O ile falownik podnosi napięcie w instalacji fotowoltaicznej?
Falownik nie podnosi napięcia o stałą wartość. Wzrost zależy od prądu oddawanego do sieci oraz jej impedancji. W przybliżeniu opisuje go wzór ΔU = I × Z. Im większa moc instalacji i wyższy opór sieci oraz przewodów, tym większy wzrost napięcia na zaciskach falownika.
Dlaczego napięcie na falowniku rośnie?
Falownik przekształca prąd stały z paneli w prąd przemienny i wtłacza go do instalacji budynku oraz sieci elektroenergetycznej. Aby energia mogła popłynąć w kierunku sieci, napięcie po stronie falownika musi być nieco wyższe od napięcia występującego w punkcie przyłączenia.
Sieć nie jest idealnym przewodnikiem. Przewody, połączenia, złącza, transformator i odcinek przyłącza mają określoną impedancję, wyrażaną w omach. Gdy przez tę impedancję płynie prąd z instalacji PV, powstaje różnica napięcia. Można to porównać do przepływu wody przez rurę: im większy przepływ i węższa rura, tym większa różnica ciśnień na jej końcach.
Proces można przedstawić w czterech krokach:
- Falownik wytwarza prąd przemienny zgodny z parametrami sieci.
- Prąd płynie przez przewody AC oraz impedancję sieci.
- Na tej impedancji powstaje wzrost napięcia opisany zależnością ΔU = I × Z.
- Napięcie przy falowniku staje się sumą napięcia sieci i powstałej różnicy, czyli w uproszczeniu Ufalownika = Usieci + ΔU.
W obwodzie prądu przemiennego dokładniejsze obliczenia uwzględniają impedancję zespoloną, ale dla oceny instalacji domowej często stosuje się przybliżenie rezystancyjne. Z tego powodu falownik nie „decyduje”, że chce podnieść napięcie. Wymusza przepływ prądu, a wzrost napięcia jest skutkiem właściwości obwodu.
Jak obliczyć wzrost napięcia?
Podstawą jest prawo Ohma:
ΔU = I × Z
Jeżeli falownik oddaje do jednej fazy 10 A, a łączna impedancja sieci i przewodów wynosi 0,5 Ω, wzrost napięcia wyniesie w przybliżeniu 5 V. Przy tym samym prądzie impedancja 1 Ω da już około 10 V. Z kolei podwojenie prądu przy niezmienionej impedancji również podwoi wzrost napięcia.
W instalacji trójfazowej prąd rozkłada się na fazy, dlatego analizę wykonuje się dla konkretnego układu i miejsca przyłączenia. Nie można bez pomiarów przenosić wartości z jednej posesji na inną. Znaczenie mają między innymi długość przyłącza, przekrój przewodów, jakość połączeń, obciążenie sieci oraz napięcie ustawione przez operatora w danym obszarze.
Impedancja sieci a dopuszczalna moc na jednej fazie
Górna granica napięcia w sieci niskiego napięcia wynosi zgodnie z przywoływaną normą PN-IEC 60038 253 V, czyli 230 V +10%. To granica jakości napięcia, a nie dowolne ustawienie producenta falownika. Gdy napięcie w punkcie przyłączenia zbliża się do tej wartości, urządzenie może ograniczyć moc lub odłączyć się od sieci.
Poniższe wartości są orientacyjne. Pokazują, jak szybko maleje zapas napięcia przy większej impedancji. Obliczenia przyjmują uproszczony model jednej fazy i nie zastępują pomiaru ani projektu elektrycznego:
| Łączna impedancja sieci i przewodu AC | 230 V – moc orientacyjna | 240 V – moc orientacyjna | 250 V – moc orientacyjna |
|---|---|---|---|
| 0,1 Ω | 58 kW | 33 kW | 7,6 kW |
| 0,3 Ω | 20 kW | 11 kW | 2,5 kW |
| 0,5 Ω | 11 kW | 6,5 kW | 1,5 kW |
| 0,8 Ω | 7,3 kW | 4,1 kW | 0,9 kW |
| 1,0 Ω | 5,5 kW | 3,3 kW | 0,7 kW |
Przykładowo, gdy napięcie sieci w słoneczny dzień wynosi 240 V, a łączna impedancja to 0,9 Ω, do granicy 253 V pozostaje 13 V. Przybliżona moc na jednej fazie wynosi wtedy:
P ≈ (253 − 240) / 0,9 × 253 ≈ 3,6 kW
To nie oznacza, że każda instalacja o mocy większej niż 3,6 kW natychmiast się wyłączy. Rzeczywiste zachowanie zależy od faz, charakteru impedancji, profilu zużycia i nastaw urządzenia. Tabela pokazuje jedynie, dlaczego ta sama moc może działać poprawnie w jednej lokalizacji, a powodować wyłączenia w innej.
Jaki wpływ mają przewody AC?
