Jak obniżyć napięcie w sieci z fotowoltaiką?

Rosnąca popularność fotowoltaiki niesie za sobą mnóstwo korzyści, ale także pewne wyzwania techniczne. Jednym z największych problemów, z którym spotykają się właściciele instalacji PV w naszym kraju, jest zbyt wysokie napięcie w sieci. Choć wiele osób obawia się, że fotowoltaika destabilizuje sieć, fakty są bardziej złożone. Sprawdźmy, jak można skutecznie obniżyć napięcie w sieci, aby uniknąć wyłączeń falownika i problemów technicznych, a jednocześnie maksymalizować efektywność produkcji energii.

Polska sieć elektroenergetyczna a fotowoltaika

Polska sieć energetyczna przez dekady była budowana z myślą o jednokierunkowym przesyle energii — z dużych elektrowni do odbiorców końcowych. Rozwój rozproszonych źródeł energii, takich jak instalacje fotowoltaiczne, zmienia tę dynamikę, co prowadzi do nowych wyzwań. W niektórych rejonach sieć nie jest przygotowana na tak duży napływ energii zwrotnym torem, co skutkuje przeciążeniami.

Przestarzała infrastruktura, szczególnie na terenach wiejskich, zbyt cienkie przewody oraz ograniczone moce transformatorów to jedne z kluczowych problemów, które mogą powodować wzrost napięcia przy zwiększonej produkcji z instalacji fotowoltaicznych​. Modernizacja sieci wymaga dużych nakładów finansowych, dlatego operatorzy skupiają się na lokalnych rozwiązaniach, takich jak regulacje na poziomie falowników.

Czy zatem prawdą jest, że to same instalacje fotowoltaiczne są głównym powodem problemów z siecią? I że fotowoltaika w Polsce się nie opłaca? Nie i jest to bardzo szkodliwy mit. Chociaż fotowoltaika rzeczywiście przyczynia się do wzrostu napięcia w sieci, zwłaszcza w rejonach o dużym nasyceniu instalacjami PV, problem leży przede wszystkim w niewystarczająco nowoczesnej infrastrukturze energetycznej w Polsce. Bolączki związane z napięciem można skutecznie rozwiązać poprzez inwestycje w infrastrukturę i inteligentne systemy zarządzania energią – o czym za chwilę opowiemy.

Jakie powinno być napięcie w sieci?

W Polsce obowiązuje norma PN-IEC 60038, według której napięcie w sieci niskiego napięcia powinno wynosić 230 V ± 10%. Oznacza to, że napięcie waha się w przedziale od 207 V do 253 V. Gdy napięcie przekracza tę górną granicę, falowniki instalacji fotowoltaicznych automatycznie się wyłączają lub ograniczają swoją moc, co prowadzi do strat w produkcji energii​.

Warto dodać, że choć wyłączenie falownika jest mechanizmem ochronnym, długotrwałe problemy z napięciem mogą skracać jego żywotność. Dlatego kluczowe jest monitorowanie napięcia w sieci i podejmowanie odpowiednich działań, zanim pojawią się większe problemy.

Co się dzieje, gdy napięcie w falowniku jest zbyt wysokie?

Falownik, znany również jako inwerter, jest kluczowym elementem każdej instalacji fotowoltaicznej. Jego główną rolą jest przekształcanie prądu stałego (DC), generowanego przez panele fotowoltaiczne, w prąd przemienny (AC), który jest używany w naszych domach i przesyłany do sieci. Problem pojawia się, gdy napięcie sieciowe przekracza dopuszczalny poziom.

Gdy napięcie w sieci przekroczy 253 V, falownik automatycznie ogranicza swoją moc lub całkowicie się wyłącza. Zbyt wysokie napięcie prowadzi do tego, że produkcja energii zostaje przerwana, a właściciel instalacji nie jest w stanie w pełni wykorzystać potencjału systemu​. Skutki wyłączenia falownika mogą być poważne:

• Straty w produkcji energii, co obniża oszczędności z instalacji PV.
• Wzrasta zużycie falownika, co może prowadzić do jego przedwczesnego uszkodzenia.
• Problemy z urządzeniami elektrycznymi w domu, które są narażone na wahania napięcia.

