Működhet-e egy napelemes rendszer áramkimaradás idején?

Miért áll le a legtöbb napelemes rendszer áramkimaradás idején

Hogyan függ a hálózatra csatlakoztatott napelemes rendszer az áramhálózattól

A hálózatra csatlakozó napelemes rendszereknek egyeznie kell a hálózat frekvenciájával és feszültségével ahhoz, hogy megfelelően működjenek. Ezek a rendszerek nem rendelkeznek beépített akkumulátorokkal, mint az önálló rendszerek, így teljes mértékben attól függenek, hogy a hálózat üzemel-e. Ha valahol áramkimaradás történik, a hálózatra kapcsolt napelemes berendezések automatikusan leállnak. Ez nem technikai hiba miatt történik, hanem valójában egy nagyon fontos biztonsági intézkedés. A rendszer ezzel megakadályozza, hogy áramot vezessen vissza az inaktív hálózati vezetékekbe, így védi a szolgáltató dolgozóit és másokat, akik esetleg az áramellátás megszűnése alatt dolgoznak a hálózaton.

Biztonsági mechanizmusok: Miért kapcsolnak ki automatikusan az inverterek áramkimaradás idején

Amikor áramkimaradás történik, a napelem inverterek automatikusan kikapcsolnak valamint az úgynevezett szigetvédelmi védelem segítségével. Ez a fontos biztonsági intézkedés megakadályozza, hogy áram jusson olyan hálózati vezetékekre, amelyeken éppen javítási munkálatok folynak. Az NEC előírja, hogy ez a rendszer szinte azonnal aktiválódjon, amint bármilyen hálózati stabilitási problémát észlel. Különböző energiaszektorokban végzett kutatások szerint ezek a protokollok megelőzik kb. a veszélyes helyzetek 90 százalékát, amikor az áram véletlenül visszacsatolódhatna a hálózatba, miközben a szerelők javítási munkákat végeznek. A mai modern inverterek többsége valójában attól függ, hogy feszültségjeleket kapjanak a főhálózatról ahhoz, hogy egyáltalán működni tudjanak. Ez azt jelenti, hogy a szabványos modellek egyszerűen nem működnek áramkimaradás esetén, hacsak valaki nem telepít speciális berendezést szigetüzemre.

A gyakorlati hatás: esettanulmány lakossági napelemrendszerekről régiós áramkimaradások idején

Amikor 2020-ban erdőtűzök söpörtek végig Kalifornián, és általános áramkimaradásokat okoztak, majdnem az összes hálózatra napelemeken keresztül csatlakozó háztartás akkor is áram nélkül maradt, amikor az égbolt teljesen tiszta volt. A közművek jelentései szerint ezeknek a napelemes rendszereknek a többsége csak akkor indult újra, ha a hálózati feszültség legalább öt egész percen keresztül stabil volt. Ez azt jelentette, hogy az emberek olyan helyzetbe kerültek, hogy nem működött a hűtőjük, így az élelmiszerük megromlott, és ami még rosszabb, az oxigénpumpához vagy más orvosi eszközökhöz folyamodóknak sem volt tartalékáramforrása. Ez egyszerűen azt mutatja, hogy a hagyományos napelemes rendszereket elsősorban a villamosenergia-hálózat védelmére tervezték, nem arra, hogy az egyének számára megbízható áramellátást biztosítsanak vészhelyzetekben.

Akkumulátoros tárolás: A napelemes rendszerek üzemeltetésének lehetővé tétele áramkimaradás idején

A kizárólag napelemes rendszerek korlátai energia-tároló nélkül

A hálózatra kötött napelemes rendszerek többsége automatikusan leáll áramellátási meghibásodások esetén, mivel biztonsági protokollok védelmet nyújtanak a közművállalatok dolgozói számára. Egy 2023-as NREL tanulmány szerint a háztartási napelemes rendszerek 94%-a, amelyek nem rendelkeznek akkumulátorral, két másodikon belül lekapcsolódik hálózatszakadás esetén. Ez az „önálló üzem megelőzése” funkció váratlanul árammentessé teszi a tulajdonosokat annak ellenére, hogy a napelemek működőképesek.

Hogyan biztosítanak tartalékenergiát a napelemes akkumulátorok hálózati meghibásodás esetén

A lítiumion akkumulátorok jól kezelik ezt a problémát, mivel tárolják a nappal termelt felesleges energiát, így azt éjszaka vagy áramkimaradás esetén lehet felhasználni. Amikor a fő villamosenergia-ellátás megszűnik, ezek az akkumulátorrendszerek automatikusan aktiválódnak, hogy elsőként a legfontosabb berendezések működjenek tovább. Gondoljon például hűtőegységekre, amelyek naponta körülbelül 1,5 kilowattóra energiát igényelnek, orvosi készülékekre, amelyek napi 0,3 kWh-t használnak, valamint internetrouterre, amely folyamatosan körülbelül 10 wattot fogyaszt. A rendszer szinte azonnal átvált tartaléküzemre, általában egy másodperc törtrészén belül. Az energiaellátás rugalmasságával kapcsolatos kutatások szerint, ha az akkumulátorok mérete megfelelő, a legtöbb háztartás, amely standard 5 kW-os napelemes rendszert használ, képes fenntartani az alapvető működést három napig vagy annál hosszabb ideig is anélkül, hogy csatlakozna a közhálózathoz.

