Skoki napięcia a fotowoltaika – moja historia

Na temat wzrostu napięcia w sieci energetycznej, spowodowanego coraz większą popularnością fotowoltaiki, napisano i powiedziano już bardzo dużo. Postaram się dorzucić swoje trzy grosze i podzielić się ciekawym przypadkiem. Być może pomoże to komuś zdiagnozować problem u siebie.

Napięcie w sieci

Na początku warto zapytać – prąd o jakim napięciu dostarczany jest do naszych domów? Większość osób odpowie bez wahania – 230V, a starsi czytelnicy pewnie jeszcze pamiętają czasy, gdy było to 220V. Tylko, czy aby na pewno? Właściwie tak, ale przyjęta jest pewna tolerancja – konkretnie ±10%. Oznacza to, że poziom napięcia musi mieścić się w zakresie od 207 do 253V. Dość duży rozrzut prawda?

Czy fotowoltaika powoduje wzrost napięcia?

Zacznijmy historię od małej dygresji – czy fotowoltaika może zwiększać napięcie w sieci energetycznej? Tak, a nawet w pewnych przypadkach musi. Żeby prąd płynął, potrzebna jest różnica potencjałów, czyli właśnie napięcie. Gdy mamy nadprodukcję prądu i chcemy, żeby popłynął on w kierunku sieci energetycznej, to musimy generować nieco wyższe napięcie – to logiczne.

Przede wszystkim trzeba mieć świadomość, że już samo określenie – napięcie w sieci jest nieprecyzyjne. Pomiar zawsze następuje w określonym punkcie – jeżeli zmierzymy je przy naszym liczniku, w najdalszym punkcie domu, na słupie energetycznym i 500 metrów od naszego domu – dalej lub bliżej do transformatora – wyniki będą się w jakimś stopniu różnić. Co więcej jeżeli zmierzymy je w jednym miejscu w pewnym momencie, to już sekundę później może ono być inne. Dlaczego? Bo to złożony układ i tak działa fizyka.

Mamy więc w sieci falowniki, które zwiększają napięcie. Jednak z drugiej strony mamy też prądożerne odbiorniki, które po załączeniu obniżają napięcie. Tak to już działa – na przewodach, zależnie od przekroju i długości następują spadki napięcia. Sprawia to, że wartości na mierniku wahają się cały czas w pewnych granicach. I do czasu, aż te skoki nie są zbyt duże – nie jest to żaden problem – system działa tak, jak został zaprojektowany.

Wyłączenia falowników przez zbyt wysokie napięcie

Na forach bardzo często można znaleźć narzekania, że w środku dnia, przy największej produkcji, falowniki wyłączają się na kilkanaście minut. W przypadku Froniusa zwykle w takim wypadku pojawia się błąd 102 – zbyt wysokie napięcie AC. Jest to spowodowane tym, że falownik wykrył, że różnica potencjałów przekroczyła górną granicę i dalsza produkcja wymagałaby podniesienia go powyżej poziomu akceptowalnego przez normy. Wyłącza się więc na pewien czas, a potem sprawdza, czy coś się zmieniło.

Trzeba zresztą wiedzieć, że jeżeli parametry prądu zaczną odbiegać od normy w inny sposób – na przykład napięcie będzie za niskie albo częstotliwość za bardzo odbiegnie od 50Hz, falownik także się wyłączy.

Czemu napięcie rośnie? Przyczyn może być wiele. Zacznijmy od bardzo prozaicznego – źle zaprojektowana instalacja fotowoltaiczna. Może nie jest najczęstsza przyczyna problemów, ale zawsze zaczynajmy od siebie, zanim zaczniemy winić energetykę. Pamiętamy, że wraz ze wzrostem długości przewodów i spadkiem ich przekroju, a jednocześnie wzrostem przesyłanej mocy, doświadczamy spadku napięcia. Może być tak, że falownik musi podnieść napięcie na tyle wysoko, żeby skompensować spadki na przewodzie. Po jego stronie napięcie wykracza poza normy, chociaż w sieci nadal jest akceptowalne, a wszystko by działało gdyby falownik był bliżej lub przekrój przewodów byłby większy.

