Vzpostavitev varnostne kopije s sistemom FoxESS: kaj je mogoče uporabljati med izpadom električne energije?

Izpad električne energije tudi pri nas ni le teoretično tveganje: po poletni nevihti lahko hiša za nekaj ur ostane v temi, sončni kolektor pa v takem primeru sam po sebi ne pomaga, čeprav sonce sije. Najprej bomo obravnavali vlogo rezervnega napajanja v sistemu FoxESS. Nato bomo pogledali, kako se sončni panel obnaša v primeru izpada električne energije, če je v sistemu vgrajen tudi akumulator. Nato bomo pojasnili, kakšen inverter in akumulator FoxESS sta sploh potrebna za delovanje v izrednih razmerah ter na kaj je treba paziti pri priključitvi.

Posebej se bomo posvetili temu, ali je smiselno razmišljati o oskrbi celotne hiše ali o ločenem krogu porabnikov za izredne razmere. Našteli bomo tiste visokozmogljive porabnike, ki lahko v trenutku onesposobijo zasilni sistem. Razložili bomo tudi, kako stanje napolnjenosti (SoC) določa dejanski čas delovanja med izpadom električne energije.

Pri dimenzioniranju delamo s konkretnimi vrednostmi v kW in kWh, da se pri izbiri rezerne napajalne rešitve ne boste odločali zgolj na podlagi občutka. Na koncu članka pa povzamemo, na kaj mora izvajalec paziti med namestitvijo in zagonom.

Pomen funkcije rezervnega napajanja v sistemu FoxESS

Rezervno napajanje v praksi pomeni ločen izhod za izredne razmere na inverterju. Ob izpadu električne energije se sistem varno odklopi od javnega omrežja, nato pa prek tega izhoda še naprej napaja vnaprej določene porabnike. Odklop ni funkcija za udobje: standarda EN 50549-1 in IEC 62116 predpisujeta, da se inverter, ki deluje v omrežju, ob izpadu omrežja izklopi v dveh sekundah, da se prepreči, da bi napetost prišla na vodnik, ki je v popravilu.

Pomembno je, da to ni isto kot popoln otokni način delovanja. FoxESS backup ne obljublja, da bo hiša neopazno nadaljevala z delovanjem z vsemi porabniki, temveč da bodo osnovne funkcije (ali tiste, ki so priključene na kritični krog porabnikov) varno na voljo. Moč izhoda EPS je omejena in napaja le tisti tokokrog, ki ga je izvajalec dejansko priključil. Podnevi, ko sije sonce, k temu tokokrogu prispeva tudi proizvodnja sončnih celic.

Pri inverterjih FoxESS preklop običajno poteka v 10–20 tisočinkah sekunde, tako da razsvetljava, usmerjevalnik ali hladilnik, priključeni na EPS-krog, praktično neopazno nadaljujejo z delovanjem. Namizni računalnik pa se lahko v tem času ponovno zažene, zato je za resnično neprekinjeno napajanje potreben ločen napajalnik brez prekinitev.

Tako deluje sistem FoxESS v primeru izpada električne energije

V trenutku izpada električne energije inverter FoxESS zazna izpad napetosti v omrežju, odpre rele na strani omrežja in v nekaj tisočinkah sekunde napolni izhod za zasilno delovanje z napetostjo. Od tega trenutka naprej inverter sam zagotavlja referenčno napetost in frekvenco, torej se ne prilagaja omrežju, ampak sam vzdržuje delovanje sistema.

Glavni vir energije je v tem primeru akumulator. Podnevi se vključi tudi sončni panel: pokriva porabo zasilnega kroga, presežek pa ponovno napolni v akumulator, tako da je mogoče preživeti izpad električne energije tudi več dni. Ponoči pa deluje izključno shranjena energija.

Iz tega sledi najpomembnejše pravilo: brez akumulatorja ni rezervnega napajanja. Izhod za zasilno napajanje sončnega sistema brez akumulatorja se ne vklopi, čeprav sonce sije. Priporočljivo je povečati tudi vrednost Min SoC (On Grid), saj ta ohranja rezervo, iz katere se v primeru izpada električne energije sproži zasilno napajanje. Če se je akumulator popolnoma izpraznil, je mogoče akumulatorje FoxESS ponovno zagnati s funkcijo »black start«: v večini primerov (npr. pri akumulatorjih EP6 ali EP12) je treba na glavnem akumulatorju v 30 sekundah trikrat pritisniti gumb za vklop, in sicer vsakič za 1–4 sekunde.

