Czy system energii słonecznej może działać podczas przerw w dostawie prądu?

Dlaczego większość systemów energii słonecznej wyłącza się podczas przerw w dostawie prądu

W jaki sposób systemy fotowoltaiczne podłączone do sieci zależą od sieci energetycznej

Panele słoneczne podłączone do sieci energetycznej muszą być zsynchronizowane z częstotliwością i poziomem napięcia w sieci, aby działały poprawnie. Takie systemy nie posiadają wbudowanych baterii, jak samodzielne instalacje, dlatego całkowicie zależą od ciągłości zasilania sieciowego. Jeżeli wystąpi przerwa w dostawie energii, instalacje fotowoltaiczne podłączone do sieci automatycznie się wyłączają. Nie dzieje się tak z powodu usterki technicznej, lecz jest to bardzo ważna zasada bezpieczeństwa. System przestaje przesyłać energię do linii energetycznych, które już nie są aktywne, co zapobiega potencjalnym zagrożeniom dla pracowników służb naprawczych oraz innych osób mogących pracować na sieci podczas awarii.

Mechanizmy bezpieczeństwa: Dlaczego falowniki automatycznie się wyłączają podczas przerw w zasilaniu

W przypadku przerwy w dostawie energii elektrycznej falowniki solarnego automatycznie wyłączają się dzięki tzw. ochronie przed wyspieniem. To ważne zabezpieczenie uniemożliwia przepływ prądu do linii energetycznych, które są aktualnie naprawiane. NEC wymaga, by ten system uruchamiał się niemal natychmiast po wykryciu jakichkolwiek problemów z stabilnością sieci. Badania przeprowadzone w różnych sektorach energetycznych wskazują, że te protokoły zapobiegają około 90 procent niebezpiecznych sytuacji, w których energia mogłaby przypadkowo powrócić do systemu podczas gdy pracownicy wykonują naprawy. Większość współczesnych falowników zależy od sygnałów napięciowych z głównej sieci, aby w ogóle działać. Oznacza to, że standardowe modele po prostu nie będą działać, gdy nastąpi przerwa w dostawie prądu, chyba że zostanie zainstalowane specjalne wyposażenie umożliwiające pracę na wyodrębnionej sieci.

Rzeczywisty wpływ: Studium przypadku instalacji solarnych w domach jednorodzinnych podczas regionalnych braków prądu

Gdy w 2020 roku pożary lasów nawiedziły Kalifornię, powodując powszechne przerwy w dostawach energii, niemal wszystkie domy podłączone do sieci za pośrednictwem paneli słonecznych zostały bez prądu, mimo że niebo było całkowicie bezchmurne. Zgodnie z raportami dostawców energii, większość tych instalacji słonecznych nie uruchamiała się ponownie, dopóki napięcie w sieci nie pozostawało stabilne przez co najmniej pięć minut. Oznaczało to, że ludzie byli skazani na brak działających lodówek, co prowadziło do psucia się żywności, a co gorsza, osoby polegające na urządzeniach medycznych, takich jak maszyny do tlenu, również nie miały zapasowego źródła zasilania. To, co pokazuje ten przykład, jest dość oczywiste – standardowe instalacje fotowoltaiczne są przede wszystkim projektowane w celu ochrony ogólnej sieci elektrycznej, a nie zapewnienia jednostkom niezawodnego zasilania w razie awarii.

Magazynowanie energii: umożliwienie pracy systemu energii słonecznej podczas przerw w dostawach

Ograniczenia systemów wyłącznie słonecznych bez magazynowania energii

Większość sieciowych systemów energii słonecznej automatycznie wyłącza się podczas przerw w dostawie prądu z powodu protokołów bezpieczeństwa chroniących pracowników energetyki. Badanie NREL z 2023 roku wykazało, że 94% instalacji solarnych w domach jednorodzinnych bez baterii odłącza się w ciągu 2 sekund od awarii sieci. Ta funkcja zapobiegania tworzeniu "wysp" pozostawia właścicieli nieruchomości niespodziewanie bez prądu, mimo że ich panele słoneczne są sprawne.

Jak baterie słoneczne zapewniają rezerwowe zasilanie podczas awarii sieci

Baterie litowo-jonowe do systemów solarnych całkiem dobrze rozwiązują ten problem, ponieważ magazynują nadmiar energii wyprodukowanej w ciągu dnia, aby można jej było użyć w nocy lub podczas przerwy w dostawie prądu. Jeśli główne zasilanie elektryczne ulegnie awarii, te systemy akumulatorów automatycznie uruchamiają się, by najpierw zapewnić działanie najważniejszych urządzeń. Chodzi o takie rzeczy jak lodówki, które potrzebują około 1,5 kilowatogodziny dziennie, sprzęt medyczny wymagający ok. 0,3 kWh na dobę oraz routery internetowe zużywające ciągle około 10 watów. System przełącza się na zasilanie awaryjne niemal natychmiastowo, zwykle w ułamku sekundy. Badania dotyczące odporności energetycznej wykazują, że przy odpowiednim doborze pojemności akumulatorów większość domów wyposażonych w typowe instalacje solarne o mocy 5 kW może utrzymać podstawowe funkcje przez trzy dni lub dłużej bez podłączenia do sieci.

