Panele fotowoltaiczne na dachu nie zawsze oznaczają niezależność energetyczną. Gdy dochodzi do awarii sieci elektroenergetycznej, standardowa instalacja PV zazwyczaj przestaje zasilać dom, nawet jeśli słońce nadal świeci. O tym, czy budynek zachowa dostęp do energii, decydują przede wszystkim konstrukcja systemu, możliwości falownika, magazyn energii i odpowiednio zaprojektowane zasilanie awaryjne.
Dlaczego fotowoltaika wyłącza się podczas awarii prądu?
Dla wielu właścicieli domów sytuacja może wydawać się zaskakująca: instalacja produkuje energię, a mimo to po zaniku napięcia w sieci przestają działać oświetlenie i urządzenia elektryczne.
Wyjaśnienie tkwi w sposobie pracy typowych instalacji fotowoltaicznych podłączonych do sieci. Falownik synchronizuje parametry wytwarzanej energii z parametrami sieci elektroenergetycznej. W przypadku zaniku zasilania standardowe urządzenie odłącza się od sieci, aby nie wprowadzać napięcia do przewodów, na których mogą pracować ekipy usuwające awarię.
Mechanizm ten, określany jako zabezpieczenie przed pracą wyspową, ma zasadnicze znaczenie dla bezpieczeństwa systemu elektroenergetycznego.
Urząd Regulacji Energetyki zwraca również uwagę na inne problemy związane ze współpracą mikroinstalacji z siecią. Przy dużej liczbie instalacji fotowoltaicznych i niewystarczających parametrach lokalnej infrastruktury może dochodzić do wzrostu napięcia, a w konsekwencji do ograniczania lub przerywania pracy falowników.
Oznacza to, że posiadanie paneli słonecznych nie jest równoznaczne ani z nieprzerwaną produkcją energii, ani z możliwością zasilania budynku w czasie awarii.
Źródło: Urząd Regulacji Energetyki – Fotowoltaika: dlaczego panele wyłączają się w słoneczne dni?.
Magazyn energii to nie wszystko
Jednym z najczęściej rozważanych rozwiązań jest połączenie instalacji fotowoltaicznej z magazynem energii. Akumulator pozwala przechowywać część energii wyprodukowanej w ciągu dnia i wykorzystywać ją później, na przykład wieczorem lub w nocy.
Nie każdy system z magazynem energii zapewni jednak zasilanie podczas przerwy w dostawach prądu. Istotne jest to, czy falownik oraz pozostałe urządzenia mają funkcję zasilania awaryjnego i mogą bezpiecznie pracować po odłączeniu od sieci.
W praktyce należy sprawdzić kilka elementów:
- Możliwość pracy wyspowej – system musi potrafić zasilać wybrane obwody bez napięcia z sieci publicznej.
- Funkcje falownika – urządzenie powinno obsługiwać przewidziany przez projektanta tryb awaryjny.
- Sposób przełączania zasilania – układ musi bezpiecznie oddzielać instalację budynku od sieci podczas awarii.
- Pojemność magazynu – określa, ile energii można zgromadzić i wykorzystać, ale sama nie przesądza o czasie podtrzymania zasilania.
- Moc dostępna w trybie awaryjnym – musi odpowiadać zapotrzebowaniu podłączonych urządzeń, również podczas ich uruchamiania.
- Możliwość ładowania podczas awarii – warto sprawdzić, czy system może wykorzystywać energię z paneli do ładowania akumulatora, gdy sieć nadal nie działa.
Departament Energii Stanów Zjednoczonych podkreśla, że odpowiednio zaprojektowane układy fotowoltaiczne z magazynem energii mogą przechodzić w tryb pracy wyspowej i podtrzymywać zasilanie podczas awarii. Wymaga to jednak właściwie dobranych urządzeń i konfiguracji.
Źródło: U.S. Department of Energy – Solar and Resilience Basics.
Jak długo dom może funkcjonować bez zasilania z sieci?
Nie ma jednej odpowiedzi, ponieważ czas podtrzymania zasilania zależy od pojemności akumulatora, zużycia energii, warunków pogodowych, mocy instalacji i możliwości technicznych całego systemu.
Dla uproszczonego przykładu można przyjąć magazyn o pojemności nominalnej 10 kWh. Jeżeli po uwzględnieniu ograniczeń systemu do dyspozycji pozostaje 9 kWh energii, a średnie zużycie podtrzymywanych urządzeń wynosi 300 W, teoretyczny czas zasilania wyniesie około 30 godzin.
Przy średnim obciążeniu 600 W będzie to około 15 godzin.
Są to wyłącznie obliczenia orientacyjne, zakładające stałe obciążenie i pomijające dalsze straty oraz zmiany warunków pracy. W rzeczywistym systemie wynik będzie zależał m.in. od zużycia energii przez falownik, dopuszczalnego poziomu rozładowania akumulatora oraz chwilowego poboru mocy.
