Regulator napięcia do fotowoltaiki – czym jest?
Nie wchodząc nadto w elektroenergetyczne szczegóły, regulator napięcia do fotowoltaiki, czy też stabilizator napięcia do fotowoltaiki to instrument, którego zadaniem jest przywrócenie właściwych parametrów sieci elektroenergetycznej, pozwalających na bezproblemową pracę odbiorników elektrycznych oraz instalacji fotowoltaicznej.
Stabilizator napięcia do fotowoltaiki, zwykle ma wyeliminować problem wyłączania się fotowoltaiki przez zbyt wysokie napięcie w sieci. Innymi słowy, ma zamienić wykres produkcji z fotowoltaiki z takiego:
Na taki:
Może także chronić domowe urządzenia przed problemami wywołanymi przekroczeniem nominalnego napięcia fazowego w sieci nn (niskiego napięcia). Mowa tu m.in. o przepalających się żarówkach, sprzętach RTV etc., a także wyższych rachunkach za prąd (w przypadku niektórych urządzeń wzrost napięcia w sieci przekłada się na wyższą moc i w efekcie wyższe rachunki).
Uwaga! Jest to jednak tylko jedno z wielu zastosowań regulatorów napięcia do fotowoltaiki. Urządzenia działające na podobnej zasadzie wykorzystuje się bowiem również w przypadku fotowoltaicznych instalacji off-grid lub hybrydowych do ładowania podłączonych do nich akumulatorów. Oprócz tego regulatory napięcia znajdują zastosowanie przy poprawianiu parametrów napięcia dostarczanego np. z generatora prądotwórczego.
Stabilizator napięcia do fotowoltaiki – dlaczego w ogóle może być potrzebny?
Żeby w pełni zrozumieć istotę stosowania stabilizatora napięcia do fotowoltaiki, warto wyjaśnić, skąd w ogóle biorąc się problemy z napięciem w sieci, które ma wyeliminować regulator napięcia.
Instalacje fotowoltaiczne zamieniają promienie słoneczne w energię elektryczną, która po przekształceniu może być wykorzystywana do zasilania domowych urządzeń. I to właśnie do domowej instalacji elektrycznej w pierwszej kolejności trafia energia wygenerowana przez PV. Dlaczego? Działające urządzenia elektryczne obniżają napięcie a prąd ma to do siebie, że płynie tam, gdzie napięcie jest niższe. Gdy w domu nie ma obciążenia (tzn. sprzęty nie pobierają energii), wygenerowana nadwyżka musi gdzieś zostać wysłana. W instalacjach on-grid (najpopularniejszych w Polsce), nadprodukcja jest odsyłana do sieci. By się tak stało, przekształtnik prądu (falownik) musi podnieść napięcie (bo jak już wspominaliśmy, prąd płynie tam, gdzie jest niższe napięcie).
W standardowych warunkach podniesienie napięcia nie ma większego wpływu na sieć i otoczenie instalacji PV. Sytuacja może się jednak skomplikować jeśli:
- do sieci zostanie podłączona znaczna ilość instalacji PV,
- występuje niewielki bieżący pobór energii (niska autokonsumpcja),
- wystąpią korzystne warunki atmosferyczne, przekładające się na osiąganie wysokiej mocy systemów PV.
Źródło problemów z wyłączeniami fotowoltaiki
Jak możecie przeczytać w naszym raporcie o rynku fotowoltaiki w Polsce w 2022 roku, w grudniu 2022 roku działało 1.193.053 prosumenckich mikroinstalacji fotowoltaicznych. To bardzo dużo, biorąc pod uwagę, że znacząca część sieci pamięta czasy PRL (ok. 30% infrastruktury sieciowej ma ponad 40 lat) i nie była projektowana pod kątem dwukierunkowego przesyłu energii. Kiedy każdy z prosumentów próbuje odesłać do sieci nadwyżki energii, ok. milion falowników mniej więcej w tym samym czasie ponosi napięcie i rodzą się problemy.
Napięcie rośnie tym bardziej, im więcej energii chce się dostać do sieci elektroenergetycznej jednocześnie. Ile jej jest? Badania Taurona wskazując, że prosumenci zużywają na bieżąco ok. 20% wyprodukowanej energii (oczywiście jest średnia wartość, bo autokonsumpcja nie jest jednakowa przez cały rok). Oznacza to ni mniej, ni więcej, że 80% prądu generowanego przez 1,193 mln instalacji PV chce się dostać do sieci w podobnym czasie. Konkretnie mowa o ok. 5,5 mln MWh energii (dane ARE ze stycznia-grudnia 2022 roku).