Wiodące rozwiązania: Tesla Powerwall i inne systemy solarne z magazynowaniem energii

Powerwall firmy Tesla nadal dominuje na rynku dzięki pojemności 13,5 kWh i ciągłej mocy wyjściowej 5 kW, choć dostępne są już nowsze opcje, takie jak LG RESU Prime (o pojemności 16 kWh), które uzyskały certyfikat UL-9540. Analizując dane branżowe, dzisiejsze systemy magazynowania energii słonecznej zapewniają automatyczne przełączenie w około 98% przypadków, co jest znacznie lepsze niż wynik starych baterii kwasowo-ołowiowych, które osiągały zaledwie około 72%. Ostatnie testy wykazały, że większość systemów przywraca około 90% podstawowych potrzeb energetycznych już w ciągu 15 sekund od przerwania dostaw z sieci głównej. Taka niezawodność ma ogromne znaczenie dla właścicieli domów martwiących się o przerwy w dostawach prądu.

Zaawansowana technologia falowników dla ciągłej wydajności systemu energii słonecznej

Falowniki standardowe kontra falowniki tworzące sieć w systemach energii słonecznej

Standardowe falowniki stosowane w instalacjach solarnych podłączonych do sieci zależą w dużym stopniu od głównej sieci elektroenergetycznej, aby zapewnić stabilne napięcie i częstotliwość. Gdy wystąpi przerwa w dostawie energii, te typowe jednostki automatycznie się wyłączają jako środek bezpieczeństwa, chroniąc pracowników pracujących przy uszkodzonej infrastrukturze. Muszą one przestrzegać określonych zasad bezpieczeństwa, takich jak te zawarte w normie UL 1741, które nakazują przerwanie wszystkich połączeń, gdy główna sieć przestaje działać. Z drugiej strony, tzw. falowniki tworzące sieć działają zupełnie inaczej. Te urządzenia stają się samodzielnymi mikrogeneratorami, tworząc tzw. mikrosieć za pomocą zaawansowanych algorytmów oprogramowania, które pozwalają im niezależnie kontrolować napięcie i częstotliwość bez potrzeby sygnałów zewnętrznych. Zgodnie z najnowszymi badaniami opublikowanymi w różnych czasopismach technicznych poświęconych energii słonecznej, nowsze wersje takich systemów potrafią uruchamiać się samodzielnie tuż po awarii i płynnie łączyć z istniejącymi systemami magazynowania energii. Choć to zdecydowanie zwiększa odporność domów na przerwy w dostawie prądu, wiąże się to również z dodatkowymi kosztami, ponieważ większość obecnych paneli solarnych w domach nie posiada tej funkcji. Statystyki opublikowane w zeszłym roku przez Departament Energii wskazują, że około 85 procent domów z fotowoltaiką nadal nie ma tej kluczowej funkcji niezbędną dla prawdziwej niezależności energetycznej.

Systemy Wyspowe: Jak Energia Słoneczna Może Działać Niezależnie Podczas Przerw w Dostawie Energii

Systemy słoneczne, które mogą działać niezależnie od głównej sieci energetycznej, łączą specjalne falowniki z akumulatorami, dzięki czemu mogą się rozłączać w przypadku przerwy w zasilanie, ale nadal utrzymują światło włączone do ważnych rzeczy. Gdy te systemy wyczuwają, że coś jest nie tak z połączeniem sieciowym, relé odłączają dom od linii gazowych. Następnie system przesyła energię elektryczną wytwarzaną przez panele słoneczne przez te eleganckie hybrydowe falowniki, aby napełnić baterie i uruchomić niezbędne urządzenia. Aby osiągnąć dobre wyniki, trzeba dopasować ilość energii wytwarzanej przez słońce do ilości, która zostaje przechowywana. Większość ludzi uważa, że akumulator o mocy 10 kWh działa dobrze z około 5 kW paneli słonecznych, co zazwyczaj zapewnia podstawowe potrzeby w ciągu 12 do 24 godzin, nawet w pochmurne dni. Wraz z coraz większą liczbą pożarów i burz, które stają się problemami, obserwujemy również duży skok w adopcji. Około 42% wszystkich nowych instalacji słonecznych zainstalowanych w obszarach podatnych na przerwy w energii ma teraz tę funkcję wyspy, w porównaniu do zaledwie 18% w 2020 r. według danych z zeszłego roku z Laboratorium Energii Odnawialnej.

