Zasilanie awaryjne - fotowoltaika. Jakie są opcje?

Awaryjne zasilanie domu z fotowoltaiką - dlaczego może być potrzebne?

Od dłuższego czasu sytuacja na rynku energetycznym w Polsce i całej Europie nie należy do najlepszych. Słabość systemów energetycznych, opierających się w głównej mierze na paliwach kopalnych dobitnie pokazała jednak dopiero wojna na Ukrainie. Sankcje nałożone na Rosję (jednego z głównych dostawców paliw energetycznych do Europy) i związane z tym utrudnienia w dostępności gazu, węgla i ropy sprawiły, że ceny prądu na europejskich giełdach strzeliły w górę. We Francji i Niemczech w pewnych momentach zdążyły przekroczyć historyczną barierę 1.000 euro/MWh, natomiast w Polsce - 2.000 zł/MWh. Sytuację dodatkowo pogarszają upalne lata, przez które elektrownie (wodne, ale i konwencjonalne, chłodzone wodą) nie mogą pracować z pełną wydajnością. W czasie tak wielowymiarowego kryzysu energetycznego, tzw. blackout, czyli masowy brak w dostawach prądu nie musi być niemożliwy.

Polska zresztą raczej słabo wypada w statystykach dotyczących dostępności do energii. Przykładowo, według danych Krajowej Platformy Raportującej, tzw. współczynnik SAIDI (średni czas trwania przerwy długiej) w 2020 roku wyniósł 118,7 minut. Dla porównania, współcznnik SAIDI w Niemczech w 2020 roku wyniósł... 10,73 minut.

Źródło: bundesnetzagentur.de

Czy fotowoltaika może być rozwiązaniem? Tak, ale nie w każdym przypadku.

Instalacje fotowoltaiczne często są przedstawiane jako lek na wszystkie problemy energetyczne. I choć faktycznie, dzięki panelom fotowoltaicznym można obniżyć rachunki za prąd i pomóc środowisku naturalnemu, to trzeba wiedzieć, że instalacje solarne mają swoje ograniczenia. Nie działają w nocy, ale prądu nie dostarczą również, gdy zakład energetyczny wyłączy prąd - fotowoltaika nie działa przy awarii sieci. To dotychczas było problemem jedynie tych, którzy mieszkali poza większymi aglomeracjami - w dużych miastach odłączenia są raczej krótkotrwałe i sporadyczne.

Jednak, jeśli najgorsze scenariusze się sprawdzą, problem blackoutów może stać się powszechniejszy. Jak zapewnić sobie awaryjne zasilanie domu z fotowoltaiką? Rozwiązań jest kilka.

Zasilanie awaryjne - fotowoltaika. Jakie są opcje?

Zanim zdecydujemy się na awaryjne zasilanie w domu z fotowoltaiką, w pierwszej kolejności musimy się zastanowić:

• czy wdrożone rozwiązanie ma być całkowicie bezobsługowe, czy jesteśmy gotowi poświęcić mu nieco uwagi,
• na jaki czas ma wystarczyć zapasowe źródło energii,
• jakie funkcje ma spełniać zasilanie awaryjne - czy ma ono zapewniać prąd w całym domu, czy może powinno zabezpieczać działanie jedynie część urządzeń.

Niezwykle ważne jest również określenie, czy połączenie “zasilanie awaryjne -  fotowoltaika” jest w naszym przypadku uzasadniona ekonomicznie. Choć sporadyczne, kilkugodzinne przerwy w dostawie prądu bywają uciążliwe, nie zawsze warto będzie inwestować w pełne zasilania awaryjne. Co innego, jednak gdy takie przerwy występują u prosumenta np. pracującego zdalnie - wówczas, nawet krótkie przerwy mogą stanowić poważny problem.
Powyższa kwestie będą miały kluczowe znaczenie, przy projektowaniu zasilania awaryjnego w domu z fotowoltaiką. Do wyboru, inwestorzy mają kilka opcji - każdy powinien więc znaleźć coś dla siebie:

• zasilanie awaryjne z fotowoltaiki z magazynem energii w roli UPS,
• zasilanie awaryjne z fotowoltaiki bez magazynu energii,
• awaryjne zasilanie domu z fotowoltaiką kompatybilne z agregatem.

Zasilanie awaryjne - fotowoltaika z magazynem energii

Rozwiązaniem, które z pewnością przychodzi do głowy jako pierwsze jest dokooptowanie magazynu energii do fotowoltaiki. Przy czym nie w każdym przypadku będzie to możliwe bez większej ingerencji w instalację - do obsługi magazynu energii potrzebny jest bowiem falownik hybrydowy.

Uwaga! Jeśli posiadacie już zwykły falownik sieciowy (on-grid) nie koniecznie musicie go wymieniać na urządzenie hybrydowe. Wielu producentów posiada bowiem tzw. falowniki AC, współpracujące z już zamontowanymi inwerterami różnych marek. Ich zadaniem jest sterowanie ładowaniem i rozładowywaniem akumulatorów. Jest to tzw. retrofitting.

