Wyłączanie PV przez napięcie sieci (253 V)

Najważniejsze informacje

• Próg 253 V wynika z napięcia znamionowego 230 V i dopuszczalnej odchyłki +10%.
• Falownik reaguje na średnią z 10 minut, a nie na chwilowy odczyt. Krótki skok do 255 V nie musi wyłączyć instalacji.
• Napięcie rośnie, bo instalacje PV oddają energię do sieci niskiego napięcia projektowanej pierwotnie do przesyłu w jedną stronę: od transformatora do odbiorców.
• Pomiar napięcia przy liczniku przy wyłączonym i włączonym falowniku pozwala odróżnić problem sieci od problemu przewodu AC w instalacji.
• Rozwiązania zgodne z przepisami po stronie prosumenta to m.in. funkcje Q(U) i P(U) uzgodnione z operatorem, większa autokonsumpcja, magazyn energii, ograniczenie mocy oddawanej do sieci i poprawa przewodu AC.
• Samodzielne podniesienie progu 253 V w falowniku jest niezgodne z wymaganiami przyłączeniowymi.
• Gdy napięcie przekracza 253 V także bez udziału Twojej instalacji, właściwą drogą jest reklamacja do operatora systemu dystrybucyjnego i pomiar tygodniowy.

Dlaczego falownik wyłącza się przy napięciu 253 V?

Falownik wyłącza się przy 253 V, ponieważ jego zabezpieczenie nadnapięciowe jest ustawione na górną granicę napięcia dopuszczalnego w sieci niskiego napięcia. Napięcie znamionowe w polskiej sieci nn wynosi 230 V między fazą a przewodem neutralnym, a dopuszczalna odchyłka to ±10%: 230 V × 1,1 = 253 V.

Napięcie znamionowe to wartość napięcia, dla której projektuje się sieć i przyłączane do niej urządzenia; w polskiej sieci niskiego napięcia wynosi 230 V między fazą a przewodem neutralnym i 400 V między fazami.

Skąd wzięła się wartość 253 V?

Granica ±10% wynika z przepisów o jakości energii. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, nazywane rozporządzeniem systemowym, wymaga, aby w każdym tygodniu 95% dziesięciominutowych średnich wartości skutecznych napięcia mieściło się w przedziale ±10% napięcia znamionowego. Ten sam standard opisuje norma PN-EN 50160 dotycząca parametrów napięcia w publicznych sieciach elektroenergetycznych. Tekst rozporządzenia znajdziesz w Internetowym Systemie Aktów Prawnych.

Falowniki przyłączane do polskiej sieci muszą spełniać wymagania rozporządzenia Komisji (UE) 2016/631, czyli kodeksu sieci NC RfG, oraz wymagania operatorów systemów dystrybucyjnych. Jednym z nich jest zabezpieczenie, które odłącza falownik, gdy średnie napięcie z 10 minut przekroczy 1,1 napięcia znamionowego, czyli 253 V. Nastawy te są zapisane w profilu krajowym falownika, wybieranym przy uruchomieniu instalacji.

Średnia z 10 minut, a nie chwilowy odczyt

Średnia 10-minutowa napięcia to wartość skuteczna napięcia uśredniona w oknie 10 minut, którą falownik aktualizuje na bieżąco i porównuje z progiem 253 V.

W praktyce chwilowy odczyt 255 V w aplikacji nie musi wyłączyć falownika, jeśli średnia z ostatnich 10 minut pozostaje poniżej 253 V. Działa to też w drugą stronę: napięcie utrzymujące się kilka minut na poziomie 252-254 V może wyłączyć instalację, choć żaden pojedynczy odczyt nie wyglądał alarmująco.

Niezależnie od średniej 10-minutowej falownik ma szybsze progi, które reagują na gwałtowne wzrosty napięcia. Ich wartości i czasy zadziałania wynikają z profilu krajowego i certyfikatu urządzenia, dlatego sprawdza się je w dokumentacji konkretnego modelu.

Co dzieje się po wyłączeniu falownika?