Znaczna część tej energii pochodzi z okresu wiosennego, gdy panują doskonałe warunki do pracy instalacji PV (jest to też czas, gdy zdarza im się osiągnąć moc nominalną – niedostępną przez większość roku). Słońce wędruje wysoko po niebie dostarczając odpowiednią ilość promieni i kąt ich padania, a niska temperatura zwiększa wydajność modułów i falownika.
To wszystko przekłada się na problem, z którym musi borykać się znaczna część prosumentów – wyłączanie się fotowoltaiki. By chronić siebie i urządzenia korzystające z sieci przed uszkodzeniem, falownik fotowoltaiczny po długotrwałym przekroczeniu granicznej wartości 253 V musi się wyłączyć. Co istotne, nawet jeśli tylko jedna faza ma problem ze zbyt wysokim napięciem, trójfazowy inwerter wyłączy się (nie może on działać bez sygnału z jednej fazy). I tu pojawia się koncepcja stabilizatora napięcia do fotowoltaiki, który ma rozwiązać ten problem. Czy faktycznie jest to możliwe?
Jak działa stabilizator napięcia do fotowoltaiki?
W dużym uproszczeniu, regulator napięcia do fotowoltaiki, zamontowany między siecią a domową instalacją elektryczną i fotowoltaiką, odbiera podwyższone napięcie z sieci i oddaje niższe, o zadanych parametrach. Szczegółowa zasada działania uzależniona jest od konkretnego urządzenia.
W sieci często można natrafić na “stabilizatory napięcia” wyposażone w autotransformator, który dzięki właściwościom uzwojenia pierwotnego i wtórnego jest w stanie obniżyć napięcie wyjściowe. W takim przypadku do falownika będzie docierało prawidłowe, niższe napięcie i będzie on działał bez przerw, bez względu na faktyczne napięcie w sieci. Niestety, o tyle, o ile obniżyliśmy napięcie dla naszego falownika, o tyle automatycznie podniesiemy napięcie oddawane do sieci. Innymi słowy, do sieci będzie przesyłać prąd o napięciu powyżej dopuszczalnych norm, co może doprowadzić do awarii urządzeń wpiętych do tej sieci. Stosowanie takich rozwiązań jest niebezpieczne i nielegalne, a osoby wywołujące anomalie mogą zostać ukarani wysoką grzywną!
Inne, legalne stabilizatory napięcia do sieci są niczym innym jak automatyką, która po wykryciu wysokiego napięcia (np. 252,9 V), przekierowuje nadwyżkę na nieobciążoną fazę (lub fazy), do konkretnego odbiornika – zwykle jest to np. grzałka bojlera czy też magazyn energii. Pod tym względem niewiele różnią się one np. od systemów zarządzania energią HEMS/EMS. Co więcej, na rynku dostępne są urządzenia, które mają być gotowe na zarządzanie energią w net-billingu z rozliczeniem godzinowym (pojawi się ono w 2024 roku). Dzięki wbudowanym funkcjonalnościom, takie regulatory napięcia były w stanie kierować nadwyżki do magazynów energii, gdy prąd jest tani, a także do sieci, w czasie, gdy będzie drogi.
Istnieją też rozwiązania będące wariacją obu wcześniejszych typów. Takie regulatory do fotowoltaiki posiadają elektryczne podzespoły obniżające napięcie (np. cewki), ale posiadają też zintegrowane gniazda do załączenia urządzeń, które odbiorą nadwyżkę energii, eliminując problem odsyłania znacznie zawyżonego napięcia do sieci. W tym wariancie stosowanie “stabilizatora napięcia” do fotowoltaiki będzie legalne (nadwyżka jest bowiem zużywana) i skuteczne (do falownika będzie docierało napięcie niższe niż 253 V).
Stabilizator napięcia 230V do fotowoltaiki – czy to dobry pomysł? Na co zwrócić uwagę?
Regulator (stabilizator) napięcia do fotowoltaiki warto rozważyć, jednak nie zawsze może być dobrym i opłacalnym rozwiązaniem.
