Voiko aurinkoenergijärjestelmä toimia sähkökatkon aikana?

Miksi useimmat aurinkoenergian järjestelmät sammuvat sähkökatkoissa

Miten verkkoon kytketyt aurinkoenergian järjestelmät riippuvat sähköverkosta

Verkkoon kytketyt aurinkopaneelit joutuvat sovittamaan taajuutensa ja jännitetasonsa sähköverkon kanssa toimiakseen oikein. Näissä järjestelmissä ei ole sisäänrakennettuja akkuja kuten itsenäisissä järjestelmissä, joten ne luottavat täysin verkon toimintaan. Jos jossain tapahtuu sähkökatko, verkkoon kytketyt aurinkosähköjärjestelmät sammuttavat itsensä automaattisesti. Tämä ei johtu siitä, että teknisesti olisi vikaa, vaan se on itse asiassa erittäin tärkeä turvatoimenpide. Järjestelmä lopettaa sähkön syöttämisen pois päältä oleville sähkölinjoille, mikä estää mahdolliset vaaratilanteet sähköverkkoa korjaaville työntekijöille ja muille, jotka saattavat olla tekemässä töitä verkossa katkon aikana.

Turvamekanismit: Miksi invertterit sammuttavat automaattisesti katkon aikana

Virtakatkon yhteydessä aurinkosähköinvertoijat sammuttavat automaattisesti jotakin nimeltä saaristolohkominen. Tämä tärkeä turvatoimenpide estää sähkön syöttämisen korjaustöitä varten katkaistuille sähkölinjoille. NEC vaatii tämän järjestelmän käynnistyvän lähes välittömästi, kun se havaitsee verkon epävakautta. Tutkimukset eri energiasektoreilta osoittavat, että nämä protokollat estävät noin 90 prosenttia vaarallisista tilanteista, joissa sähkö voisi vahingossa palautua järjestelmään, kun sähköasentajat tekevät korjaustöitä. Useimmat nykyaikaiset invertterit todella tarvitsevat jännitesignaaleja pääverkosta voidakseen edes toimia. Tämä tarkoittaa, että tavalliset mallit eivät yksinkertaisesti toimi, kun valot menevät pois, ellei joku asenna erityistä varusteita saaristolohkomiseen.

Käytännön vaikutus: Tapausstudy asuinalueen aurinkosähköjärjestelmästä alueellisten sähkökatkojen aikana

Kun maastopalot levisivät Kaliforniassa vuonna 2020 aiheuttaen laajalle levinneitä sähkökatkoja, lähes kaikki sähköverkkoon aurinkopaneeleilla liitetyn sähköjärjestelmän kotitaloudet jäivät ilman sähköä, vaikka taivas oli täysin selkeä. Hyötyyhtiöiden mukaan useimmat näistä aurinkoenergijärjestelmistä eivät käynnistyneet takaisin, ennen kuin verkon jännite pysyi vakaana vähintään viisi koko minuuttia. Tämä tarkoitti, että ihmiset jäivät ilman toimivia jääkaappeja säilyttämään ruokaa pilaantumasta, ja vielä huonompaa, ne, jotka olivat riippuvaisia lääkinnällisistä laitteista, kuten hengityskoneista, eivät myöskään saaneet varavoimaa. Tämä osoittaa melko suoraviivaisesti – tavalliset aurinkosähköjärjestelmät on rakennettu ensisijaisesti suojaamaan yleistä sähköverkkoa pikemminkin kuin varmistamaan yksilöiden luotettava sähkönsaanti hätätilanteissa.

Akkuvarasto: Mahdollistaa aurinkoenergian järjestelmän toiminnan katkojen aikana

Aurinkoenergialla varustettujen järjestelmien rajoitukset ilman energiavarastointia

Suurin osa verkkoon kytketyistä aurinkoenergian järjestelmistä sammutuu automaattisesti sähkökatkojen aikana turvallisuusprotokollan vuoksi, joka suojaa sähköverkon huoltotyöntekijöitä. Vuoden 2023 NREL-tutkimuksen mukaan 94 %:a akuton asennetuista aurinkosähköjärjestelmistä katkaistiin alle kahdessa sekunnissa verkon toiminnan keskeytyessä. Tämä "saaristointia estävä" ominaisuus jättää asukkaat odottamatta ilman sähköä, vaikka aurinkopaneelit olisivat toimintakykyisiä.

