Instalacje fotowoltaiczne - analiza podstawowych parametrów

Rys. 1. Naziemna instalacja fotowoltaiczna w miejscowości Lubawka (mat. za zgodą firmy ECOGRID Bartosz Choromański)2

Instalacje fotowoltaiczne - analiza podstawowych parametrów

Odnawialne źródła energii takie jak fotowoltaika, energia wiatrów czy geotermia, stanowią coraz większy udział w produkcji energii we współczesnym świecie. Normalnym widokiem jest dach pokryty panelami fotowoltaicznymi oraz wtapiające się w krajobraz turbiny wiatrowe.

Należy wspomnieć, że w Polsce łączna moc zainstalowana z instalacji fotowoltaicznych pod koniec 2020 r. wyniosła ok. 4 GW1. Rosnący udział produkcji energii elektrycznej z OZE, w szczególności z instalacji fotowoltaicznych, skłania do głębszej refleksji na temat sprawności urządzeń i elementów wchodzących w jej skład. Dla przyszłych inwestorów równie ważna jest świadomość zeroemisyjności jak i sprawność danej instalacji. W przypadku instalacji PV, wysoka zdolność transformacji energii słonecznej na energię elektryczną przez instalację, przekłada się w późniejszych etapach eksploatacji na dodatni rachunek ekonomiczny. Wytwórców w coraz większym stopniu interesuje jakość i żywotność sprzętu. Na drugi plan schodzą pozorne oszczędności w początkowej fazie inwestycji. Wzrost wymagań stawianych przed firmami oferującymi usługi z zakresu odnawialnych źródeł energii, wymuszają wzrost kompetencji pracowników oraz jakości i dokładności sprzętu pomiarowego, w celu zaspokojenia potrzeb klienta. Podstawowymi elementami instalacji fotowoltaicznej są: moduły fotowoltaiczne (moduły PV), inwerter (falownik), zabezpieczenia instalacji po stronie stałoprądowej (pierwotnej) i zmiennoprądowej (wtórnej) oraz licznik dwukierunkowy. Zadaniem modułów PV jest przetwarzanie energii fotonów promieniowania słonecznego bezpośrednio na prąd stały. W inwerterze prąd ten jest przetwarzany na prąd przemienny i zużywany na potrzeby własne instalacji, wytwórcy lub przekazywany do sieci elektroenergetycznej. Istotnymi dla odpowiedniej pracy inwertera są prawidłowe parametry sieci elektroenergetycznej (napięcie i częstotliwość sieci). W przypadku wystąpienia problemów w pracy instalacji PV, przy pomocy analizatora jakości zasilania Sonel PQM-707 możliwe jest zbadanie, czy problem leży po stronie dystrybutora energii elektrycznej czy po stronie wytwórcy. Pomiar napięcia przemiennego, jakie występuje od strony dystrybutora jest niezwykle ważny, ponieważ prze-

dział pracy falowników sprzedawanych i montowanych w Polsce musi pokrywać się z założeniem normy PN-IEC 600383 o maksymalnym odchyle ±10% od wartości znamionowego napięcia sieciowego 230 V. Jeżeli dystrybutor sieci elektroenergetycznej nie zapewni odpowiednich warunków, czyli napięcie sieci będzie poza dopuszczalnym zakresem spowoduje to samoczynne wyłączenie falownika i przerwę w produkcji energii elektrycznej przez instalację fotowoltaiczną. Jest to niezwykle ważne z punktu widzenia generacji, gdyż najważniejszym parametrem dla inwestora jest ilość energii elektrycznej wyprodukowanej przez instalację fotowoltaiczną, co przekłada się bezpośrednio na finanse. Analizator PQM-707 firmy Sonel, dzięki funkcji pomiaru sprawności inwertera, pozwala sprawdzić czy wartości wyświetlane na falowniku są zgodne z rzeczywistością. Na rysunku 2 przestawiono schemat podłączenia miernika do badanego inwertera. Miernik pozwala na pomiar zarówno jedno- jak i trójfazowych układów podłączenia inwerterów. Miernik poza chwilową sprawnością inwertera umożliwia również pomiar parametrów po stronie stałoprądowej takie jak napięcie, prąd, moc czynna i energia czynna. Parametry te mierzone są także po stronie AC dla poszczególnych faz. Oprogramowanie analizatora Sonel PQM-707 zostało zaprojektowane w taki sposób, aby krok po kroku prowadzić osobę wykonującą pomiary, przez prawidłową konfigurację rejestracji, po odpowiednie podłączenie przyrządu do badanego obiektu. Mechanizm sygnalizacji poprawności podłączenia analizatora, informuje użytkownika o poprawności bądź potencjalnym problemie z konfiguracją lub podłączeniem analizatora. Zapewnia to wysoki standard i jakość pomiarów, ale również bezpieczeństwo, ponieważ urządzenie powiadomi użytkownika w przypadku wykrycia nieprawidłowości. Prowadzenie pomiarów analizatorem PQM-707 jest bardzo wygodne dzięki 7-calowemu dotykowemu wyświetlaczowi, na którym są opisane wszystkie opcje wraz z wizualizacją podłączenia przewodów oraz cęgów pomiarowych. Dzięki możliwości zainstalowania karty pamięci aż do rozmiaru 32 GB, możliwa jest zaawansowana rejestracja długoterminowa wielu parametrów. Jednocześnie w trakcie wykonywania rejestracji, analizator umożliwia podgląd zebranych wyników w czasie rzeczywistym i zapis zrzutów ekranu. Możliwość indywidulanego nadania nazwy rejestracji wraz ze wskazaniem daty i godziny wykonania pomiarów jest sporym udogodnieniem, ponieważ pomiarowiec może w łatwy sposób tworzyć historię pomiarów i analizować zmiany w czasie. Dzięki funkcji wykonywania analizy bezpośrednio w urządzeniu, nie ma konieczności podłączania przyrządu do komputera, aby podjąć

