Obwód awaryjny w fotowoltaice

Kluczowa rola falownika

Innym sposobem na dom wyposażony w obwód awaryjny jest wykorzystanie falownika hybrydowego jednofazowego, który podłączony jest w sposób tradycyjny do jednej, wybranej fazy instalacji domowej, za to dodatkowe gniazdo można wyprowadzić właśnie na obwód awaryjny, np. do konkretnego jednego bądź kilku odbiorników elektrycznych. Należy jednak pamiętać, że sumaryczna wartość mocy odbiorników nie może być większa, niż moc, którą jest w stanie oddać bateria (nie więcej, niż 3,68 kW). Takie falowniki należy łączyć z bateriami za pomocą specjalnych, podwójnie izolowanych przewodów, które są przystosowane do przenoszenia dużego prądu. Często jednak, z uwagi na stosunkowo niskie napięcie (48V prądu stałego), jako źródło obwodu awaryjnego wykorzystać można akumulatory kwasowo – ołowiowe o napięciu nominalnym 12 V. Połączenie szeregowe czterech takich akumulatorów dostarcza do inwertera wymagane 48V, co daje nam stosunkowo tani sposób na magazynowanie energii, gdyż ceny takich akumulatorów zaczynają się od kilkuset złotych. Jest to doskonałe rozwiązanie dla gospodarstw, które mają do podtrzymania w obwodzie awaryjnym niewielką liczbę urządzeń krytycznych.

Kolejnym, ostatnim z popularnych typów budowania zasilania czy też obwodu awaryjnego połączonego z fotowoltaiką jest tak zwany falownik AC, czyli retrofitting. Jest to nic innego, jak uzupełnienie już istniejącej instalacji o dodatkowy – z reguły znacznie tańszy – falownik AC, którego jedynym zadaniem jest ładowanie podłączonego do niego zestawu baterii i udostępnianie tej zmagazynowanej energii do wybranej fazy, bądź też, w razie konieczności, do obwodu awaryjnego. Ogromną zaletą tego systemu jest możliwość niemal dowolnej konfiguracji producentów względem siebie. Jeżeli inwerter typu retrofit nie wymaga połączenia z inwerterem głównym (a często nie jest to wymagane), możemy zastosować inwerter dostosowany do naszych potrzeb. Tego typu falowniki opierają się na informacjach pochodzących z odpowiednich mierników (przekładników prądowych), które zakłada się na wybraną fazę tuż przy podłączeniu do sieci falownika głównego, drugi natomiast bezpośrednio przy liczniku głównym, przed całą główną rozdzielnicą domostwa (jednak na tej samej fazie, co pierwszy). Dzięki temu układy pomiarowe inwertera mogą dokładnie pomierzyć, ile energii produkuje falownik, a ile jest zużywane przez instalacje domową. Jeżeli energia na mierzonej fazie jest oddawana do sieci (to znaczy spełnione jest zapotrzebowanie urządzeń domowych na energię), falownik typu retrofit uruchamia ładowanie baterii, przekierowując do zespołu akumulatorów tyle mocy, ile jest aktualnie oddawane na zewnątrz, dążąc do zerowej emisji energii na pojedynczej fazie. Co ważne, urządzenia te można powielać na innych fazach, co stworzy pełny, trójfazowy system obwodów awaryjnych.

Szeregowe podłączenie do sieci możliwe jest tylko w niektórych falownikach hybrydowych (trójfazowych posiadających tzw. Pełen backup czyli awaryjny obwód trójfazowy zdolny przenieść całą energię falownika) i wiąże się z szeregiem obostrzeń, jednak pozwala przerobić całą instalację domową na jeden rozłączony od sieci, trójfazowy obwód awaryjny. Dzieje się to, ponieważ inwerter jest wyposażony w specjalne przekaźniki oraz styczniki, które  w przypadku zaniku zewnętrznego źródła zasilania rozłączają falownik, tworząc swego rodzaju energetyczną wyspę, która jest odizolowana od sieci zewnętrznej. Jest to rozwiązanie polecane zwłaszcza w regionach, w których często dochodzi do uszkodzeń infrastruktury elektrycznej, jednak wymaga większych magazynów energii oraz odpowiedzialnego doboru komponentów i analizy własnego zużycia. Jednak takie instalacje wiążą się z ryzykiem wyłączeń już nie po stronie sieci, a samego falownika.

Przy takim rozwiązaniu musimy kontrolować ilość i moc włączonych urządzeń, gdyż przekroczenie mocy nominalnej falownika może skutkować jego wyłączeniem. Taki sam skutek odnieść może uruchomienie zbyt wielu odbiorników energii elektrycznej na jednej fazie w stosunku do reszty, co również spowoduje chwilową awarię, a w konsekwencji zanik prądu. Tak więc firma instalatrska powinna przeprowadzić uważny wywiad o obciążeniu sieci w domostwie, oraz tak dobrać wartości falownika i baterii, ażeby nie wystąpiły wyżej wymienione problemy. Ten sposób jednak również można ominąć, stosując tak zwany sposób mieszany, czyli połączenie równoległe i szeregowe, skupione w Przełączniku Zasilania. Taki przełącznik i odpowiednie jego podłączenie (tzw. Switchbox) do istniejącej instalacji pozwala na zmianę typu podłączenia z równoległego na szeregowy i odwrotnie. Pozwala to cieszyć się bezproblemowym działaniem instalacji podłączonej równolegle i zwiększania autokonsumpcji, gdy energia z sieci jest dostępna, oraz przełączania w tryb szeregowy, gdy jesteśmy od sieci w jakiś sposób odcięci (np. przez zerwanie linii, czy lokalny „blackout”).