Miten aurinkoakut tarjoavat varavoiman sähköverkon katkettua

Litiumioni-aurinkoparistot ratkaisevat tämän ongelman melko hyvin, koska ne varastoidaan ylimääräisen päivisin tuotetun sähkön käytettäväksi yöaikana tai silloin, kun virtakatko tapahtuu. Jos pääsähkösyöttö katkeaa, nämä akkujärjestelmät käynnistyvät välittömästi ja pitävät tärkeimmät laitteet toiminnassa. Ajatellaan esimerkiksi jääkaappeja, jotka tarvitsevat noin 1,5 kilowattituntia vuorokaudessa, lääketieteellistä kalustoa, jolle kuluu noin 0,3 kWh päivässä, sekä internet-reitittimiä, jotka kuluttavat jatkuvasti noin 10 wattia. Järjestelmä siirtyy varavoimaan lähes välittömästi, yleensä murto-osassa sekuntia. Energian toimintavarmuuteen liittyvä tutkimus osoittaa, että kun akut on mitoitettu oikein, useimmat kodit, joissa on standardi 5 kW:n aurinkojärjestelmä, voivat ylläpitää perustoimintoja kolme päivää tai enemmän ilman verkkoyhteyttä.

Edelläkävijäratkaisut: Tesla Powerwall ja muut aurinko- ja tallennusratkaisut

Teslan Powerwall hallitsee edelleen markkinaa 13,5 kWh:n varastointikapasiteetillaan ja 5 kW:n jatkuvalla tehontuotolla, vaikka uusia vaihtoehtoja kuten LG RESU Primea (jossa on 16 kWh) on saatavilla siitä lähtien, kun ne ovat menestyksellisesti läpäisseet UL-9540 -varmennusstandardit. Katsottaessa alalle liittyviä tilastoja, nykyiset aurinkosähköjärjestelmien varausjärjestelmät hallitsevat automaattisen siirtymisen noin 98 %:n todennäköisyydellä, mikä on huomattavasti parempi kuin vanhat lyijy-happiakut, jotka saavuttivat vain noin 72 %. Viimeaikaiset testit osoittavat, että suurin osa järjestelmistä palauttaa noin 90 % kodin olennaisten sähkötarpeiden toiminnasta jo 15 sekunnissa, kun pääverkko menee poikki. Tällainen luotettavuus merkitsee paljon kotitalouksille, jotka huolestuvat sähkökatkoista.

Jatkuvaan aurinkoenergian järjestelmien suorituskykyyn tarkoitettu edistynyt invertteriteknologia

Vakiomallinen vs. verkkoa muodostava invertteri aurinkoenergian järjestelmissä

Verkkoon kytketyissä aurinkovoimasovelluksissa käytettävät tavalliset invertterit luottavat vahvasti sähköverkkoon, jotta jännitetasot ja taajuudet pysyvät vakaina. Kun jossain tapahtuu sähkökatko, nämä perusmalliset laitteet sammuttavat itsensä automaattisesti turvallisuustoimenpiteenä estääkseen vaaratilanteita huoltomiehille, jotka saattavat korjata vaurioitunutta infrastruktuuria. Niiden on noudatettava tiettyjä turvallisuussääntöjä, kuten UL 1741 -standardien mukaisia määräyksiä, joissa vaaditaan kaikkien yhteyksien katkaiseminen, jos pääverkko menee pois päältä. Toisaalta niin sanotut verkonmuodostavat invertterit toimivat täysin eri tavalla. Nämä laitteet toimivat olennaisesti omina pienenä sähköntuottajina, luoden mikroverkon älykkäiden ohjelmistoratkaisujen avulla, joiden ansiosta ne voivat hallita jännitettä ja taajuutta riippumatta ulkoisista signaaleista. Viimeaikaiset tutkimukset, jotka on julkaistu useissa aurinkoteknologialehdissä, osoittavat, että uudemmat versiot näistä verkonmuodostavista järjestelmistä pystyvät itse asiassa käynnistymään suoraan sähkökatkon jälkeen ja liittymään sitten sulavasti olemassa oleviin akkuvarauksiin. Vaikka tämä varmasti tehostaa kotien kestävyyttä sähkökatkoja vastaan, se ei ole ilmaista, koska nykyisin suurin osa asuintaloihin asennetuista aurinkopaneeleista ei sisällä tätä ominaisuutta. Energiaministeriön viime vuonna julkaisemat tilastot osoittavat, että noin 85 prosenttia aurinkosähköllä varustetuista kodeista edelleen puuttuu tämä keskeinen ominaisuus todelliseen energiariippumattomuuteen.