Większość inwerterów hybrydowych działa w ten sposób, że zasila urządzenia domowe, a nadwyżki energii w pierwszej kolejności odsyła do magazynu. Dopiero to, co zostanie trafia do sieci. Podczas złej pogody lub nocą falownik steruje rozładowaniem baterii i dostarcza zgromadzoną wcześniej energię. Coraz częściej falowniki hybrydowe pozwalają jednak również na zasilanie awaryjne z fotowoltaiki wyposażonej w magazyn energii. Pełni on wówczas rolę UPS do fotowoltaiki.

Zasilanie awaryjne - fotowoltaika z UPS (magazynem energii)

Jak falownik hybrydowy może zapewnić zasilanie awaryjne w domu z fotowoltaiką? Jest kilka opcji:

• częściowe zasilanie zapasowe - w takim przypadku do falownika podłącza się jedynie wybrane urządzenia lub specjalnie wydzielony obwód (urządzenie posiada do tego specjalne złącze). Ważne jednak, by takie rozwiązanie było przeprowadzone zgodnie ze sztuką, gdyż w przeciwnym wypadku możemy doprowadzić do awarii urządzeń i problemów w instalacji wewnętrznej.
• pełne zasilanie awaryjne z fotowoltaiki - w tym wariancie falownik działa jako zamiennik sieci. Dostarcza energię do wszystkich obwodów w miejscu przyłączenia, wykorzystując energię produkowaną na bieżąco oraz zgromadzoną w magazynie. Tak skonstruowany układ jest w stanie zaopatrzyć w energię całą domową instalację elektryczną na kilka godzin (zimą) lub kilkanaście-kilkadziesiąt godzin (latem). To jak długo będzie podtrzymywać urządzenia zależy oczywiście m.in. od pojemności magazynu, pory roku i intensywności wykorzystywania energii.

W obu przypadkach istotne jest to, że inwerter jest odseparowany od sieci, dzięki czemu nie ma ryzyka upływu prądu do sieci elektroenergetycznej.

Nie tylko zasilanie awaryjne - fotowoltaika z magazynem energii rozwiąże też inne problemy

Warto dodać, że system PV wyposażony w baterię sprawdzi się w różnych sytuacjach, nie tylko jako zasilanie awaryjne domu z fotowoltaiką, ponieważ:

• pozwoli nam zwiększyć autokonsumpcję - jak już wspominaliśmy w układzie z PV z magazynem energii, nadwyżki energii w pierwszej kolejności ładują magazyn energii, a dopiero gdy ten jest pełen - trafiają do sieci. Dzięki temu prosument może korzystać z własnej energii również w okresach, gdy instalacja nie produkuje energii, czyli np. nocą czy podczas gorszej pogody. Badania pokazują, że baterie o pojemności użytecznej wynoszącej 25% dziennego zapotrzebowania, pozwalają zwiększyć konsumpcję do ok. 50%.
• może odciążyć sieć energetyczną podczas pików produkcji, co pozwoli uniknąć wyłączeń. Za wysokie napięcie w sieci przy fotowoltaice to problem szczególnie odczuwalny wiosną, czyli w okresie, gdy instalacje mogą pracować nawet ze 100% mocą nominalną (w ciągu roku zdarza się to niezmiernie rzadko). W określonych godzinach, gdy wszystkie systemy chcą oddać nadwyżki do sieci, napięcie rośnie do takiego poziomu, że falowniki muszą się odłączyć. Jeśli instalacja domowa zostanie wyposażona w magazyn, będzie on odbierał nadwyżki i wyłączenia będzie można ograniczyć lub wyeliminować.

Wbudowany magazyn energii to również doskonały sposób na zwiększenie efektywności ekonomicznej instalacji PV w net-billingu. W tym systemie, im więcej energii zużywamy na własne potrzeby, tym większa jest jej opłacalność.

Uwaga! Obliczenie odpowiedniej mocy systemu PV i pojemności baterii, a także zaprojektowanie instalacji od strony technicznej wymaga sporego doświadczenia. Dobór właściwego magazynu energii do fotowoltaiki, czy to w ramach zasilania awaryjnego, czy w celu zwiększenia opłacalności i autokonsumpcji warto więc powierzyć specjalistom. Znajdziecie ich w naszym rankingu firm montujących magazyny energii.

SolarEdge - zasilanie awaryjne z baterią

Falowniki hybrydowe z funkcją zasilania zapasowego posiada obecnie coraz więcej producentów. Niekiedy funkcja ta jest w pełni zintegrowana. W innych przypadkach konieczne jest wykorzystanie dodatkowych akcesoriów.

W tym drugim przypadku, przykładem może być SolarEdge. Zasilanie awaryjne tej firmy dostępne jest przy wykorzystaniu inwertera StorEdge lub SolarEdge Hub (np. jedno lub trójfazowego). Musi on jednak być uzupełniony o dodatkowe urządzenie, jakim jest interfejs zasilania awaryjnego, czyli moduł ze wbudowanymi przełącznikami oraz licznikiem energii, dzięki któremu cały system PV może działać niezależnie od sieci).

