Môže slnečná elektrárna pracovať počas výpadkov elektriny?

Prečo väčšina solárnych energetických systémov prestane pracovať počas výpadkov elektriny

Ako závisia prepojené solárne energetické systémy na distribučnej sieti

Slnečné panely pripojené k elektrickej sieti musia zodpovedať frekvencii a napätiu siete, aby správne fungovali. Tieto systémy nemajú vstavané batérie, ako samostatné inštalácie, a preto úplne závisia od toho, že sieť zostáva aktívna. Ak dôjde k výpadku elektriny niekde v sieti, solárne inštalácie pripojené k sieti sa automaticky vypnú. Nie je to kvôli technickému problému, ale ide o veľmi dôležité bezpečnostné opatrenie. Systém prestane posielať elektrinu späť do elektrických vedení, ktoré už nie sú aktívne, čím sa predchádza potenciálnym nebezpečenstvám pre pracovníkov rozvodnej siete a iných osôb, ktorí môžu počas výpadku pracovať na sieti.

Bezpečnostné mechanizmy: Prečo sa meniče počas výpadkov automaticky vypínajú

Keď dôjde k výpadku elektriny, solárne meniče sa automaticky vypnú pomocou tzv. ochrany proti ostrovnému režimu. Toto dôležité bezpečnostné opatrenie zabraňuje toku elektriny do elektrických vedení, ktoré sú práve opravované. NEC vyžaduje, aby tento systém zasiahol takmer okamžite, ak len zaznie akékoľvek porušenie stability siete. Výskum vo viacerých energetických odvetviach ukazuje, že tieto protokoly zamedzujú približne 90 percentám tých nebezpečných situácií, keď by elektrina mohla omylom prúdiť späť do systému počas toho, ako elektrikári vykonávajú opravy. Väčšina moderných meničov totiž na svoj chod závisí od napätiových signálov z hlavnej siete. To znamená, že bežné modely jednoducho nebudú fungovať, keď príde k výpadku prúdu, pokiaľ niekto neinštaluje špeciálne zariadenie umožňujúce ostrovný režim.

Skutočný dopad: Prípadová štúdia býtovej solárnej energie počas regionálnych výpadkov elektriny

Keď v roku 2020 prešli požiare lesov cez Kaliforniu a spôsobili rozsiahle výpadky elektriny, takmer všetky domy pripojené k elektrickej sieti cez solárne panely skončili bez elektriny, aj keď bolo nebo úplne jasné. Podľa správ distribučných spoločností sa väčšina týchto solárnych systémov znovu nespustila, kým napätie v sieti nebolo stabilné aspoň päť celých minút. To znamenalo, že ľudia zostali bez fungujúcich chladničiek na uchovávanie potravín a ešte horšie, tí, ktorí záviseli od zdravotníckych prístrojov ako sú napríklad kyslíkové prístroje, nemali žiadny záložný zdroj energie. Toto ukazuje niečo dosť priame – bežné solárne inštalácie sú postavené predovšetkým na ochranu celej elektrickej siete, a nie na zabezpečenie spoľahlivej dodávky elektriny jednotlivcom počas núdzových situácií.

Batériové úložisko: Umožnenie prevádzky solárneho energetického systému počas výpadkov

Obmedzenia samotných solárnych systémov bez energetickej akumulácie

Väčšina solárnych systémov pripojených k elektrickej sieti sa automaticky vypne počas výpadkov prúdu kvôli bezpečnostným protokolom, ktoré chránia pracovníkov sieťovej spoločnosti. Štúdia NREL z roku 2023 zistila, že 94 % domácich solárnych inštalácií bez batérií sa odpojilo do 2 sekúnd od výpadku siete. Táto funkcia „zamedzujúca izolácii“ nečakane ponecháva domácnosti bez prúdu, napriek tomu, že majú funkčné solárne panely.

Ako poskytujú solárne batérie záložný prúd počas výpadkov siete

Lítium-iónové solárne batérie tento problém celkom dobre riešia, keďže ukladajú prebytočnú energiu vyrobenú počas dňa, aby mohla byť použitá v noci alebo pri výpadku elektriny. Ak dojde k výpadku hlavného elektrického napájania, tieto batériové systémy sa automaticky zapnú a zabezpečia najprv prevádzku dôležitých zariadení. Myslite na spotrebiče ako chladničky, ktoré potrebujú približne 1,5 kilowatthodiny denne, lekársku techniku spotrebujúcu okolo 0,3 kWh denne, alebo internetové smerovače, ktoré odoberajú približne 10 wattov nepretržite. Systém prepnutý na záložné napájanie reaguje takmer okamžite, zvyčajne za zlomok sekundy. Výskum odolnosti voči energetickým výpadkom ukazuje, že ak sú batérie správne dimenzované, väčšina domácností so štandardnými 5 kW solárnymi systémami dokáže udržať základné funkcie viac ako tri dni bez pripojenia do siete.

