Za wysokie napięcie w sieci a fotowoltaika – co trzeba wiedzieć?

3.91 /5
(Ocen: 11)
W ciągu ostatnich kilku lat cała Polska zainteresowała się fotowoltaiką. I nie bez przyczyny. Pojawiły się dotacje i ułatwienia prawne, malały ceny instalacji, a coraz wyższe ceny konwencjonalnej energii skutecznie zachęcały do przerzucenia się na energię z OZE. Gdy jednak w 2019 roku rząd wprowadzał program “Mój Prąd”, który de facto rozpoczął boom na fotowoltaikę, mało kto brał pod uwagę problemy, przed którymi w pewnym momencie staną prosumenci. Niestety, ten moment właśnie nadszedł. Temat “za wysokie napięcie w sieci – fotowoltaika” obecnie coraz częściej przewija się w przestrzeni publicznej. W czym leży problem? Jakie są skutki zbyt wysokiego napięcia sieci dla fotowoltaiki? Jak obniżyć napięcie w sieci z fotowoltaiką? Zapraszamy do artykułu!

Sprawdź bezpłatnie oferty fotowoltaiki

Fotowoltaika a napięcie w sieci. Kilka słów na początek

Zacznijmy od tego, jak w ogóle znaleźliśmy się w miejscu, w którym fotowoltaika znacząco wpływa na napięcie w sieci i na odwrót.

Fotowoltaiki przybywa…

Na koniec 2018 roku łączna zainstalowana moc fotowoltaiki wynosiła 490 MW. Na koniec 2019 roku, skumulowana moc elektrowni słonecznych sięgnęła… 1500 MW (czyli 1,5 GW), co daje trzykrotny wzrost w stosunku do poprzedniego roku! Co się stało w 2019 roku w fotowoltaice?

Przede wszystkim pojawił się program “Mój Prąd”, który gwarantował dotację aż 5.000 zł do instalacji o mocy od 2 do 10 kW. Dofinansowanie, tylko w ciągu pierwszych 100 dni przyczyniło się do powstawania 13.500 instalacji PV o mocy ok. 73 MW. Oprócz tego, pojawiła się nowelizacja ustawy o OZE, która pozwalała nadać status prosumenta również m.in. przedsiębiorstwom czy wspólnotom i spółdzielniom mieszkaniowym. Ujednolicono również wysokość podatku VAT, co przełożyło się na niższe koszty inwestycji.

Wszystkie te zmiany, w połączeniu z podwyżkami cen prądu, które można było obserwować na przełomie 2018 i 2019 roku, sprawiły, że instalacje fotowoltaiczne w Polsce na dobre nabrały rozpędu. Na koniec 2020 roku, mieliśmy w kraju instalacje fotowoltaiczne o łącznej mocy 3,935 GW – to aż o 259% więcej niż w 2019 roku. W 2021 roku dynamika nieco osłabła, ale i tak elektrowniom słonecznym udało się przebić wszelkie prognozy i osiągnąć łączną moc 7,67 GW (według danych na koniec grudnia 2021 roku – to daje wzrost o 193%).

Wzrost mocy fotowoltaiki w Polsce.

Źródło: IEO, Raport “Rynek fotowoltaiki w Polsce 2021”

O tym, jak bardzo nikt się nie spodziewał tak dużego skoku mocy PV, powinien świadczyć fakt, że w dokumencie “Polityka Energetyczna Polski do 2040 roku” (opublikowanym w listopadzie 2018 roku), poziom 5-7 GW mocy zainstalowanej był przewidziany na… 2030 rok.

Dla zrozumienia problemów związanych z instalacjami fotowoltaicznymi i zbyt wysokim napięciem w sieci, należy jeszcze dodać, że właściwie wszystkie powyższe dane dotyczą instalacji on-grid, czyli podłączonych do sieci. I tym sieciom również należy się kilka słów wstępu.

A sieci nie młodnieją…

W maju 2021 roku Najwyższa Izba Kontroli przedstawiła raport “Bariery rozwoju odnawialnych źródeł energii”. Z wniosków wynika, że owe bariery dotyczą “ograniczeń infrastrukturalnych związanych głównie z możliwościami dostępu do mocy przyłączeniowych”.

