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.

Projekt „Budowa farmy fotowoltaicznej o mocy 1,4 MW w Dollinie Zielawy” zrealizowano dzięki dotacjom unijnym uzyskanym w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Lubelskiego

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.

Falownik solarny Delta Solivia 20TL G4

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