Чи може сонячна енергетична система працювати під час відключень електропостачання?

Чому більшість сонячних енергетичних систем вимикаються під час аварійних відключень

Як сонячні енергетичні системи, підключені до мережі, залежать від електромережі

Сонячні панелі, підключені до електромережі, мають відповідати частоті та рівням напруги мережі, щоб правильно працювати. Ці системи не мають вбудованих акумуляторів, як автономні установки, тому повністю залежать від наявності живлення в мережі. Якщо деінде відбувається відключення електропостачання, сонячні установки, підключені до мережі, автоматично вимикаються. Це відбувається не через технічні несправності, а є дуже важливою заходом безпеки. Система припиняє подавання електроенергії у лінії електропередач, які більше не активні, що запобігає потенційній небезпеці для працівників комунальних служб та інших осіб, які можуть працювати з мережею під час відключення.

Механізми безпеки: чому інвертори автоматично вимикаються під час відключень

Під час відключення електропостачання сонячні інвертори автоматично вимикаються завдяки так званому захисту від островного режиму. Це важливе заходи безпеки перешкоджає подачі електроенергії в лінії, які тимчасово ремонтуються. Національний електротехнічний кодекс (NEC) вимагає, щоб ця система активувалася практично миттєво, як тільки виявляється будь-яка несправність у стабільності мережі. Дослідження різних галузей енергетики показують, що ці протоколи запобігають приблизно 90 відсоткам небезпечних ситуацій, коли електроенергія може випадково потрапити назад у систему під час роботи електромонтерів. Більшість сучасних інверторів взагалі залежать від отримання сигналів напруги від основної мережі, щоб взагалі функціонувати. Це означає, що звичайні моделі просто не працюватимуть під час відключення світла, якщо хтось не встановить спеціальне обладнання для забезпечення островного режиму.

Реальний вплив: Приклад дослідження побутових сонячних систем під час регіональних відключень електропостачання

Коли в 2020 році лісові пожежі охопили Каліфорнію, спричинивши масові відключення електропостачання, майже всі будинки, підключені до мережі через сонячні панелі, залишилися без електрики, навіть попри абсолютно ясне небо. Згідно з даними комунальних служб, більшість таких сонячних установок не могли поновити роботу, доки напруга в мережі не залишалася стабільною принаймні протягом п’яти хвилин. Це означало, що люди залишалися без працюючих холодильників, щоб зберегти продукти від псування, а ще гірше — ті, хто залежав від медичних приладів, таких як кисневі апарати, також не мали резервного живлення. Це демонструє досить просту істину — звичайні сонячні установки створені насамперед для захисту загальної електромережі, а не для забезпечення надійного електропостачання окремих осіб під час надзвичайних ситуацій.

Акумуляторні системи: забезпечення роботи сонячних енергетичних систем під час відключень

Обмеження сонячних систем без накопичення енергії

Більшість сонячних енергетичних систем, підключених до мережі, автоматично вимикаються під час відключень електропостачання через протоколи безпеки, що захищають працівників комунальних служб. Дослідження NREL 2023 року показало, що 94% побутових сонячних установок без акумуляторів відключаються протягом 2 секунд після збою в роботі мережі. Ця функція «запобігання острововому режиму» несподівано залишає домогосподарствів без електроенергії, незважаючи на наявність працездатних сонячних панелей.

Як сонячні акумулятори забезпечують резервне електроживлення під час збоїв у роботі мережі

Літій-іонні сонячні батареї цілком добре вирішують цю проблему, оскільки зберігають зайву електроенергію, вироблену вдень, щоб її можна було використовувати вночі або під час відключення. Якщо основне електропостачання виходить з ладу, ці акумуляторні системи автоматично підключаються, щоб спочатку забезпечити роботу найважливіших пристроїв. Наприклад, холодильники, яким потрібно близько 1,5 кіловат-годин на добу, медичне обладнання, якому потрібно приблизно 0,3 кВт·год щодня, та роутери інтернету, які споживають близько 10 ват безперервно. Система перемикається на резервне живлення практично миттєво, зазвичай за частку секунди. Дослідження стійкості енергозабезпечення показують, що за правильного підбору ємності акумуляторів більшість будинків із типовими сонячними установками потужністю 5 кВт можуть підтримувати базові функції протягом трьох днів або більше без підключення до мережі.