Co konkretnie jest bolączką polskich sieci energetycznych? Wiek i niedoinwestowanie. Dane na ten temat przedstawiło w 2017 roku Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE). Jeśli chodzi o napowietrzne linie niskiego napięcia, około 31% infrastruktury pięciu największych OSD (Enea, Energa, Tauron, PGE, Innogy) ma ponad 40 lat. Kolejnych 35% ma od 25 do 40 lat. Jednocześnie to właśnie to napowietrzne linie są w Polsce najpopularniejsze – stanowią ok. ¾ ogółu.

Innymi słowy, znaczna część infrastruktury energetycznej pamięta lata PRL, gdy nikt o przesyłaniu energii w obie strony (a nie tylko z elektrowni do odbiorcy) jeszcze nie myślał. Sieci są stare, przewody mają małe średnice, a transformatory mają za małe moce do obsługi coraz większej liczby mikroinstalacji. Tyle tytułem wstępu. Przejdźmy teraz do wyjaśnienia, jak fotowoltaika podnosi napięcie w sieci.

Za wysokie napięcie w sieci – fotowoltaika jest winna?

Podręcznikowo, napięcie w sieci elektroenergetycznej powinno wynosić około 230 V, przy czym dopuszczalne są odchylenia o 10% w jedną i drugą stronę. W praktyce, napięcie nie powinno więc przekraczać wartości 207 – 253 V (a właściwie nie może go przekraczać przez pewien określony w ustawach czas). W jaki sposób duża ilość instalacji fotowoltaicznych i stare linie przekładają na zwiększenie napięcia w sieci?

Zgodnie z prawem Kirchhoffa, przydomowa elektrownia słoneczna działa w ten sposób, że w pierwszej kolejności dostarcza energię bezpośrednio do gospodarstwa domowego – na bieżące potrzeby urządzeń, które działają, gdy działa i fotowoltaika.

W praktyce jednak, szczególnie wiosną i latem, pochłania to jednak jedynie ułamek produkowanej energii (ok. 20-30%) – bo w przeciętnym gospodarstwie domowym, w godzinach od 7-8 rano do 16-17 po południu, praktycznie nikogo nie ma w domu. Z energią coś trzeba jednak zrobić, więc zostaje odesłana do sieci energetycznej. Żeby technicznie było to możliwe, inwerter (lub też mikroinwerter) musi podnieść napięcie wyprodukowanej paczki prądu.

I o ile dotyczy to pojedynczych instalacji, nie ma z tym większego problemu. Teraz jednak liczba prosumentów sięga miliona – przy czym ich rozłożenie nie jest równomierne. W niektórych regionach występuje bardzo duże nasycenie instalacjami PV. I wszystkie one chcą odesłać ok. 80% swojej dziennej produkcji do sieci, mniej więcej w tym samym czasie. Każda z nich podnosi więc trochę napięcie, aż do momentu, gdy osiągnie ono limit.

Sieci też mają swoje na sumieniu

Prawdą jest zatem, że 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 umyślnie nastawiają napięcie na transformatorze powyżej napięcia nominalnego 230 V po to, by zapewnić prawidłowe napięcie do każdego klienta w danym obszarze i zapewnić sobie większe zyski. O co chodzi?

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.

Oczywiście powyższa sytuacja nie miałaby miejsca, gdyby nasze sieci byłyby wyposażone w większą liczbę transformatorów czy lepsze linie przesyłowe.

Efekt obu czynników jest taki, że aby chronić użytkowników sieci przed zbyt wysokim napięciem i jego skutkami (o których napiszemy nieco niżej), wbudowane zabezpieczenia falowników wyłączają urządzenie. Sytuacja taka może być sporadyczna, ale może też być nagminna. Jakie niesie to ze sobą skutki?

Skutki zbyt wysokiego napięcia w sieci z instalacjami fotowoltaicznymi

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.

Zbyt wysokie napięcie w sieci ma jednak również inne, negatywne skutki, które mogą odczuć nie tylko prosumenci, ale również postronni odbiorcy energii. O czym mowa? O krótszej żywotności urządzeń pracujących na zwiększonym napięciu. Są one bowiem przystosowane do pracy na prądzie o określonych parametrach. Wyższe napięcie sieci sprawia, że zwiększa się ich wydajność, ale też sprawia, że pracują krócej.

To jednak tylko jedna strona medalu. Większa wydajność owych urządzeń, wymuszona przez zwiększone napięcie będzie skutkować również wyższymi rachunkami za prąd. Mocno przekroczone normy napięcia mogą też doprowadzić do przepięć i uszkodzenia co wrażliwszych urządzeń (np. elektroniki).