Inną przyczyną może być to, że w sieci energetycznej napięcie jest na tyle wysokie, że podniesione dodatkowo przez falownik wykracza poza normy.

Sprawa może dodatkowo się skomplikować, gdy w okolicy pojawi się więcej producentów prądu i każdy z falowników będzie nieco podnosił napięcie, a prąd będzie konsumowany lokalnie w małym stopniu. Jednym słowem produkcja prądu zacznie przekraczać konsumpcję. Ten problem zapewne będzie się coraz częściej pojawiał, wraz ze wzrostem popularności fotowoltaiki. I tak szczęśliwie się składa, że największa produkcja prądu następuje zwykle w okresach największego zapotrzebowania na energię. W nocy, gdy zużycie prądu jest bardzo niskie słońce nie świeci.

Mamy więc trzy najpopularniejsze przyczyny problemu, a zwykle tak naprawdę jakąś ich wypadkową. Czy jednak jedyne? Nie, o czym za chwilę zaświadczy moja historia.

Co można zrobić, gdy falownik zaczyna się coraz częściej wyłączać? Można składać reklamację na zbyt wysokie napięcie w sieci. Czy jest proste i skuteczne? Mając pewną wiedzę na temat tego, jak wyglądało moje zgłoszenie i jak to opisują inni ludzie, mogę napisać, że obawiam się, że niestety nie.

„Uroki” starej instalacji

W miejscu gdzie mieszkam, są jeszcze linie napowietrzne. Co więcej, ten stan jeszcze bardzo długo się nie zmieni, jak w bardzo wielu miejscach w Polsce. Ja jednak, mieszkając w zabudowie szeregowej, nie mam przyłącza „ze słupa”. Przewody biegną do naszego domu od sąsiada, do niego od innego sąsiada, który z kolei ma prąd o kolejnego domu w szeregu, który ostatecznie jest podłączony do słupa. Jednak nie linią napowietrzną, bo kable sprowadzone są po słupie w dół i trafiają pod ziemię. Po drodze są jeszcze bezpieczniki mocy, co widać na zdjęciu tytułowym tego wpisu. Niestety powoduje to, że jakiekolwiek uszkodzenie przewodu podziemnego od słupa lub między sąsiadami mogłoby spowodować problemy dla kilku domów.

Nie ma jednak problemu ze zbyt wysokim napięciem, a przynajmniej tak się wydawało. Waha się ono zwykle w okolicach 230V – 240V, niezależnie od fotowoltaiki, dość przewidywalnie. Najmniejsze skoki, a jednocześnie zwykle największe napięcie jest w nocy, kiedy zużycie jest małe.

Wykres jest dość poszarpany, ale na skala obejmuje różnicę zaledwie 10V, więc niewielkie wahania dobrze widać. Dane pochodzą z licznika Fronius Smart Meter, podłączonego do mojego falownika. O monitorowaniu falownika i sieci pisałem już wcześniej i wtedy też wspominałem wstępnie o temacie dzisiejszego wpisu.

Mrugające światło

I ten bardzo długi wstęp doprowadził nas do mojej historii. Pewnego jesiennego dnia zauważyłem, że światło w łazience lekko mruga – nie gaśnie, ale zmienia intensywność świecenia. W pierwszej chwili pomyślałem, że to problem źródeł światła, szczególnie, że jedna lampa led świeciła zdecydowanie mniej „płynnie” niż pozostałe. Wymieniłem więc „żarówki” i problem się zmniejszył, ale nie w 100%. Pomyślałem – może zasilacz 12V. Ale wtedy przyjrzałem się innym lampom i stwierdziłem, że w innych miejscach światło też nie jest pełni stabilne. Jestem dość wrażliwy na tym punkcie, więc zaczęło mnie to konkretnie denerwować.

