodach działa podobnie jak nurt, a impedancja odpowiada szerokości koryta oraz stanowi brzegów. Im bardziej zarośnięta i zanieczyszczona rzeka, tym szybciej woda może wystąpić z brzegów przy większym przepływie. Jeśli instalacja elektryczna jest dobrze zaprojektowana i odpowiednio przygotowana na przesył energii, nie dochodzi do przeciążeń. Natomiast w przypadku słabej infrastruktury sieciowej lub źle dobranych parametrów przewodów, napięcie może przekroczyć 253 V, co skutkuje wyłączeniem falownika i ograniczeniem pracy instalacji.
Dobrze zaprojektowany system fotowoltaiczny nie powinien generować takich problemów. Jeśli jednak występują trudności związane ze zbyt wysokim napięciem, można je zniwelować. Można to zrobić poprzez poprawę jakości okablowania lub zastosowanie rozwiązań umożliwiających lepsze zarządzanie nadwyżkami energii, np. magazyny energii czy optymalizacja parametrów przyłącza.
Jak sprawdzić przyczynę zbyt wysokiego napięcia?
Najpierw warto ustalić, czy problem z napięciem w sieci wynika z lokalnej instalacji, czy też jest efektem przeciążenia w okolicy. Czasami możliwe jest samodzielne przeprowadzenie diagnozy, ale w niektórych przypadkach konieczna będzie pomoc elektryka.
Pierwszym krokiem jest sprawdzenie napięcia w sieci dystrybucyjnej przy wyłączonej instalacji fotowoltaicznej. Pomiar należy przeprowadzić w słoneczny dzień, około południa, kiedy inne instalacje PV w okolicy pracują na pełnej mocy. Aby uzyskać wiarygodne wyniki, należy wyłączyć własną instalację oraz duże odbiorniki energii, a następnie zmierzyć napięcie za pomocą multimetru. Jeśli odczyt wskazuje wartość powyżej 253 V, warto wykonać dokumentację zdjęciową i przekazać ją do Operatora Sieci Dystrybucji. Dodatkowo można użyć rejestratora napięcia do zebrania średnich wyników z 10 minut. Jeśli wartość ta przekracza 255 V, również należy zgłosić problem operatorowi. W takim przypadku przyczyną wysokiego napięcia jest stan infrastruktury sieciowej, co wymaga interwencji dostawcy energii.
Jeżeli sieć nie wykazuje podwyższonego napięcia, kolejnym krokiem jest pomiar spadku napięcia między falownikiem a licznikiem energii. Wartość ta nie powinna przekraczać 1%, a w przypadku większych odległości dopuszczalny poziom to maksymalnie 3%. Informacje na ten temat powinny znajdować się w dokumentacji pozostawionej przez firmę fotowoltaiczną. Jeśli pomiar wskazuje większy spadek napięcia, oznacza to, że zastosowane przewody są zbyt cienkie i ogranicza to przepływ energii. Można to porównać do sytuacji, w której rzeka ma zbyt wąskie koryto, które powoduje spiętrzenie wody i ryzyko zalania terenu. W takim przypadku konieczna jest wymiana przewodów na grubsze, które pozwolą na efektywniejszy przesył energii i zmniejszenie strat napięcia.
W jaki sposób obniżyć napięcie w sieci?
Wiele inwerterów jest wyposażonych w funkcje Q(U) oraz P(U), które po odpowiednim skonfigurowaniu pozwalają na automatyczne dostosowanie pracy falownika w przypadku wzrostu napięcia. Gdy wartość przekroczy 250 V, urządzenie zaczyna redukować moc czynną, jednocześnie generując pewną ilość mocy biernej. Dzięki temu falownik nie osiąga granicy 253 V, co pozwala na jego dalszą pracę bez konieczności wyłączania.
