UPS do fotowoltaiki - czym jest i jak działa?

Czym jest UPS i jakie może mieć zastosowanie?

Nazwa, a właściwie skrót UPS pochodzi od angielskiego sformułowania uninterruptible power supply oznaczającego zasilacz bezprzerwowy lub awaryjny. Oznacza to, że urządzenie określane jako UPS ma w uproszczeniu za zadanie podtrzymanie zasilania podłączonych do niego sprzętów i urządzeń w przypadku zaniku dostaw energii elektrycznej z sieci lub wystąpienia nieprawidłowości uniemożliwiających ich sieciowe zasilanie. W jaki sposób UPS jest w stanie podtrzymać zasilanie? Zazwyczaj dzięki wbudowanym akumulatorom o określonej pojemności, na których zasilacz automatycznie opiera swoje działanie w momencie wykrycia przerwania zasilania sieciowego. Czas, przez który UPS będzie w stanie podtrzymać pracę połączonych z nim urządzeń zależy oczywiście od takich czynników jak łączna moc tych sprzętów oraz dostępna pojemność użytkowa zasilacza. Zazwyczaj jest to okres od kilku minut do kilkunastu godzin.

W zależności od potrzeb użytkownika i rodzaju instalacji, którą posiada, a także trybu, w jakim planuje wykorzystywać awaryjny zasilacz, inwestor ma do wyboru kilka rodzajów UPS-ów. Wśród urządzeń tych wyróżnia się na przykład te pracujące w trybie on-line, off-line oraz tzw. UPS-y “line-interactive”, będące bardziej zaawansowaną wersją zasilaczy typu off-line. Najczęściej podają one napięcie jednofazowe o wartości 230 V. Na rynku istnieją także zasilacze trójfazowe o napięciu nominalnym na poziomie 400 V. Moc samego UPS-a natomiast określa się jako moc pozorną, która wyrażana jest w VA. Zasilacze awaryjne typu UPS najczęściej stosuje się w:

• przedsiębiorstwach, w których nawet krótkotrwały zanik zasilania może spowodować znaczące straty finansowe, a co za tym idzie również wizerunkowe. Chodzi tu przede wszystkim o zakłady przemysłowe korzystające ze sterowanego komputerowo procesu produkcji, a więc na przykład przemysł spożywczy, hutniczy, czy papierniczy;
• serwerowniach, centrach danych i innych podmiotach z obszaru IT i telekomunikacji, w których utrata danych klientów mogłaby mieć istotne konsekwencje dla bezpieczeństwa i nieść ze sobą poważne skutki prawne. UPS-y pomagają także w zachowaniu ciągłości dostaw usług telekomunikacyjnych;
• przemyśle energetycznym, w którym strategiczne instalacje sterowane są przez systemy wymagające ciągłego, nieprzerwanego zasilania;
• medycynie oraz w badaniach laboratoryjnych. Są to obszary bezpośrednio związane ze zdrowiem i życiem, w przypadku których nawet krótkotrwały zanik zasilania strategicznych maszyn i urządzeń może być znamienny w skutkach. Szpitale, kliniki, czy laboratoria, szczególnie te funkcjonujące w trudnych warunkach muszą mieć zapewniony wielopoziomy system awaryjnego zasilania.

Źródło: inteligentnybudynek.eu na podstawie ankiety magazynu Inżynieria i Utrzymanie Ruchu

UPS do fotowoltaiki - jak to działa?

Przemysł energetyczny, jako jeden z najszerzej korzystających z rozwiązań technologicznych w zakresie podtrzymywania ciągłości zasilania wskazuje na istotność takich systemów również w skali mikro, a więc w przypadku indywidualnych, domowych instalacji energetycznych. Coraz więcej prywatnych gospodarstw domowych w Polsce decyduje się na produkcję i autokonsumpcję prądu wytworzonego przez panele słoneczne, co oznacza, że temat zasilania awaryjnego dla fotowoltaiki nie powinien być im obcy. Opcji w tym obszarze jest tak naprawdę sporo, a jedną z nich jest wyposażenie instalacji fotowoltaicznej w zasilacz awaryjny typu UPS. Należy jednak pamiętać, że sposób podłączenia i wybór rodzaju urządzenia w kontekście typu i mocy posiadanej instalacji, wymaga zwrócenia uwagi na pewne aspekty.

UPS do fotowoltaiki off-grid

Choć całkowicie niezależne instalacje, jak nazywa się często fotowoltaikę typu off-grid są w Polsce zdecydowanie mniej popularne niż instalacje podłączone do sieci elektroenergetycznej, to UPS-y w takich układach można spotkać coraz częściej. Zazwyczaj chodzi tu o instalacje funkcjonujące w kamperach, domkach letniskowych, czy na łodziach mieszkalnych. W takich konfiguracjach UPS zwykle wykorzystywany w charakterze magazynu energii, który podtrzymuje zasilanie systemu i sprzętów w przypadku zaniku zasilania z sieci lub fotowoltaiki (np. nocą). Wielu producentów posiada w swojej ofercie gotowe zestawy fotowoltaiczne typu off-grid wraz z UPS-ami (często jednocześnie przetwornicami), które w razie potrzeby automatycznie przełączają się w tryb pracy akumulatorowej.

