Niechlujny wykres produkcji z fotowoltaicznej instalacji, sygnalizujący błąd falownika, to koszmar dla każdego posiadacza systemu PV. Niestety, w miarę wzrostu liczby prosumentów, parametry pracy sieci elektroenergetycznej ulegają pogorszeniu, co skutkuje niechcianymi zjawiskami, takimi jak wahania czy podwyższenie napięcia w sieci. Wśród osób borykających się z tym problemem, zyskują na popularności stabilizatory napięcia dedykowane dla fotowoltaiki. Czy to jest dobre rozwiązanie? Jakie aspekty trzeba uwzględnić, decydując się na inwestycję w regulator napięcia dla instalacji fotowoltaicznej?
Co to jest regulator napięcia do fotowoltaiki?
Nie wdając się zbytnio w elektroenergetyczne szczegóły, regulator napięcia do fotowoltaiki, lub też stabilizator napięcia do fotowoltaiki, to narzędzie, którego celem jest przywrócenie właściwych parametrów sieci elektroenergetycznej. Te parametry umożliwiają bezproblemową pracę odbiorników elektrycznych oraz samej instalacji fotowoltaicznej.
Stabilizator napięcia do fotowoltaiki ma głównie za zadanie rozwiązywanie problemu wyłączania się falownika spowodowanego zbyt wysokim napięciem w sieci. Innymi słowy, jego rola polega na przekształceniu wykresu produkcji z fotowoltaiki z takiego:
Każdy chciałby aby jego wykres produkcji energii wyglądał jak ten poniżej. Jeżeli borykasz się z problemem przeciążenia sieci koniecznie przeczytaj ten artykuł.
Jak działa regulator ładowania fotowoltaicznego?
W dużym uproszczeniu, regulator napięcia do fotowoltaiki, umieszczony pomiędzy siecią a domową instalacją elektryczną i systemem PV, pełni funkcję odbierania nadmiernego napięcia z sieci i dostarczania niższego napięcia o określonych parametrach. Zasada działania jest zależna od konkretnego urządzenia.
W sieci można często spotkać „stabilizatory napięcia” wyposażone w autotransformator, który dzięki właściwościom uzwojenia pierwotnego i wtórnego jest w stanie obniżyć napięcie wyjściowe. W takim przypadku do falownika trafia napięcie o prawidłowej, niższej wartości, co pozwala mu działać bez przerw, niezależnie od rzeczywistego napięcia w sieci. Niestety, choć obniżamy napięcie dla naszego falownika, równocześnie zwiększamy napięcie przesyłane do sieci. Innymi słowy, prąd przekazywany do sieci będzie miał napięcie przekraczające dopuszczalne normy, co może prowadzić do uszkodzenia urządzeń podłączonych do tej sieci. Zastosowanie takich rozwiązań jest niebezpieczne i nielegalne, a osoby powodujące nieprawidłowości mogą ponieść wysokie grzywny!
Inne, legalne regulatory napięcia do sieci to nic innego jak automatyzacja, która po wykryciu wysokiego napięcia (np. 254 V), przekierowuje nadmiar energii na nieobciążoną fazę (lub fazy) do konkretnego odbiornika, najczęściej grzałki bojlera czy magazynu energii. Pod tym względem są one podobne do systemów zarządzania energią HEMS/EMS. Co więcej, na rynku dostępne są urządzenia gotowe do zarządzania energią w systemie net-billingu z rozliczeniem godzinowym (wprowadzenie planowane na 2024 rok). Dzięki wbudowanym funkcjonalnościom takie regulatory napięcia są w stanie kierować nadmiar energii do magazynów, gdy prąd jest tani, a także do sieci w czasie, gdy jest drogi.
