Co zrobić gdy falownik się wyłącza bo jest za wysokie napięcie w sieci?

Fotowoltaika a zbyt wysokie napięcie w sieci. Co może zrobić użytkownik instalacji fotowoltaicznej w takiej sytuacji?

W obecnych czasach dynamicznie rozwijającego się rynku PV stajemy przed nowymi wyzwaniami. Problem, który zaczyna się pojawiać coraz częściej jest związany ze wzrostem napięcia w sieci. Wiele czynników może mieć wpływ na powyższe zjawisko. Również to, że sieć energetyczna w wielu miejscach nie była modernizowana od lat, a część budynków ma starą, niedostosowaną do nowych standardów instalację.

Za wysokie napięcie w sieci – czy z powodu fotowoltaiki?

Wiosną i latem tylko niewielka część energii wyprodukowanej przez panele słoneczne zostaje wykorzystana na konsupcję własną – około 20-30%. Nadwyżkowa energia jest przekazywana do sieci energetycznej, aby nie została zmarnowana. Aby to było możliwe, inwerter (lub mikroinwerter) musi zwiększyć napięcie wytworzonego prądu, tak aby „wpompować” nadwyżkę energii do sieci.

Polska norma PN-IEC 60038 mówi, że napięcie w sieci niskiego napięcia musi wynosić 230Vz odchyłką 10%, to znaczy od 207 do 253 V. Na końcu linii, daleko od trafostacji, napięcie jest często niższe niż 230 V. Z kolei w ciągu dnia w okolicy, gdzie jest dużo instalacji fotowoltaicznych, napięcie jest wyższe. Wszystkie przekształtniki napięcia, w tym też falowniki fotowoltaiczne, muszą dbać o to, by nie dopuścić do przekroczenia wartości maksymalnej.

Fotowoltaika podnosi napięcie w sieci, co niesie ze sobą określone skutki. Trzeba jednak wiedzieć, że w wielu przypadkach za wysokie jest już wyjściowe napięcie w sieci (niezwiązane z pracą mikroinstalacji). Operatorzy nastawiają napięcie na transformatorze powyżej napięcia nominalnego 230 V aby zapewnić prawidłowe napięcie do każdego klienta w danym rejonie. Przesył energii liniami energetycznymi na duże odległości wiąże się ze stratami – są jednak one mniejsze, jeśli napięcie prądu jest wyższe. By odbiorca zlokalizowany na początku sieci (najbliżej transformatora) oraz na końcu (najdalej od niego) korzystał z dopuszczalnego zakresu napięcia (207-253 V), już na wejściu jest ono nieco zawyżone.

Najbardziej widocznym i bolesnym symptomem za wysokiego napięcia w sieci przy fotowoltaice są straty w produkcji. W zależności od zastosowanych rozwiązań przekształceniowych (falowników), nasycenia sieci mikroinstalacjami i stanu infrastruktury, odłączenia mogą trwać od kilku minut, do nawet kilku godzin. W efekcie, właściciel traci od kilku do nawet kilkudziesięciu procent dziennego uzysku.

Badanie impendacji pętli zwarcia w miejscu przyłączenia instalacji.

Wykonanie pomiarów impedancji pętli zwarcia (IPZ) w miejscu przyłączenia pozwala wyliczyć, jaka jest dopuszczalna moc instalacji PV, gwarantująca stabilną pracę, bez wyłączeń.

Badanie to może się okazać przydatne również wtedy, gdy instalacja jest już podłączona i próbujemy ustalić, czy problem z wyłączaniem się falownika faktycznie leży po stronie sieci energetycznej, czy to może jednak coś po stronie naszej instalacji wywołuje zakłócenia.

W przypadku zbyt wysokiej impedancji (czyli takiej, która uniemożliwia poprawna pracę systemu PV o danej mocy), należy się upewnić, że pomiar został wykonany najbliżej punktu przyłączenia odbiorcy – jeśli tak, wina leży po stronie sieci. Jeśli nie, i po dokonaniu dalszych pomiarów bliżej punktu przyłączania, otrzymaliśmy niższy wynik, należy szukać problemów w naszej instalacji.

Oprócz pomiarów impedancji warto jeszcze montować falownik możliwie jak najbliżej rozdzielni głównej obiektu oraz dobierać kable podłączeniowe inwertera po stronie AC, tak by ograniczyć spadek napięcia do mniej niż 1%.

Wyznaczanie maksymalnej mocy instalacji fotowoltaicznej w zadanych warunkach impendacji linii, IPZ budynku oraz istniejącego napięcia fazowego.

