Может ли солнечная энергетическая система работать во время отключения электроэнергии?

Почему большинство солнечных энергетических систем отключаются во время перебоев в электроснабжении

Как подключенные к сети солнечные энергетические системы зависят от коммунальной сети

Солнечные панели, подключенные к электросети, должны соответствовать частоте и уровню напряжения сети для правильной работы. Эти системы не имеют встроенных аккумуляторов, как автономные установки, поэтому полностью зависят от того, что сеть остаётся в рабочем состоянии. Если где-то происходит отключение электроэнергии, солнечные установки, подключённые к сети, автоматически отключаются. Это происходит не из-за технической неисправности, а является важной мерой безопасности. Система прекращает подачу электроэнергии в линии электропередачи, которые больше не работают, предотвращая потенциальную опасность для коммунальных рабочих и других лиц, которые могут выполнять работы на сетях во время отключения.

Механизмы безопасности: почему инверторы автоматически отключаются при отключениях

При отключении электроэнергии солнечные инверторы автоматически отключаются благодаря так называемой защите от образования островков. Эта важная мера безопасности предотвращает подачу электричества в линии электропередач, находящиеся на текущем ремонте. Согласно требованиям NEC, эта система должна активироваться почти мгновенно при обнаружении любых нарушений стабильности сети. Исследования в различных энергетических секторах показывают, что эти протоколы предотвращают около 90 процентов опасных ситуаций, когда электричество может случайно попасть в систему во время ремонтных работ линейного персонала. Большинство современных инверторов вообще не могут функционировать без получения сигнала напряжения от основной электросети. Это означает, что обычные модели просто не будут работать при отключении света, если не установлено специальное оборудование для обеспечения возможности автономной работы (островного режима).

Реальное влияние: пример из практики использования бытовых солнечных систем во время региональных отключений электроэнергии

Когда в 2020 году лесные пожары охватили Калифорнию, вызвав масштабные отключения электроэнергии, почти все дома, подключённые к электросети через солнечные панели, остались без электричества, несмотря на то что небо было совершенно ясным. Согласно отчётам энергоснабжающих компаний, большинство таких солнечных установок не могли возобновить работу, пока напряжение в сети не оставалось стабильным в течение как минимум пяти полных минут. Это означало, что люди оставались без работающих холодильников, чтобы сохранить продукты, а ещё хуже — те, кто зависел от медицинских устройств, таких как аппараты для подачи кислорода, тоже не имели резервного питания. Это показывает довольно простую вещь — обычные солнечные установки создаются в первую очередь для защиты общей электрической сети, а не для обеспечения надёжного электропитания у отдельных потребителей в чрезвычайных ситуациях.

Накопительные батареи: обеспечение работы солнечных энергетических систем во время перебоев

Ограничения солнечных систем без накопления энергии

Большинство сетевых солнечных энергетических систем автоматически отключаются во время перебоев с питанием из-за протоколов безопасности, защищающих коммунальных рабочих. Исследование NREL 2023 года показало, что 94% бытовых солнечных установок без аккумуляторов отключаются в течение 2 секунд после отказа сети. Эта функция «предотвращения островного режима» оставляет домовладельцев неожиданно без электричества, несмотря на работоспособность солнечных панелей.

Как солнечные батареи обеспечивают резервное питание при сбоях в сети

Ионно-литиевые солнечные батареи довольно хорошо решают эту проблему, поскольку они накапливают избыточную энергию, выработанную днём, чтобы использовать её ночью или во время отключения электричества. Если основное энергоснабжение прекращается, такие батарейные системы автоматически включаются, чтобы в первую очередь обеспечить работу важных устройств. Речь идёт, например, о холодильниках, которым требуется около 1,5 киловатт-часов в день, медицинском оборудовании, потребляющем около 0,3 кВт·ч ежедневно, и интернет-маршрутизаторах, которые постоянно потребляют примерно 10 ватт. Система переходит на резервное питание почти мгновенно, обычно за доли секунды. Исследования устойчивости энергоснабжения показывают, что при правильном подборе ёмкости батарей большинство домов со стандартными солнечными установками мощностью 5 кВт могут сохранять базовые функции в течение трёх дней и более без подключения к сети.