Po zadziałaniu zabezpieczenia falownik przestaje oddawać energię, ale dalej mierzy parametry sieci. Gdy napięcie i częstotliwość wrócą do dopuszczalnego zakresu i utrzymają się w nim przez wymagany czas obserwacji, falownik załącza się ponownie i stopniowo zwiększa moc.

Samo wyłączenie obniża lokalne napięcie, więc warunki do ponownego załączenia pojawiają się szybko, a przy pełnym słońcu napięcie znowu rośnie. Stąd charakterystyczny obraz w aplikacji: wykres produkcji w kształcie piły w środku dnia zamiast gładkiej krzywej. Samo wyłączenie nie uszkadza falownika, bo jest zaprojektowaną funkcją ochronną. Problemem jest utracona produkcja w najlepszych godzinach dnia.

Żeby zrozumieć, dlaczego napięcie w ogóle przekracza 253 V, trzeba spojrzeć na to, jak zbudowana jest sieć niskiego napięcia.

Skąd bierze się za wysokie napięcie w sieci niskiego napięcia?

Napięcie w sieci nn rośnie, gdy energia płynie od odbiorców w stronę transformatora, czyli odwrotnie, niż zakładano przy projektowaniu większości obwodów. Każda instalacja oddająca energię do sieci podnosi napięcie w swoim punkcie przyłączenia, a wzrost zależy od oddawanej mocy i rezystancji linii.

W uproszczeniu zmianę napięcia na odcinku linii opisuje zależność ΔU ≈ (R·P + X·Q) / U, gdzie R i X to rezystancja i reaktancja linii, P i Q to moc czynna i bierna, a U to napięcie. W sieciach niskiego napięcia rezystancja przewodów zwykle przeważa nad reaktancją, dlatego największy wpływ na wzrost napięcia ma moc czynna oddawana przez fotowoltaikę.

Sieć projektowana do przesyłu w jedną stronę

Obwody niskiego napięcia budowano tak, by napięcie spadało od stacji transformatorowej do ostatniego odbiorcy w linii. Gdy w tym samym obwodzie pracuje kilkanaście lub kilkadziesiąt instalacji PV, a zużycie w okolicy jest niskie, kierunek przepływu energii się odwraca i najwyższe napięcie pojawia się nie przy transformatorze, ale na końcu linii.

Najbardziej narażone są domy oddalone od stacji, zasilane na końcu długiej linii napowietrznej o małym przekroju przewodów. Wyłączenia występują wtedy typowo w słoneczne dni od wiosny do końca lata, w godzinach okołopołudniowych.

Nastawa transformatora SN/nn

Transformatory rozdzielcze zasilające sieć nn mają zwykle przełącznik zaczepów, którym zmienia się napięcie po stronie dolnej, typowo w zakresie ±2 × 2,5%. W większości stacji przełączenie wymaga wyłączenia transformatora spod napięcia, więc nastawę zmienia się rzadko. Często jest ustawiona wysoko, aby w wieczornym szczycie poboru odbiorcy na końcu linii nie mieli zbyt niskiego napięcia.

Wiele transformatorów rozdzielczych ma napięcie znamionowe strony dolnej 0,42 kV, co przy środkowym położeniu zaczepu daje ok. 242 V między fazą a przewodem neutralnym bez obciążenia. Do progu 253 V zostaje wtedy ok. 11 V zapasu na cały wzrost napięcia wywołany przez instalacje PV w obwodzie.

Asymetria faz i jakość połączeń

Instalacje jednofazowe i nierównomiernie rozłożone obciążenia sprawiają, że napięcie na jednej fazie bywa wyraźnie wyższe niż na pozostałych. Falownik trójfazowy monitoruje każdą fazę osobno, więc zwykle wystarczy przekroczenie progu na jednej z nich, by odłączył się w całości.

Osobną przyczyną bywa luźne lub uszkodzone połączenie przewodu neutralnego w instalacji albo w sieci. Powoduje ono przesunięcie potencjału punktu neutralnego i wzrost napięcia na części faz. Taka usterka wymaga sprawdzenia przez elektryka, a po stronie sieci przez operatora.

