Vai saules enerģijas sistēma var darboties pārtraukumu laikā?

Kāpēc lielākā daļa saules enerģijas sistēmu izslēdzas elektroenerģijas pārtraukumu laikā

Kā saistītās saules enerģijas sistēmas ir atkarīgas no komunālajiem tīkliem

Saistītie saules paneļi, kas pieslēgti elektrības tīklam, ir jāpielāgo tīkla frekvencei un spriegumam, lai pareizi darbotos. Šajās sistēmās nav iebūvētu akumulatoru, piemēram, autonomās sistēmās, tāpēc tās pilnībā atkarīgas no tīkla nepārtrauktas darbības. Ja kaut kur notiek pārtraukums elektroapgādē, saules enerģijas instalācijas, kas pieslēgtas tīklam, automātiski izslēdzas. Tas nenotiek tāpēc, ka būtu tehniskas problēmas, bet gan tāpēc, ka šis ir ļoti svarīgs drošības pasākums. Sistēma pārtrauc elektrības nosūtīšanu atpakaļ uz elektrolīnijām, kas vairs nav aktīvas, novēršot potenciālas briesmas komunālo pakalpojumu darbiniekiem un citiem, kas varētu veikt remontdarbus tīklā pārtraukuma laikā.

Drošības mehānismi: kāpēc invertori automātiski izslēdzas pārtraukumu laikā

Kad notiek strāvas pārtraukums, saules invertori automātiski izslēdzas, izmantojot tā saucamo pretīslandes aizsardzību. Šis svarīgais drošības pasākums aptur elektroenerģijas plūsmu tajos tīkla līnijās, kuras pašlaik tiek remontētas. NEC prasa, lai šis sistēma aktivizējas gandrīz uzreiz, tiklīdz tiek konstatētas jebkādas problēmas ar tīkla stabilitāti. Pētījumi dažādās enerģētikas nozarēs liecina, ka šie protokoli novērš aptuveni 90 procentus bīstamām situācijām, kad elektroenerģija nejauši varētu atgriezties sistēmā, kamēr elektriķi veic remontdarbus. Lielākā daļa mūsdienu invertoru faktiski ir atkarīgi no sprieguma signāliem no galvenā tīkla, lai vispār varētu darboties. Tas nozīmē, ka parastie modeļi vienkārši nedarbosies, kad izslēgs elektrību, ja vien kāds nav uzstādījis speciālu aprīkojumu salas režīma iespējai.

Reālā ietekme: piemērs par saules enerģijas sistēmām dzīvojamās ēkās reģionālos pārtraukumos

Kad 2020. gadā Kalifornijā plosījās meža ugunsgrēki, kas izraisīja plašus strāvas pārtraukumus, gandrīz visi mājsaimniecības, kas bija pieslēgtas tīklam caur saules paneļiem, palika bez elektrības, pat ja debesis bija pilnīgi skaidras. Saskaņā ar komunālo pakalpojumu ziņojumiem, lielākā daļa šo saules enerģijas iekārtu atkal nesāks darboties, kamēr tīkla spriegums nebūs stabils vismaz piecas minūtes. Tas nozīmēja, ka cilvēki bija iestrēguši bez darbojošiem ledusskapjiem, lai saglabātu pārtiku, un vēl sliktāk — tie, kas paļāvās uz medicīniskajām ierīcēm, piemēram, skābekļa aparātiem, arī nebija ar rezerves strāvu. Tas, ko tas parāda, ir diezgan vienkārši — regulāras saules enerģijas instalācijas ir izstrādātas pirmkārt un galvenokārt, lai aizsargātu vispārējo elektrotīklu, nevis nodrošinātu individuālu uzticamu barošanu ārkārtas situācijās.

Akumulatoru uzglabāšana: iespējot saules enerģijas sistēmas darbību pārtraukumu laikā

Saules enerģijas sistēmu ierobežojumi bez enerģijas uzglabāšanas

Lielākā daļa pieslēgtajiem saules enerģijas sistēmām automātiski izslēdzas strāvas padeves traucējumu laikā, jo darbojas drošības protokoli, kas aizsargā komunālo pakalpojumu darbiniekus. 2023. gada NREL pētījums atklāja, ka 94% mājsaimniecību saules enerģijas instalāciju bez baterijām atvienojās maksimāli divu sekunžu laikā pēc tīkla sabrukuma. Šī „salu novēršanas” funkcija neatgaidīti atstāj mājasmājas bez elektroenerģijas, pat ja saules paneļi ir funkcionāli.

