Zbyt wysokie napięcie w sieci - problemy z działaniem instalacji fotowoltaicznej. Jak je rozwiązać?

Szybki przyrost liczby mikroinstalacji powoduje coraz częstszy problem związany ze skokami napięcia w sieci, które w najgorszym wypadku skutkują wyłączaniem się inwertera, a więc stratami w produkcji energii elektrycznej. Co może zrobić użytkownik instalacji fotowoltaicznej w przypadku takiej sytuacji?

Na koniec 2020 r. w Polsce działało blisko 3,9 GW instalacji fotowoltaicznych. W czerwcu 2021 r. ta moc wynosiła już ponad 5,2 GW. Oznacza to, że w przeciągu zaledwie 6 miesięcy mieliśmy do czynienia z przyrostem mocy zainstalowanej na poziomie około 33%. Z jednej strony należy się cieszyć, ponieważ w Polsce coraz większa ilość energii elektrycznej jest produkowana z odnawialnych źródeł. Jednakże, z drugiej strony tak dynamiczny przyrost liczby przydomowych instalacji fotowoltaicznych powoduje coraz częstszy problem związany ze skokami napięcia w sieci, które mogą powodować wyłączaniem się inwertera i straty w produkcji energii elektrycznej. Jakie kroki warto podjąć przed zakup instalacji fotowoltaicznej, aby mieć szansę uniknąć tego zjawiska? Podpowiadamy.

Zbyt obciążona sieć - geneza problemu

Boom na fotowoltaikę w Polsce nie trwa stosunkowo długo. Największy przyrost liczby instalacji obserwujemy zaledwie od 3-4 lat. Przed tym okresem mało kto martwił się o to, że stan sieci przesyłowych w Polsce może w przyszłości nie być wystarczający, aby udźwignąć olbrzymią ilości energii elektrycznej przesyłanej przez właścicieli instalacji fotowoltaicznych zwłaszcza w okresie letnim.

Przypomnijmy, że obecnie zainstalowane w Polsce systemy PV, nadwyżki wyprodukowanej energii rozliczają z Zakładem Energetycznym (ZE) w tzw. systemie opustów. Oznacza to, że nadwyżka energii elektrycznej produkowana przez instalację fotowoltaiczną jest odsyłana do Operatora Energetycznego, a właściciel instalacji może odebrać ją w ilości 80% (70% gdy instalacja ma moc >10 kWp) w ciągu 365 dni. Okazuje się, że nadwyżki w ciągu roku jest bardzo dużo, ponieważ według danych statystycznych użytkownicy przydomowych instalacji są w stanie na bieżąco wykorzystać jedynie 20-30% energii produkowanej przez instalację fotowoltaiczną (chyba, że mają pompę ciepła, wówczas % autokonsumpcji jest znacznie wyższy).

Przeczytaj też:

Współpraca pompy ciepła i fotowoltaiki: korzyści i rozwiązania >>>

Obecnie tempo przyrostu nowych instalacji fotowoltaicznych jest tak duże, że zaczynamy zdawać sobie sprawę z faktu, jak słabej jakości jest nasza krajowa sieć przesyłowa. Prawdopodobnie dalszego wzrostu mocy zainstalowanej w fotowoltaice nie unikniemy. Musimy zacząć zastanawiać się nad rozwiązaniem problemu zbyt obciążonej sieci, aby uniknąć sytuacji, w której falownik w naszej domowej instalacji będzie się wyłączać.

Kiedy falownik się wyłączy

Jak powszechnie wiadomo, największą ilość energii instalacja fotowoltaiczna będzie produkować w okresie wiosenno-letnim, kiedy temperatura i natężenie promieniowania słonecznego jest optymalne. Teraz wyobraźmy sobie sytuację, że w okolicy naszego domu wyposażonego w instalację PV znajduję się jeszcze kilka innych tego typu systemów. W okresie najintensywniejszej produkcji energii, falowniki będą musiały „wypchnąć” bardzo dużą ilość energii (nadwyżki) do Zakładu Energetycznego. Aby to zrobić urządzenia te muszą „podbić” napięcie w sieci. Jeżeli napięcie na którejś z faz wzrośnie powyżej wartości 253V, falownik albo obniży swoją moc pracy, albo w najgorszym wypadku wyłączy się. Takie incydenty będą wpływać po pierwsze na straty w ilości wyprodukowanej energii z instalacji fotowoltaicznej, a co więcej mogą także mieć wpływ na skrócenie okresu eksploatacji urządzenia lub zwiększone prawdopodobieństwo jego awarii, w okresie krótszym niż możemy się tego spodziewać.

Przekroczenie wartości 253V na którejś z faz, może nie być jedyną przyczyną wstrzymania pracy falownika. Może to nastąpić także w skutek zbyt dużej różnicy napięć pomiędzy poszczególnymi fazami. Dzieje się tak np. gdy w danym momencie jedna faza w domu jest znacznie mocniej obciążona w stosunku do pozostałych.