Takie rozwiązania można znaleźć na rynku zarówno manualne, gdzie ręcznie przełączamy tryb pracy, jak i automatyczne, gdzie odpowiednia konfiguracja styczników zapobiega zwarciu niezsynchronizowanych faz oraz sama decyduje o tym, w jakiej konfiguracji ma być podłączony do sieci dany falownik. Wtedy też obwód awaryjny uruchamia się tylko w wyniku braku zewnętrznego źródła prądu i zaopatruje w energię cały dom.

Do czego jednak tak właściwie może nam się przydać wspomniany niejednokrotnie obwód awaryjny? Wyobraźmy sobie hipotetyczną sytuację domostwa położonego na uboczu wsi, gdzie leśną okolicę często nawiedzają silne wiatry. Załóżmy również, że jest to nowoczesny dom o wysokim stopniu elektryfikacji, gdzie ogrzewany jest pompą ciepła, a gotujemy na płycie indukcyjnej. W takim domu dostępność energii elektrycznej jest kluczowa, gdyż bez niej grozi szybkie wychłodzenie murów i niemożliwość wzięcia ciepłej kąpieli czy ugotowania ciepłego posiłku. W takiej lokalizacji nietrudno o uszkodzenie napowietrznych linii średniego lub niskiego napięcia na przykład przez przewrócone drzewo bądź naniesioną wiatrem gałąź. W wyniku takiej usterki czeka nas kilka bądź i kilkanaście godzin odcięcia od prądu, a w konsekwencji ogrzewania, ciepłej wody czy chociażby możliwości włączenia telewizora. Jeżeli taki dom wyposażony jest w instalację fotowoltaiczną standardowego typu (on-grid), niestety nie możemy wykorzystać naszego prądu ze słońca, gdyż zabezpieczenia anty-wyspowe nie pozwolą falownikowi na produkcję.

Co innego jednak, gdy zapobiegawczo podłączyliśmy falownik hybrydowy z funkcją obwodu awaryjnego. W taki sposób, nawet w pochmurny dzień, zimą czy nocą (przy odpowiednim trybie ładowania baterii, dostosowanym do lokalnych warunków i zużycia własnego) możemy podtrzymać działanie pompy ciepła, klimatyzacji, czy chociażby telewizora tak długo, jak długo pozwoli nam pojemność zainstalowanego magazynu energii. Jeżeli za to nasz dom położony jest w okolicy, gdzie często dochodzi do przeciążeń sieci, a w konsekwencji jej wyłączenia, możemy wydłużać działanie naszego obwodu awaryjnego poprzez pracę paneli fotowoltaicznych i doładowywanie baterii. Zmagazynowaną w ten sposób energię możemy użyć w niemal dowolny, odpowiadający nam sposób, ciesząc się z dostępności prądu w każdej napotkanej sytuacji.

Warto wspomnieć kilka słów o sposobie działania takich instalacji wyposażonych w baterię. Każdy falownik hybrydowy powinien być wyposażony w zewnętrzny licznik energii elektrycznej (najczęściej jest w zestawie z inwerterem), który daje jednostce zliczającej informację o zużyciu własnym instalacji. Wśród producentów rozpowszechniło się kilka trybów pracy, dostosowanych do różnych potrzeb. Najpopularniejszym jest zdecydowanie tak zwany tryb automatyczny, który na bieżąco analizuje ilość energii płynącej z modułów fotowoltaicznych i porównuje ją do ilości energii oddawanej, bądź pobieranej z sieci. Jeżeli prąd jest oddawany na zewnątrz, następuje wymuszenie ładowania magazynu energii mocą równą tej nadwyżce. Jeżeli natomiast pobieramy energię, falownik ten niedobór postara się wyrównać poprzez oddanie wymaganej energii z baterii. Tak więc tryb automatyczny stara się być jak najbardziej niezależny względem zewnętrznego źródła zasilania (czyli sieci).

Kolejnym, często używanym trybem jest tryb czasowy użytkownika, gdzie możemy wykorzystać taryfę nocną i nakazać inwerterowi, aby ładował energię w określonych porach (gdy mamy tańszy prąd). Następnie następuje wykorzystanie tej energii w sposób kontrolowanego oddawania energii z baterii w sytuacji jej niedoboru z modułów. Ostatnią interesującą, często wykorzystywaną funkcją jest tak zwany peak shaving, bądź też tryb pasywny, który z kolei oddaje energię głównie w godzinach porannych i popołudniowych, kiedy zużycie jest największe, a instalacja fotowoltaiczna albo jeszcze albo już nie pracuje z wystarczającą wydajnością, natomiast ładuje się tylko i wyłącznie z nadwyżek produkcji, nie korzystając w tym celu w ogóle z sieci zewnętrznej. Warto nadmienić, że we wszystkich trybach obwód awaryjny jest opcją dostępną i wartą rozważenia.