Vezető megoldások: Tesla Powerwall és egyéb napelemes rendszerek energiatárolóval

A Tesla Powerwall továbbra is uralja a piacot 13,5 kWh tárolókapacitásával és 5 kW folyamatos teljesítményével, bár most már elérhetők újabb lehetőségek is, például az LG RESU Prime (ami 16 kWh-t kínál), miután megfelelt az UL-9540 tanúsítási szabványoknak. A szektor adatait tekintve, a mai napon a napelemes tárolórendszerek kb. 98%-os arányban képesek automatikus átváltásra, ami lényegesen jobb, mint a régi ólom-savas akkumulátorok kb. 72%-os eredménye. A legutóbbi tesztek azt mutatják, hogy a rendszerek többsége alig 15 másodperc alatt visszaállítja az alapvető energiaigények kb. 90%-át, amikor megszakad az áramellátás a központi hálózatról. Ez a megbízhatóság nagy különbséget jelent azok számára, akik aggódnak a villamosenergia-hálózat meghibásodása miatt.

Fejlett invertertechnológia a napelemes energiarendszer folyamatos teljesítményéhez

Hagyományos vs. hálózatképző inverterek napelemes energiarendszerekben

A hálózatközpontú napelemes rendszerekben használt hagyományos inverterek nagymértékben az elektromos hálózatra támaszkodnak, hogy a feszültségszintek és frekvenciák megfelelően működjenek. Amikor valahol áramkimaradás történik, ezek az alapvető egységek automatikusan leállnak biztonsági intézkedésként, hogy megvédjék a hálózaton dolgozó szakembereket, akik sérült infrastruktúrán dolgozhatnak. Tartaniuk kell magukat bizonyos biztonsági előírásokhoz, például az UL 1741 szabványban foglaltakhoz, amelyek lényegében azt írják elő, hogy minden kapcsolatot megszüntessenek, ha a központi hálózat kiesik. Ezzel szemben az úgynevezett hálózatképző inverterek teljesen másképp működnek. Ezek az eszközök gyakorlatilag saját kisenergia-generátorokká válnak, és okos szoftveres megoldások segítségével mikrohálózatot hoznak létre, amely képes önállóan szabályozni a feszültséget és a frekvenciát külső jelek nélkül. A különféle napelemes technológiai folyóiratokban közzétett legfrissebb tanulmányok szerint ezeknek a hálózatképző rendszereknek a modern változatai képesek arra, hogy éppen egy áramkimaradás után automatikusan újrainduljanak, majd zökkenőmentesen csatlakozzanak a meglévő akkumulátoros háttérellátáshoz. Bár ez határozottan növeli a háztartások ellenálló képességét az áramkimaradásokkal szemben, ennek ára is van, mivel a mai napig a legtöbb lakóingatlanban használt napelem nem rendelkezik ezzel a funkcióval. Az Energiaügyi Minisztérium tavaly közzétett statisztikái szerint a napelemmel rendelkező házak körülbelül 85 százaléka még mindig nem rendelkezik ezzel az alapvető funkcióval a valódi energiafüggetlenség eléréséhez.

Autonóm Rendszerek: Hogyan Működhet Függetlenül a Napelem a Kiesések Alatt

A hálózatfüggetlenül működő napelemes rendszerek speciális invertereket és akkumulátortárolót kombinálnak, így képesek leválni a villamosenergia-hálózatról áramkimaradás esetén, miközben továbbra is biztosítják az alapvető berendezések működését. Amikor ezek a rendszerek hibát észlelnek a hálózati csatlakozásban, relék azonnal aktiválódnak, hogy elkülönítsék a háztartást a közcélú hálózattól. Ezután a napelemek által termelt elektromos energiát a korszerű hibrid invertereken keresztül irányítják az akkumulátorok töltésére és a szükséges készülékek üzemeltetésére. A hatékony működéshez pontosan össze kell hangolni a napelemek által termelt energia mennyiségét a tárolt energiamennyiséggel. A legtöbb felhasználó tapasztalata szerint egy 10 kWh-s akkumulátor jól párosítható körülbelül 5 kW napelemtel, amely általában 12–24 órán át képes fenntartani az alapvető igényeket még borult időjárás esetén is. Mivel az erdőtüzek és viharok egyre gyakoribbá válnak, ennek a technológiának a terjedése is jelentősen megnőtt. Az elmúlt év Renewable Energy Lab adatai szerint jelenleg az áramellátási zavarokkal sújtott területeken telepített új napelemes rendszerek körülbelül 42%-a rendelkezik ezzel az önálló üzemre képes funkcióval, szemben a 2020-as 18%-kal.