Skoki napięcia

Na początku poszedłem z miernikiem do tablicy rozdzielczej i faktycznie – napięcie na jednej fazie odbiega od pozostałych dwóch i notuje większe skoki. Dzięki temu, że mam falownik Fronius i licznik Smart Meter, mogłem w SolarWeb szybko sprawdzić jak wygląda dobowy przebieg napięć na poszczególnych fazach, także historycznie. Bez problemu znalazłem pierwszy dzień, w którym problem wystąpił – 18.11.2020:

Nie były to duże skoki, ale wyraźnie widać, że jedna z faz zaczęła odstawać od pozostałych wykresów. W kolejnych dniach było raz lepiej raz gorzej, ale zwykle gorzej:

Można łatwo zauważyć, że napięcie jest wyraźnie niższe na jednej fazie, poza okresem, kiedy występuje produkcja fotowoltaiczna, bo wtedy zdecydowanie rośnie. Od razu przyszło mi do głowy, że skoro spadły temperatury, to pewnie styk na którymś przewodzie zrobił się mniej pewny, bo metal się kurczy i mamy skoki napięcia. Bardziej obawiałem się sytuacji, że któryś z podziemnych, starych przewodów kończy swój żywot, bo mieliśmy już podobną sytuację.

Co ciekawe, bywało, że problem nagle znikał, a sytuacja stabilizowała się na kilka godzin a nawet dni.

Nie do końca dało się to powiązać z profilem zużycia prądu u nas bądź sąsiadów ani też nie do końca z pogodą, chociaż jakaś korelacja z temperaturą wydawała się występować, ale nie na tyle silna, żeby znaleźć bezpośrednią zależność. Później okazało się, że pogoda jest istotna, ale nie tylko temperatura.

Warto zaznaczyć, że wykresy prezentują tylko średnie kilkuminutowe, więc nie widać tu wartości chwilowych, krótkich skoków.

Szukanie przyczyny

Jak zawsze zaczynać należy od siebie, a ze złymi stykami i potencjalnym iskrzeniem nie ma żartów, więc poprosiłem elektryka o pomoc w przeglądzie instalacji. Pomimo podokręcania wszelkich możliwych styków w domu, sytuacja się nie zmieniła.

Zaczęło się więc dalsze szukanie. Ponieważ problem najlepiej było widać gdy fotowoltaika produkowała prąd, odczekałem do słonecznej pogody i zacząłem sprawdzać różne punkty. U nas przy liczniku, na jednej fazie – 248V. Przy naszych bezpiecznikach mocy usytuowanych u sąsiadów – tak samo. U sąsiadów przy liczniku – podobnie. U kolejnych sąsiadów, także jedna faza w podobnym stopniu odbiega od pozostałych. Wniosek jest więc prosty – coś jest nie tak z przewodem między sąsiadami, a kolejnym domem, kolejnym domem a słupem, albo na słupie.

Przyjrzałem się słupowi, bo to jedyny punkt łatwo dostępny. Wyraźnie widać, że przyłącze nie jest w najlepszym stanie.

Jeden z bezpieczników wisi oderwany od słupa, drugi ma zupełnie ukruszoną obudowę. Szczególnie ten ostatni nie wyglądał za dobrze.

Zgłoszenie

Postanowiłem więc nie czekać i 6 lutego 2021 zgłosiłem problem. Najpierw drogą elektroniczną. Po chwili dostałem SMSa z informacją o przyjęciu zgłoszenia a po kolejnych dwóch minutach następnego – „Zgłoszenie XXXXXXX zostało odrzucone. W obecnej chwili nie odnotowano awarii w sieci ENERGA-OPERATOR. Prosimy o sprawdzenie zabezpieczeń w budynku i/lub kontakt z numerem 911.”. Zadzwoniłem więc na podany numer i wytłumaczyłem w czym jest problem. Odrzucone wcześniej zgłoszenie zostało ponownie przyjęte do realizacji.

Działania Energi

Przez długi czas wydawało się, że nikt się nie interesuje tematem, a może się nie wydawało… Chyba nawet po kilku czy kilkunastu dniach ktoś przyjechał sprawdzić jak wygląda ulica, ale nic poza tym. Około 20 marca pojawiła się ekipa, żeby założyć na słupie urządzenie do rejestracji napięć.