UPS do fotowoltaiki on-grid

Wydawać by się mogło, że nic prostszego w podpięciu zasilacza awaryjnego typu UPS do instalacji fotowoltaicznej tak, aby podtrzymywał on zasilanie falownika podczas awarii sieci. Okazuje się jednak, że istnieje sporo aspektów dotyczących bezpieczeństwa i efektywności użytkowania takiego systemu. Chodzi tu między innymi o takie czynniki jak:

• kwestię automatycznego przełączania instalacji a w tryb zasilania awaryjnego,
• odizolowanie instalacji od sieci tak, aby w przypadku awarii nie zagrozić bezpieczeństwu pracowników likwidujących uszkodzenia,
• efektywność i sposób podłączenia UPSa w przypadku paneli wyposażonych w mikroinwertery,
• zapewnienie bezzwarciowego, ponownego wybudzenia instalacji po przywróceniu zasilania sieciowego,
• wybór urządzenia o koniecznych dla danej instalacji funkcjonalnościach i cechach, które może okazać się sporą, dodatkową inwestycją.

Wątpliwości i aspekty wymagające rozważenia w przypadku podłączania zasilacza awaryjnego typu UPS do fotowoltaiki on-grid dyskutowane są szeroko między innymi na forum portalu elektroda.pl. Fakt ten pokazuje, że wyposażenie instalacji w takie urządzenie może niekiedy nastręczać pewnych trudności:

Źródło: elektroda.pl

UPS do fotowoltaiki - jakie urządzenia?

Popularne na rynku zasilacze awaryjne typu UPS, których głównym zadaniem ma być na przykład podtrzymanie zasilania routera, czy jednostki centralnej komputera przez kilka do kilkunastu minut, zwykle nie wymagają szczegółowej analizy na etapie zakupu. Wówczas ważny jest przede wszystkim czas podtrzymania zasilania przy określonym procentowo obciążeniu, obecność funkcji “zimnego startu”, czy wbudowane porty komunikacyjne, do których można podłączyć dodatkowe urządzenia. W przypadku UPS-a, który ma współpracować z instalacją fotowoltaiczną warto, aby zasilacz oferował inne dodatkowe funkcje, które usprawnią jego współpracę z systemem. Zazwyczaj są to urządzenia typu 2 w 1, do których należą na przykład:

• Przetwornica solarna z funkcją UPS - urządzenia tego typu oprócz zasilania sprzętów elektrycznych napięciem przemiennym 230 V z akumulatorów, czy instalacji elektrycznych o napięciu stałym 12 V, mogą służyć także jako zasilacze awaryjne w przypadku braku dostaw prądu z sieci. Przetwornice takie często współpracują z instalacjami fotowoltaicznymi, a także wykorzystywane są dla zachowania ciągłości zasilania pomp ciepła, czy pieców. Cechą charakteryzującą zaawansowane technologicznie przetwornice solarne jest wytwarzanie na wyjściu takiego samego typu napięcia, jakie występuje w sieci elektroenergetycznej, a więc napięcia przemiennego o przebiegu sinusoidalnym. Dzięki temu minimalizowane jest ryzyko awarii instalacji w momencie przywrócenia zasilania sieciowego.
• Inwerter hybrydowy i UPS 2 w 1 - typem przetwornicy dedykowanym instalacjom fotowoltaicznym, w szczególności off-grid i mającym współpracować z zestawem akumulatorów, są inwertery hybrydowe. Urządzenia te mogą być wyposażone w funkcję UPS, która w specyfikacji urządzenia określana jest jako EPS (ang. Emergency Power Supply). Inwertery hybrydowe automatycznie przełączają się w stan zasilania awaryjnego, co zazwyczaj się w czasie ok. 10 ms. Urządzenia tego typu mogą pracować w trybie UPS, w którym akumulatory ładowane są z fotowoltaiki, a także w układach buforowych.