Przewód między falownikiem a rozdzielnicą lub licznikiem jest częścią impedancji całego obwodu. Zbyt mały przekrój, duża długość albo nieprawidłowo wykonane połączenie zwiększają opór. W efekcie przy dużej produkcji PV napięcie przy falowniku rośnie bardziej niż w punkcie przyłączenia.
W instalacjach domowych często przyjmuje się, że spadek napięcia na odcinku AC powinien być możliwie mały, zwykle około 1%, a przy długich trasach dopuszcza się niekiedy do 3%, zależnie od projektu i przyjętych zasad. Dla napięcia 230 V 1% odpowiada około 2,3 V.
Poniższe zestawienie ma charakter poglądowy i zakłada przewód miedziany oraz typowe warunki jednofazowe. Ostateczny dobór wymaga obliczenia dla konkretnej mocy, długości, sposobu ułożenia i zabezpieczeń:
| Odległość falownik–licznik | Przykładowy przekrój dla 2 kW, 1 faza | Przykładowy przekrój dla 3,6 kW, 1 faza | Orientacyjny cel spadku |
|---|---|---|---|
| Do 10 m | 1,0 mm² | 2,5 mm² | około 1% |
| Do 20 m | 1,5 mm² | 4,0 mm² | około 1% |
| Do 30 m | 2,5 mm² | 6,0 mm² | około 1–3% |
| Do 30 m, falownik 3-fazowy 10 kW | – | 4,0 mm² | wartość projektowa |
Podane przekroje nie są uniwersalną instrukcją montażu. Przewody aluminiowe mają inną rezystancję niż miedziane, a warunki ułożenia wpływają na obciążalność i temperaturę pracy. Jeśli podejrzewasz problem, elektryk powinien zmierzyć napięcie w kilku punktach oraz sprawdzić impedancję pętli zwarcia i połączenia w rozdzielnicy.
Jak rozpoznać źródło problemu?
Wyłączenia falownika w słoneczne południe mogą oznaczać wysokie napięcie w sieci, ale nie przesądzają jeszcze, czy przyczyną jest infrastruktura operatora, przewód AC czy sama konfiguracja instalacji. Diagnostykę należy wykonać w sposób bezpieczny, najlepiej z udziałem osoby posiadającej wymagane kwalifikacje.
W pierwszej kolejności sprawdź:
- czy napięcie w punkcie przyłączenia jest wysokie także po odłączeniu własnej instalacji PV,
- czy wzrost napięcia pojawia się równocześnie z dużą produkcją i eksportem energii,
- czy spadek napięcia na przewodzie między falownikiem a licznikiem nie przekracza wartości przyjętej w projekcie,
- czy w historii falownika występują komunikaty o przekroczeniu napięcia lub ograniczeniu mocy.
Jeżeli napięcie przekracza dopuszczalny poziom także przy wyłączonej instalacji, problem może leżeć po stronie sieci. W takiej sytuacji warto przekazać Operatorowi Sieci Dystrybucji wyniki pomiarów wykonanych rejestratorem oraz opis godzin, w których występują przekroczenia. Nie należy samodzielnie zmieniać progów odłączenia falownika, ponieważ muszą one odpowiadać wymaganiom przyłączenia.
Gdy przyczyną jest zbyt duży opór własnego odcinka AC, rozwiązaniem może być zmiana trasy falownika, poprawa połączeń albo wymiana przewodu na przewód o większym przekroju. Jeżeli przewody są prawidłowe, a napięcie rośnie głównie przy dużej produkcji w całej okolicy, operator może być zmuszony do analizy transformatora i lokalnej sieci.
Jak ograniczyć wzrost napięcia?
Najlepiej rozwiązać problem na etapie projektu, wykonując pomiar impedancji i napięcia w miejscu przyłączenia przed montażem instalacji. Po uruchomieniu systemu znaczenie może mieć także zwiększenie autokonsumpcji, na przykład przez pracę pompy ciepła c.w.u., bojlera, ładowarki samochodu lub magazynu energii w godzinach największej produkcji.
Niektóre falowniki obsługują funkcje Q(U) i P(U). Mogą one ograniczać moc czynną albo regulować moc bierną, gdy napięcie zbliża się do granicy. Ich konfigurację powinien wykonać instalator zgodnie z wymaganiami operatora. Funkcja nie usuwa wysokiej impedancji, lecz zmniejsza ilość energii oddawanej do sieci i może ograniczyć częstotliwość wyłączeń.
O ile falownik podnosi napięcie? Nie ma jednej wartości dla wszystkich instalacji. Przy małej impedancji wzrost może wynosić kilka woltów, natomiast przy długim przyłączu, cienkich przewodach i wysokim prądzie może być znacznie większy. O wyniku decyduje iloczyn prądu oraz impedancji, dlatego właściwy projekt, pomiar i dobór przekroju przewodów AC są ważniejsze niż sama moc paneli.