Ведущие решения: Tesla Powerwall и другие гибридные солнечные системы с накоплением энергии

Аккумулятор Powerwall от Tesla по-прежнему доминирует на рынке благодаря емкости хранения 13,5 кВт·ч и непрерывной выходной мощности 5 кВт, хотя теперь доступны и более новые варианты, такие как LG RESU Prime (с объемом 16 кВт·ч), прошедшие сертификацию по стандарту UL-9540. Согласно отраслевым данным, современные системы хранения энергии солнечных установок обеспечивают автоматическое переключение в аварийном режиме примерно в 98 % случаев — это намного лучше, чем у старых свинцово-кислых аккумуляторов, показатель которых составлял около 72 %. Недавние испытания показали, что большинство систем восстанавливают примерно 90 % необходимой мощности всего за 15 секунд после отключения основной электросети. Такая надежность имеет большое значение для домовладельцев, обеспокоенных перебоями в подаче электроэнергии.

Продвинутая технология инверторов для непрерывной работы солнечной энергетической системы

Стандартные и сетевые инверторы в солнечных энергетических системах

Обычные инверторы, используемые в сетевых солнечных установках, во многом зависят от основной электрической сети, чтобы поддерживать стабильное напряжение и частоту. Когда где-то происходит отключение электроэнергии, эти стандартные устройства автоматически отключаются в целях безопасности, чтобы не нанести вред ремонтным бригадам, которые могут работать с повреждённой инфраструктурой. Они обязаны соблюдать определённые правила безопасности, такие как требования стандарта UL 1741, согласно которым все соединения должны быть разорваны при исчезновении питания в основной сети. Напротив, так называемые инверторы, формирующие сеть (grid-forming), работают совершенно иначе. Эти устройства по сути становятся автономными мини-генераторами, создавая так называемую микросеть с помощью сложного программного обеспечения, которое позволяет им самостоятельно управлять напряжением и частотой без необходимости во внешних сигналах. Согласно недавним исследованиям, опубликованным в различных журналах по солнечным технологиям, новейшие версии таких систем способны самостоятельно запускаться сразу после отключения и плавно подключаться к существующим резервным аккумуляторам. Хотя это, безусловно, повышает устойчивость домов к перебоям в электроснабжении, это связано с дополнительными затратами, поскольку большинство бытовых солнечных панелей сегодня не обладают такой возможностью. Статистика Министерства энергетики, опубликованная в прошлом году, показывает, что примерно 85 процентов домов с солнечными панелями по-прежнему не имеют этой важной функции для достижения полной энергетической независимости.

Системы автономного питания: Как солнечная энергия может работать независимо во время отключений

Солнечные системы, способные работать независимо от основной электросети, сочетают специальные инверторы с аккумуляторными батареями, чтобы отключаться при отключении электроэнергии и при этом продолжать обеспечивать питание для важных потребителей. Когда такие системы обнаруживают неисправность в подключении к сети, реле практически мгновенно срабатывают, отделяя дом от линий энергоснабжения. Затем система направляет электроэнергию, вырабатываемую солнечными панелями, через эти современные гибридные инверторы на зарядку аккумуляторов и питание необходимых приборов. Для достижения хороших результатов требуется согласование объёма выработки энергии от солнца с объёмом накопленного запаса. Большинство пользователей считают, что аккумулятор ёмкостью 10 кВт·ч хорошо работает с примерно 5 кВт солнечных панелей, чего обычно хватает для обеспечения базовых нужд в течение 12–24 часов, даже в пасмурные дни. Поскольку лесные пожары и штормы становятся всё более распространённой проблемой, наблюдается значительный рост внедрения таких решений. По данным прошлого года Лаборатории возобновляемой энергии, около 42% всех новых солнечных установок в районах, склонных к перебоям в электроснабжении, теперь оснащены функцией автономной работы, по сравнению всего с 18% в 2020 году.