Kateri inverter in akumulator FoxESS sta potrebna za vzpostavitev rezervnega sistema?

Vzpostavitev rezervnega napajanja je odvisna od dveh pogojev: potreben je hibridni inverter z izhodom za zasilno delovanje ter akumulator za njim. V ponudbi FoxESS so na voljo enofazne serije H1 z močjo med 5 in 6 kW ter trifazne serije H3 in P3 z močjo med 5 in 15 kW, pri čemer vse podpirajo zasilno delovanje.

Pri izbiri ni odločilna moč sončnega kolektorja, temveč to, kako veliko obremenitev je treba ohraniti med izpadom električnega toka. Moč izhoda za zasilno delovanje se običajno ujema z nazivno močjo inverterja, torej naprava z močjo 5 kW med izpadom električnega toka ne daje več kot 5 kW. Inverterji FoxESS delujejo z visokonapetostnimi LFP-baterijami. Združljivost vedno preverite na podlagi seznama proizvajalca, saj se z nezdružljivo baterijo zasilni način običajno sploh ne zažene ali pa ne polni, saj je okolje FoxESS ekskluzivno.

Na kaj je treba paziti pri priključevanju izhoda EPS?

Zasilni tokokrog se nikoli ne sme priključiti nazaj na omrežni razdelilnik, saj to povzroča povratni tok in življenjsko nevarno situacijo. Prava rešitev je ločen podrazdelilnik, na katerega so priključeni izključno določeni porabniški tokokrogi, opremljeni z lastnimi odklopniki in zaščitnim stikalom.

Prerez kabla je treba dimenzionirati glede na nazivni tok inverterja v zasilnem načinu, ne pa na podlagi celotnega napajanja hiše. Prav tako je treba upoštevati, da točki ozemljitve omrežnega in zasilnega izhoda nista pri vseh napravah skupni, zato je treba posebej preveriti izvedbo zaščitnega vodnika.

Če je cilj oskrba celotne hiše, je potrebno stikalo za preklop. Rešitev z ročnim stikalom je cenejša, vendar mora biti nekdo doma; FoxESS EPS Box preklop opravi samodejno, z inverterjem pa ga povezujejo le trije vodi. Ohišje izbira med omrežnim in zasilnim napajanjem za obremenitev. Proizvajalec posebej poudarja: v otočnem načinu obremenitev ne sme presegati maksimalne izhodne moči inverterja.

Pravilna izvedba in odklop nevtralnega vodnika v načinu EPS

V normalnem delovanju je v sistemu natanko ena povezava z zaščitnim ozemljitvenim vodnikom, in sicer na priključni točki. V zasilnem delovanju pa se inverter obnaša kot majhen generator in za to potrebuje lastno referenčno točko.

Zaščitni stikalo spremlja razliko med tokom v fazi in v nevtralnem vodniku ter se sproži šele, ko se ta razlika pojavi. Brez referenčne točke tok pri stiku s telesom ne najde poti nazaj, zato tok v nevtralnem vodniku ostane praktično nespremenjen in zaščita se ne sproži. 

Rešitev je ločen odklopni rele, ki ob izpadu omrežja zapre lokalni most med nevtralnim vodnikom in ozemljitvijo, ob ponovni vzpostavitvi pa ga odpre. V sistemu nikoli ne smeta biti dve stalni povezavi, saj to sproži tokovne zaščitne stikala. Pri zagonu je merjenje toka v nevtralnem vodniku in napetosti med nevtralnim vodnikom in ozemljitvijo obvezno.

Celotna rezervna napajanja ali ločeni zasilni potrošniški tokokrog?

Izbirate lahko med štirimi ravnmi, razlika pa ni stvar okusa, temveč denarja in tveganja.