Istnieją także rozwiązania będące połączeniem obu wcześniej wspomnianych typów. Takie regulatory do fotowoltaiki posiadają elektryczne elementy obniżające napięcie (np. cewki), ale również zintegrowane gniazda do podłączenia urządzeń, które skonsumują nadmiar energii, eliminując problem przesyłania zbyt wysokiego napięcia do sieci. W tym przypadku korzystanie ze „stabilizatora napięcia” do fotowoltaiki jest zgodne z prawem (nadmiar jest zużywany) i efektywne (do falownika trafia napięcie niższe niż 253 V).
Jakie są główne funkcje regulatora napięcia?
Może także pełnić funkcję ochronną dla domowych urządzeń, zabezpieczając je przed problemami wynikającymi z przekroczenia nominalnego napięcia fazowego w sieci nn (niskiego napięcia). Dotyczy to m.in. przepalających się żarówek, sprzętów RTV itp., a także potencjalnego wzrostu kosztów energii elektrycznej (w przypadku niektórych urządzeń, wzrost napięcia w sieci przekłada się na zwiększoną moc i w rezultacie na wyższe rachunki za prąd).
Uwaga! To jednak tylko jedno z wielu zastosowań regulatorów napięcia do fotowoltaiki. Urządzenia działające na podobnej zasadzie znajdują zastosowanie również w przypadku fotowoltaicznych instalacji off-grid lub hybrydowych, służąc do ładowania podłączonych do nich akumulatorów. Poza tym regulatory napięcia są używane do poprawiania parametrów napięcia dostarczanego np. z generatora prądotwórczego.
Z jakiego powodu stabilizator napięcia do fotowoltaiki jest przydatny?
W raporcie dotyczącym polskiego rynku fotowoltaiki w 2022 roku można przeczytać, że na koniec grudnia 2022 roku działało ponad milion prosumenckich mikroinstalacji fotowoltaicznych. To imponująca liczba, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że znaczna część infrastruktury sieciowej ma ponad 40 lat, a pamięć ta sięga czasów PRL. Ta starsza infrastruktura nie była projektowana z myślą o dwukierunkowym przesyłaniu energii. W sytuacji, gdy wszyscy prosumentowie starają się przekazać sieci nadwyżki energii, około milion falowników doświadcza podwyższonego napięcia w przewidywalnym okresie, co generuje liczne problemy.
Napięcie wzrasta wraz z ilością energii, jaką próbuje się wprowadzić do sieci elektroenergetycznej jednocześnie. Jak wynika z badań Taurona, prosumenci bieżąco zużywają około 20% wyprodukowanej energii, co oznacza, że aż 80% prądu generowanego przez ponad 1 mln instalacji PV stara się dostarczyć do sieci w zbliżonym czasie. Mówimy tu o około 5,5 mln MWh energii, co stanowi dane z okresu styczeń-grudzień 2022 roku według ARE.
Znaczna część tej energii pochodzi z okresu wiosennego, kiedy warunki pracy instalacji PV są optymalne. To czas, gdy panele słoneczne osiągają swoją moc nominalną, niedostępną przez większość roku. Słońce jest wysoko na niebie, dostarczając wystarczającą ilość promieni, a niska temperatura zwiększa wydajność modułów i falownika.
Wszystko to prowadzi do problemu, z którym musi zmagać się znaczna liczba prosumentów – wyłączanie się fotowoltaiki. Aby ochronić siebie i urządzenia podłączone do sieci przed uszkodzeniem, falownik fotowoltaiczny musi się wyłączyć po długotrwałym przekroczeniu granicznej wartości 253 V. Co istotne, nawet jeśli tylko jedna faza ma problem z zbyt wysokim napięciem, trójfazowy inwerter również się wyłączy (nie może działać bez sygnału z jednej fazy). Tutaj pojawia się idea zastosowania stabilizatora napięcia do fotowoltaiki, mającego na celu rozwiązanie tego problemu. Czy taka możliwość jest faktycznie osiągalna?
Jak zintegrować regulator napięcia do fotowoltaiki z innymi elementami systemu słonecznego?