Топові рішення: Tesla Powerwall та інші сонячні системи з накопиченням енергії

Акумуляторна стінка Tesla все ще домінує на ринку завдяки обсягу зберігання 13,5 кВт·год та постійному виходу потужності 5 кВт, хоча тепер доступні новіші варіанти, такі як LG RESU Prime (який пропонує 16 кВт·год), після проходження стандартів сертифікації UL-9540. Згідно з галузевими даними, сучасні системи зберігання сонячної енергії забезпечують автоматичне перемикання приблизно в 98 % випадків, що значно краще, ніж старі свинцево-кислотні акумулятори, які досягали лише близько 72 %. Нещодавно проведені випробування показали, що більшість систем відновлюють приблизно 90 % основних потреб у електроенергії всього за 15 секунд після відключення основної мережі. Така надійність має велике значення для власників будинків, які хвилюються через перебої з електропостачанням.

Сучасна технологія інверторів для безперебійної роботи сонячної енергетичної системи

Стандартні та мережеві інвертори в сонячних енергетичних системах

Звичайні інвертори, що використовуються в сонячних енергосистемах, підключених до мережі, значною мірою залежать від основної електромережі, щоб забезпечити стабільну роботу з правильними рівнями напруги та частоти. Коли відбувається відключення електропостачання, ці стандартні пристрої автоматично вимикаються для безпеки, щоб уникнути небезпеки для робітників, які можуть працювати на пошкодженій інфраструктурі. Вони мають дотримуватися певних правил безпеки, таких як вимоги стандарту UL 1741, який передбачає повне відключення при втраті живлення від основної мережі. Навпаки, так звані мережеутворювальні інвертори працюють зовсім інакше. Ці пристрої фактично стають окремими маленькими генераторами, створюючи так звану мікромережу за допомогою хитрих програмних рішень, що дозволяють їм самостійно керувати напругою та частотою без необхідності у зовнішніх сигналах. Згідно з останніми дослідженнями, опублікованими в різних журналах з сонячних технологій, новіші версії таких мережеутворювальних систем здатні самостартуватися одразу після масштабного відключення та плавно синхронізуватися з наявними акумуляторними батареями. Хоча це справді підвищує стійкість будинків до перебоїв у постачанні електроенергії, це має свою ціну, оскільки більшість побутових сонячних панелей сьогодні не мають такої функції. За статистикою Міністерства енергетики, опублікованою минулого року, близько 85 відсотків будинків із сонячними панелями досі не мають цієї важливої функції для справжньої енергетичної незалежності.

Системи автономного живлення: Як сонячна енергія може працювати незалежно під час відключень

Сонячні системи, які можуть працювати незалежно від основної електромережі, поєднують спеціальні інвертори з акумуляторними батареями, щоб мати змогу відключитися під час відключення електропостачання, але продовжувати забезпечувати електроенергією важливі прилади. Коли такі системи виявляють неполадки у підключенні до мережі, реле миттєво вмикаються, відокремлюючи будинок від ліній енергопостачання. Потім система спрямовує електрику, згенеровану сонячними панелями, через гібридні інвертори для заряджання акумуляторів і живлення необхідних побутових приладів. Для отримання хороших результатів потрібно збалансувати обсяг електроенергії, що виробляється сонцем, із обсягом, що зберігається. Більшість споживачів вважають, що акумулятор на 10 кВт·год добре працює з приблизно 5 кВт сонячних панелей, чого зазвичай вистачає для забезпечення базових потреб протягом 12–24 годин, навіть у похмуру погоду. З огляду на те, що масштабні пожежі та шторми стають дедалі поширенішими, спостерігається значне зростання популярності таких систем. За даними минулого року від Renewable Energy Lab, близько 42% усіх нових сонячних установок, встановлених у районах із постійними перебоями в електропостачанні, тепер мають функцію автономної роботи (islanding), порівняно з лише 18% у 2020 році.

