Falowniki solarne z systemem kompensacji mocy biernej

© Pixabay

Udostępnij:

Łatwy dostęp do zaawansowanych technologii, coraz niższa cena i regulacje prawne ograniczające emisję CO2 przyczyniają się do rozwoju produkcji energii elektrycznej z promieniowania słonecznego. Polska w ślad za innymi krajami UE również dąży w kierunku zwiększenia udziału energii wytwarzanej z odnawialnych źródeł. Wśród nich to właśnie fotowoltaika wydaje się być najmniej inwazyjnym i przyjaznym dla środowiska rozwiązaniem – zarówno dla małych wytwórców energii, jak i w zastosowaniach komercyjnych.

Przykładem potwierdzającym rozwój komercyjnych systemów fotowoltaicznych w Polsce jest farma o mocy 1,4 MW zlokalizowana w miejscowości Bordziłówka w gminie Rossosz. Inwestycja jest pierwszą elektrownią słoneczną w województwie lubelskim i jedną z największych w kraju – zajmuje obszar 3,5 ha, na którym zainstalowano łącznie 5664 panele fotowoltaiczne. Budowa elektrowni została zakończona w październiku 2014 r., a jej zleceniodawcą jest Energia Dolina Zielawy powołana przez lokalne samorządy, która w drodze przetargu publicznego do realizacji zadania wyłoniła firmę Maybatt Sp. z o.o., Sp. k. w konsorcjum z Elektromontażem – Lublin Sp. z o.o. Postawione przez zamawiającego wysokie oczekiwania techniczne co do zastosowanych rozwiązań miały znaczący wpływ na wybór przez wykonawcę dostawców poszczególnych elementów instalacji. Jako dostawcę „serca” systemu, a więc falowników solarnych, wybrano firmę Delta Energy Systems, która w ramach projektu dostarczyła 70 falowników Delta Solivia 20TL G4 o mocy 20kVA wyróżniających się bardzo dobrą sprawnością oraz – co niezwykle ważne dla efektywnej pracy farmy – zapewniła lokalne wsparcie techniczne i serwis producenta.



Nowe wyzwanie dla polskich farm fotowoltaicznych
Jednym z bardzo istotnych problemów, z którym wykonawca spotkał się przy realizacji inwestycji, okazała się moc bierna o charakterze pojemnościowym, której obecność miała wpływ na obniżenie efektywności systemu fotowoltaicznego. Występowanie mocy biernej o charakterze pojemnościowym w systemach elektroenergetycznych jest zjawiskiem znanym, natomiast jej obecność w instalacjach fotowoltaicznych jest fenomenem stosunkowo nowym, gdyż przede wszystkim dotyczy dużych farm fotowoltaicznych, które w Polsce dopiero zaczynają powstawać. Ilość mocy biernej w tego typu systemach nie jest zasadniczo duża (zazwyczaj jest to kilka procent w stosunku do mocy maksymalnej), niemniej jednak jakakolwiek jej obecność przekłada się bezpośrednio na dodatkowe opłaty. Głównym źródłem mocy biernej są kondensatory w falownikach solarnych, pojemność okablowania AC, a także prąd biegu jałowego transformatora. Systemy instalacji fotowoltaicznych obowiązuje szereg norm określających sposób pracy falowników solarnych, w tym europejska EN 50438 i VDE AR-N 4105 dopuszczające występowanie mocy biernej, a zarazem nakładające wymóg kompensacji mocy biernej powyżej 20% mocy nominalnej falownika. Oznacza to, że w warunkach niedostatecznego oświetlenia (przy wschodzie i zachodzie słońca oraz dużym zachmurzeniu) dopuszcza się generowanie pewnej ilości mocy biernej przez falowniki solarne. Na podstawie doświadczeń producenta i przeprowadzonych pomiarów na rzeczywistych działających instalacjach opartych na falownikach Solivia 20TL obserwuje się, że wbudowana funkcja korekcji współczynnika mocy biernej falownika rozpoczyna kompensację mocy już od 10% wartości znamionowej falownika. Jednak w polskich warunkach nie jest to wynik wystarczający, gdyż pojawienie się jakiejkolwiek ilości mocy biernej pojemnościowej zakład energetyczny traktuje jako moc ponadumowną, za którą należy wnieść dodatkowe opłaty.