Popredné riešenia: Tesla Powerwall a ďalšie solárne systémy so skladovaním energie

Tesla Powerwall stále dominuje na trhu so svojou kapacitou úložiska 13,5 kWh a nepretržitým výkonom 5 kW, hoci už sú k dispozícii novšie možnosti, ako napríklad LG RESU Prime (ktoré ponúka 16 kWh), po absolvovaní certifikačných noriem UL-9540. Pohľadom na odvetvové údaje vidíme, že súčasné systémy solárneho skladovania zvládajú automatické prepínanie približne v 98 % prípadov, čo je oveľa lepšie ako u starých oloveno-kyselinových batérií, ktoré dosahovali len okolo 72 %. Nedávne testy ukázali, že väčšina systémov obnoví približne 90 % základných potrieb elektrickej energie už do 15 sekúnd od výpadku hlavnej siete. Tento druh spoľahlivosti predstavuje veľký rozdiel pre domácnosti obávajúce sa výpadkov elektriny.

Pokročilá technológia invertorov pre nepretržitý výkon solárnych energetických systémov

Štandardné a sieťotvorné invertory v solárnych energetických systémoch

Bežné invertory používané v sieťovo pripojených solárnych systémoch závisia výrazne od elektrickej siete, ktorá zabezpečuje stabilné napätie a frekvenciu. Keď dôjde k výpadku elektriny, tieto štandardné zariadenia sa automaticky vypnú ako bezpečnostné opatrenie, aby nedošlo k poškodeniu pracovníkov opravujúcich poškodenú infraštruktúru. Musia spĺňať určité bezpečnostné predpisy, ako napríklad tie uvedené v norme UL 1741, ktoré jasne stanovujú, že pri výpadku hlavnej siete musia byť všetky spojenia prerušené. Na druhej strane tzv. sieťotvorné invertory fungujú úplne inak. Tieto zariadenia v podstate samy o sebe tvoria malé elektrárne, ktoré prostredníctvom chytrých softvérových riešení vytvárajú tzv. mikro sieť, pričom nezávisle riadia napätie aj frekvenciu bez potreby vonkajších signálov. Podľa najnovších štúdií publikovaných v rôznych časopisoch o solárnej technológii dokážu novšie verzie týchto sieťotvorných systémov automaticky spustiť prevádzku hneď po výpadku a následne sa bezproblémovo pripojiť k existujúcim batériovým záloham. Hoci to určite zvyšuje odolnosť domácností voči výpadkom prúdu, súvisí to aj s vyššími nákladmi, keďže väčšina súčasných domácich solárnych panelov touto schopnosťou neposkytuje. Štatistiky Ministerstva energetiky zverejnené vlani uvádzajú, že približne 85 percent domácností s fotovoltickými systémami stále nemá túto zásadnú funkciu pre skutočnú energetickú nezávislosť.

Izolovateľné systémy: Ako môže slnečná energia pracovať nezávisle počas výpadkov

Solárne systémy, ktoré dokážu pracovať nezávisle od hlavnej elektrickej siete, kombinujú špeciálne meniče s batériovým úložiskom, aby mohli pri výpade prúdu odpojiť dom od siete a napriek tomu udržať osvetlenie a prevádzku dôležitých zariadení. Keď tieto systémy zaznamenajú poruchu sieťovej väzby, relé okamžite zasiahnú a odpoja dom od rozvodnej siete. Potom systém posiela elektrický prúd vyrobený solárnymi panelmi prostredníctvom týchto pokročilých hybridných meničov na dobíjanie batérií a prevádzku nevyhnutných spotrebičov. Na dosiahnutie dobrých výsledkov je potrebné vyvážiť množstvo energie vyrobenej zo slnka s množstvom uloženým do batérií. Väčšina ľudí zistí, že batéria s kapacitou 10 kWh sa dobre hodí k približne 5 kW solárnych panelov, čo zvyčajne stačí na pokrytie základných potrieb po dobu 12 až 24 hodín, aj v zamračené dni. Vzhľadom na čoraz častejšie výskyty lesných požiarov a búr vidíme aj výrazný nárast prijímania tejto technológie. Podľa údajov Renewable Energy Lab z minulého roka približne 42 % všetkých nových solárnych inštalácií umiestnených v oblastiach náchylných na výpadky má teraz zabudovanú funkciu ostrovného prevádzkovania, oproti len 18 % v roku 2020.