Гібридні сонячні системи: проектування для надійності та незалежності від мережі

Поєднання підключення до мережі з архітектурою системи сонячної енергії, готової до відключень

Гібридні сонячні системи поєднують звичайне підключення до мережі з акумулятором та розумним керуванням, щоб продовжувати працювати під час відключень електропостачання. Ці системи відрізняються від звичайних систем, підключених до мережі, які ми бачимо скрізь. Вони мають так звану Систему управління енергією (EMS), яка перемикається між звичайною електроенергією, сонячною енергією, що генерується в даний момент, та енергією, накопиченою в акумуляторах. Наприклад, розглянемо систему, у якій хтось встановлює сонячні панелі разом із літій-іонними акумуляторами та спеціальним інвертором, сертифікованим за стандартом UL 1741. Така система може фактично від'єднуватися від основної мережі під час аварійного відключення, але при цьому забезпечувати роботу основних побутових приладів. Останній звіт про тенденції використання відновлюваних джерел енергії минулого року показав, що за правильного налаштування такі гібридні системи знижують імовірність повного відключення електропостачання в будинках приблизно на 92 відсотки порівняно з використанням лише сонячних панелей без резервного живлення. Основні компоненти, необхідні для такої установки, зазвичай такі:

• Двосторонні інвертори забезпечення безперешкодного переходу між джерелами енергії
• Розумне управління аккумулятором приоритетування важливих схем під час тривалого відключення
• Можливість формування мережі що стабілізують напругу без підтримки комунальної служби

Вивчення прикладу: гібридні сонячні установки в районах Каліфорнії, схильних до пожеж

Сонома Каунті стала своєрідним тестовим випадком для енергетичної стійкості після того, як лісові пожежі в минулому році призвели до відключення електропостачання на понад 14 000 годин по всьому округу. Згідно з даними Каліфорнійської комісії з енергетики, оприлюдненими раніше цього року, домогосподарства, які встановили гібридні сонячні системи, щороку скорочували час відключень приблизно на 83% порівняно з тими, хто все ще повністю залежить від мережі. Візьмемо, наприклад, один будинок, який вони досліджували: у нього був акумулятор ємністю 15 кВт·год, поєднаний із сонячними панелями потужністю 10 кВт. Коли відбулися вимкнення електроенергії з міркувань безпеки, ця система забезпечила роботу холодильника, живлення життєво важливого медичного обладнання та навіть підтримувала базові засоби зв'язку протягом трьох повних днів поспіль. Цифри теж розповідають цікаву історію: саме такі гібридні системи зараз становлять майже половину (близько 41%) усіх нових сонячних установок у районах із високим ризиком пожеж. Місцеві уряди запровадили оновлені будівельні стандарти, а страхові компанії пропонують кращі тарифи для об'єктів із резервними джерелами живлення, створюючи те, що багато хто сприймає як вигідну ситуацію як для безпеки, так і для довгострокової економії.

ЧаП

Чому сонячні енергетичні системи вимикаються під час відключень електропостачання?

Сонячні енергетичні системи, підключені до мережі, вимикаються під час відключень електропостачання, щоб запобігти подачі електроенергії на неактивні лінії електропередач, забезпечуючи безпеку працівників комунальних служб. Це досягається за допомогою механізму безпеки, відомого як захист від островового режиму.

Чи можуть сонячні системи працювати незалежно під час відключень?

Так, сонячні системи з інверторами, що формують мережу, і акумуляторними батареями можуть працювати незалежно під час відключень. Ці системи можуть створювати мікромережу, дозволяючи їм живити основні побутові прилади, навіть коли головна мережа вимкнена.

Яка перевага гібридних сонячних систем?

Гібридні сонячні системи поєднують підключення до мережі з акумуляторними батареями та розумним керуванням, що дозволяє їм зберігати електропостачання під час відключень. Ці системи забезпечують вищу надійність і незалежність у порівнянні зі стандартними системами, підключеними до мережі.

Як сонячні акумулятори забезпечують резервне електропостачання?

Сонячні акумулятори зберігають надлишкову електроенергію, вироблену вдень, для використання вночі або під час відключень. Вони автоматично вмикаються, коли основне електропостачання виходить з ладу, забезпечуючи роботу важливих приладів, таких як холодильники та медичне обладнання.