Przede wszystkim przed podjęciem decyzji o zastosowaniu stabilizatora napięcia do fotowoltaiki, koniecznie upewnijmy się, że zasada jego działania nie narusza przyjętych norm i przepisów związanych z wprowadzaniem energii do sieci. Skonsultujmy się w tym zakresie ze sprzedawcą lub elektrykiem, a także przeanalizujmy dokumenty urządzenia. Wszelkie rozwiązania, które sprawią, że będziemy odsyłać do sieci prąd o napięciu wyższym niż 253 V są nielegalne. W przypadku ich stosowania nie tylko narażamy się na grzywnę, ale również na koszty związane z usunięciem skutków naszych działań – z naszej kieszeni zostaną pokryte koszty np. przepalonych urządzeń elektrycznych.
W sytuacji, gdy napięcie w sieci nagminnie przekracza normy (czyli np. wyłączenia występują wielokrotnie, przez znaczną część dnia), nie do końca warto inwestować w tego typu urządzenia. W takim wypadku problemem może i powinien zająć się zakład energetyczny. Należy wówczas wystosować pismo z wnioskiem o obniżenie napięcia w sieci, zawierające pomiary np. napięcia z monitoringu instalacji czy wyniki pomiarów IPZ (impedancji pętli zwarcia). Dobrze, jeśli do wniosku dołączą się sąsiedzi borykający się z podobnymi problemami (większa liczba osób może zwiększyć siłę przekazu i skrócić czas odpowiedzi).
Zakup stabilizatora napięcia do fotowoltaiki można zatem rozważyć wtedy, gdy wyłączenia są sporadyczne i uciążliwe, a zakład energetyczny nie reaguje na nasz problem. Oczywiście zakup powinna poprzedzić analiza opłacalności. Można np. wyliczyć wartość energii utraconej przez wyłączenia i otrzymany wynik odnieść do kosztu zakupu stabilizatora. A ten może być wysoki.
Regulator (stabilizator) napięcia do fotowoltaiki – cena
Cena urządzeń służących za stabilizator napięcia do fotowoltaiki może być bardzo różna. Wszystko zależy bowiem m.in. od parametrów urządzenia i jego funkcjonalności. Zaawansowane urządzenia działające jako regulatory napięcia do fotowoltaiki, wyposażone w automatykę sterującą, to koszt od ok. 1.250 zł do nawet 7.000 zł.
Koszt nie jest zatem mały, w pewnym wypadać może jednak okazać się wartym poniesienia – szczególnie, gdy doświadczamy wysokich strat wynikających z wyłączeń.
Co zamiast regulatora napięcia do fotowoltaiki?
Rozważając regulator napięcia do fotowoltaiki, warto pamiętać, że tak naprawdę jedynym skutecznym i legalnym rozwiązaniem pozwalającym na obniżenie napięcia jest zużycie energii (i na tej zasadzie działają legalne stabilizatory). Zarządzać autokonsumpcją można jednak na wiele sposobów – nie tylko za pomocą stabilizatorów.
Regulator napięcia do fotowoltaiki można zastąpić inwerterem hybrydowym wyposażonym w automatykę zarządzania energią, zintegrowanym z magazynem energii. Opcja ta staje się wyjątkowo popularna od czasu wprowadzenia net-billingu. Oprócz wyeliminowania problemu wyłączeń, może bowiem zapewnić maksymalizację zysków z PV (wyższa autokonsumpcja to szybszy zwrot z inwestycji), a także bezpieczeństwo energetyczne (całość może działać jako zasilanie awaryjne przy fotowoltaice).
Popularnym rozwiązaniem są też np. inteligentne gniazdka, które załączają określony odbiornik po przekroczeniu zadanego limitu napięcia. Jest też opcja stosunkowo tania (ok. 50 zł). Nie zapewnia jednak tak rozbudowanych możliwości, jak stabilizator napięcia czy system zarządzania energią.
Bezkosztowym rozwiązaniem, które może zadziałać jak stabilizator napięcia do fotowoltaiki może być zaprogramowanie domowych sprzętów (zmywarki, pralki, suszarki) tak, by załączały się w godzinach potencjalnych wyłączeń sieci – wiele sprzętów AGD posiada opcję opóźnionego startu. Dzięki drobnym zmianom nawyków, będziemy w stanie ograniczyć lub wyeliminować problem wyłączeń związanych ze zbyt wysokim napięciem, a także zwiększyć efektywność wykorzystania energii z fotowoltaiki.
Podsumowując, regulator (stabilizator) napięcia warto stosować jedynie wtedy, gdy zasada jego działania jest zgodna z przepisami prawa, a także wtedy, gdy przemawiają za tym względy ekonomiczne. Koszt tego typu urządzeń jest jednak dość wysoki. Istnieją tańsze alternatywy, zwykle mają one jednak ograniczone możliwości.
