Co zrobić z milionem mikroinstalacji bez magazynów energii? Czym jest stabilizator zasilania?

W Polsce funkcjonuje już prawie 1,1 miliona prosumentów energii elektrycznej. Takie zainteresowanie domowymi instalacjami słonecznymi, choć bardzo pozytywne, uwidacznia problemy sieci niskiego napięcia w Polsce. Okazuje się jednak, że istnieje rozwiązanie, które jest w stanie w znacznym stopniu poprawić funkcjonowanie sieci niskiego napięcia, do której przyłączone są mikroinstalacje fotowoltaiczne. W tym materiale przyjrzymy się funkcjonowaniu stabilizatora zasilania odbiorców w sieciach energetycznych niskiego napięcia.

Zdjęcie autora: Jakub Król

Jakub Król

Redaktor GLOBENERGIA

Ponad milion mikroinstalacji fotowoltaicznych w Polsce

Według danych PTPIREE łączna liczba wszystkich mikroinstalacji przyłączonych do sieci dystrybucyjnej na koniec kwietnia 2022 wyniosła ponad 1 milion 66 tys., a ich moc ponad 7,8 GW. W samym pierwszym kwartale 2022 roku w Operatorzy Systemów Dystrybucyjnych (OSD) przyłączyli ponad 150 tys. mikroinstalacji fotowoltaicznych.

Liczba mikroinstalacji przyłączonych przez OSD.
Źródło: PTPIREE.

Przesyłanie energii w obu kierunkach

Duża liczba prosumentów to narastający problem, który jest widoczny zwłaszcza tam, gdzie skumulowanych jest wiele mikroinstalacji fotowoltaicznych na małym obszarze. Wynika to z faktu, że sieć niskiego napięcia, do której są podłączane mikroinstalacje nie jest przystosowana do tego by przesyłać energię w obu kierunkach. Ze względu na to, jak zostały skonstruowane linie energetyczne, przesyłanie energii do odbiorcy nie stanowi większego problemu. Problemem jest zaś przesyłanie energii elektrycznej od prosumenta do sieci elektroenergetycznej. Branża fotowoltaiczna, której zależy na dalszym rozwoju rynku stara się znaleźć rozwiązanie tego problemu. Jako remedium problemów z sieciami określane są elektrochemiczne magazyny energii. Jednakże ich cena, a także skomplikowane przepisy dotyczące zgłoszenie utrudniają ich rozwój.

Rozwiązaniem problemu może być stabilizator zasilania odbiorców w sieciach energetycznych niskiego napięcia (SmartGridEnabler). Jak działa to urządzenie?

Zasada działania

Zrozumienie zasady działania stabilizatora zasilania może ułatwić poniższy schemat urządzenia, zaprezentowanego podczas Kongresu Fotowoltaiki i Magazynowania Energii PV CON 2022.

Schemat stabilizatora zasilania odbiorców w sieciach energetycznych niskiego napięcia.
Źródło: Kongres Fotowoltaiki i Magazynowania Energii PV CON 2022.

Na przedstawionym schemacie, po lewej stronie widzimy system elektroenergetyczny, a z prawej strony odbiorcę energii elektrycznej (prosumenta). Stabilizator znajduje się na łączeniu sieci energetycznej i sieci domowej. Co się dzieje w sieci, kiedy odbierana jest energia bez zastosowania stabilizatora? Odbiorniki energii elektrycznej w indywidualnych gospodarstwach domowych są w zdecydowanej większości odbiornikami jednofazowymi. Oznacza to, że zawsze w trakcie poboru energii z sieci, obciążenie poszczególnych faz jest niesymetryczne. Efektem niesymetrii prądów jest pojawienie się prądu w przewodzie neutralnym, co jest niepożądanym zdarzeniem. Sytuacja ta pogarsza się znacznie w przypadku kiedy na którejś z faz jest oddawana energia pochodząca z instalacji fotowoltaicznej. Doprowadza to do sytuacji, w której napięcia na jednej fazie mogą być przekroczone, z kolei na innej mogą być zbyt niskie.

Co można z tym zrobić? W tym miejscu zastosowanie może znaleźć urządzenie, które będzie w stanie zbilansować energię pobieraną z sieci / oddawaną do sieci. Takie urządzenie, zwane stabilizatorem zasilania sprawia, że prąd płynący do sieci na poszczególnych fazach staje jednakowy i charakteryzuje się mniejszą wartością. Zastosowanie takiego urządzenia może spowodować również, że energia w ogóle nie będzie pobierana z sieci, a pobór i produkcja zbilansują się w omawianym stabilizatorze zasilania.

Program pilotażowy

Stabilizator symetryzuje prądy płynące od prosumenta i reguluje napięcie na wyjściu. Jak poinformował Profesor Zbigniew Krzemiński prezentujący urządzenie podczas Kongresu PV CON 2022, takie urządzenie zostało zainstalowane i przetestowane w sieci zaprojektowanej na małe odbiory energii w ramach programu pilotażowego realizowanego razem ze spółką Energa. Sieć ta charakteryzuje się małymi średnicami przekrojów, które stanowiły problem dla dużego nasycenia mikroinstalacjami fotowoltaicznymi. Według profesora, po zainstalowaniu stabilizatora problemy z wyłączeniami falowników fotowoltaicznych ustąpiły.

Stabilizatory w sieciach nN

Jak powszechne są tego typu urządzenia w polskich sieciach niskiego napięcia? Według Profesora Krzemińskiego, w Polsce w sieciach niskiego napięcia na ten moment nie funkcjonują takie urządzenia.

“Takie urządzenie energoelektroniczne, które aktywnie wpływa na przetwarzanie energii w tym miejscu, gdzie jest zainstalowane jest tańsze od wszystkich znanych rozwiązań, które są stosowane w sieciach, aby regulować napięcie, albo żeby symetryzować prądy.” - komentuje Profesor Zbigniew Krzemiński.

Profesor Zbigniew Krzemiński dodał również, że spodziewane jest rozszerzenie programu pilotażowego.

Kiedy należy stosować stabilizator?

Stabilizator zasilania odbiorców jest przeznaczony do zainstalowania w linii energetycznej nN, w których praca przyłączonych instalacji fotowoltaicznych powoduje m.in. przekroczenie dopuszczalnych zmian napięcia w linii, np. +/- 10% wartości znamionowej lub innych ograniczeń nałożonych przez operatora. Ponadto stabilizator stanowi rozwiązanie problemu występowania asymetrii prądów trójfazowych i przekroczenia dopuszczalnej wartości prądu w przewodzie neutralnym bądź w przewodach fazowych. Stabilizator może być także rozwiązaniem w przypadku nadprodukcji energii z przyłączonych instalacji fotowoltaicznych co powoduje konieczność ich okresowego odłączania.

Źródło: PV CON 2022, mmb-drives.com.pl.

Zobacz również