Przewód AC między falownikiem a licznikiem

Falownik mierzy napięcie na swoich zaciskach, a nie przy liczniku. Prąd płynący z falownika do sieci powoduje na przewodzie AC dodatkowy wzrost napięcia. Przy długim przewodzie o zbyt małym przekroju falownik widzi kilka woltów więcej niż sieć w punkcie przyłączenia, a przy napięciu sieci rzędu 249-250 V to wystarcza, by przekroczyć 253 V.

Jak sprawdzić, czy problem leży w sieci, czy w instalacji?

Najprostszy test to porównanie napięcia przy liczniku przy wyłączonym falowniku z napięciem na zaciskach falownika podczas pracy z mocą bliską maksymalnej. Jeżeli już bez Twojej produkcji napięcie sieci zbliża się do 250 V, problem leży po stronie sieci. Jeżeli sieć ma np. 238-242 V, a falownik pokazuje ponad 250 V, główne źródło problemu jest w Twojej instalacji.

Zasada praktyczna: jeżeli napięcie przekracza 253 V przy wyłączonym falowniku, przyczyna leży w sieci i usuwa ją operator. Jeżeli przekracza je dopiero podczas pracy instalacji, część rozwiązań jest po Twojej stronie.

1. Sprawdź dziennik zdarzeń falownika. Szukaj komunikatów o przekroczeniu napięcia sieci, np. „Grid Overvoltage” albo „AC Voltage High”. Dokładna nazwa zależy od producenta. Zanotuj daty, godziny i fazę, której dotyczy zdarzenie.
2. Zestaw zdarzenia z pogodą i porą dnia. Wyłączenia skupione w słoneczne dni, w godzinach okołopołudniowych, wskazują na wzrost napięcia wywołany produkcją PV w obwodzie.
3. Zmierz napięcie przy liczniku. Elektryk mierzy napięcie na każdej fazie w rozdzielnicy, raz przy wyłączonym falowniku, raz przy pracy z mocą bliską maksymalnej, w odstępie kilku minut.
4. Porównaj pomiar z odczytem falownika. Różnica między napięciem na zaciskach pracującego falownika a napięciem przy liczniku pokazuje, ile dokłada przewód AC.
5. Zapytaj sąsiadów zasilanych z tej samej linii. Jeżeli ich falowniki też się wyłączają, przyczyna najpewniej leży w sieci, a zgłoszenia kilku odbiorców z jednego obwodu ułatwiają operatorowi zlokalizowanie problemu.

Pomiary w rozdzielnicy wykonuje osoba z odpowiednimi uprawnieniami elektrycznymi. Dane z aplikacji falownika są pomocne, ale nie zastępują pomiaru przyrządem, a w rozmowie z operatorem rozstrzygający jest pomiar analizatorem jakości energii. Opisaliśmy osobno, jakie wskaźniki pracy instalacji i magazynu energii śledzić w aplikacji, żeby taki wzór wychwycić wcześniej.

Ile napięcia dokłada przewód AC?

Wzrost napięcia na przewodzie AC zależy od prądu, długości i przekroju. Poniższe wartości to uproszczone obliczenia dla przewodów miedzianych w temperaturze 20°C, przy pracy falownika z mocą znamionową, współczynniku mocy równym 1 i symetrycznym obciążeniu faz. W nagrzanym przewodzie wynik będzie nieco wyższy.

W falowniku trójfazowym przewód dokłada w tych przykładach od ok. 1 do ok. 3 V. W jednofazowym, przy porównywalnym prądzie, wzrost jest prawie dwukrotnie większy, bo prąd płynie przewodem fazowym i neutralnym. Gdy sieć pracuje blisko 250 V, każdy wolt ma znaczenie. Większy przekrój albo krótsza trasa przewodu to jedna z niewielu poprawek, które prosument wprowadza bez udziału operatora.

Ile produkcji tracisz przez wyłączenia falownika?

Strata zależy od liczby dni z wyłączeniami, czasu ich trwania i mocy, jaką instalacja produkowałaby w tym czasie. W modelowych scenariuszach poniżej, dla instalacji 10 kWp, strata wynosi od ok. 1% rocznej produkcji przy sporadycznych zdarzeniach do kilkunastu procent przy chronicznym problemie w sezonie.