Choć system działa wtedy z nieco mniejszą wydajnością, nadal jest to znacznie lepsze rozwiązanie niż cykliczne wyłączanie i ponowne uruchamianie instalacji. To prosty i niedrogi sposób na ograniczenie problemu zbyt wysokiego napięcia w sieci, umożliwiający stabilniejsze funkcjonowanie systemu fotowoltaicznego.
Podczas gdy produkcja energii elektrycznej powoduje wzrost napięcia w sieci, jej zużycie przyczynia się do jego obniżenia. Jednym z najprostszych sposobów na stabilizację napięcia jest zwiększenie zużycia energii w godzinach największego nasłonecznienia. Dobrym rozwiązaniem w takiej sytuacji jest zastosowanie magazynów energii, które pozwalają na gromadzenie nadwyżek wyprodukowanej energii i wykorzystanie jej później, na przykład wieczorem. Dzięki dostępnym obecnie wysokim formom wsparcia finansowego, inwestycja w akumulatory do systemów fotowoltaicznych staje się coraz bardziej opłacalna i pozwala lepiej zarządzać własnym zużyciem energii.
Zamiast magazynować energię elektryczną, można skupić się na przechowywaniu ciepła. W tym celu doskonale sprawdzi się pompa ciepła do podgrzewania wody użytkowej (c.w.u.), która wyposażona jest w duży zasobnik i pobiera ciepło z otaczającego powietrza. Tego typu urządzenie działa głównie latem, a odpowiednie zaprogramowanie go tak, aby uruchamiało się w ciągu dnia, pozwala na zwiększenie zużycia energii w godzinach, gdy napięcie w sieci osiąga najwyższe wartości.
Dobrze dobrany zasobnik pozwala utrzymać podgrzaną wodę do wieczora, a nawet przez dłuższy czas. Alternatywą dla takiego rozwiązania może być klasyczny bojler elektryczny. Może on bowiem pełnić funkcję magazynu ciepła, wspomagając stabilizację napięcia w sieci i optymalizację wykorzystania energii z instalacji fotowoltaicznej.
Wysokie napięcie w sieci a fotowoltaika
Często można spotkać się z przekonaniem, że przed montażem instalacji fotowoltaicznej nie da się przewidzieć, czy pojawi się problem z podwyższonym napięciem w sieci. W rzeczywistości możliwe jest dokonanie wstępnej oceny, ile dodatkowej mocy można jeszcze przyłączyć w danej okolicy, biorąc pod uwagę stan transformatora i aktualne obciążenie sieci.
Aby to określić, firma fotowoltaiczna może zmierzyć impedancję sieci na liczniku oraz sprawdzić napięcie w słoneczny dzień, gdy produkcja energii ze słońca jest największa. Ponieważ planowana instalacja jeszcze nie funkcjonuje, konieczne jest także uwzględnienie przewidywanego oporu przewodów między falownikiem a licznikiem.
Można to porównać do analizy szerokości rzeki (impedancji sieci) i wysokości poziomu wody (napięcia sieciowego), aby ocenić, ile dodatkowego przepływu może zostać przyjęte bez ryzyka wystąpienia wody poza brzegi.
Maksymalną moc, jaką można podłączyć do jednej fazy, oblicza się według wzoru:
Moc maksymalna na jedną fazę = (253 V – napięcie sieciowe) / (impedancja sieci + opór przewodu AC) × 253
Przykładowo, jeśli impedancja sieci wynosi 0,9 Ω, napięcie w słoneczny dzień osiąga 240 V, a przewidywany opór przewodu AC to 0,1 Ω, maksymalna moc możliwa do podłączenia do jednej fazy wynosi:
(253 – 240) / (0,8 + 0,1) × 253 = 13 / 1 × 253 = 3300 W = 3,3 kW
Dzięki takim obliczeniom można oszacować, czy planowana instalacja będzie działać prawidłowo, czy też może pojawić się ryzyko wyłączeń falownika spowodowanych nadmiernym wzrostem napięcia w sieci.
