A napelem működése áramszünet esetén

A napelemes rendszerek működését sokan már jól ismerik, de az áramszünetek alatti viselkedésük továbbra is gyakran félreértett terület. Nem mindegy ugyanis, hogy tervezett áramszünetről, váratlan hibáról vagy éppen hálózati karbantartásról van szó. A legtöbb esetben a napelem ilyenkor automatikusan leáll, ami sokakat meglep. A cikk első részében bemutatjuk, mi történik a napelemmel ilyen helyzetekben, és miért kapcsol le az inverter.

A folytatásban kitérünk arra, hogy mikor képes működni a rendszer áramszünet közben, milyen szerepet játszik a hibrid inverter, valamint hogyan viselkedik a napelem, ha termel, miközben nincs hálózati feszültség. Emellett részletesen áttekintjük a szigetüzem és a backup megoldások működését, amelyek lehetővé teszik a vészhelyzeti áramellátást.

Mi történik a napelemmel tervezett áramszünet idején?

A legtöbb hálózatra kapcsolt napelemes rendszer ugyanúgy viselkedik tervezett áramszünet alatt, mint egy váratlan hálózati hibánál: az inverter automatikusan lekapcsol, így a napelem áramszünet esetén nem táplál energiát a hálózatba és a házat sem kátja el. Ez sok felhasználó számára meglepő, hiszen logikusnak tűnne, hogy ha süt a nap, akkor a rendszer termel. A valóságban azonban a hálózati előírások – elsősorban a szigetüzem elkerülésére – szigorúan tiltják a visszatáplálást, amíg a szolgáltatói hálózat nem stabil. Emiatt a napelemmel tervezett áramszünet idején is ugyanaz a folyamat játszódik le: az inverter érzékeli a feszültségesést, leállítja a működését, és megakadályozza, hogy a rendszer bármilyen energiát juttasson ki a vezetékekre.

A felhasználó szempontjából ez azt jelenti, hogy a háztartási eszközök és fogyasztók nem kapnak energiát, még akkor sem, ha a tetőn lévő napelemek éppen termelnének. A rendszer tehát a hálózat állapotához igazodik. Kivételt csak az a megoldás jelent, amikor speciális hibrid inverter és akkumulátoros tárolás is rendelkezésre áll, amely képes áramot biztosítani a háztartásnak, szigetüzem (backup) módban.

Miért kapcsol le az inverter áramszünet esetén?

Az inverter lekapcsolásának elsődleges oka a biztonsági előírásokon alapuló anti-islanding védelem. A nemzetközi és hazai szabványok szerint egy napelemes inverter addig működhet, amíg érzékeli a szolgáltatói hálózat stabil feszültségét és frekvenciáját. Áramszünet esetén viszont azonnal megszakítja a termelést, hogy ne juthasson vissza áram a vezetékekre. Ennek két fő oka van:

1. Szerelői biztonság: karbantartás vagy javítás idején a szolgáltató szakemberei életveszélybe kerülnének, ha a háztartási rendszerek visszatáplálnának.
   
   
2. Hálózati stabilitás: az inverterek kiszámíthatatlan működést okoznának terhelés és frekvencia-eltérés esetén.
   

A gyakorlatban ez nagyon gyors, automatikus folyamat: amint a szolgáltatói hálózat eltűnik, az inverter lekapcsol, és csak akkor indul újra, ha a feszültség és a frekvencia ismét a szabványban rögzített tartományba kerül.

On-grid és off-grid napelemes rendszerek közti különbségek áramszünetkor

A két rendszer közötti legfontosabb különbség az, hogy a hálózatra kapcsolt, úgynevezett on-grid rendszerek önállóan nem képesek működni áramszünet esetén, míg a szigetüzemű (off-grid) rendszerek eleve úgy kerültek kialakításra, hogy hálózati jelenlét nélkül stabilan működjenek. Áramszünet alatt az on-grid inverter leáll, mert nem érzékel külső feszültséget, így a ház semmilyen energiát nem kap, még akkor sem, ha a napelemek megfelelő mennyiségű napfényt kapnának. Ilyenkor sem a fogyasztók ellátása, sem az akkumulátor töltése nem lehetséges.

Ezzel szemben az off-grid rendszereknek nincs szükségük külső hálózatra. Az akkumulátor biztosítja a stabil feszültséget, ezért a rendszer számára az áramszünet tulajdonképpen értelmezhetetlen esemény; a ház saját belső hálózatán továbbra is folyamatos az energiaellátás. A modern hibrid rendszerek átmenetet jelentenek a két megoldás között: normál üzemmódban a hálózatra támaszkodnak, áramszünet esetén azonban automatikusan leválnak róla, és saját szigetüzemet hoznak létre a kritikus fogyasztók működtetésére.

Mikor képes működni egy napelemes rendszer áramszünetben?

Egy napelemes rendszer kizárólag akkor működik áramszünet idején, ha rendelkezik olyan technológiai elemekkel, amelyek hálózati jelenlét nélkül is képesek stabil váltóáramot biztosítani. Mivel a hagyományos, hálózatra kapcsolt rendszerek inverterei csak akkor indulnak el, ha érzékelik a szolgáltatói hálózat feszültségét, önmagukban nem tudnak működni. Ezért szükség van olyan megoldásra, amely képes átvenni a hálózat szerepét. A gyakorlatban ezt általában hibrid inverter és akkumulátoros energiatároló biztosítja.

Áramszünetben akkor jut energiához a háztartás, ha a rendszer képes önállóan létrehozni egy mesterséges hálózati referenciát, vagyis backup- vagy szigetüzem módba kapcsol.