Założenia modelowe, a nie dane pomiarowe: roczna produkcja 10 000 kWh (1 000 kWh z 1 kWp), średnia moc utracona w czasie wyłączenia 5 kW. Twoje wartości policzysz z dziennika zdarzeń i wykresu produkcji falownika.

Autokonsumpcja to część energii z fotowoltaiki zużyta na bieżąco w budynku, bez oddawania jej do sieci.

W net-billingu liczy się nie tylko ilość utraconej energii. Od 1 lipca 2024 r. nadwyżki oddawane do sieci są wyceniane według godzinowej rynkowej ceny energii (RCE), która w słoneczne godziny bywa niska. Gdy falownik jest wyłączony, dom kupuje energię z sieci po pełnej cenie, razem z opłatami dystrybucyjnymi. Każda kilowatogodzina kupiona w tym czasie kosztuje więcej niż kilowatogodzina, którą falownik oddałby do sieci w południe.

Co może zrobić prosument, żeby falownik się nie wyłączał?

Prosument może ograniczyć wzrost napięcia wywołany przez własną instalację: uruchomić uzgodnione z operatorem funkcje regulacji Q(U) i P(U), zwiększyć autokonsumpcję w godzinach południowych, dodać magazyn energii, ograniczyć moc oddawaną do sieci i poprawić przewód AC. Nie może natomiast samodzielnie obniżyć napięcia w sieci operatora.

Funkcje Q(U) i P(U) w falowniku

Q(U) to tryb pracy, w którym falownik pobiera z sieci moc bierną tym większą, im bardziej napięcie przekracza ustalony próg, co częściowo ogranicza wzrost napięcia.

P(U) to tryb pracy, w którym falownik stopniowo ogranicza oddawaną moc czynną w miarę zbliżania się napięcia do progu wyłączenia, zamiast odłączać się całkowicie.

Większość współczesnych falowników sieciowych oferuje obie funkcje, ale ich parametry nie są dowolne. Charakterystyki i progi muszą być zgodne z wymaganiami operatora, dlatego zmianę konfiguracji uzgadnia się z OSD i wpisuje do dokumentacji instalacji.

Q(U) ma w sieci niskiego napięcia ograniczoną skuteczność, bo przeważa rezystancja przewodów, a pobór mocy biernej zwiększa prąd i straty. P(U) działa pewniej, ale kosztem produkcji: zamiast wyłączenia do zera instalacja łagodnie obcina moc w godzinach najwyższego napięcia i nadal zasila dom. Dla prosumenta to zwykle lepszy wynik niż cykl wyłączeń.

Większa autokonsumpcja w godzinach południowych

Każdy kilowat zużyty na miejscu to kilowat mniej oddany do sieci, a więc mniejszy wzrost napięcia. Największy efekt dają odbiorniki o dużej mocy, które da się przesunąć w czasie: grzałka lub pompa ciepła przygotowująca ciepłą wodę, ładowanie samochodu elektrycznego, pralka i zmywarka uruchamiane według harmonogramu.

System zarządzania energią w domu (HEMS) włącza takie odbiorniki automatycznie, gdy produkcja przekracza bieżące zużycie. Dzięki temu przesunięcie zużycia nie zależy od tego, czy ktoś jest w domu.

Magazyn energii: kiedy pomaga, a kiedy nie?

Magazyn energii pomaga wtedy, gdy wyłączenia wynikają z mocy oddawanej przez Twoją instalację, a bateria ładuje się w godzinach największej produkcji. Nie pomoże, jeżeli napięcie w sieci przekracza 253 V także wtedy, gdy Twoja instalacja nic nie oddaje.

Częsty błąd konfiguracji polega na tym, że magazyn ładuje się od rana i bywa pełny jeszcze przed południem, czyli zanim napięcie w obwodzie osiągnie maksimum. Falownik hybrydowy można ustawić tak, aby ograniczał moc oddawaną do sieci powyżej określonego poziomu i kierował nadwyżkę do baterii właśnie w godzinach szczytu produkcji. Pojemność i moc ładowania dobiera się wtedy do realnej nadwyżki w południe, a nie tylko do zużycia wieczornego.