Kā saules baterijas nodrošina rezerves strāvas padevi tīkla sabrukuma laikā

Litija jonu saules baterijas šo problēmu risina diezgan labi, jo tās uzkrāj lieko dienas laikā ģenerēto enerģiju, lai to izmantotu naktī vai pārtraukuma gadījumā. Ja galvenais elektroapgādes avots izslēdzas, šie bateriju sistēmas automātiski ieslēdzas, lai nodrošinātu svarīgāko ierīču darbību. Apsveriet piemēram ledusskapjus, kuriem dienā nepieciešami aptuveni 1,5 kilovatstundas, medicīnisko aprīkojumu, kam ikdienā vajadzīgas aptuveni 0,3 kWh, un interneta maršrutētājus, kuri patērē aptuveni 10 vatus nepārtraukti. Sistēma pārslēdzas uz rezerves barošanu gandrīz momentāni, parasti daļiņu sekundēs. Pētījumi par enerģētisko izturību rāda, ka, ja baterijas ir pareizi izmērītas, lielākā daļa mājsaimniecību ar standarta 5 kW saules sistēmām var uzturēt pamata funkcijas trīs dienas vai ilgāk bez pieslēguma tīklam.

Vadošie risinājumi: Tesla Powerwall un citas saules enerģijas plus uzglabāšanas sistēmas

Tesla Powerwall joprojām dominē tirgū ar savu 13,5 kWh uzglabāšanas apjomu un 5 kW nepārtrauktu jaudu, lai gan pēc UL-9540 sertifikācijas standartiem tagad pieejamas jaunākas opcijas, piemēram, LG RESU Prime (kura piedāvā 16 kWh). Aplūkojot nozares rādītājus, mūsdienu saules enerģijas uzglabāšanas sistēmas automātiski pārslēdzas aptuveni 98% gadījumu, kas ir ievērojami labāk nekā vecajām svina-skrūves baterijām, kuru efektivitāte bija aptuveni 72%. Nesen veiktie testi parāda, ka lielākā daļa sistēmu atjauno aptuveni 90% būtisko elektroenerģijas vajadzību tikai 15 sekundēs pēc galvenās tīkla izslēgšanās. Šāda uzticamība ir ļoti svarīga mājsaimniecībām, kas raizējas par strāvas pārtraukumiem.

Izsmalcināta invertora tehnoloģija nepārtrauktai saules enerģijas sistēmu darbībai

Standarta un tīkla formējošie invertori saules enerģijas sistēmās

Regulāri invertori, ko izmanto saistītos saules enerģijas iekārtās, ļoti atkarīgi no galvenās elektrotīkla, lai uzturētu stabilu darbību ar pareiziem sprieguma līmeņiem un frekvencēm. Kad notiek kāda strāvas padeves pārtraukšanās, šie standarta modeļi automātiski izslēdzas drošības pasākumu dēļ, lai novērstu kaitējumu tīkla darbiniekiem, kuri varētu veikt remontdarbus bojātajā infrastruktūrā. Tie ir jāievēro noteiktiem drošības noteikumiem, piemēram, tiem, kas izklāstīti UL 1741 standartos, kuros būtībā teikts, ka jāpārtrauc visas savienojuma ar tīklu, ja galvenais tīkls izslēdzas. Savukārt tā saucamie tīkla veidošanas invertori darbojas pilnīgi citādi. Šie ierīces būtībā kļūst par pašpietiekamiem mazjaudas enerģijas ražotājiem, izveidojot tā saukto mikrotīklu, izmantojot gudrus programmatūras risinājumus, kas ļauj tiem neatkarīgi kontrolēt gan spriegumu, gan frekvenci, nebalstoties uz ārējiem signāliem. Saskaņā ar nesen publicētajiem pētījumiem dažādos saules tehnoloģiju žurnālos, jaunākas šo tīkla veidošanas sistēmu versijas pat spēj automātiski restartēties tieši pēc īslaicīgas strāvas pārtraukšanas un pēc tam gludi integrēties esošajos akumulatoru rezerves barošanas sistēmās. Lai gan tas noteikti padara mājas izturīgākas pret strāvas pārtraukumiem, tas tomēr saistīts ar papildu izmaksām, jo lielākā daļa mājsaimniecību saules paneļu šobrīd nesatur šo funkcionalitāti. Enerģētikas departamenta pērn publicētie statistikas dati liecina, ka aptuveni 85 procenti mājsaimniecību ar saules enerģiju joprojām nespēj nodrošināt šo būtisko funkciju patiesai enerģētiskai neatkarībai.