Wahania napięcia w sieci – skąd się biorą?

Wahania napięcia w sieci energetycznej mogą mieć wiele przyczyn, zarówno lokalnych, jak i systemowych. Jednym z głównych powodów są rosnące liczby instalacji fotowoltaicznych podłączonych do sieci, co prowadzi do okresowego wzrostu napięcia, zwłaszcza w okresach największego nasłonecznienia. Oto główne przyczyny:

1. Zmienne obciążenie sieci – w godzinach szczytu zapotrzebowanie na energię jest wysokie, a w nocy spada, co powoduje wahania napięcia.
2. Ograniczona pojemność sieci – w rejonach o słabej infrastrukturze nawet niewielki wzrost produkcji energii z PV może prowadzić do znaczących zmian napięciowych​.
3. Brak synchronizacji w produkcji i zużyciu – wzrost napięcia jest szczególnie odczuwalny, gdy wiele instalacji PV pracuje w pełnej mocy, a zapotrzebowanie na energię jest niskie, na przykład w południe, kiedy mieszkańcy domów są w pracy​
4. Zbyt cienkie przewody w instalacjach elektrycznych – zastosowanie przewodów o zbyt małej średnicy między falownikiem a licznikiem dwukierunkowym może prowadzić do spadków napięcia, co przyczynia się do niestabilnej pracy falownika.

Jak fotowoltaika wpływa na wysokość napięcia?

Fotowoltaika znacząco wpływa na napięcie sieciowe, szczególnie w obszarach o dużej koncentracji instalacji. Gdy panele fotowoltaiczne wytwarzają energię, jest ona wykorzystywana na miejscu lub przesyłana do sieci. Problem pojawia się, gdy produkcja energii przewyższa zapotrzebowanie – co często ma miejsce w godzinach szczytowej produkcji, czyli w południe. Nadmiar energii przepływa z powrotem do sieci, co powoduje wzrost napięcia. To zjawisko nasila się na terenach wiejskich lub w miejscach, gdzie infrastruktura energetyczna jest niedostosowana do dwukierunkowego przepływu energii​

Jakie są skutki tego zjawiska?

• Wysokie napięcie może prowadzić do awarii urządzeń elektrycznych w gospodarstwach domowych.
• Falowniki fotowoltaiczne wyłączają się, ograniczając produkcję energii i wpływając negatywnie na opłacalność inwestycji.
• Częste wahania napięcia mogą przyspieszać zużycie sprzętu AGD oraz powodować przerwy w dostawie energii.

Powody wysokiego napięcia w sieci z instalacją fotowoltaiczną

Istnieje kilka głównych powodów, dla których napięcie w sieci z instalacją fotowoltaiczną może wzrastać. Zrozumienie tych czynników jest kluczowe, aby móc efektywnie zarządzać instalacją i uniknąć problemów technicznych:

1. Zbyt duża ilość energii przekazywana do sieci – gdy instalacja fotowoltaiczna produkuje więcej energii, niż jest w stanie zużyć dom, nadwyżka energii jest przesyłana do sieci. Wysoki poziom tej energii może podnieść napięcie sieciowe, zwłaszcza w słoneczne dni​.
2. Przestarzała infrastruktura – w wielu rejonach Polski infrastruktura energetyczna nie została przystosowana do przyjmowania energii z odnawialnych źródeł. Stare transformatory oraz zbyt małe przekroje przewodów są jednymi z głównych przyczyn przeciążeń, które prowadzą do wzrostu napięcia​.
3. Lokalizacja instalacji PV – instalacje położone daleko od transformatora, a także te z niewłaściwie dobranymi przewodami, mogą generować problemy ze zbyt wysokim napięciem. Dlatego ważne jest, aby prawidłowo zaprojektować układ połączeń instalacji​

Jak określić przyczynę zbyt wysokiego napięcia?

Zdiagnozowanie przyczyny zbyt wysokiego napięcia w sieci z instalacją fotowoltaiczną wymaga przeprowadzenia kilku prostych testów oraz dokładnych pomiarów. Przede wszystkim ważne jest, aby określić, czy problem dotyczy lokalnej instalacji, czy też sieci energetycznej w szerszym kontekście.