Przy takim zadaniu liczy się przede wszystkim dobór magazynu energii do domu z fotowoltaiką na podstawie danych z falownika, a nie sama pojemność z katalogu. Jeżeli inwestycję trzeba rozłożyć w czasie, sprawdź dostępne formy finansowania instalacji i magazynów energii.

Ograniczenie mocy oddawanej do sieci

Falownik z licznikiem energii zamontowanym w punkcie przyłączenia może pilnować, by moc oddawana do sieci nie przekraczała ustawionej wartości. Ograniczenie np. do 60-70% mocy instalacji zmniejsza wzrost napięcia, a utrata produkcji jest zwykle mniejsza, niż sugeruje sama liczba, bo moc bliską znamionowej instalacja osiąga tylko przez część godzin w roku.

Bez magazynu energii i bez dodatkowej autokonsumpcji ograniczenie oznacza jednak świadome obcięcie produkcji. Jego skutek trzeba policzyć na danych z własnej instalacji, zanim zostanie wprowadzone na stałe.

Poprawa przewodu AC i rozkładu faz

Jeżeli test z poprzedniej sekcji pokazał, że przewód AC dokłada kilka woltów, rozwiązaniem jest większy przekrój albo krótsza trasa, np. przeniesienie falownika bliżej rozdzielnicy. W instalacjach jednofazowych pomaga podłączenie falownika do fazy o najniższym napięciu albo wymiana na falownik trójfazowy, który rozkłada prąd na trzy fazy.

Zmiany w instalacji wykonuje elektryk, a wymianę falownika lub zmianę mocy instalacji zwykle trzeba zgłosić operatorowi zgodnie z jego procedurą. Przy wymianie urządzenia dobór falownika do warunków w sieci obejmuje liczbę faz, dostępne funkcje Q(U) i P(U) oraz możliwość ograniczania mocy oddawanej.

Czy można podnieść próg 253 V w ustawieniach falownika?

Nie. Nastawy zabezpieczeń falownika muszą odpowiadać wymaganiom operatora i parametrom, na podstawie których urządzenie zostało certyfikowane i zgłoszone do przyłączenia. Podniesienie progu np. do 260 V usuwa objaw, ale nie przyczynę: instalacja dalej podnosi napięcie w sieci, także u sąsiadów, a falownik pracuje poza warunkami przyłączenia.

Konsekwencje mogą obejmować spór z operatorem przy kontroli instalacji, problemy z gwarancją falownika i ryzyko odpowiedzialności za szkody, jeżeli podwyższone napięcie zaszkodzi innym odbiorcom. Jeżeli instalator proponuje „odblokowanie” falownika jako rozwiązanie, poproś o drugą opinię.

Jak złożyć reklamację napięcia do operatora sieci?

Reklamację składasz do operatora systemu dystrybucyjnego, do którego sieci przyłączony jest budynek, przez jego biuro obsługi lub serwis internetowy. Możesz wnioskować o sprawdzenie parametrów jakościowych energii, czyli o pomiar napięcia analizatorem przez co najmniej tydzień. Reklamacja do sprzedawcy energii nie rozwiąże problemu, bo za sieć i parametry napięcia odpowiada operator.

Operator systemu dystrybucyjnego (OSD) to przedsiębiorstwo odpowiedzialne za sieć dystrybucyjną, liczniki i parametry dostarczanej energii na danym obszarze, np. PGE Dystrybucja, Tauron Dystrybucja, Enea Operator, Energa Operator lub Stoen Operator.

Co przygotować przed zgłoszeniem?

• numer punktu poboru energii (PPE) i adres instalacji,
• eksport dziennika zdarzeń falownika z datami, godzinami i fazami wyłączeń,
• wykres produkcji z dni, w których wystąpiły wyłączenia,
• wyniki pomiarów elektryka przy liczniku, jeżeli je masz,
• informację, czy problem występuje u sąsiadów zasilanych z tej samej linii.

Dlaczego pomiar może wykazać, że sieć jest w normie?