TOP w kategorii




Analiza i pomiary mocy biernej
Mając na uwadze eliminację mocy biernej w układzie, zespół inżynierów firmy Maybatt oraz Delta Energy Systems zaproponował właścicielowi farmy wykonanie szczegółowej analizy oraz pomiarów, w wyniku których udało się ustalić poziom mocy biernej oraz czas, w jakim występuje. Wyniki potwierdziły przypuszczenia: największa wartość mocy biernej przypadała na czas rozruchu farmy w nocy oraz podczas wschodu i zachodu słońca, czyli w momencie, w którym falowniki pracują poniżej 10% mocy nominalnej. Drugim zauważalnym momentem jej powstawania był okres, kiedy nie była wytwarzana energia, a system znajdował się w stanie uśpienia. Poziom mocy biernej pojemnościowej był wówczas stały aż do momentu startu systemu.

Kompensacja z zewnątrz
Jako że falowniki Delta Solivia mają fabrycznie wbudowaną funkcję wyłączenia kompensacji mocy biernej w okresie niewystarczającego naświetlenia, co ma na celu ograniczenie kosztów pracy oraz wydłużenie żywotności urządzeń, producent zaproponował i dostarczył zleceniodawcy dedykowany centralny system kompensacji mocy biernej oparty na dławikach o mocy 85 kvarów. Głównym zadaniem kompensatora jest redukcja mocy biernej podczas rozruchu farmy w czasie wschodu i zachodu słońca oraz w nocy, kiedy falowniki znajdują się w trybie uśpienia i system wewnętrznej automatycznej kompensacji mocy biernej jest wyłączony. Odpowiednio dobrane stopnie dołączania dławików pozwalają dodatkowo na uzupełnienie kompensacji również w ciągu dnia, jeśli promieniowanie słoneczne jest niskie lub występuje chwilowe zaciemnienie części instalacji. Układ zewnętrznej kompensacji zintegrowany został z dedykowanym systemem monitorowania falowników oraz analizatorem sieci, zainstalowanym w punkcie przyłączenia do sieci dystrybucyjnej. Dzięki temu uzyskano bardzo precyzyjny układ automatycznej kompensacji dostosowujący się do dynamicznie zmieniającej się sytuacji na farmie. W wyniku jego działania moc bierna w systemie została w znaczący sposób zredukowana: jej poziom w najgorszym przypadku nie przekracza 1% maksymalnej mocy systemu, niezależnie od dynamicznie zmieniającej się ilości wytwarzanej energii.

Podwójne zabezpieczenie
Na przykładzie instalacji farmy fotowoltaicznej użytkowanej przez Energię Dolina Zielawy widać, że podczas tworzenia tego typu projektów – oprócz zagadnień technicznych i instalacyjnych typowych dla instalacji fotowoltaicznych – należy uwzględnić również moc bierną pojemnościową, której obecność w tego typu systemach jest zjawiskiem częstym i niezależnym od stosowanych w instalacji urządzeń. Warto zatem jeszcze na etapie koncepcyjno-projektowym przewidzieć obecność mocy biernej pojemnościowej, a następnie podjąć próbę negocjacji umowy z operatorem sieci energetycznej dotyczącej opłat za moc bierną pojemnościową oraz zaprojektować zewnętrzny układ kompensacji mocy biernej zintegrowany z falownikami solarnymi. Tego typu dwustronne zabezpieczenie w postaci niskich stawek za moc bierną oraz obecność zewnętrznego urządzenia do jej kompensacji daje gwarancję osiągnięcia wysokiej wydajności instalacji fotowoltaicznej, niezależnie od panujących warunków atmosferycznych, pory dnia czy zmian legislacyjnych w prawie energetycznym lub regulacjach ze strony operatorów energetycznych.

www.solar-inverter.com

Udostępnij:

Drukuj





MM



Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również