Eristettävät järjestelmät: Miten aurinkoenergia voi toimia itsenäisesti katkojen aikana

Aurinkokäyttöjärjestelmät, jotka toimivat itsenäisesti päävoimankäyttöverkosta, sekoittavat erikoisvaihteet - akkua varastoimaan, jotta ne voivat irrottaa valot pimennyksen yhteydessä, mutta pitää silti tärkeät valot päällä. Kun nämä järjestelmät havaitsevat, että sähköverkko on rikki, välilähettimet käynnistyvät melkein välittömästi erottamaan talon sähköjohdoista. Sitten järjestelmä lähettää aurinkopaneelien tuottaman sähkön noiden hienostuneiden hybridiinverttorin läpi - täyttämään paristot ja käyttämään tarvittavat laitteet. Hyvien tulosten saavuttamiseksi on sovittava, kuinka paljon aurinkoa tuotetaan ja mitä varastoidaan. Useimmat ihmiset havaitsevat, että 10 kWh:n akku toimii hyvin noin 5 kW:n aurinkopaneeleilla, mikä yleensä pitää perustarpeet käynnissä 12-24 tunnin ajan jopa pilvisinä päivinä. Kun metsäpaloista ja myrskyistä tulee yleisiä ongelmia, adoptiossa on myös suuri nousu. Noin 42 prosenttia kaikista uusien aurinkosähkölaitteiden asennuksista, jotka on asennettu alueille, joilla on taipumus olla sähkökatkoissa, on nyt asennettu tähän saariominaisuuteen verrattuna vain 18 prosenttiin vuonna 2020 viime vuoden uusiutuvan energian laboratorion tietojen mukaan.

Hybridi-aurinkojärjestelmät: Suunnittelu luotettavuutta ja sähköverkosta riippumattomuutta varten

Verkkoyhteyden yhdistäminen katkojen kestävään aurinkoenergian järjestelmäarkkitehtuuriin

Hybridiurakot jäljittelevät tavallista sähköverkkoyhteyttä akuston varastoinnin ja älykkaiden ohjausjärjestelmien kanssa, joten ne jatkavat toimintaansa myös sähkökatkon aikana. Nämä eivät ole samanlaisia kuin muualla yleisesti nähtävät tavalliset verkkosidonnaiset järjestelmät. Niissä on itse asiassa jotain, mitä kutsutaan energianhallintajärjestelmäksi (EMS), joka vaihtelee tavallisen sähkön, hetkellä tuotetun aurinkosähkön ja akkuihin varastoidun energian välillä. Otetaan esimerkiksi asennus, jossa henkilö asentaa aurinkopaneelit yhdessä litiumioniakkujen kanssa ja saa yhden niistä erityisistä inverttereistä, jotka ovat sertifioitu UL 1741 -standardin mukaisiksi. Tällainen järjestelmä voi katsoa suoraan pois pääverkosta sähkökatkojen aikana, mutta silti käyttää välttämättömiä sähkölaitteita. Viime vuonna julkaistu raportti uusiutuvan energian trendeista osoitti, että jos kaikki on asennettu oikein, nämä hybridiurakot tekevät kodeista noin 92 prosenttia vähemmän alttiita täydelliselle sähkönhukalle verrattuna pelkkään aurinkopaneelien käyttöön ilman varavoimaa. Tämän tyyppiseen asennukseen tarvittavat pääosat ovat yleensä:

• Kaksisuuntaiset invertterit mahdollistavat saumattoman siirtymisen energialähteiden välillä
• Älykäs akkujohdanto keskittymällä olennaisiin piireihin pitkien katkojen aikana
• Verkonmuodostuskyvyt jotka stabiloivat jännitettä ilman verkkoyhtiön tukea

Tapausstudy: Hybridi-aurinkoasennukset tulipalovaaravyöhykkeillä Kaliforniassa

Sonoman piirikunnasta on tullut jonkinlainen testipaikka energiavoimallisuudelle - kun metsäpalojen vuoksi sähkö katosi yli 14 000 tunniksi. Kalifornian energiaviraston aiemmin tänä vuonna julkaisemat tiedot osoittavat, että hybridiä aurinkosähkölaitteita asennaneet kotitaloudet näkivät, että niiden sähkökatko laski noin 83 prosenttia vuosittain verrattuna niihin, jotka yhä luottavat pelkästään verkkoon. Otetaan esimerkkinä yksi koti, jota he tutkivat siellä. Siinä oli 15 kWh:n akku, johon oli liitetty 10 kW:n arvoltaan aurinkopaneelit. Kun sähkökatkot alkoivat, tämä piti jääkaapin päällä, lääkinnällisiä laitteita ja jopa yhteydenpitotaitoja kolme päivää. Lukujen mukaan myös hybridijärjestelmät muodostavat lähes puolet (noin 41 prosenttia) kaikista uusista aurinkosähköasennuksista palovarasteilla. Paikalliset hallitukset ovat painostaneet rakennustandardien päivittämistä, kun taas vakuutusyhtiöt tarjoavat parempia hintoja varmuusvoimavaihtoehdoilla varustetuille kiinteistöille, mikä luo monien mielestä molempien kannalta voitto-hyvin turvallisuuden ja pitkän aikavälin säästöjen kannalta.

UKK

Miksi aurinkoenergijärjestelmät sammuvat sähkökatkojen aikana?

Verkkoon kytketyt aurinkoenergijärjestelmät sammuvat sähkökatkojen aikana estääkseen sähkön paluuvirtauksen ei-toimiviin sähkölinjoihin, mikä takaa sähköverkkoyhtiön työntekijöiden turvallisuuden. Tämä saavutetaan turvamekanismilla, jota kutsutaan saaristolohkon esto-suojaksi.

Voivatko aurinkoenergijärjestelmät toimia itsenäisesti katkojen aikana?

Kyllä, aurinkoenergijärjestelmät, joissa on verkonmuodostavia inverttereitä ja akkuvarastoja, voivat toimia itsenäisesti katkojen aikana. Nämä järjestelmät voivat luoda pikkuverkon, jolloin ne voivat tarjota virtaa olennaisille laitteille, vaikka pääverkko olisi poissa päältä.

Mikä on hybridiaurinkoenergijärjestelmien etu?

Hybridiaurinkoenergijärjestelmät yhdistävät verkkoyhteyden akkuvarastointiin ja älykkäisiin ohjauksiin, mikä mahdollistaa sähkön ylläpidon katkojen aikana. Näillä järjestelmillä on suurempi luotettavuus ja riippumattomuus verrattuna tavallisiin verkkoon kytkettyihin järjestelmiin.

Kuinka aurinkoakut tarjoavat varavoiman?

Aurinkoparistot varastoitavat päivällä tuotetun ylijäämäsähkön käytettäväksi yöllä tai sähkökatkojen aikana. Ne kytkyvät automaattisesti päälle, kun verkkosähkön saanti katkeaa, ja tarjoavat virtaa olennaisille laitteille, kuten jääkaapeille ja lääketieteelliselle varustukselle.