Właściwe zintegrowanie regulatora napięcia do fotowoltaiki z innymi elementami systemu słonecznego, takimi jak inwerter czy akumulator, jest kluczowe dla sprawnego i efektywnego działania całej instalacji fotowoltaicznej.
Jak współpracuje regulator napięcia z inwerterem w instalacji fotowoltaicznej?
Regulator napięcia współpracuje z inwerterem poprzez kontrolę przepływu energii pomiędzy akumulatorem a instalacją elektryczną. Zabezpiecza również akumulatory przed przeładowaniem i nadmiernym rozładowaniem, co wpływa na ich żywotność i bezpieczne użytkowanie.
Czy warto używać regulatora napięcia do fotowoltaiki w przypadku systemów off-grid?
W przypadku systemów off-grid, gdzie nie ma stałego dostępu do sieci elektroenergetycznej, stosowanie regulatora napięcia jest kluczowe, aby efektywnie zarządzać przepływem energii pomiędzy panelami słonecznymi, akumulatorem i urządzeniami pobierającymi energię elektryczną. Dzięki temu, możliwe jest optymalne wykorzystanie energii słonecznej do zasilania domowych urządzeń czy systemów grzewczych, takich jak pompy ciepła.
Jakie korzyści może przynieść zastosowanie stabilizatora napięcia do fotowoltaiki w mikroinstalacji?
W mikroinstalacjach fotowoltaicznych, gdzie wykorzystuje się niewielką ilość paneli słonecznych do zasilania pojedynczych urządzeń czy oświetlenia, zastosowanie regulatora napięcia pozwala na efektywne zarządzanie przepływem energii, co przekłada się na oszczędność i optymalne wykorzystanie energii odnawialnej.
Jakie są korzyści z zastosowania regulatora napięcia do fotowoltaiki?
Aby w pełni zrozumieć sens stosowania stabilizatora napięcia do fotowoltaiki, warto wyjaśnić, skąd w ogóle biorą się problemy z napięciem w sieci, które regulator napięcia ma na celu rozwiązać.
Instalacje fotowoltaiczne przekształcają promienie słoneczne w energię elektryczną, która po konwersji jest wykorzystywana do zasilania domowych urządzeń. Energia wytworzona przez PV w pierwszej kolejności trafia do domowej instalacji elektrycznej. Dlaczego? Urządzenia elektryczne obniżają napięcie, a prąd, zgodnie z naturą, płynie tam, gdzie napięcie jest niższe. Gdy w domu nie ma obciążenia (czyli urządzenia nie pobierają energii), nadmiar wytworzonej energii musi zostać przekazany gdzieś dalej. W instalacjach on-grid (najpopularniejszych w Polsce), nadprodukcja jest kierowana z powrotem do sieci. Aby to miało miejsce, przekształtnik prądu (falownik) musi zwiększyć napięcie (bo, jak wspomnieliśmy, prąd płynie tam, gdzie jest niższe napięcie).
W normalnych warunkach wzrost napięcia nie ma znaczącego wpływu na sieć i otoczenie instalacji PV. Jednak sytuacja może się skomplikować w przypadku:
- podłączenia do sieci znacznej liczby instalacji PV,
- niskiego bieżącego poboru energii (niska autokonsumpcja),
- korzystnych warunków atmosferycznych, przekładających się na osiąganie wysokich mocy systemów PV.
Ile kosztuje regulator napięcia do systemu fotowoltaicznego?
Cena urządzeń pełniących rolę stabilizatora napięcia do fotowoltaiki może znacznie się różnić, zależnie od parametrów urządzenia i jego funkcji. Zaawansowane urządzenia, które działają jako regulatory napięcia do fotowoltaiki, wyposażone w zaawansowaną automatykę sterującą, mogą kosztować od około 1 000 zł do nawet 5 000 zł.
Koszt ten może być znaczący, jednak w pewnych sytuacjach może okazać się inwestycją wartą rozważenia – zwłaszcza gdy doświadczamy znaczących strat wynikających z częstych wyłączeń.
