Instalacja PV kontra zbyt wysokie napięcie w sieci zasilającej - system OZE-01

Z czego dokładnie wynika problem?

Inwerter fotowoltaiczny to nic innego jak źródło wytwórcze. Jego zadaniem jest przekształcenie napięcia stałego z paneli fotowoltaicznych na napięcie zmienne o częstotliwości 50 Hz. Cześć wytworzonej w ten sposób energii jest zużywana na tzw. autokonsumpcję a jej naddatek oddawany jest do sieci lub do magazynu energii. W słoneczne dni, gdy panele produkują najwięcej prądu a instalacja pracuje praktycznie na 100% do sieci jest 'wpychany' duży naddatek prądu. Efekt jest zwielokrotniony jeżeli w okolicy pracuje wiele instalacji PV i każda z nich pcha prąd do sieci. Powoduje to lokalny wzrost napięcia w sieci. 

Inwertery jako źródła wytwórcze zgodnie z wymaganiami norm muszą wyłączyć się po wykryciu napięcia, którego wartość przekracza 253 VAC. To zabieg celowy, który ma zabezpieczyć sieć przed podbijaniem napięcia do poziomu zagrażającego odbiornikom zasilanym z takiej sieci. Dzięki temu sieć zasilająca ma określone parametry i jest bezpieczna. Jednak z punktu widzenia prosumenta jest to  działanie niepożądane ponieważ  po wyłączeniu inwertera system fotowoltaiczny nie pracuje. W wielu przypadkach powrót do normalnego działania to nie pojedyncze minuty. Czasami dochodzi do sytuacji, że pomimo pięknej pogody inwerter w ogólne nie pracuje. W takiej sytuacji trzeba szukać jakiegoś rozwiązania. To przecież nasze pieniądze i nasze oszczędności.

Problem zbyt wysokiego napięcia jest bezpośrednio powiązany z siecią dystrybucyjną i jej niedoskonałościami. Jako prosumenci technicznie nie możemy nic z tym zrobić ponieważ w żaden sposób nie jesteśmy w stanie ingerować w instalację operatora. Możemy natomiast dbać o jak najlepszy stan techniczny naszej instalacji oraz próbować pewnymi zabiegami minimalizować efekt wyłączania inwertera znając jego mechanizm.

W jaki sposób inwerter PV analizuje napięcie?

Typowo inwerter analizuje wartości napięć w oknie 10 minutowym. W tym czasie mierzy napięcia z próbek zebranych w ciągu wspomnianego okresu i wylicza średnią. Jeżeli ta średnia przekroczy 253 V to wówczas inwerter się wyłącza.

Problem jest jeszcze bardziej dotkliwy w przypadku inwerterów trójfazowych. Tam przekroczenia są śledzone osobno na każdej fazie. Wystarczy, że na jednej z nich analizując okres 10 minutowy pojawi się przekroczenie to wówczas wyłączany jest cały inwerter pomimo tego, że na pozostałych fazach napięcia były prawidłowe.

Zatem, aby zminimalizować częstotliwość wyłączeń inwertera powinniśmy dążyć do tego, aby średnie 10 minutowe napięcia na poszczególnych fazach nie przekraczały wartości 253 V.

Jak to zrealizować ?

Jednym ze sposobów może być chwilowe obniżanie napięcia poprzez dociążenie sieci po stronie instalacji odbiorczej w momencie wykrycia zbyt wysokiego napięcia. Wówczas jeżeli odpowiednio szybko zareagujemy to jest szansa, że średnia 10 minutowa nie wzrośnie powyżej 253 V. Nasz inwerter pomimo chwilowych wzrostów napięcia będzie pracował poprawnie.

Pomocny w takich działaniach może być System Zarządzania Napięciem OZE-01.

Jest to kompletne rozwiązanie od razu przygotowane do instalacji. Jego sercem i centrum zarządzania jest przekaźnik napięciowy PVM-31. To on w sposób ciągły mierzy i analizuje napięcia. Co istotne robi to wykorzystując metodę TRMS dzięki temu doskonale radzi sobie nawet z przebiegami mocno odkształconymi. W zależności od ustawionych progów napięciowych oraz czasów opóźnień może realizować różne funkcje.

Zastosowanie w instalacjach PV

W przypadku instalacji PV system OZE-01 instaluje się jak najbliżej inwertera. PVM-31 mierzy wówczas i analizuje napięcia fazowe bezpośrednio wyjściu inwertera.

Przekaźnik jest ustawiony w taki sposób, że jeżeli wykryje napięcie 253 V na którejś fazie i przekroczenie to utrzyma się przez czas dłuższy niż czas wyłączenia (domyślnie 3s) to załączany jest stycznik powiązany z daną fazą. W tym rozwiązaniu pod styczniki powinno być podłączone jakieś większe obciążenie. Jego załączenie ma dociążyć daną fazę i spowodować obniżenie napięcia. Jeżeli w wyniku takiego działania napięcie obniży się do wartości <253 i utrzymuje się przez czas dłuższy niż czas załączenia (domyślnie 3s) to stycznik powiązany z fazą jest wyłączany. W urządzeniu PVM-31 ustawia się również próg górny. Domyślnie jest on ustawiony na 260 VAC. Po jego przekroczeniu styczniki są wyłączane. Chroni to podłączone do nich urządzenia przed zbyt wysokim napięciem.

W przypadku PVM-31 progi napięciowe (dolny i górny) ustawia się w szerokim zakresie.

Próg dolny U_D od 160 V do 260 V natomiast próg górny U_U od U_D+1 V do 260 V.

Próg górny można całkowicie wyłączyć.

Co ważne progi ustawia się niezależnie dla każdej fazy. Pozwala to dopasować zachowanie systemu OZE-01 do faktycznego działania instalacji i zaobserwowanych w niej problemów. Czasy opóźnienia załączenia/wyłączenia ustawia się w zakresie od 1 s do 99 s. Pozwala to skutecznie wyeliminować reakcje PVM-31 na bardzo krótkie wzrosty napięcia i tym samym wyeliminować zbyt częste przełączanie się styczników wyjściowych.

W systemie OZE-01 przekaźnik PVM-31 pełni również rolę wskaźnika napięcia. Mierzone wartości napięcia są wyświetlane na panelu przednim za pomocą czytelnego wyświetlacza LED. Mogą być wyświetlane cyklicznie z poszczególnych faz lub z jednej konkretnej wybranej fazy.

Diody LED wskazują aktualną/wybraną fazę i optycznie informują czy powiązany z nią stycznik jest załączony czy wyłączony.

W systemie OZE-01 zastosowano trzy styczniki o prądzie znamionowych 25A dla obciążeń rezystancyjnych. Ze względu na przekroje przewodów prąd ten jest konstrukcyjnie ograniczony do 20A na stycznik. Pozwala to na przełączanie obciążeń o mocy do 4.5 kW.

Urządzenie od strony wejścia jest zabezpieczone zwarciowo oraz przeciążeniowo poprzez wyłącznik nadprądowy o charakterystyce B20.

Całość zamknięta jest w obudowie z tworzywa o stopniu ochrony IP44. Obudowa przeznaczona jest do montażu natynkowego.

Z urządzenia wyprowadzone są dwa przewody OWY5x2.5mm2 o długości 1m. Umożliwiają one szybkie podłączenie OZE-01 z inwerterem oraz urządzeniami odbiorczymi.

System OZE-01 z powodzeniem można stosować w instalacjach jedno lub trójfazowych niezależnie od układu sieci zasilającej.