Tracą więc wszyscy:

  • prosumenci, którzy muszą się mierzyć: z wyłączającą się mikroinstalacją, szybszym zużyciem urządzeń pracujących na wyższym napięciu i zwiększonym zużyciem prądu,
  • odbiorcy niebędący prosumentami, którzy borykać się będą “tylko” z krótszą żywotnością i wyższymi rachunkami.

Czy istnieje sposób na rozwiązanie problemu “za wysokie napięcie w sieci – fotowoltaika”? Owszem!

Za wysokie napięcie w sieci – fotowoltaika. Jak można się uchronić przed problemami?

O temacie warto pomyśleć jeszcze przed montażem, na etapie projektowania instalacji. Co można zrobić, aby nie zaskoczyła Was wyłączająca się instalacja fotowoltaiczna?

Impedancja pętli zwarcia a fotowoltaika

Przede wszystkim, przed ustaleniem mocy instalacji fotowoltaicznej dla danego obiektu, wynikającej z zapotrzebowania energetycznego, należy dokonać pomiarów impedancji pętli zwarcia (IPZ) w miejscu przyłączenia. Uwzględniając impedancję sieci i maksymalny wzrost napięcia, można 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 “winnego” w naszej instalacji.

Uwaga! Zarówno pomiarów, jak i interpretacji wyników powinien dokonywać specjalista-elektryk, za pomocą przeznaczonych do tego urządzeń.

Oprócz dokonania pomiarów impedancji, dla zminimalizowania ryzyka wyłączeń fotowoltaiki ze względu na zbyt wysokie napięcie warto jeszcze:

  • montować falownik możliwie jak najbliżej rozdzielni głównej obiektu,
  • dobierać kable podłączeniowe inwertera po stronie AC, tak by ograniczyć spadek napięcia do mniej niż 1%.

Fotowoltaika blisko transformatora oznacza problemy? To mit!

W materiałach dotyczących instalacji słonecznych pojawia się niekiedy stwierdzenie, że fotowoltaika blisko transformatora może zwiększać ryzyko zbyt wysokiego napięcia sieci i wyłączania fotowoltaiki. To nieprawda! Jest wręcz odwrotnie!

W praktyce to zbyt duża odległość instalacji fotowoltaicznej od transformatora, zwiększa ryzyko wysokich napięć – wraz z odległością rośnie bowiem impedancja sieci.

Zbyt wysokie napięcie w sieci – fotowoltaika wschód zachód pomoże?

Pewnym rozwiązaniem jest odejście od kanonu projektowania instalacji fotowoltaicznych i skierowanie modułów nie na południe, ale na wschód i zachód.

Ponieważ montaż w kierunku południowym pozwala osiągnąć jak największą moc i produkcję z instalacji, jest to najczęściej stosowane rozwiązanie. Oznacza to jednak, że niemal wszystkie systemy PV w tym samych godzinach próbują odesłać nadwyżki energii. Jeśli zdecydujemy się na fotowoltaikę wschód zachód, nie będziemy doświadczać nagłego piku produkcji w godzinach południowego szczytu. Zamiast tego, będziemy mogli liczyć na wcześniejsze wybudzanie się i lepszą pracę instalacji w godzinach porannych oraz dłuższą i bardziej efektywną produkcję w godzinach popołudniowych i wieczornych.

Taki profil produkcji sprzyja nie tylko lepszemu wykorzystaniu produkowanej energii (ostatecznie w przypadku większości gospodarstw domowych to właśnie rano i popołudniu odnotowuje się zwiększone zapotrzebowanie), ale chroni też przed wyłączeniami. I choć układ wschód-zachód może oznaczać nieco mniejszą produkcję ogólnie, to jednak w kontekście zbyt wysokiego napięcia w sieci, fotowoltaika wschód-zachód może być bardziej opłacalna od tej skierowanej na południe.

Sprawdź bezpłatnie oferty fotowoltaiki

Jak obniżyć napięcie w sieci: fotowoltaika potrzebuje autokonsumpcji!