Co ważne, średnie zapotrzebowanie domu nie jest tym samym co maksymalna moc urządzeń. Lodówka, pompa, czajnik elektryczny, płyta grzewcza czy pompa ciepła mogą w określonych momentach wymagać znacznie większej mocy niż wynikałoby to ze średniego zużycia.
Dlatego przy projektowaniu zasilania awaryjnego często wybiera się najważniejsze obwody, zamiast zakładać, że podczas awarii wszystkie urządzenia będą działać tak jak zwykle.
Czy panele będą ładować magazyn, gdy sieć nadal nie działa?
To jedno z najważniejszych pytań przy wyborze instalacji zapewniającej niezależność energetyczną.
Jeżeli system został odpowiednio zaprojektowany, może wykorzystywać energię słoneczną do zasilania domu i ładowania magazynu także podczas awarii. Wymaga to jednak zgodności falownika, baterii, układu przełączania i konfiguracji elektrycznej.
W zwykłej instalacji sieciowej, która nie ma odpowiednich funkcji awaryjnych, sam fakt obecności paneli i akumulatora nie gwarantuje takiej możliwości.
Znaczenie ma również pogoda. Przy intensywnym nasłonecznieniu instalacja może produkować wystarczająco dużo energii, by jednocześnie zasilać część odbiorników i uzupełniać energię w magazynie. W pochmurny dzień produkcja może być znacznie niższa, a w nocy cały pobór musi być pokrywany z wcześniej zgromadzonej energii.
Warto też zapytać instalatora o możliwość ponownego uruchomienia systemu po całkowitym rozładowaniu akumulatora. Nie wszystkie rozwiązania potrafią samodzielnie wznowić pracę bez obecności napięcia z sieci.
Zasilanie awaryjne zyskuje znaczenie w polskich domach
Znaczenie magazynów energii nie ogranicza się do zwiększania autokonsumpcji, czyli zużywania na miejscu energii wyprodukowanej przez własną instalację.
Ministerstwo Klimatu i Środowiska oraz Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej uwzględniły również bezpieczeństwo energetyczne gospodarstw domowych w założeniach programu „Przydomowe Magazyny Energii”.
W opublikowanych warunkach programu wskazano m.in. konieczność zapewnienia możliwości pracy wyspowej, pozwalającej na awaryjne zasilanie domu podczas lokalnej przerwy w dostawach energii. Przewidziano także wymagania dotyczące systemu zarządzania energią.
To ważny sygnał dla inwestorów: przy wyborze magazynu nie warto kierować się wyłącznie jego pojemnością lub ceną. Trzeba sprawdzić, jakie funkcje rzeczywiście zapewnia urządzenie i czy cały układ jest przygotowany do pracy w warunkach awaryjnych.
Źródło: Ministerstwo Klimatu i Środowiska – Przydomowe Magazyny Energii oraz oficjalna strona programu.
Co sprawdzić przed zakupem instalacji?
Jeżeli celem inwestora jest nie tylko obniżenie rachunków, ale również utrzymanie zasilania w przypadku awarii sieci, rozmowa z wykonawcą powinna obejmować konkretne parametry techniczne.
Warto ustalić:
- Czy instalacja może zasilać dom po zaniku napięcia w sieci?
- Które obwody będą działały w trybie awaryjnym?
- Jaką moc można pobierać z systemu podczas awarii?
- Jak długo magazyn podtrzyma zasilanie przy przewidywanym zużyciu?
- Czy panele będą mogły ładować akumulator przy braku napięcia z sieci?
- Czy system potrafi wznowić pracę po rozładowaniu magazynu?
- Jakie zabezpieczenia i urządzenia przełączające są wymagane?
Odpowiedzi powinny wynikać z dokumentacji technicznej konkretnych urządzeń oraz projektu instalacji, a nie wyłącznie z deklaracji marketingowych.
Fotowoltaika jako element bezpieczeństwa energetycznego
Instalacja fotowoltaiczna może znacząco zwiększyć niezależność energetyczną budynku, ale tylko wtedy, gdy została odpowiednio zaprojektowana do określonego sposobu użytkowania.
Standardowy system sieciowy przede wszystkim produkuje energię na potrzeby budynku i współpracuje z siecią elektroenergetyczną. System wyposażony w odpowiedni falownik, magazyn i układ zasilania awaryjnego może dodatkowo podtrzymywać działanie wybranych urządzeń podczas przerwy w dostawach energii.
Dla inwestorów oznacza to konieczność spojrzenia na instalację szerzej niż przez pryzmat mocy paneli i przewidywanych oszczędności. Równie ważne są sposób zarządzania energią, dostępna moc awaryjna oraz zachowanie całego układu w sytuacji, gdy sieć przestaje działać.
Najważniejszy wniosek jest prosty: o tym, czy dom będzie miał prąd podczas awarii, nie decydują same panele fotowoltaiczne ani sama obecność magazynu energii, lecz prawidłowo zaprojektowany i skonfigurowany system zasilania awaryjnego.