Salu sistēmas: kā saules enerģija var darboties neatkarīgi pārtraukumu laikā

Saules enerģijas sistēmas, kas spēj darboties neatkarīgi no galvenās elektrotīkla, kombinē speciālus invertorus ar bateriju uzglabāšanu, lai tās varētu atvienoties no tīkla gadījumā, ja notiek pārtraukums, bet joprojām nodrošinātu elektrību svarīgākajām lietām. Kad šīs sistēmas konstatē problēmas ar tīkla savienojumu, releji gandrīz nekavējoties aktivizējas, lai atdalītu mājsaimniecību no komunālajiem vadiem. Tad sistēma nosūta saules paneļu ģenerēto elektrību caur šiem modernajiem hibrīdinvertoriem, lai uzpildītu baterijas un darbinātu nepieciešamās ierīces. Lai panāktu labus rezultātus, nepieciešams saskaņot saullēkuma radīto enerģiju ar to, kas tiek uzkrāts. Lielākā daļa cilvēku atrod, ka 10 kWh baterija labi darbojas kopā ar aptuveni 5 kW saules paneļiem, kas parasti nodrošina pamata vajadzības kādā laikā no 12 līdz 24 stundām pat apmākušos dienās. Tā kā meža ugunsgrēki un vētras kļūst aizvien biežākas problēmas, mēs redzam arī lielu pieaugumu to izmantošanā. Apmēram 42% visu jauno saules enerģijas iekārtu, kas uzstādītas reģionos, kuros bieži notiek strāvas pārtraukumi, tagad ir aprīkotas ar šo „salas” funkciju, salīdzinot ar tikai 18% 2020. gadā, liecina atjaunojamās enerģijas laboratorijas dati no pagājušā gada.

Hibrīdās Saules Sistēmas: Projektēšana Uzticamībai un Tīklu Neatkarībai

Kombinējot Savienojumu ar Tīklu un Pārtraukumu Izturīgu Saules Energijas Sistēmu Arhitektūru

Hibrīdās saules sistēmas apvieno parasto tīkla pieslēgumu ar bateriju uzglabāšanu un gudrām vadības funkcijām, lai tās turpinātu darboties arī tad, ja notiek strāvas pārtraukums. Tās atšķiras no standarta tīkla pieslēgtajām sistēmām, kuras mēs redzam visur citur. Šīm sistēmām faktiski ir kaut kas, ko sauc par Enerģijas pārvaldības sistēmu (EMS), kas pārslēdzas starp parasto elektroenerģiju, momentāli saražoto saules enerģiju un to, kas uzglabāta akumulatoros. Piemēram, iedomājieties iekārtu, kur kāds uzstāda saules paneļus kopā ar litija jonu baterijām un iegūst speciālu invertoru, kas sertificēts saskaņā ar UL 1741 standartiem. Šāda sistēma īstenībā var atvienoties no galvenā tīkla melnajos laikos, tomēr joprojām nodrošināt būtisku elektroierīču darbību. Pēdējā gada ziņojums par atjaunojamās enerģijas tendencēm parādīja, ka, ja viss ir pareizi konfigurēts, šādas hibrīdsistēmas padara mājas aptuveni par 92 procentiem mazāk iespējamas pilnībā zaudēt elektroenerģiju salīdzinājumā ar vienkāršu saules paneļu uzstādīšanu bez jebkāda rezerves avota. Galvenie komponenti, kas nepieciešami šāda veida uzstādīšanai, parasti ir:

• Divvirzienu invertori nodrošina bezproblēmu pāreju starp enerģijas avotiem
• Intelektuālā akumulatora pārvaldība ilgstošu pārtraukumu laikā prioritāti piešķir būtiskākajām ķēdēm
• Tīkla veidošanas spējas kas stabilizē spriegumu bez komunālo pakalpojumu atbalsta

Pielietojuma piemērs: hibrīda saules enerģijas instalācijas kalifornijas apvidos ar augstu meža ugunsgrēku risku

Sonomas apgabals ir kļuvis par enerģētiskās izturības paraugu pēc tam, kad pagājušajā gadā vien meža ugunsgrēki visā apgabalā izslēdza elektrību vairāk nekā 14 000 stundu garumā. Saskaņā ar Kalifornijas Enerģētikas komisijas datiem, kas publicēti šī gada sākumā, mājsaimniecības, kas uzstādījušas hibrīdos saules enerģijas risinājumus, katru gadu pieredzēja aptuveni par 83% īsāku pārtraukumu ilgumu salīdzinājumā ar tām, kas joprojām pilnībā atkarīgas no tīkla. Ņemsim kā piemēru vienu konkrētu māju, ko tika pētīta – tai bija 15 kWh baterija, kas savienota ar 10 kW saules paneļiem. Kad tika ieviesti sabiedrības drošības elektroapgādes izslēgumi, šis risinājums nodrošināja ledusskapja darbību, baroja būtiskas medicīniskās iekārtas un pat uzturēja pamata sakaru iespējas trīs pilnas dienas pēc kārtas. Arī skaitļi pastāsta interesantu stāstu: šāda veida hibrīdie sistēmas tagad veido gandrīz pusi (apmēram 41%) no visām jaunajām saules enerģijas instalācijām ugunsgrēku augsta riska apgabalos. Vietējās valdības ir ieviesušas aktualizētus būvnormatīvus, savukārt apdrošinātāji piedāvā labvēlīgākus tarifus nekustamajiem īpašumiem ar rezerves barošanas iespējām, radot to, ko daudzi uztver kā uzvarošu situāciju gan drošībai, gan ilgtermiņa ietaupījumiem.

Bieži uzdotie jautājumi

Kāpēc saules enerģijas sistēmas izslēdzas pārtraukumu laikā?

Pie tīkla pieslēgtas saules enerģijas sistēmas izslēdzas pārtraukumu laikā, lai novērstu elektroenerģijas plūsmu atpakaļ neaktīvajos elektrolīnijos, nodrošinot komunālo pakalpojumu darbinieku drošību. To panāk ar drošības mehānismu, kas pazīstams kā pret salu veidošanās aizsardzība.

Vai saules enerģijas sistēmas var darboties neatkarīgi pārtraukumu laikā?

Jā, saules enerģijas sistēmas ar tīkla veidošanas invertoriem un bateriju uzglabāšanu var darboties neatkarīgi pārtraukumu laikā. Šīs sistēmas var izveidot mikrotīklu, ļaujot tām nodrošināt enerģiju būtiskiem elektrības patērētājiem pat tad, kad galvenais tīkls ir izslēgts.

Kāda ir hibrīdo saules enerģijas sistēmu priekšrocība?

Hibrīdās saules enerģijas sistēmas apvieno tīkla savienojumu ar bateriju uzglabāšanu un gudriem regulatoriem, ļaujot tām uzturēt elektroenerģiju pārtraukumu laikā. Salīdzinājumā ar standarta tīklam pieslēgtām sistēmām šīs sistēmas piedāvā lielāku uzticamību un neatkarību.

Kā saules baterijas nodrošina rezerves barošanu?

Saules baterijas uzkrāj lieko dienas laikā ģenerēto enerģiju, lai to izmantotu naktī vai pārtraukumu laikā. Tās automātiski ieslēdzas, kad galvenais elektroapgādes padeves traucējas, nodrošinot darbību svarīgiem priekšmetiem, piemēram, ledusskapjiem un medicīniskajai iekārtai.