Ponieważ standard dopuszcza, by 5% dziesięciominutowych średnich w tygodniu wychodziło poza przedział ±10%. Tydzień to 1 008 takich okresów, więc ok. 50 z nich, czyli łącznie ok. 8,4 godziny, może mieć napięcie powyżej 253 V bez naruszenia standardu. Dla prosumenta to akurat godziny największej produkcji.

Jest też drugi efekt: gdy falownik się wyłącza, przestaje podnosić napięcie, więc analizator rejestruje niższe wartości niż te, które spowodowały wyłączenie. Dlatego wyniki pomiaru zestawia się z dziennikiem falownika, a o pomiar najlepiej prosić w okresie słonecznej pogody. Zapis, że w danym przedziale 10-minutowym falownik był wyłączony, a analizator pokazywał 251 V, jest dla operatora czytelną informacją.

Kto płaci za pomiar napięcia?

Zgodnie ze standardami jakościowymi obsługi odbiorców operator wykonuje pomiar na wniosek odbiorcy. Jeżeli zmierzone parametry okażą się zgodne ze standardami, koszt sprawdzenia i pomiarów ponosi odbiorca na zasadach określonych w taryfie operatora. Jeżeli parametry nie są dotrzymane, kosztu nie ponosisz, a taryfa operatora przewiduje bonifikaty za niedotrzymanie parametrów jakościowych energii.

Co może zrobić operator?

• zmienić zaczep transformatora, co obniża napięcie w całym obwodzie,
• wyrównać obciążenie faz i przełączyć część odbiorców do innego obwodu,
• wymienić przewody na większy przekrój albo linię napowietrzną na kablową,
• podzielić obwód lub wybudować nową stację transformatorową,
• w niektórych lokalizacjach zastosować transformator z regulacją napięcia pod obciążeniem.

Zmiana zaczepu jest najszybsza, ale obniża napięcie u wszystkich odbiorców w obwodzie, także na końcu linii w wieczornym szczycie poboru. Przebudowa sieci usuwa przyczynę, ale wymaga planu inwestycyjnego operatora i czasu.

Gdzie szukać pomocy, gdy operator nie reaguje?

Odbiorca w gospodarstwie domowym może zwrócić się do Rzecznika Praw Odbiorców Paliw i Energii albo skorzystać z pozasądowego rozwiązywania sporów prowadzonego przez Koordynatora do spraw negocjacji przy Prezesie URE. Informacje o obu ścieżkach publikuje Urząd Regulacji Energetyki. Ten artykuł nie jest poradą prawną: w sporze o odszkodowanie skonsultuj się z prawnikiem.

Czy wyłączenia przez napięcie dotyczą też firm?

Tak, jeżeli firma jest przyłączona do sieci niskiego napięcia operatora: mechanizm jest identyczny jak w domu. Różnica polega na tym, że wiele firm zużywa najwięcej energii w ciągu dnia, więc przy instalacji dobranej do profilu zużycia oddaje do sieci mniej i rzadziej podnosi napięcie.

Inaczej wygląda sytuacja przedsiębiorstw z własną stacją transformatorową SN/nn. Nastawa transformatora leży wtedy zwykle po stronie właściciela stacji, a dobór mocy PV, magazynu energii i ustawień falowników wymaga analizy całego układu zasilania zakładu.

Najczęściej zadawane pytania

Jak przygotować instalację, która nie wyłącza się w południe?

Wyłączenia przy 253 V rzadko mają jedną przyczynę i rzadko jedno rozwiązanie. Zanim zainwestujesz w magazyn energii albo wymienisz falownik, potrzebne są dane: dziennik zdarzeń, profil produkcji i zużycia oraz pomiar napięcia przy liczniku. Na ich podstawie można ustalić, jaką część problemu da się rozwiązać po stronie instalacji, a co wymaga zgłoszenia do operatora. Przy projektowaniu nowej instalacji fotowoltaicznej te same dane pozwalają od początku dobrać moc, falownik i magazyn do warunków w sieci.

Jeżeli chcesz sprawdzić, jakie rozwiązanie będzie najlepsze dla Twojego domu lub firmy, eksperci ZENERGY mogą przygotować indywidualną analizę: skontaktuj się z ekspertami ZENERGY i opisz, kiedy wyłącza się Twój falownik.