Instalacja fotowoltaiczna a wzrost napięcia sieci

Jedna z najczęściej pojawiających się awarii instalacji fotowoltaicznych. Sytuacja przedstawia się następująco: domowa instalacja fotowoltaiczna. W momencie kiedy generuje dużą moc, wyłącza się żeby po chwili włączyć się ponownie. Lub maksymalna moc jest ograniczana. Zjawisku towarzyszy bardzo duży wzrost napięcia fazowego sieci. Najczęściej sytuacja występuje przy instalacjach jednofazowych. Problem występuje tylko w dni słoneczne. Zimą nie ma problemu, ponieważ instalacja osiąga małą moc. Najczęściej pojawiające się odpowiedzi ze strony niektórych firm instalacyjnych są następujące: „Instalacja znajduje się zbyt blisko transformatora”, „Napięcie zasilania jest zbyt wysokie”, „Sieć energetyczna po stronie dostawcy jest kiepska”. Żeby jednak poznać prawdziwą przyczynę, wystarczy wykonać pomiary. Jeżeli wykonawca tego nie zrobi, to powyższe odpowiedzi są wróżeniem z fusów. Mianowicie należy wykonać pomiar impedancji pętli zwarciowej pomiędzy L i N w punkcie przyłączenia instalacji fotowoltaicznej. Następnie należy zinterpretować wynik i w razie konieczności wykonać kolejne pomiary.

Impedancja pętli zwarciowej, co to jest?

Pomiary impedancji pętli zwarciowych zazwyczaj wykonuje się w celu sprawdzenia skuteczności działania zabezpieczeń przeciwporażeniowych, które mają za zadanie spowodować samoczynne wyłączenie zasilania w chwili zwarcia. Pomiar taki pozwala zmierzyć jaka jest impedancja obwodu zasilającego pomiędzy mierzonymi punktami. Tak więc, pomiar impedancji pętli zwarciowej pomiędzy przewodem fazowym a neutralnym daje nam odpowiedź ile wynosi impedancja obwodu w przypadku zwarcia punktu L i N. Impedancja ta uwzględnia: impedancję przewodów, straty na połączeniach, na zabezpieczeniach, na transformatorze.

Pomiary impedancji pętli zwarciowej wykonuje się specjalnymi miernikami dostosowanymi do tego celu.

Impedancja pętli zwarcia, a maksymalna moc instalacji fotowoltaicznej

W Polsce dopuszczalne wahania napięcia fazowego wynoszą +/-10%. Znamionowe napięcie fazowe wynosi 230V, a więc maksymalne napięcie wynosi 253V.

Inwertery fotowoltaiczne posiadają wbudowane zabezpieczenia dostosowane do tych wymagań. Otóż, jeżeli napięcie sieci wzrośnie do wartości 253V, inwerter powinien zmniejszyć swoją moc lub się wyłączyć. W zależności od modelu inwertera, może on reagować na wzrost napięcia wcześniej bądź później.

W przypadku gospodarstw domowych, dla uproszczenia możemy przyjąć cosfi = 1. Znając impedancję sieci zasilającej, oraz maksymalny wzrost napięcia, można wyznaczyć maksymalną moc instalacji fotowoltaicznej jaką można podłączyć w danym punkcie.

Wzrost napięcia można wyznaczyć ze wzoru:

Gdzie: Z – impedancja sieci, I – natężenie prądu płynącego w sieci przy danej mocy

Gdzie: P – szukana maksymalna wartość mocy instalacji fotowoltaicznej przypadająca na 1 fazę, U – napięcie fazowe, przy którym występuje moc P

Przyjmujemy maksymalne napięcie fazowe sieci 250V, dla którego wyznaczymy maksymalną moc instalacji fotowoltaicznej. Napięcie nominalne należy zmierzyć.

Przykład:

Pomiar impedancji sieci wykazał wartość 0,9 Ohm. Napięcie fazowe wynosi 230V.

Maksymalna moc instalacji fotowoltaicznej na jedną fazę, przy której napięcie fazowe wzrośnie do 250V wynosi:

Maksymalna moc instalacji fotowoltaicznej trójfazowej dla tej sieci wynosi 3 x 5,56 = 16,68 [kW]

Powyższe obliczenia pokazują nam jaka jest maksymalna moc, którą możemy wysłać do sieci w danym punkcie w chwili kiedy w instalacji nie występuje żaden pobór energii.

Jak zinterpretować wyniki pomiarów?

Jeżeli w punkcie przyłączenia instalacji fotowoltaicznej, impedancja sieci jest zbyt wysoka żeby przesłać przez sieć daną moc, to należy postawić sobie następujące pytanie:

Czy instalacja jest przyłączona w punkcie najbliżej punkty przyłączenia odbiorcy?

• Jeśli nie, to najlepiej wykonać kolejny pomiar bliżej tego punktu. Jeżeli impedancja będzie mniejsza, tzn. że problemem jest obwód zasilający inwerter od tego punktu do inwertera.
• Jeżeli odpowiedź brzmi „tak” tzn. że problem rzeczywiście występuje po stronie dostawcy energii.

Powyższy tekst przedstawia uproszczony sposób sprawdzenia, czy sieć elektryczna jest przystosowana do podłączenia instalacji fotowoltaicznej o określonej mocy. Przyjęto w nim cosfi=1, który jest charakterystyczny dla większości gospodarstw domowych. W pozostałych przypadkach, w obliczeniach należałoby wziąć również pod uwagę cosfi. W sieci elektrycznej, o charakterze nierezystancyjnym występują również inne przyczyny powodujące wahania napięcia. Każdorazowo, jednak interpretacja wyników pomiarów i obliczeń może być wykonana tylko przez doświadczonego inżyniera. Nie wystarczy poprzestać na opinii, że „sieć klienta nie jest przystosowana do przesłania takiej mocy” jeżeli taka moc została już zainstalowana. Po naszej stronie, jako elektryków, leży wykazanie jakie prace należy wykonać, żeby sieć usprawnić oraz ewentualnie te prace wykonać.

Bibliografia:

• Henryk Markiewicz, Instalacje Elektryczne, WNT, Warszawa 2017
• Bogdan Szymsński, Instalacje fotowoltaiczne, Kraków 2018