Гибридные солнечные системы: проектирование для надежности и независимости от сети

Сочетание подключения к сети с архитектурой солнечной энергетической системы, готовой к аварийному отключению

Гибридные солнечные системы сочетают в себе обычное подключение к сети, аккумуляторные накопители и интеллектуальное управление, что позволяет им продолжать работать при отключении электроэнергии. Эти системы отличаются от стандартных сетевых решений, которые встречаются повсеместно. В них используется так называемая система управления энергией (EMS), которая автоматически переключается между обычной электроэнергией, солнечной энергией, вырабатываемой в данный момент, и энергией, хранящейся в аккумуляторах. Например, при установке солнечных панелей вместе с литий-ионными аккумуляторами и специальным инвертором, сертифицированным по стандарту UL 1741, такая система может фактически отключаться от основной сети во время аварийного отключения, но при этом продолжать питать важнейшие бытовые приборы. Согласно недавнему отчёту о тенденциях в области возобновляемой энергетики за прошлый год, при правильной настройке такие гибридные системы снижают вероятность полного отключения электроэнергии в доме примерно на 92 процента по сравнению с использованием одних только солнечных панелей без резервного питания. Основные компоненты, необходимые для такой установки, обычно следующие:

• Двунаправленные инверторы обеспечивающие плавное переключение между источниками энергии
• Умное управление аккумулятором с приоритизацией основных цепей во время продолжительных отключений
• Возможности формирования сети которые стабилизируют напряжение без поддержки со стороны электросети

Пример из практики: гибридные солнечные установки в районах Калифорнии, подверженных лесным пожарам

Округ Сонома стал своего рода контрпримером устойчивости энергоснабжения после того, как лесные пожары в прошлом году привели к отключению электричества более чем на 14 000 часов по всему округу. Согласно данным Калифорнийской комиссии по энергетике, опубликованным в начале этого года, домохозяйства, установившие гибридные солнечные системы, ежегодно сокращали время отключения примерно на 83% по сравнению с теми, кто по-прежнему полагается исключительно на централизованную сеть. Возьмём в качестве примера один конкретный дом, который был изучен: он оснащён аккумулятором ёмкостью 15 кВт·ч и солнечными панелями мощностью 10 кВт. Когда произошло аварийное отключение электроэнергии в целях обеспечения общественной безопасности, эта система обеспечила непрерывную работу холодильника, питание необходимого медицинского оборудования и даже поддержание базовых возможностей связи в течение трёх полных дней подряд. Цифры также рассказывают интересную историю: такие гибридные системы сейчас составляют почти половину (около 41%) всех новых солнечных установок в районах с высоким риском возгораний. Местные органы власти внедряют обновлённые строительные нормы, а страховые компании предлагают более выгодные тарифы для объектов недвижимости с резервными источниками питания, создавая то, что многие считают взаимовыгодной ситуацией с точки зрения безопасности и долгосрочной экономии.

Часто задаваемые вопросы

Почему солнечные энергетические системы отключаются во время перебоев с электричеством?

Системы солнечной энергии, подключенные к сети, отключаются во время перебоев с электроснабжением, чтобы предотвратить поступление электроэнергии в неактивные линии электропередачи, обеспечивая безопасность коммунальных рабочих. Этого достигается с помощью механизма безопасности, известного как защита от эффекта островковой генерации.

Могут ли солнечные системы работать независимо во время отключений?

Да, солнечные системы с инверторами, формирующими сеть, и аккумуляторными батареями могут работать независимо во время отключений. Эти системы могут создавать микросеть, позволяя им подавать питание на важнейшие приборы даже тогда, когда основная сеть отключена.

В чем преимущество гибридных солнечных систем?

Гибридные солнечные системы сочетают подключение к сети с накоплением энергии в аккумуляторах и умным управлением, что позволяет им сохранять подачу энергии во время отключений. Эти системы обеспечивают большую надежность и независимость по сравнению со стандартными сетевыми системами.

Как солнечные батареи обеспечивают резервное питание?

Солнечные батареи хранят избыточную энергию, вырабатываемую днем, для использования ночью или во время отключений. Они автоматически запускаются, когда не хватает электроэнергии, питая такие предметы, как холодильники и медицинское оборудование.