W celu zdiagnozowania dokładnej przyczyny zaleca się:

1. Wyłączenie instalacji fotowoltaicznej – najpierw wyłącz swoją instalację PV i sprawdź, czy napięcie sieci się zmienia. Jeśli nadal obserwujesz wysoki poziom napięcia, problem prawdopodobnie leży po stronie sieci, a nie Twojej instalacji​..
2. Pomiary napięcia w różnych porach dnia – użyj multimetru, aby zmierzyć poziom napięcia o różnych porach dnia, zwłaszcza w słoneczne południa, kiedy produkcja z paneli PV jest najwyższa. Jeśli odczyty przekraczają 253 V, oznacza to, że problemem jest przeciążenie sieci​.
3. Sprawdzenie przewodów – ważne jest, aby zmierzyć różnicę napięcia pomiędzy falownikiem a licznikiem dwukierunkowym. Jeśli różnica wynosi więcej niż 1-3%, może to oznaczać, że użyto zbyt cienkich przewodów, co prowadzi do wzrostu napięcia.

Jak obniżyć napięcie w sieci? Fotowoltaika ujarzmiona

Obniżenie napięcia w sieci w instalacjach fotowoltaicznych wymaga zastosowania kilku technicznych rozwiązań, które są skuteczne i zgodne z przepisami. Poniżej przedstawiamy najważniejsze metody, które właściciele instalacji fotowoltaicznych mogą wdrożyć, aby uniknąć problemów ze zbyt wysokim napięciem.

Funkcje Q(U) i P(U) – obniżenie napięcia falownika

Falowniki nowej generacji są wyposażone w zaawansowane funkcje sterowania, takie jak Q(U) oraz P(U). Q(U) pozwala falownikowi na regulację współczynnika mocy w zależności od napięcia w sieci, co stabilizuje jego pracę. P(U) to natomiast funkcja, która automatycznie ogranicza moc czynną instalacji, gdy napięcie zbliża się do wartości maksymalnej​.

Magazyn energii – zwiększenie zużycia obniża napięcie

Jednym z najefektywniejszych sposobów na obniżenie napięcia w sieci jest instalacja magazynu energii. Magazyn przechowuje nadwyżki energii, co pozwala na ograniczenie ilości energii przekazywanej do sieci i tym samym zmniejszenie napięcia. W ten sposób właściciele instalacji PV mogą wykorzystać zgromadzoną energię w dowolnym momencie, co zwiększa autokonsumpcję i poprawia opłacalność całej instalacji​

Redukcja napięcia z pomocą pompy ciepła c.w.u.

Jednym z najskuteczniejszych sposobów na obniżenie napięcia w sieci jest zwiększenie autokonsumpcji energii, co można osiągnąć za pomocą odpowiednich urządzeń. Przykładem jest pompa ciepła do c.w.u. (ciepłej wody użytkowej), która może pracować w godzinach szczytowej produkcji energii. Dzięki temu energia wytwarzana przez panele fotowoltaiczne jest zużywana na miejscu, co minimalizuje ilość energii przesyłanej do sieci i tym samym obniża napięcie​.

W praktyce właściciele instalacji PV mogą zautomatyzować działanie pompy ciepła, aby uruchamiała się w określonych godzinach, np. gdy nasłonecznienie jest największe. Jest to prosty, ale bardzo efektywny sposób na stabilizację napięcia w sieci i jednoczesne zwiększenie efektywności instalacji​.

Montaż fotowoltaiki – jak zapobiec wzrostowi napięcia w sieci?

Odpowiedni montaż instalacji fotowoltaicznej odgrywa kluczową rolę w zapobieganiu problemom z napięciem w sieci. Przed przystąpieniem do instalacji, firma montażowa powinna przeprowadzić analizę sieciową, aby sprawdzić, jaka moc instalacji będzie bezpieczna dla danego obszaru. Jednym z ważnych aspektów tej analizy jest pomiar impedancji sieci – wartość ta pozwala określić, jak dużo energii można bezpiecznie wprowadzić do sieci bez ryzyka przeciążenia​.