Mam już instalację fotowoltaiczną i co teraz

Jeżeli problem zaczął pojawiać się nagle, a do tej pory instalacja fotowoltaiczna pracowała bez zarzutów, to prawdopodobnie w okolicy naszego gospodarstwa domowego przybyło kilka instalacji PV. W skutek zwiększonej ilości energii (nadwyżki) koniecznej do przesłania, napięcie w sieci zaczęło coraz częściej przekraczać wartość 253 V i falownik zaczął pracować bardzo nieregularnie (włącza się i wyłącza kilka razy w ciągu dnia).

Pierwszym krokiem jaki należy podjąć to zgłoszenie problemu do Zakładu Energetycznego. Podając informację o obniżonej wydajności pracy własnego systemu spowodowanej zbyt wysokim napięciem w sieci, warto dodać zrzuty ekranu z monitoringu napięć na poszczególnych fazach naszej instalacji elektrycznej (Rysunek 1). Jeżeli nie jesteśmy w stanie sami wygenerować takich wykresów, zwróćmy się do swojego instalatora, aby wygenerował nam je z panelu administratora. Po zgłoszeniu problemu drogą mailową/pocztową warto przypominać się ZE, aby zwiększyć prawdopodobieństwo jej pozytywnego rozpatrzenia.

W sytuacji, w której Zakład Energetyczny przychyli się do naszego wniosku, czynnością jaką może podjąć (przynoszącą najlepsze skutki) jest obniżenie na „najbliższej” trafostacji napięcia w sieci o kilka volt - to powinno rozwiązać problem. Inną czynnością jaką można wykonać jest zainstalowanie analizatora parametrów sieci w celu jej weryfikacji i podjęcia dalszych kroków, prowadzących do wyjaśnienia przyczyn zaistniałej sytuacji. Drugi sposób zdecydowanie wydłuży proces przywrócenia poprawnego działania instalacji fotowoltaicznej, ale jest oznaką tego, że Zakład Energetyczny poważnie zainteresował się naszym zgłoszeniem.

W trakcie procedowania naszego wniosku możemy we własnym zakresie wykonać pewne czynności pomagające kontrolować sytuację. Mając świadomość, że okres największej produkcji systemu przypada na godziny południowe i wtedy też największa ilość nieskonsumowanej energii jest wysyłana na zewnątrz, możemy właśnie w tym okresie zwiększyć % autokonsumpcji. Wystarczy w porach największej produkcji uruchomić w domu więcej odbiorników zielonej energii (włączyć pralkę, suszarkę, ugotować obiad na płycie indukcyjnej). Wówczas inwerter będzie miał mniej energii (nadwyżki) do „wypchnięcia” na zewnątrz, a więc napięcia nie będą tak intensywnie podbijane. Jeżeli nasza instalacja fotowoltaiczna jest wyposażona w inteligentny licznik energii będzie nam łatwiej określić precyzyjnie, w których porach dnia powinniśmy używać najwięcej energii, aby jak najefektywniej ją wykorzystać. Należy zaznaczyć, że nie jest to sposób na długofalowe rozwiązanie problemu, jednak na krótką metę może pomóc.

Zbyt wysokie napięcie w sieci - czy można przewidzieć wystąpienie tego zjawiska?

W pewnym sensie jest to możliwe, choć nie ma 100% pewności, że poczynione działania spowodują, że problem z wyłączaniem się instalacji fotowoltaicznej nigdy nie wystąpi. To co można wykonać przed zakupem systemu to pomiary impedancji pętli zwarciowej pomiędzy przewodami L i N. Następnie, na podstawie zebranych danych, należy wykonać szereg obliczeń, zweryfikować je i określić przybliżoną maksymalną moc instalacji, jaka prawdopodobnie pozwoli uniknąć problemów ze zbyt wysokim napięciem w sieci. Do wykonania pomiarów jest potrzebny specjalny miernik, dlatego też prace tego typu zazwyczaj zleca się elektrykowi lub firmie instalatorskiej. Dobrą praktyką jest wykonanie tego typu badania, aby choć wstępnie dowiedzieć się jaką  instalację fotowoltaiczną możemy zainstalować w swoim domu.

Rządowy pomysł na likwidację problemu

Z pewnością nie doczekamy się dynamicznej przebudowy polskiej sieci przesyłowej, co byłoby rozwiązaniem najwygodniejszym, z punktu widzenia użytkowników domowych instalacji. Niestety tak wielki projekt popchnąłby niewyobrażalne wielki kwoty i zająłby mnóstwo czasu, którego nie mamy. Realnym sposobem na poprawę sytuacji mają być domowe magazyny energii, w których to domownicy będą mogli magazynować część wyprodukowanej nadwyżki energii elektrycznej zamiast „wpychać” ją do sieci Operatora.

Sposób ten nie jest idealny, ale z pewnością pozwoli zmniejszyć ilość incydentów opisanych w tym artykule. Minusem rozwiązania są ceny akumulatorów do magazynowania energii, które przy baterii o pojemności 10 kWp zaczynają się od kilkunastu tysięcy złotych. Z pomocą ma przyjść czwarta odsłona rządowego programu Mój Prąd, rozpocznie się na początku 2022 r. i położy największy nacisk na dofinansowania skierowane właśnie dla przydomowych magazynów energii.