Hybridné solárne systémy: Návrh pre spoľahlivosť a nezávislosť od siete

Kombinácia pripojenia do siete s architektúrou solárneho energetického systému pripraveného na výpadok

Hybridné solárne systémy kombinujú bežné pripojenie do siete s batériovým úložiskom a inteligentnou reguláciou, takže pokračujú v činnosti aj po výpade elektriny. Tieto systémy sa líšia od štandardných sieťovo viazaných systémov, ktoré vidíme všade inde. Majú totiž niečo, čo sa nazýva Systém riadenia energie (EMS), ktorý prepína medzi bežnou elektrinou, momentálne vyrobenou solárnou energiou a energiou uloženou v batériách. Napríklad inštalácia, pri ktorej niekto namontuje solárne panely spolu s lítio-iónovými batériami a získa jeden z týchto špeciálnych invertorov certifikovaných podľa noriem UL 1741, dokáže počas výpadkov siete úplne odpojiť dom od hlavnej siete a napriek tomu napájať zásadné spotrebiče. Podľa najnovšej správy o trendoch obnoviteľných zdrojov energie z minulého roku vyplýva, že ak je systém správne nastavený, tieto hybridné systémy znížia pravdepodobnosť úplného výpadku prúdu v domácnostiach približne o 92 percent vo porovnaní so samotnými solárnymi panelmi bez zálohy. Hlavné komponenty potrebné na takúto inštaláciu sú typicky nasledovné:

• Obousmerné meniče umožňujú hladký prechod medzi zdrojmi energie
• Chytrá správa akumulátora prioritizujú dôležité okruhy počas dlhodobých výpadkov
• Schopnosti tvorenia siete ktoré stabilizujú napätie bez podpory distribučnej siete

Štúdia prípadu: Hybridné solárne inštalácie v oblastiach Kalifornie ohrozených lesnými požiarmi

Sonoma County sa stalo akýmsi prípadovým štúdiom pre energetickú odolnosť potom, čo lesné požiare minulý rok spôsobili výpadok elektriny viac ako 14 000 hodín na celom území okresu. Podľa údajov Kalifornského energetického úradu zverejnených začiatkom tohto roka domácnosti, ktoré inštalovali hybridné solárne systémy, každoročne znížili dobu výpadkov približne o 83 % v porovnaní s tými, ktoré stále závisia výlučne od elektrickej siete. Vezmime si konkrétny príklad jedného domu, ktorý tam skúmali – mal 15 kWh batériu spárovanú s 10 kW solárnymi panelmi. Keď nastali výluky elektriny z dôvodu bezpečnosti verejnosti, tento systém udržal chladničku v prevádzke, napájal nevyhnutné zdravotnícke prístroje a dokonca zachoval základné komunikačné možnosti nepretržite počas troch plných dní. Aj čísla rozprávajú zaujímavý príbeh: takéto hybridné systémy teraz tvoria takmer polovicu (približne 41 %) všetkých nových solárnych inštalácií v oblastiach s vysokým rizikom požiarov. Miestne vlády presadzujú aktualizované stavebné normy, zatiaľ čo poisťovne ponúkajú lepšie sadzby pre nehnuteľnosti vybavené záložnými zdrojmi energie, čo vytvára situáciu, ktorú mnohí vnímajú ako výhodnú pre obe strany – z hľadiska bezpečnosti aj dlhodobých úspor.

Často kladené otázky

Prečo sa solárne systémy vypnú počas výpadkov elektrickej energie?

Systémy slnečnej energie pripojené k siete sa počas výpadkov elektriny vypínajú, aby sa zabránilo prúdu elektrickej energie späť do neaktívnych elektrických vedení, čo zabezpečuje bezpečnosť pracovníkov. To sa dosiahne prostredníctvom bezpečnostného mechanizmu známyho ako ochrana proti ostroveniu.

Môžu solárne systémy počas výpadkov fungovať samostatne?

Áno, solárne systémy s invertormi tvoriacimi sieť a akumulátormi môžu počas výpadkov fungovať nezávisle. Tieto systémy môžu vytvoriť mikrovreťazcu, ktorá im umožní zásobovať energiou základné spotrebiče aj vtedy, keď je hlavná sieť vypnutá.

Aká je výhoda hybridných solárnych systémov?

Hybridné solárne systémy kombinujú pripojenie k siete s akumulátorom a inteligentnými ovládacími prvkami, čo im umožňuje udržiavať energiu počas výpadkov. Tieto systémy ponúkajú väčšiu spoľahlivosť a nezávislosť v porovnaní so štandardnými sieťovými systémami.

Ako solárne batérie poskytujú záložnú energiu?

Solárne batérie ukladajú prebytočnú energiu vyrobenú počas dňa, aby mohla byť použitá v noci alebo počas výpadkov. Automaticky sa zapnú, keď dojde k výpadku hlavného elektrického napájania, a zásobia dôležité zariadenia, ako sú chladničky alebo lekársky prístroje.