- Czym jest blackout?
- Czy energia z OZE i paneli PV to mniej stabilności energetycznej?
- Dlaczego warto zakupić agregat prądotwórczy i akumulator UPS?
- Czy system on-grid może być traktowany jako źródło rezerwowego zasilania na wypadek blackoutu?
- Jakie są korzyści z systemu fotowoltaicznego z falownikiem hybrydowym?
- Czy układy PV z systemem off-grid są popularne?
Zasięg instalacji elektrycznych w naszym dom
Współczesne domy są wręcz nafaszerowane urządzeniami elektrycznymi. Ciągle ich przybywa i o ile bez części z nich możemy się bez większego trudu obyć, to bez niektórych po prostu nie da się normalnie funkcjonować. W razie awarii zasilania da się wytrzymać bez telewizora i odtwarzacza audio, chociaż bez Internetu i komputera niektórym może być już naprawdę ciężko. Ale to że nie mamy jak podgrzać jedzenia na kuchence ani zagotować wody to już realny problem. Tak naprawdę może się okazać, że wody w ogóle nie mamy, bo przestała działać pompa w studni albo wyłączono publiczny wodociąg.
W znakomitej większości domów zostaniemy także bez ogrzewania. Bowiem nawet jeżeli sam kocioł jest na gaz lub węgiel to i tak bez prądu się nie włączy. Ewentualnie, nawet jeżeli kocioł mógłby działać to i tak przeszkodą staje się nieczynna pompa obiegowa. Jeśli prąd wyłączono akurat w momencie, gdy opuszczone były rolety zewnętrzne z napędem, to będziemy siedzieć po ciemku nawet za dnia. Poza tym żeby wyjechać z garażu i przez bramę, trzeba sobie przypomnieć, jak rozsprzęgla się napęd.
Energia z OZE to mniej stabilności?
Na początku grudnia 2021 r. polski system elektroenergetyczny po raz kolejny znalazł się o krok od zapaści spowodowanej niedoborem energii. Na szczęście, udało się zażegnać niebezpieczeństwo - dzięki szybkiej pomocy innych państw, między innymi Szwecji. Jednak problem braku stabilności w dostawach prądu dotyczy obecnie całej Europy. W związku z tym należałoby pytać nie tyle, czy w Polsce może dojść do blackoutu, lecz kiedy to nastąpi. Tego typu informacje co jakiś czas trafiają do mediów, a reakcją jest zwykle wielkie zainteresowanie zakupem agregatów prądotwórczych - na przełomie listopada i grudnia klienci dosłownie wymietli je ze sklepów.
Co ciekawe, pierwszy raz od bardzo dawna temat podjęła strona rządowa - Rządowe Centrum Bezpieczeństwa opublikowało na twitterze post z informacją, czym jest blackout i króciutką informacją, że na jego wypadek dobrze jest mieć przygotowany niewielki zapas żywności i leków (o dziwo nie wspomniano o wodzie), oraz świeczki, powerbank do ładownia telefonu itp. Równocześnie uspokajano, że taka awaria na dużą skalę w zasadzie nam nie grozi.
Jednak nie mamy powodów zawsze liczyć na szczęście. I na to, że problemy nas ominą. Podstawową cechą każdego systemu energetycznego powinna być bowiem stabilność. A z tą jest coraz gorzej, w znacznej mierze z powodu rosnącego udziału OZE w produkcji energii. Przy wszystkich swoich zaletach mają one bowiem tę zasadniczą wadę, że ilość tej pozyskiwanej z wiatraków czy paneli PV zmienia się bardzo szybko, nawet niemal z minuty na minutę. Do tego nigdy nie jesteśmy w stanie powiedzieć, ile energii dostarczą za dzień, dwa czy tydzień. W systemie ilość dostarczanego i pobieranego prądu musi się bilansować i to praktycznie natychmiast, w skali minut. W przypadku konwencjonalnych oraz atomowych elektrowni - to my decydujemy, z jaką mocą i kiedy będą one pracować, natomiast w przypadku OZE - przesądzają o tym zmiany pogody, na którą wpływu już nie mamy. Zbilansowanie systemu okazuje się więc skrajnie trudne.
Warto dodać, że tego rodzaju problemy ze zbilansowaniem produkcji i zużycia energii nie zawsze muszą przybrać formę nagłej wielkiej awarii i całkowitego wyłączenia zasilania. Coraz częściej obserwujemy przewlekłe, choć nie tak ostre niedobory energii. W zeszłym roku boleśnie przekonali się o tym Szwedzi, kiedy zimą sytuacja była tak zła, że rząd prosił, aby rano nie brać prysznica, ani nie włączać ekspresów do kawy - i w ten sposób nieco złagodzić poranny szczyt poboru energii. W dużej mierze przyczyną kłopotów były wiatraki, które w ostrych zimowych warunkach trzeba było wyłączyć, aby chronić przed uszkodzeniem ich pokryte lodem łopatki. Zaś niewiele wcześniej Szwedzi wyłączali kolejne bloki w swoich elektrowniach atomowych. "Zielona" energia wiatru miała je zastąpić.