Przykładowe modele UPS-ów do fotowoltaiki

Rynek obfituje w różne modele urządzeń typu UPS lub oferujących funkcję UPS, które można zintegrować z instalacją fotowoltaiczną w charakterze zasilania awaryjnego. Wielu producentów oferuje także gotowe zestawy fotowoltaiczne uwzględniające przetwornicę lub inwerter hybrydowy. Ich ceny kształtują się różnie w zależności od technologicznego zaawansowania urządzenia oraz możliwości zastosowań w różnych układach. Wśród urządzeń oferujących funkcją UPS do fotowoltaiki na rynku można znaleźć między innymi:

1. Przetwornica Green Cell UPS 12V / 230V - cena ok. 500 zł
Przetwornica napięcia Green Cell posiada wbudowaną opcję trybu UPS i można ją zastosować do zasilania urządzeń i instalacji wymagających nieprzerwanych dostaw energii. Urządzenie marki Green Cell jest bardzo proste w zastosowaniu i wg producenta wymaga jedynie podłączenia go do sieci, wpięcia urządzenia, którego zasilanie ma być przez nie podtrzymywane oraz podłączenia do zacisków przetwornicy akumulatora lub zestawu akumulatorów. Czysty przebieg sinusoidalny napięcia podawanego przez przetwornicę Green Cell sprawia, że można do niej podłączyć nawet najbardziej wrażliwe urządzenia lub instalacje. Wśród parametrów tej przetwornicy należy wymienić:

• przetwornica z funkcją UPS
• moc na poziomie 300 W / 600 W
• napięcie wyjściowe 230 V 50 Hz - AC pełna sinusoida
• sprawność urządzenia ok. 90%
• zabezpieczenie przed przepięciem
• zabezpieczenie przed przegrzaniem (Turbo Cooling)
• zabezpieczenie przed przeciążeniem

2. Przetwornica VOLT Sinuspro-2000W - cena ok. 1000 zł
Urządzenie, które łączy w sobie automatyczny regulator napięcia AVR, prostownik do ładowania akumulatorów 20 A, przetwornicę opierającą swoje działania na czystym przebiegu sinusoidalnym. Dzięki tej cesze możliwe jest łączenie różnych mocy biernych odbiorników, a także liczyć na wysoką elastyczność w przypadku wystąpienia przeciążeń napięcia. Ciągłość zasilania zapewnia natomiast tryb UPS, w który urządzenie przełącza się automatycznie po wykryciu zaniku napięcia z sieci. Do najważniejszych parametrów przetwornicy należą:

• funkcja prostownika i UPS
• moc na poziomie 1400 W / 2000 W
• napięcie wyjściowe 230 V 50 Hz
• sprawność ok. 92%
• zabezpieczenie przeciążeniowe
• zabezpieczenie przeciwzwarciowe
• zabezpieczenie przed włączeniem odwrotnej polaryzacji

3. Hybrydowy inwerter solarny Growatt ON-GRID SPH4000TL3-BH UP - cena ok. 10 000 zł
Growatt to jedna z najbardziej znanych marek w branży falowników, a także magazynów energii współpracujących z fotowoltaiką. Hybrydowy inwerter solarny od Growatt to zaawansowane urządzenie działające trójfazowo i posiadające wbudowaną funkcję UPS. System zarządzania ładowaniem i rozładowaniem baterii zapewnia ich bezawaryjną pracę i dużą efektywność. Inwerter automatycznie przełącza się na tryb zasilania awaryjnego. Jego instalacja jest prosta, a wbudowany wyświetlacz LCD ułatwia kontrolę nad całym systemem. Do najważniejszych parametrów hybrydowego inwertera Growatt należy zaliczyć:

• falownik z funkcją UPS (EPS)
• moc wyjściowa urządzenia 4000 W
• nominalne napięcie wyjściowe 230 V
• maksymalna sprawność na poziomie 97,6%
• zabezpieczenie przed odwróconą polaryzacją
• ochrona przeciwprzepięciowa
• zintegrowany system monitorowania przebicia prądowego

O czym pamiętać podłączając UPS do fotowoltaiki?

Niepewna sytuacja energetyczna, podwyżki cen prądu, a także zły stan krajowej infrastruktury sieci elektroenergetycznych sprawiają, że coraz więcej prosumentów korzystających z fotowoltaiki zastanawia się jak zapewnić ciągłość działania instalacji nawet w przypadku awarii sieci. Fora internetowe pokazują, że niektórzy szukają rozwiązań na własną rękę i starają się samodzielnie doposażać domowe systemy energetyczne w zasilacze awaryjne typu UPS. Zainteresowanie tym tematem sprawia, że coraz więcej osób chce świadomie zarządzać energią i bezpieczeństwem energetycznym we własnym domu lub firmie. Chcąc jednak dobrać optymalny UPS do fotowoltaiki warto pamiętać o kilku aspektach:

• zadbać o bezpieczeństwo użytkowania instalacji poprzez skorzystanie z wiedzy i doświadczenia specjalistów posiadających odpowiednie uprawnienia;
• nie próbować ingerować w kluczowe parametry urządzeń i instalacji na własną rękę;
• zadbać o odpowiednie odizolowanie instalacji od sieci w trakcie awarii i przywrócenia zasilania, aby nie spowodować zagrożenia dla pracowników energetyki;
• dobrać odpowiedni rodzaj urządzenia do potrzeb i możliwości instalacji tak, aby nie przewartościowywać inwestycji lub nie kupić urządzenia, które będzie nieużyteczne w danym przypadku.