Maksymalną moc instalacji na jednej fazie wyliczamy ze wzoru (dla uproszczenia zakładamy, że impedancja sieci odpowiada oporowi elektrycznemu):

Moc maksymalna na jedną fazę = (253 – napięcie sieciowe) / (impedancja sieci + zakładany opór przewodu AC) * 253

Przykład: impedancja sieci wynosi 0,2 Ω. Napięcie sieci w słoneczny dzień wynosi 220 V. Zakładamy, że opór przewodu AC wyniesie 0,1 Ω. Zatem:

Moc maksymalna na jedną fazę = (253 – 220) / (0,2 + 0,1) * 253 = 33 / 0,3 * 253 = 27,8 [kW]

Poniższa tabela zawiera wyniki mocy maksymalnej możliwej do przyłączenia na jedną fazę w zależności od impedancji i napięcia sieciowego.

Dostępna moc na 1 fazę
Impedancja sieci + opór przewodu AC	Napięcie sieciowe
	230 V	235 V	240 V	245 V	250 V
0,1Ω	58 kW	45 kW	33 kW	20 kW	7,6 kW
0,2 Ω	30 kW	23 kW	16 kW	10 kW	4 kW
0,3 Ω	20 kW	15 kW	11 kW	6,7 kW	2,5 kW
0,4 Ω	15 kW	11 kW	8 kW	5 kW	2 kW
0,5 Ω	11 kW	9 kW	6,5 kW	4 kW	1,5 kW
0,6 Ω	10 kW	7,6 kW	5,5 kW	3,4 kW	1,3 kW

Żeby obniżyć napięcie w sieci fotowoltaika potrzebuje autokonsumpcji.

Autokonsumpcja w fotowoltaice to proces, w którym energia elektryczna wytworzona przez instalację fotowoltaiczną jest zużywana bezpośrednio przez właściciela systemu zanim zostanie przekazana do sieci energetycznej. Oznacza to, że energia ta jest zużywana na potrzeby domowe lub biznesowe zamiast być sprzedawana do sieci.
W przypadku autokonsumpcji, energia elektryczna produkowana przez panele fotowoltaiczne jest bezpośrednio zużywana przez odbiorniki w domu lub przedsiębiorstwie, co oznacza, że mniej energii musi przepływać przez instalację fotowoltaiczną, a co za tym idzie, może nastąpić obniżenie napięcia.

Obniżenie napięcia w sieci przez włączenie funkcji Q(U) i P(U) w inwerterze

Wiele inwerterów ma funkcję Q(U) oraz P(U) [czytaj – „Q od U” i „P od U”]. Gdy uruchomiona i właściwie skonfigurowana, powoduje ona, że po przekroczeniu 250 V, falownik zmniejsza moc (konkretnie moc czynną wytwarzając w zamian nieco mocy biernej). Skutkiem tego falownik nie sięga granicy 253 V i dalej działa. Chociaż system działa z nieco mniejszą mocą, to i tak o niebo lepsze niż ciągłe wyłączanie i włączanie się całej instalacji.

To najtańszy i skuteczny sposób poradzenia sobie z problemem.

Wniosek o obniżenie napięcia w sieci Enea Operator
– gdy wina leży po stronie ZE

Pismo do ZE nie musi być przygotowane na specjalnym formularzu. Można napisać je samodzielnie, podając informację o problemie – zbyt wysokim napięciu oraz wynikających z tego tytułu problemów, np. rozłączającej się instalacji PV, migających żarówkach czy przepaleniach sprzętu. Na pewno trzeba podać ane osobowe – imię, nazwisko, adres, numer klienta, numer telefonu oraz dane identyfikacyjne obiektu – numer Punktu Poboru Energii, adres. Do wniosku najlepiej załączyć wyniki pomiarów (IPZ) dokonanych przez specjalistę-elektryka, a także wydruki z systemu monitoringu instalacji fotowoltaicznej dotyczące napięć.

Ze przed podjęciem działań może wymagać założenia tzw. rejestratora napięcia w sieci, które będzie dokonywać regularnych pomiarów. Wówczas dalsze kroki będą zależeć od uzyskanych wyników. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego z dnia 4 maja 2007 roku:

w każdym tygodniu 95% ze zbioru 10-minutowych średnich wartości skutecznych napięcia zasilającego powinno mieścić się w przedziale odchyleń +/- 10% napięcia znamionowego.

Jeśli odchylenia nie odbiegają od norm, ZE może umyć ręce w sprawie. Z kolei, gdy rejestrator wykaże nieprawidłowości, będzie miał obowiązek zapewnić Wam energię o właściwych parametrach.