Co jednak, gdy nasza instalacja już działa i musimy się mierzyć ze stratami wynikającymi ze zbyt wysokiego napięcia w sieci? Fotowoltaika, w takim przypadku powinna zostać wyposażona w rozwiązania maksymalizujące autokonsumpcję. Bieżące zużycie, w miejscu wytwarzania energii pozwala bowiem legalnie i w stosunkowo prosty sposób obniżyć napięcie w sieci i ograniczyć liczbę wyłączeń. Jakie rozwiązania mogą być najskuteczniejsze?

Bojler elektryczny lub bufor ciepła z grzałką

Oba rozwiązania będą pełnić funkcję magazynu ciepła (czyli swego rodzaju magazynu energii). Wystarczy, że w godzinach maksymalnej produkcji będziemy ogrzewać ciepłą wodę użytkową za pomocą elektrycznego bojlera lub większego, buforu ciepła wyposażonego w grzałkę. Ogrzanie około 200 litrów wody z 10 do 50 stopni Celsjusza będzie pobierać aż 9,5 kW na godzinę. A im większy zbiornik lub wyższa temperatura docelowa wody, tym więcej prądu zużyjemy. Gdy produkcję z fotowoltaiki w większości skierujemy do zużycia bieżącego, problem nadmiernego podnoszenia napięcia dla “wypchnięcia” nadwyżek zostanie ograniczony lub może nawet zniknąć całkowicie.

Zaletą tego systemu jest prostota i niski koszt inwestycji – bojler lub bufor z grzałką to koszt ok. 1.000 – 5.000 zł (w zależności od pojemności, marki, mocy grzałki etc.). Jeśli całość uzupełnimy inteligentnym gniazdkiem (które załączy się np. w określonych godzinach lub po przekroczeniu określonego poziomu napięcia) uzyskamy tani i bezobsługowy system magazynowania energii z PV.

Więcej przeczytacie: Fotowoltaika i bufor ciepła. Warto?

Wykorzystanie magazynu energii

Jeśli nie chcemy wszystkich nadwyżek prądu zamieniać na energię cieplną, możemy rozważyć zakup magazynu energii. W instalacji PV posiadającej akumulator produkcja z paneli fotowoltaicznych najpierw płynie do działających odbiorników, a potem do magazynu energii. Dopiero gdy ten jest w pełni naładowany, falownik nadwyżki spróbuje odesłać do sieci. Zgromadzony w akumulatorze prąd może być potem (wieczorem, w nocy) wykorzystany do zasilania domowych urządzeń. Również i w tym przypadku ograniczony zostanie przesył do sieci, co przełoży się na niższe napięcie w sieci.

Uwaga! Wykorzystanie magazynu energii w instalacji PV wymaga posiadania tzw. inwertera hybrydowego. Jest to również stosunkowo drogie urządzenie – cena magazynu energii o mocy ok. 3 kWh to wydatek rzędu 15.000 zł w górę.

System do zarządzania energią

Rozwiązaniem może być również EMS (Energy Management System), czyli system zarządzania energią. Jest to inteligentny system, który analizuje parametry sieci i zapotrzebowanie na energię w obiekcie, a następnie optymalizuje profil zużycia i produkcji. Dzieje się to np. dzięki automatycznemu załączaniu podłączonych do niego urządzeń, np. klimatyzacji, zmywarki, pralki lub też ograniczaniu mocy inwertera (tak, by uniknąć całkowitych wyłączeń).

Koszt takiego systemu, w zależności od stopnia zaawansowania wynosi od ok. 1.500 zł w górę.

Jak obniżyć napięcie w sieci? Na pewno nie w ten sposób!

W Internecie możecie natrafić niekiedy na “skuteczne i proste” sposoby na to, jak obniżyć napięcie w sieci z fotowoltaiką, które mogą Wam jednak przynieść więcej szkody niż pożytku.

Pierwsza dość powszechnie stosowana opcja to przekonfigurowanie ustawień falownika tak, by wyłączał się przy wyższym napięciu niż dopuszczalne przez polskie prawo, np. przy poziomie 260 V. Jest to rozwiązanie nielegalne i dość łatwe do zweryfikowania przez zakład energetycznych. Jeśli zdecydujecie się na taki krok, możecie doprowadzić do uszkodzenia urządzeń elektrycznych w okolicznych obiektach. Możecie również zostać obciążeni związanymi z tym kosztami.