Rys. 2. Schemat ekranu pomocniczego podłączenia analizatora PQM-707 do inwertera

Rys. 3. Kalkulator strat energii w urządzeniu Sonel PQM-707

Rys. 4. Ekran konfiguracji rejestracji analizatora Sonel PQM-707 w zakresie parametrów energii i współczynników mocy

kroki zaradcze w stosunku do wykrytych nieprawidłowości. Formalności związane z przygotowaniem protokołu z pomiarów można dokończyć na spokojnie w biurze, jak również w samochodzie dzięki dołączonemu do miernika zasilaczowi do gniazda zapalniczki. Wyniki pomiarów wykonanych analizatorem jakości zasilania Sonel PQM707, są niezwykle ważne dla właścicieli bądź zarządców instalacji fotowoltaicznej. Urządzenie posiada zdefiniowane konfiguracje zgodnie z wymaganiami norm obowiązujących w wielu krajach. Dzięki temu wyniki pomiarów mogą być przedstawione w formie protokołu, niemalże bez dodatkowych prac po stronie użytkownika. Możliwa jest np. rejestracja na zgodność z normą PN-EN 501604 określającą parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych oraz na zgodność z Polskim Rozporządzeniem systemowym5 określającym szczegółowe warunki funkcjonowania systemu elektroenergetycznego w Polsce. Zaawansowane funkcje analityczne zarejestrowanych danych m. in. kalkulator kosztów energii pozwala na obliczenie kosztów energii wg taryfikatora ustalonego przez użytkownika i dobór odpowiedniej taryfy energii elektrycznej. Rejestracja zdarzeń takich jak zapady, wzrosty i przerwy w napięciu, które są zaburzeniami sieci, w czasie których wartość skuteczna napięcia znacznie różni się od wartości nominalnej, po określeniu przez użytkownika wartości progów, może posłużyć do analizy nieprawidłowej pracy urządzeń i elementów użytych do instalacji fotowoltaicznej. Sonel PQM-707 pozwala na kontrolę jakościową systemu PV zaraz po uruchomieniu systemu, przy kolejnych testach kontrolnych oraz po rozbudowach (modyfikacjach) systemu PV. Przydatną opcją analizatora PQM-707 jest funkcja kalkulatora strat energii, dzięki której na podstawie aktualnie mierzonych parametrów, można oszacować straty mocy czynnej oraz wiążące się z nimi koszty z tytułu złej jakości zasilania. Miernik umożliwia przedstawienie owych strat w ujęciu godziny, dnia, miesiąca i roku co przedstawia rysunek 3.

Zmiany w prawie i sposobie rozliczeń za pobór energii elektrycznej, które miały miejsce w ostatnich kilku miesiącach, zaczynają zwracać uwagę przedsiębiorców oraz odbiorców prywatnych w stronę głębszej analizy jakości swojej sieci. Obecnie oprócz opłat za moc czynną, które są główną częścią rachunku za prąd, doszły takie składowe jak opłaty za energię bierną indukcyjną i pojemnościową. Przy pomocy analizatora jakości sieci można zmierzyć, ile mocy biernej zostało pobrane przez odbiornik i podjąć kroki w celu minimalizacji kosztów z tym związanych. Jako, że temat kompensacji mocy biernej oraz sposobu zmian opomiarowania przez dystrybutorów sieci elektroenergetycznej jest obecnie niezwykle ważny, zostanie on rozwinięty w kolejnych artykułach poświęconych analizie jakości sieci, do których instalacje fotowoltaiczne są podłączone. Jakość sieci, analiza jej parametrów i rosnąca ilość składowych do rozliczenia za energię elektryczną są powodem do skorzystania z pomocy profesjonalnego analizatora PQM-707 firmy Sonel. Uzyskane dokładne wyniki pomiarów takich parametrów jak natężenie i napięcie stało- i zmiennoprądowe, straty spowodowane złą jakością zasilania oraz pomiary mocy czynnej, biernej i pozornej, pozwalają uniknąć awarii i zaoszczędzić pracę i pieniądze z tytułu napraw i rozliczeń taryfowych. Analizator PQM-707 wykorzystany do pomiarów to wygodne, profesjonalne i praktyczne urządzenie, które zostało sprawdzone na całym świecie i zdecydowanie ułatwi pracę każdej firmy pomiarowo-instalatorskiej.

Adam Szczepanik Sonel S.A. n

Rys. 6. Analizator jakości energii Sonel PQM-707 Rys. 5. Badanie instalacji fotowoltaicznej analizatorem Sonel PQM-707

Bibliografia: 1 https://wysokienapiecie.pl/33493-moc-fotowoltaiki-w-polsce-przekroczyla-3-gw/ 2 Materiały firmy ECOGRID Bartosz Choromański 3 PN-EN 60038:2012. Napięcia znormalizowane CENELEC 4 PN-EN 50160:2010. Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych http://www.eco-grid.pl 5 Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, Dz.U. 2007 nr 93 poz. 623