Zagadnięci panowie wytłumaczyli, że to urządzenie powisi kilka dni, pozapisuje historię zmian a potem zostanie zdjęte i wynik przeanalizowany. Spytałem, czy nie powinni mierzyć przy moim liczniku, gdzie na pewno są skoki napięcia, bo to, że linia ma potencjalnie właściwe parametry nie do końca mnie urządza. Odpowiedzieli, że zwykle tak robią, ale tutaj są przewody podziemne, stare, nie do końca jasna jest sprawa kto za nie odpowiada, więc nic więcej nie zrobią. Mogą zgłosić, że bezpieczniki mocy są w kiepskim stanie, ale nie gwarantują, że ktoś się tym zajmie, bo to inna ekipa.

Chyba faktycznie zgłosili, bo kilku dniach ktoś przyjechał, popatrzył na słup z dołu i pojechał. Nie pamiętam czy było to jeszcze przed czy już po ściągnięciu urządzenia pomiarowego. Potem po długim czasie przyjechała kolejna ekipa, popatrzyła na słup z dołu, ale dodatkowo zrobiła zdjęcia telefonem komórkowym. Gwarantuję, że nic na nich nie było widać, bo było dość ciemno, a sam słup jest wysoki. Także nic z tego nie wynikło.

Ostateczna awaria

Przyszedł wietrzny dzień 14.04.2021. W ciągu dnia światło zaczęło tak mrugać, że myślałem, że myślałem, że jedna z lamp jest do wymiany. Trzy razy wyłączył się też falownik. Ale, że był to dość pracowity dzień, to nawet nie mogłem się tym bliżej zainteresować. Koło 17 wiatr zaczął wiać jeszcze mocniej i w pewnym momencie spadek napięcia stał się naprawdę bardzo głęboki.

Ze słupa zaczął dobiegać hałas charakterystyczny dla zwarć lub niepełnego kontaktu, a pompa wody u sąsiadów się zawiesiła. Światła zaczęły gasnąć. Wcześniej w ciągu dnia tylko przygasały na chwilę.

Rozwiązanie

Po ostatnim incydencie wszyscy sąsiedzi zgłosili awarię. Najpierw przyjechała jedna ekipa sprawdzić sytuację. Potem druga sprawdzić zgłoszenie sąsiadów i ich zabezpieczenia. W końcu, po godzinie 19, kolejna już grupa z podnośnikiem wycięła zabezpieczenia i założyła złączki przebijalne w to miejsce. Problem się skończył, jak ręką odjął.

Wątpliwości może budzić nieco, czy wymiana bezpieczników na zwykłe złączki to dobre posunięcie. Wierzę, że mam do czynienia z fachowcami, ktoś analizował sytuację i świadomie podjął decyzję, że zabezpieczenia są nadmiarowe. Przynajmniej chcę w to wierzyć.

Konkluzja

Nad rozwiązaniem (choć można odnieść wrażenia, że bardziej nad ignorowaniem) problemu pracował sztab ludzi. Kilka ekip przyjeżdżało i odjeżdżało. Spodziewam się, że to znaczny koszt. Pewnie dużo większy niż wymiana zabezpieczeń za pierwszym razem gdy to zostało zgłoszone i wskazane jako potencjalny problem. Cały proces trwał ponad 2 miesiące i pewnie ciągnąłby się jeszcze długo, gdyby nie fakt, że sytuacja znacznie się pogorszyła, a wiatr spowodował awarię, której nie dało się już ignorować.

Jestem przekonany, że w przypadku, gdy trudniej jest wskazać przyczynę, to składanie reklamacji jest raczej procesem wielomiesięcznym i wymaga bardzo wiele cierpliwości. Tak przynajmniej wynika z relacji osób, które miały problemy z wyłączaniem się falowników i przechodziły przez ten proces. Mogę tylko życzyć powodzenia w takiej sytuacji.