Hibrid inverter szerepe áramszünet esetén

A hibrid inverter az a kulcsfontosságú eszköz, amely lehetővé teszi, hogy egy napelemes rendszer áramszünet esetén is működni tudjon. A hibrid inverter felismeri a hálózat kiesését, majd automatikusan leválasztja a rendszert a szolgáltatói hálózatról, és szigetüzemet hoz létre, hogy biztonságosan tovább működhessen. Ilyenkor az akkumulátorra és a napelemek aktuális termelésére támaszkodik.

A működés folyamata:

1. Érzékeli a hálózathibát – azonnal lekapcsolja a visszatáplálást.
   
   
2. Átvált backup módba – ellátja árammal a háztartást (pl. hűtő, világítás, router, kapunyitó).
   

Előnye, hogy áramszünetben is biztosíthat alapvető energiaellátást, és megakadályozza, hogy a ház teljesen sötétbe boruljon, még hosszabb kiesés esetén is.

Mi történik, ha a napelem termel áramszünet közben?

Áramszünet esetén a napelemek önmagukban nem képesek energiát szolgáltatni, még akkor sem, ha a napsütés bőséges. Ha azonban a rendszer része egy hibrid inverter és egy megfelelő kapacitású akkumulátor, akkor a termelés tovább folytatódhat. Ilyenkor a napelem által előállított energia először a fogyasztói körök működtetésére fordítódik, ezt követi az akkumulátor töltése, majd – ha a körülmények engedik – a fennmaradó kapacitás felhasználása a fogyasztók kiegészítő ellátására. Visszatáplálás a szolgáltatói hálózat felé ilyenkor sem történhet, mert a rendszer izolált módon üzemel.

A szigetüzem (backup mód) hogyan biztosít áramot vészhelyzetben?

A szigetüzem működésének lényege, hogy a hibrid inverter a hálózati betáplálás és a ház belső fogyasztói hálózata közé kerül beépítésre. Áramszünet esetén az inverterbe integrált leválasztó relé megszakítja a kapcsolatot a külső szolgáltatói hálózattal, miközben a háztartás felé továbbra is biztosítja az energiaellátást.

A szigetüzem mindaddig fenntartható, amíg az akkumulátor rendelkezik tartalékkal, illetve amíg a napelemek képesek termelni. Ha az energiatároló teljesen lemerül és nincs napfény, a backup mód megszűnik, a rendszer pedig ugyanúgy leáll, mintha nem is lenne napelem a háztartásban. A szigetüzem kialakítása szigorú villamosvédelmi előírásokhoz kötött, többek között kötelező a megfelelő leválasztó relék és az anti-islanding védelem alkalmazása annak érdekében, hogy a vészhelyzeti üzem minden körülmény között biztonságos maradjon.

SOLARKIT tippek és ajánlások a folyamatos áramellátás biztosításához

A modern napelemes rendszerek egyre fejlettebbek, és ma már egyáltalán nem kell belenyugodni abba, hogy áramszünet alatt a ház teljes sötétségbe boruljon. A SOLARKIT tapasztalatai alapján számos olyan megoldás áll rendelkezésre, amellyel előre felkészülhetsz, így áramszünet esetén is biztosítható a legalább alapvető működés. Az első és legfontosabb lépés, hogy a rendszer kialakításakor tisztában legyél: a hagyományos on-grid inverter önmagában nem működik áramszünet alatt, ezért érdemes már a tervezéskor mérlegelni a hibrid inverter használatát.

A hibrid inverterekhez kapcsolható akkumulátoros tárolás lehetővé teszi, hogy a kritikus fogyasztók – például a hűtő, a világítás, az internet és akár az elektromos kapu – továbbra is üzemeljenek. Fontos megérteni, hogy a backup teljesítményt és a működési időt az akkumulátor kapacitása határozza meg: minél nagyobb a tároló, annál hosszabb ideig biztosítja az energiaellátást egy áramszünet alatt. 

A rendszer hosszú távú megbízhatóságához lényeges az energiafogyasztás optimalizálása. A SOLARKIT tapasztalatai alapján a hibrid rendszerek nemcsak áramszünet esetén nyújtanak előnyt, hanem a mindennapi energiaoptimalizálásban is szerepet kapnak, hiszen csökkenthető velük a hálózati vételezés.

GYIK

1. Működik a napelem áramszünet esetén?

Alapesetben nem. A hagyományos, hálózatra kapcsolt inverter azonnal lekapcsolja a rendszert áramszünet esetén, így a napelemek nem tudnak energiát biztosítani. Csak hibrid inverterrel és akkumulátorral működhet a rendszer áramszünet közben.

2. Miért nem termel a napelem áramszünet alatt, ha süt a nap?

Biztonsági okokból: az inverter nem táplálhat vissza a hálózatba, amíg nincs stabil feszültség, mert ez veszélyeztetné a hálózaton dolgozó szakembereket. Erre szolgál az úgynevezett anti-islanding védelem.

3. Mekkora fogyasztót képes ellátni egy hibrid inverter áramszünetben?

Ez az akkumulátor kapacitásától és az inverter backup teljesítményétől függ. Általában a kritikus fogyasztók (hűtő, internet, világítás, elektromos kapu) működtethetők, és a nagy teljesítményű berendezések is.

4. Mi történik, ha az áramszünet hosszabb ideig tart?

Ha az akkumulátor lemerül és nincs elegendő napsütés az utántöltéshez, a rendszer leáll. A backup üzem csak addig működik, amíg rendelkezésre áll energia.

5. Hogyan lehet biztosítani, hogy áramszünet alatt is legyen áram a házban?

Hibrid inverter + akkumulátoros tároló szükséges, valamint megfelelő villanyszerelés, hiszen ebben az esetben az inverter csatlakoztatása másféle képen történik. A megfelelő méretezés – akkukapacitás, inverter-teljesítmény – alapfeltétele a megbízható működésnek.