Zasilanie z agregatu i akumulatora
Niewątpliwie warto zabezpieczyć się na wypadek mniejszych i większych przerw w dostawie prądu. Coraz częściej w domach jednorodzinnych montuje się agregaty prądotwórcze oraz zasilane z akumulatora zasilacze awaryjne (UPS). Niestety, akumulatory mogą stanowić rezerwę zaledwie na kilka lub kilkanaście godzin, i to dla urządzeń o małej mocy, takich jak pompa obiegowa c.o., oświetlenie awaryjne. Nie nadają się jednak do zasilania pompy w zestawie hydroforowym i innych sprzętów o wysokiej mocy. W ich przypadku, nieodzowny będzie już spalinowy agregat prądotwórczy.
Nie znaczy to, że po kupieniu agregatu, możemy zrezygnować z akumulatorowych UPS. UPS pozwala bowiem utrzymać ciągłość zasilania wybranych urządzeń, ich automatyczne natychmiastowe przełączenie w razie braku zasilania. Agregat zaś zwykle trzeba dopiero ręcznie uruchomić. Są wprawdzie też modele z układem automatycznego startu, ale nawet one nie służą do zasilania bezprzerwowego, bo do tego wymagane jest przełączenie w czasie wynoszącym zaledwie ułamek sekundy.
Dobrej jakości UPS bądź zestaw z akumulatorem i porządną przetwornicą zapewnia ponadto prąd przemienny rzeczywiście o takich samych parametrach jak w sieci, tzw. czysty sinus. Natomiast agregaty, także te z układami stabilizacji napięcia AVR, oraz prostsze i tańsze przetwornice dają prąd zawsze mniej lub bardziej zniekształcony. Kłopot w tym, że urządzenia wyposażone w elementy elektroniczne, np. nowoczesne pompy obiegowe i kotły są wyjątkowo wrażliwe na złe parametry prądu zasilającego. Mogą działać źle, mocno się rozgrzewać, a nawet ulec uszkodzeniu. W ich przypadku - użycie dobrej przetwornicy albo UPS, choćby zasilanych z agregatu, to po prostu konieczność.
Między innymi z tych względów dobór agregatu oraz zasilaczy lub UPS to zadanie dla naprawdę dobrego fachowca. Musi on skonsultować z inwestorem to, jakie dokładnie sprzęty mają być zasilane. Przy okazji najpewniej też coś doradzi. Przy tym na etapie dobierania mocy agregatu bądź przetwornicy, trzeba uwzględniać nie tylko moc znamionową przyłączanych odbiorników, ale również ich prąd rozruchowy - często znacznie większy w momencie startu.
Najlepiej zacząć od zrobienia, razem z fachowcem, listy urządzeń i obwodów, których zasilanie awaryjne należy zapewnić.
Bezużyteczny on-grid
To, że duży udział odnawialnych źródeł energii może destabilizować system energetyczny i w efekcie przyczyniać się do wyłączeń prądu na dużą skalę, nie zmienia faktu, że w skali mikro możemy wykorzystywać instalację PV lub generator wiatrowy właśnie jako rezerwowe źródło prądu. W przypadku tych mikroinstalacji mamy więc do czynienia ze swoistym paradoksem. Jednak nie do końca jest tak, że to inwestorzy - zakładający mikroelektrownię, żeby w jakimś stopniu zabezpieczyć się przed awarią sieci - sami dokładają cegiełkę do jej destabilizacji i ostatecznie właśnie te awarie powodują.
Taki wniosek byłby krzywdzącym nadmiernym uproszczeniem. Przede wszystkim dlatego, że znakomita większość mikroinstalacji w naszym kraju to tzw. systemy on-grid, czyli wyłączające się zupełnie w razie zaniku napięcia w sieci. Żeby móc korzystać z własnego prądu, kiedy nie ma go w sieci, trzeba zbudować instalację nieco innego rodzaju, określaną mianem hybrydowej. Ewentualnie można też wykonać instalację off-grid, czyli działającą w ogóle bez połączenia z siecią, a więc i kompletnie od niej niezależną. Jednak w naszym kraju to rzadkość, rzecz raczej dla pasjonatów i ewentualnie właścicieli domków letniskowych, w miejscach, gdzie przyłączenie do sieci jest zbyt kosztowne lub w ogóle niemożliwe.