Hybrydowe systemy solarnego: Projektowanie pod kątem niezawodności i niezależności od sieci

Łączenie podłączenia do sieci z gotową do przerw w dostawie energii architekturą systemu solarnego

Hybrydowe systemy solarne łączą standardowe podłączenie do sieci z magazynowaniem energii w bateriach oraz inteligentnymi kontrolerami, dzięki czemu nadal działają podczas przerw w dostawie prądu. Nie są one takie jak typowe systemy podłączone do sieci, które widzimy wszędzie. Posiadają bowiem tzw. System Zarządzania Energją (EMS), który przełącza się między zwykłym prądem, aktualnie generowaną energią słoneczną a energią zmagazynowaną w bateriach. Na przykład, w instalacji, w której ktoś montuje panele fotowoltaiczne razem z bateriami litowo-jonowymi i specjalnym falownikiem certyfikowanym zgodnie ze standardem UL 1741, taki system może fizycznie odłączyć się od głównej sieci podczas awarii i nadal zasilać podstawowe urządzenia. Z najnowszego raportu o trendach w energetyce odnawialnej z ubiegłego roku wynika, że przy prawidłowym ustawieniu takie systemy hybrydowe zmniejszają o około 92 procent ryzyko całkowitej utraty zasilania w porównaniu do samych tylko paneli słonecznych bez żadnego zasilania rezerwowego. Główne elementy potrzebne do tego rodzaju instalacji to:

• Inwertery dwukierunkowe umożliwiające płynne przełączanie między źródłami energii
• Inteligentne zarządzanie baterią priorytetyzujące obwody podstawowe podczas dłuższych przerw w dostawie
• Możliwości tworzenia sieci które stabilizują napięcie bez wsparcia sieci energetycznej

Studium przypadku: Hybrydowe instalacje fotowoltaiczne w obszarach Kalifornii narażonych na pożary lasów

Hrabstwo Sonoma stało się swego rodzaju przypadkiem testowym dla odporności energetycznej, po tym jak pożary lasów spowodowały przerwy w dostawach energii przez ponad 14 000 godzin na terenie całego hrabstwa samych tylko w zeszłym roku. Zgodnie z danymi Komisji ds. Energii Kalifornii opublikowanymi wczesnym latem, gospodarstwa domowe, które zainstalowały hybrydowe systemy solarne, zmniejszyły czas przestojów o około 83% rocznie w porównaniu z tymi, które nadal polegają wyłącznie na sieci. Weźmy pod uwagę jeden konkretny dom, który został przebadany – miał on baterię o pojemności 15 kWh połączoną z panelami słonecznymi o mocy 10 kW. Gdy doszło do awarii sieci z powodów bezpieczeństwa publicznego, ten układ utrzymywał działanie lodówki, zasilał niezbędne urządzenia medyczne, a nawet zapewniał podstawowe możliwości komunikacji przez pełne trzy dni z rzędu. Liczby również opowiadają ciekawą historię: tego typu systemy hybrydowe stanowią obecnie niemal połowę (około 41%) wszystkich nowych instalacji fotowoltaicznych w obszarach o wysokim ryzyku pożarów. Rządy lokalne promują aktualizowane standardy budowlane, a ubezpieczyciele oferują lepsze stawki dla nieruchomości wyposażonych w opcje zasilania rezerwowego, tworząc sytuację, którą wielu uważa za korzystną zarówno dla bezpieczeństwa, jak i długoterminowych oszczędności.

Często zadawane pytania

Dlaczego systemy energii słonecznej wyłączają się podczas przerw w dostawie prądu?

Systemy solarne podłączone do sieci wyłączają się podczas przerw w dostawie prądu, aby zapobiec przepływowi energii elektrycznej z powrotem do nieaktywnych linii zasilania, co gwarantuje bezpieczeństwo pracowników sieci energetycznej. Osiąga się to za pomocą mechanizmu bezpieczeństwa zwanego ochroną przed efektem wyspiarskim (anti-islanding protection).

Czy systemy solarne mogą działać niezależnie podczas przerw w dostawie prądu?

Tak, systemy solarne wyposażone w inwertery typu grid-forming oraz magazyny energii mogą działać niezależnie podczas przerw. Te systemy mogą tworzyć mikrosieć, umożliwiając zasilanie niezbędnym urządzeniom nawet wtedy, gdy główna sieć jest wyłączona.

Jaka jest zaleta hybrydowych systemów solarnych?

Hybrydowe systemy solarne łączą podłączenie do sieci z magazynowaniem energii w bateriach i inteligentnymi sterownikami, co pozwala im utrzymywać zasilanie podczas przerw. Systemy te oferują większą niezawodność i niezależność w porównaniu ze standardowymi systemami podpiętymi do sieci.

Jak baterie solarne zapewniają rezerwowe zasilanie?

Baterie słoneczne magazynują nadmiar energii wyprodukowanej w ciągu dnia, aby można jej używać w nocy lub podczas przerw w dostawach. Włączają się automatycznie, gdy zanika główne zasilanie, zasilając niezbędne urządzenia, takie jak lodówki czy sprzęt medyczny.