Awaryjne zasilanie domu z fotowoltaiką - bez magazynu? To też możliwe

Warto podkreślić, że na rynku są dostępne falowniki hybrydowe, które są w stanie zapewnić zasilanie awaryjne z fotowoltaiki również bez konieczności podłączania magazynu. W przypadku braku prądu w sieci, układ izoluje się od niej, a następnie uruchamia produkcję na potrzeby własne gospodarstwa domowego.

Oczywiście rozwiązanie to ma swoje ograniczenia - dostarczy prądu jedynie w sprzyjających warunkach (odpowiednie nasłonecznienie, niezbyt duże obciążenie). Uciążliwa może też być niestabilność dostępu do prądu (większa chmura sprawi, że produkcja przestanie wystarczać do zasilania nawet podstawowych urządzeń). Zaletą jest jednak prostota rozwiązania oraz to, że nie ma konieczności podłączenia dość kosztownego akumulatora.

Przykładem falownika wyposażonego w podobną funkcję, może być oferowany przez firmę Fronius GEN24, wyposażony w zasilanie awaryjne “PV Point”. Jest punkt podłączenia (standardowo ma on postać gniazdka, jednak całość można podłączyć do rozdzielnicy), z którego, bez magazynu energii, można zasilać część urządzeń domowych (do mocy maksymalnie 3.000 W).

Zapasowe zasilanie do domu z fotowoltaika i agregatem prądotwórczym

Innym sposobem na zapewnienie sobie zasilania awaryjnego w domu z fotowoltaiką może być współpraca fotowoltaiki z agregatem prądotwórczym. Choć opcja ta nie jest w Polsce szeroko stosowana, istnieją rozwiązania techniczne pozwalające na wykorzystanie takiej kombinacji. Jak to działa?

Odpowiednio zmodyfikowana instalacja PV (wyposażona m.in. w dodatkowy licznik energii i automatykę sterującą) działa jak klasyczny system on-grid, gdy sieć działa prawidłowo. W sytuacji zaniku prądu w sieci, instalacja odłącza się od infrastruktury publicznej. Uruchamia się natomiast agregat, który dostarcza do wewnętrznej sieci elektrycznej prąd o takich parametrach, które pozwalają na ponowne wybudzenie falowników. Podlicznik energii wraz ze sterownikami na bieżąco badają zapotrzebowanie na energię i w razie konieczności zwiększają lub zmniejszają moc źródeł energii (zwykle fotowoltaiki).

Stworzenie zasilania awaryjnego z fotowoltaiki z agregatem prądotwórczym, nie jest prostym zadaniem i raczej trudno będzie je zrealizować w amatorski sposób. Potrzebna jest zaawansowana wiedza z zakresu elektryki, funkcjonowania falowników fotowoltaicznych oraz sieci elektroenergetycznych.

Dobra wiadomość jest jednak taka, że niektórzy producenci falowników opracowali dedykowane rozwiązania. Przykładem może być:

• SMA Solar Diesel Hybrid System,
• PV Genset od firmy Fronius,
• falowniki hybrydowe GoodWe z serii ES G2.

Wadą jest ich dostępność (często jest to towar jedynie pod specjalne zamówienie klienta) oraz koszt inwestycji (takie unikalne rozwiązania niestety mogą być bardziej kosztowne niż pozostałe opcje zasilania awaryjnego z fotowoltaiką).

Awaryjne zasilanie domu z fotowoltaiką - jakie urządzenia powinno objąć?

Projektowanie obwodu zasilania awaryjnego w dużej mierze zależy m.in. specyfiki zasilanego obiektu, naszych preferencji i potrzeb, ale również częstotliwości i długości awarii sieci.

Istnieje jednak kilka kluczowych typów urządzeń, które zawsze powinny się znaleźć w obwodzie zasilania awaryjnego w domu z fotowoltaiką, Zaliczamy do nich:

• układy sterowania, takie jak np. bramy wjazdowe, drzwi do garażu;
• oświetlenie - popularne żarówki ledowe są bardzo energooszczędne i mogą być zasilane awaryjnie;
• elektrykę systemu ogrzewania - np. pompy obiegowe do pieca, wentylatory, podajniki, pompy wspomagające w instalacji grzewczej. Warto podkreślić, że niekiedy cały układ zasilania zapasowego ma służyć jedynie potrzebom ogrzewania, np. krótkotrwałego podtrzymania pompy ciepła czy kotła na gaz,
• wybrane gniazda zasilające, pozwalające np. na naładowanie telefonu.

Biorąc pod uwagę specyfikę obiektu, nie można zapominać np. o wentylacji (jeśli korzystamy z rozwiązania mechanicznego), pompach wody (gdy dysponujemy hydroforem). Do tego dochodzą indywidualne potrzeby zasilania np. terrarium czy podtrzymanie lodówki lub chłodziarki (choć te urządzenia doskonale radzą sobie bez prądu nawet przez kilkanaście godzin).

W dzisiejszych czasach nawet krótkotrwała przerwa w dostępie do prądu może stanowić nie lada problem. W obliczu kryzysu, warto zatem zadbać o bezpieczeństwo energetyczne, inwestując w zasilanie awaryjne - fotowoltaika będzie zaś jego doskonałym uzupełnieniem.