Ale wróćmy do typowych systemów on-grid oraz hybrydowych. Same panele są w nich identyczne, co znaczy, że w każdym systemie PV te urządzenia fizycznie są w stanie wytwarzać prąd, jeśli tylko pada na nie słońce. Wyłączenie następuje na dalszym etapie - to inwerter (falownik) musi być przystosowany do funkcjonowania niezależnie od tego, czy w sieci płynie prąd, czy nie. Falownik on-grid działa bowiem wyłącznie w trybie synchronizacji parametrów prądu z siecią. Tak jest najprościej i najbezpieczniej. Nie ma np. ryzyka podania prądu z domowej mikroinstalacji do wyłączonej sieci, gdzie mogłoby dojść do porażenia pracujących przy niej ludzi.
Tak więc system on-grid nie może być w ogóle traktowany jako źródło rezerwowego zasilania na wypadek blackoutu. W takiej sytuacji nie zasilimy z niej niczego - nawet w środku pięknego słonecznego dnia, kiedy panele mogłyby działać z pełną mocą.
Korzyści z hybrydy
Systemy fotowoltaiczne, które mogą pracować zarówno jako zsynchronizowane z siecią, jak i poza nią nazywa się hybrydowymi. Jak już wspominaliśmy, wykorzystują one takie same panele PV, ale falownik musi być specjalnego typu, czyli hybrydowy. Ich konstrukcja umożliwia zasilanie domowej instalacji elektrycznej własnym prądem, równocześnie zabezpieczając przed przypadkowym przekazaniem prądu do wyłączonej sieci.
Systemy hybrydowe wyposaża się w akumulatory, choćby o niewielkiej pojemności. Pozwala to przynajmniej częściowo zniwelować wahania mocy, spowodowane chwilowymi zmianami nasłonecznienia, oraz daje pewną rezerwę energii, tak żeby możliwe było zasilanie przynajmniej najpotrzebniejszych urządzeń w godzinach nocnych.
Takie układy są sporo droższe od wersji on-grid, ze względu na cenę falowników oraz konieczność zakupu akumulatorów. Jednak praca hybrydowa oznacza wyraźne rozszerzenie możliwości systemu PV. Gdy patrzymy na sprawę z perspektywy blackoutu, to najważniejsze staje się to, że w ogóle dysponuje się zasilaniem niezależnym od sieciowego. Należy wiedzieć, że tego typu instalacje są tworzone i optymalizowane zwykle z myślą o innym celu. Jest nim konsumpcja jak największej ilości wytworzonej energii już na miejscu, zamiast przekazywania jej do sieci, oraz przesunięcie godzin największego zużycia energii z sieci. Pojemność akumulatorów ani liczba paneli nie jest na tyle duża, żeby dało się zupełnie normalnie funkcjonować bez prądu z sieci nawet w okresie wiosenno-letnim.
Należy więc i tu, podobnie jak przy zasilaniu domu z agregatu, dokonać selekcji najbardziej potrzebnych urządzeń elektrycznych i tylko te zasilać własnym prądem.
Zupełnie poza siecią
W ogóle nie podłączone do sieci układy PV określa się mianem off-grid. W naszym kraju należą one jednak do rzadkości. Przede wszystkim dlatego, że o ile jeszcze wiosną i latem można liczyć na produkcję sensownych ilości energii elektrycznej i dobre wykorzystanie akumulatorów w dobowym cyklu ładowania i rozładowywania, to zimą sytuacja wygląda bez porównania gorzej. Przecież w grudniu dni są bardzo krótkie, a nasłonecznienie bardzo słabe. W efekcie potrzebujemy wówczas dużo prądu, choćby do zasilania oświetlenia, a otrzymujemy go wybitnie mało. Takich ograniczeń, wynikających wprost ze specyfiki naszej strefy klimatycznej - nie przeskoczymy. Nie jesteśmy w stanie naładować akumulatorów latem, a korzystać z nich dopiero w zimie, przynajmniej nie w sposób efektywny.
Należy uczciwie przyznać, że zestaw off-grid złożony nawet z zaledwie kilku paneli, o mocy do 2 kWp, oraz kilku akumulatorów ma istotną przewagę względem samych akumulatorów. Mianowicie jeżeli przerwa w dostawie prądu przeciąga się do kilku dni, to panele umożliwiają przynajmniej częściowe naładowanie akumulatorów. W ograniczonym zakresie, ale jednak pozwalają korzystać przez cały czas z wyselekcjonowanych, najbardziej potrzebnych urządzeń elektrycznych.
Redaktor: Jarosław Antkiewicz
fot. otwierająca: Depositphotos
Dodaj komentarz