Hibrid napelemes rendszerek: Megbízhatóságra és hálózatfüggetlenségre tervezett megoldások

Villamos hálózathoz csatlakoztatott, áramkimaradás esetén is működőképes napelemes rendszer architektúra kombinálása

A hibrid napelemes rendszerek a hálózati csatlakozást akkumulátoros tárolóval és intelligens vezérléssel kombinálják, így áramkimaradás esetén is tovább működnek. Ezek nem olyanok, mint a szokványos hálózatra csatlakozó rendszerek, amelyeket máshol mindenütt láthatunk. Ezek valójában rendelkeznek egy ún. Energiamenedzsment-rendszerrel (EMS), amely váltogat a normál villamosenergia-ellátás, a pillanatnyilag termelt napelemes energia és az akkumulátorokban tárolt energia között. Vegyünk például egy olyan rendszert, ahol valaki napelemeket szerel fel lítiumion akkumulátorokkal együtt, valamint beszerzi az UL 1741 szabványnak megfelelő speciális invertert. Ilyen rendszer képes akár teljesen leválni a főhálózatról áramkimaradás idején, miközben továbbra is működteti az alapvető készülékeket. Egy tavalyi jelentés a megújuló energiával kapcsolatos trendekről azt mutatta, hogy ha minden megfelelően van beállítva, ezek a hibrid rendszerek 92 százalékkal csökkentik annak esélyét, hogy a ház teljesen áramtalan legyen, összehasonlítva a kizárólag napelemekkel, de tartalék nélkül rendelkező rendszerekkel. Ennek a típusú telepítésnek általában a következő alkatrészekre van szüksége:

• Kétirányú inverterek lehetővé téve a zavartalan átállást az energiaforrások között
• Okos Akkumulátorkezelés a lényeges áramkörök elsőbbségi ellátása hosszabb idejű kiesések során
• Hálózatképző képességek amelyek stabilizálják a feszültséget villamosművi támogatás nélkül

Esettanulmány: Híbrid napelemes rendszerek telepítése Kalifornia tűzveszélyes területein

A Sonoma megye az energiaellátás ellenállóképességének valamiféle próbaköve lett, miután a tavalyi évben kizárólag az erdőtűzök miatt több mint 14 000 órára megszakadt az áramellátás az egész megyében. Az idén korábban közzétett kaliforniai Energia Bizottság adatai szerint azok a háztartások, amelyek hibrid napelemes rendszert telepítettek, évente körülbelül 83%-kal csökkentették áramkimaradásuk idejét azokhoz képest, amelyek továbbra is kizárólag a központi hálózatra támaszkodnak. Vegyünk egy konkrét példát a tanulmányból: egy olyan házat, amelyben 15 kWh-s akkumulátort 10 kW teljesítményű napelemmel kombináltak. Amikor elkezdődtek a közlekedésbiztonsági áramellátás leállításai, ez a rendszer folyamatosan működtette a hűtőszekrényt, biztosította az alapvető orvosi berendezések működését, sőt, három teljes napig fenntartotta az alapvető kommunikációs lehetőségeket is. A számok is érdekes történetet mesélnek el: ilyen hibrid rendszerek jelenleg majdnem az összes új napelemes telepítés felét (kb. 41%) teszik ki az erdőtűzveszély magas szintű területein. A helyi hatóságok frissített építési előírásokat vezettek be, miközben a biztosítók kedvezőbb díjakat kínálnak azokra az ingatlanokra, amelyek rendelkeznek tartalékenergia-rendszerekkel, ami sokak szerint győztes helyzetet teremt mind a biztonság, mind a hosszú távú megtakarítás szempontjából.

GYIK

Miért kapcsolódnak ki a napelemes rendszerek áramkimaradás idején?

A hálózatra csatlakozó napelemes rendszerek az áramellátás megszűnésekor automatikusan leállnak, hogy megakadályozzák az áram visszatáplálását az inaktív hálózati vezetékekbe, ezzel biztosítva a szolgáltató dolgozók biztonságát. Ezt egy úgynevezett anti-islanding (szigetüzemmegelőző) védelemmel érik el.

Működhetnek-e a napelemes rendszerek függetlenül áramkimaradás idején?

Igen, a hálózatképző inverterrel és akkumulátortárolóval rendelkező napelemes rendszerek képesek független üzemre áramkimaradás esetén. Ezek a rendszerek mikrohálózatot hozhatnak létre, így akkor is energiát biztosíthatnak az alapvető készülékek számára, amikor az áramhálózat nem működik.

Mi az előnye a hibrid napelemes rendszereknek?

A hibrid napelemes rendszerek ötvözik a hálózati csatlakozást az akkumulátortárolóval és intelligens vezérléssel, lehetővé téve az áramellátás fenntartását áramkimaradás idején. Ezek a rendszerek nagyobb megbízhatóságot és függetlenséget nyújtanak, mint a hagyományos hálózatra csatlakozó rendszerek.

Hogyan biztosítanak tartalékenergiát a napelemes akkumulátorok?

A napelemes akkumulátorok a nappal termelt felesleges energiát tárolják, amelyet este vagy áramkimaradás esetén lehet felhasználni. Automatikusan aktiválódnak, amikor megszakad az áramellátás, és fontos eszközöket, például hűtőszekrényeket vagy orvosi berendezéseket lát el energiával.