Podobnie sprawa się ma z autotransformatorami do fotowoltaiki, podłączanymi na linii “licznik – dom”. Działają one w ten sposób, że obniżają napięcie, które będzie widział falownik, dzięki czemu pracuje on normalnie, bez względu na napięcie sieci. Jednak jednocześnie autotransformator może powodować “wypychanie” energii z napięciem wyższym niż 253 V. Ponownie – jest to działanie nielegalne, które może Wam (i Waszym sąsiadom) przynieść więcej szkody niż pożytku.

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

Nie zawsze problem ze zbyt wysokim napięciem sieci wynika z instalacji fotowoltaicznej. Jak już pisaliśmy wcześniej, niekiedy problemem mogą być zbyt wysokie nastawy na transformatorze. Do ustalenia, czy problem zbyt wysokiego napięcia w sieci leży po stronie zakładu energetycznego, przede wszystkim należy dokonać wspomnianych już wyżej pomiarów impedancji.

Można też sprawdzić wysokość napięcia sieci w nocy lub przy wyłączonej instalacji fotowoltaicznej. Jeśli jest ono dość wysokie (przekracza np. 240-250 V) warto zwrócić się o interwencję do operatora sieci. Naszą uwagę powinny też zwrócić migające żarówki lub częste awarie sprzętów elektronicznych.

Co należy zrobić w sytuacji, gdy mamy pewność, że wina leży po stronie zakładu energetycznego? Jeśli napięcie przekracza 253 V, w pierwszej kolejności najlepiej zadzwonić na pogotowie energetyczne i poinformować o problemie. Pogotowie powinno przyjąć zgłoszenie i dokonać pomiarów napięcia. W zależności od operatora, już taka interwencja może wpłynąć na zamianę nastawów transformatora.

Można jednak również złożyć reklamcję/wniosek o obniżenie napięcia w sieci.

Pismo o obniżenie napięcia w sieci – co powinno zawierać?

Pismo o obniżenie napięcia w sieci 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.

Oprócz tego, we wniosku należy podać:

  • dane osobowe – imię, nazwisko, adres, numer klienta, numer telefonu;
  • 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.

Poniżej znajdziecie przykładową treść wniosku o obniżenie napięcia w sieci z fotowoltaiką.

Wniosek o obniżenie napięcia w sieci – co może zrobić Tauron, PGE, Enea, Energa, Innogy?

Jak na nasz wniosek może zareagować operator? Niestety, bardzo różnie. Niektórzy mogą dość szybko zareagować, obniżając napięcie w sieci.

Inni, przed podjęciem działań mogą wymagać 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, zakład energetyczny może umyć ręce w sprawie. Z kolei, gdy rejestrator wykaże nieprawidłowości, będzie miał obowiązek zapewnić Wam energię o właściwych parametrach.

Sprawdź bezpłatnie oferty fotowoltaiki
Za wysokie napięcie w sieci związane z fotowoltaiką to problem, który można obserwować coraz częściej. Jest on związany z niedostatecznym stanem sieci energetycznych, które nie są dostosowane do wymagań wynikających z energetyki rozproszonej. Z punktu widzenia prosumenta, istnieje kilka rozwiązań. Przed montażem instalacji warto przeprowadzić pomiary impedancji, które umożliwiają wyznaczenie maksymalnej mocy instalacji w miejscu przyłączenia. Można również zainwestować w instalację wschodnio-zachodnią, która nie odnotowuje pików produkcji, jak fotowoltaika skierowana na południe. Po montażu, rozwiązaniem może być zwiększenie autokonsumpcji (np. za pomocą magazynu energii, magazynu ciepła czy EMS) lub też reklamacja/wniosek o zmniejszenie napięcia w sieci.

Informacje o autorze

Emila Biernaciak

Ukończyła Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu. Ekspertka w zakresie fotowoltaiki. Zapalona badaczka zagadnień związanych z finansami, energetyką oraz marketingiem w sieci. Szczera fanka i propagatorka ekologicznych rozwiązań, które mogą zmienić świat na lepsze. Niespokojny duch, wciąż szukający nowej wiedzy i doświadczeń. W wolnym czasie czyta powieści Stephena Kinga i śledzi trendy motoryzacyjne.

Dodaj komentarz
guest
2 komentarzy
Najnowsze
Najstarsze Najpopularniejsze
Inline Feedbacks
View all comments
Dariusz
Dariusz
6 czerwca 2022 12:51

Gdzie ten wniosek?

aaaa
aaaa
10 maja 2022 12:46

brak wniosku