Każda firma instalacyjna powinna zadbać o:

• Dobór odpowiedniego inwertera – falowniki z zaawansowanymi funkcjami regulacyjnymi, takimi jak Q(U) i P(U), pozwalają na lepszą kontrolę napięcia.
• System monitorowania – instalacja systemów monitorujących pozwala na bieżące śledzenie pracy instalacji PV oraz szybkie reagowanie na wszelkie problemy z napięciem sieciowym.
• Właściwe okablowanie – dobór odpowiednich przewodów między falownikiem a licznikiem jest kluczowy dla uniknięcia problemów ze zbyt wysokim napięciem. Nie dość grube przewody mogą prowadzić do zwiększonych strat i wzrostu napięcia​.

Przeprowadzenie tych działań już na etapie montażu pozwala na uniknięcie przyszłych problemów z napięciem, co jest szczególnie ważne na obszarach, gdzie sieć jest przeciążona lub infrastruktura jest przestarzała.

Czego nie należy robić w celu obniżenia napięcia?

W dążeniu do obniżenia napięcia w sieci właściciele instalacji fotowoltaicznych czasami decydują się na niezalecane lub wręcz nielegalne działania, które mogą prowadzić do poważnych problemów zarówno technicznych, jak i prawnych. Oto czego absolutnie należy unikać:

1. Zmiana ustawień falownika na wyższe napięcie – niektórzy właściciele decydują się na modyfikację ustawień falownika, zmieniając kraj na taki, w którym dopuszczalne są wyższe wartości napięcia (np. 260 V). Choć może to na pierwszy rzut oka wydawać się skutecznym rozwiązaniem, w Polsce jest to nielegalne i może prowadzić do uszkodzenia urządzeń w sąsiednich budynkach oraz nałożenia kar przez operatora sieci​.
2. Autotransformatory – czasami stosuje się autotransformatory, które mają na celu obniżenie napięcia widzianego przez falownik. Niestety, takie rozwiązanie może powodować wypychanie energii z napięciem wyższym niż 253 V, co jest niezgodne z przepisami i może wywołać problemy zarówno dla Ciebie, jak i sąsiadów​.
3. Stosowanie “magicznych” urządzeń do obniżania napięcia – na rynku można znaleźć różne urządzenia, które rzekomo mają obniżać napięcie w sieci. Niestety, wiele z nich działa w sposób niezgodny z regulacjami energetycznymi lub nawet prowadzi do niepożądanych efektów, takich jak destabilizacja napięcia w obwodach​.

Zamiast stosować powyższe niezalecane metody, warto skonsultować się z profesjonalistami i skorzystać z legalnych rozwiązań, takich jak magazyny energii, regulacje falownika czy inteligentne systemy zarządzania energią.

Obniż napięcie w sieci i czerp korzyści z fotowoltaiki

Zbyt wysokie napięcie w sieci z instalacją fotowoltaiczną to problem, z którym boryka się coraz więcej właścicieli instalacji PV, zwłaszcza w obszarach o dużym nasyceniu mikroinstalacjami. Wzrost napięcia wynika przede wszystkim z nadmiernej produkcji energii w słoneczne dni oraz z przestarzałej infrastruktury sieciowej, która nie jest w stanie efektywnie odbierać energii.

Na szczęście istnieje wiele skutecznych rozwiązań, które pozwalają obniżyć napięcie i poprawić efektywność instalacji fotowoltaicznej. Należą do nich m.in. zastosowanie funkcji Q(U) i P(U) w falowniku, zwiększenie autokonsumpcji poprzez urządzenia takie jak pompa ciepła, a także instalacja magazynu energii. Każde z tych rozwiązań pozwala nie tylko stabilizować napięcie, ale także zwiększyć oszczędności z instalacji PV.

Unikaj jednak nielegalnych i ryzykownych metod, takich jak zmiana ustawień falownika czy stosowanie autotransformatorów. W przypadku wątpliwości warto zawsze skonsultować się z profesjonalistą, aby dobrać najlepsze i zgodne z przepisami metody zarządzania napięciem w sieci​. 

Prawidłowe zaprojektowanie i profesjonalny montaż instalacji fotowoltaicznej z uwzględnieniem regulacji napięcia są kluczowe dla zapewnienia jej bezproblemowej pracy oraz maksymalnych korzyści finansowych i ekologicznych.