Najpreprostejša rešitev je namenska vtičnica za zasilno napajanje: je poceni, vendar napaja le eno ali dve napravi. V praksi se najpogosteje priporoča rešitev z ločenim razdelilnikom s tremi do osmimi določenimi tokokrogi, na primer za razsvetljavo, hladilnik, zamrzovalnik, krmiljenje kotla in usmerjevalnik. Njena prednost je, da so veliki porabniki fizično izključeni, zato ne more priti do naključne preobremenitve.

Oskrba celotne hiše je udobnejša, vendar zahteva disciplino: lastnik mora obremenitev nenehno ohranjati pod nazivno močjo. Z ročnim preklopnikom je to cenejše, z avtomatskim preklopnikom pa udobnejše, vendar dražje.

Podatek, ki odloči spor: preobremenitev zasilnega kroga za najmanj pet minut prekine rezervno napajanje, v ponavljajočih se primerih pa lahko povzroči tudi trajno poškodbo inverterja. Če zdaj načrtujete akumulator poleg sončnega sistema, je ločen razdelilnik boljša izbira glede na razmerje med ceno in vrednostjo, kasneje pa ga je mogoče razširiti na rešitev za celotno hišo.

Kateri visokozmogljivi porabniki lahko povzročajo težave?

Težave povzročata dve vrsti porabnikov, ki ju je treba obravnavati ločeno.

Prva je obremenitev z motorjem. Pri neposrednem zagonu lahko zagonski tok elektromotorja doseže 600–800 odstotkov nazivne vrednosti, kar pomeni, da lahko 1-kW črpalka za vodnjak trenutno porabi 6–8 kW. Ta sunek lahko izklopi zasilni sistem, čeprav je stalna poraba majhna. Z mehkim zagonom ali frekvenčnim pretvornikom je mogoče zagonski tok omejiti na 300–400 odstotkov.

Druga skupina zajema velike, stalne uporovne obremenitve: električni grelnik vode, pečica, indukcijska kuhalna plošča, električni polnilnik za avtomobile. Ti brez prekinitve porabijo 2–11 kW in v nekaj urah izpraznijo akumulator. Toplotna črpalka je poseben primer: sodobni kompresorji z inverterjem se nežno zaganjajo, vendar v ogrevalni sezoni neprekinjeno porabijo 1–3 kW, zato jih je smiselno vključiti v zasilni krog le ob uporabi akumulatorja z veliko zmogljivostjo.

Priporočilo je preprosto: ti porabniki naj ostanejo izven zasilnega kroga. Če sončni kolektorji proizvajajo energijo, se nekateri med njimi podnevi lahko ponovno vključijo, vendar se na njih ni vredno zanašati.

Kako SOC vpliva na čas delovanja med izpadom električne energije?

Čas delovanja se izračuna po preprosti formuli: razpoložljivo energijo delite s trenutno obremenitvijo. Vrednost SoC na strani akumulatorja pove, koliko energije je dejansko na voljo, nastavljena minimalna vrednost pa, do kdaj se lahko raven napolnjenosti zniža.

Poglejmo primer s 10,4 kWh akumulatorjem. Če se izpad električne energije začne pri 80-odstotni napolnjenosti in je Min SoC 10 odstotkov, je na voljo približno 7,3 kWh. Pri povprečni obremenitvi v izrednih razmerah 500 W to pomeni približno 13–14 ur, pri 1,5 kW pa le še 4–5 ur. Pri izračunu je smiselno upoštevati 5–8-odstotne izgube zaradi izkoristka inverterja ter posebej prišteti dopolnjevanje med dnevom.

Shranjevalniki energije FoxEss se lahko modularno razširjajo, torej če to ni dovolj, se čas delovanja podaljša s povečanjem kapacitete akumulatorja SoC.

Pomen SOC pri delovanju akumulatorja

SoC je kratica za State of Charge, kar v slovenščini pomeni stanje napolnjenosti. V odstotkih izraža, koliko je ostalo od razpoložljive zmogljivosti: 100 odstotkov pomeni polno, 0 odstotkov pa prazno baterijo. Nasprotno je globina praznjenja, ki je preprosto 1 minus SoC.

Pri litij-železovih fosfatnih celicah napetost ni dober pokazatelj stanja napolnjenosti, saj je na večjem delu krivulje praznjenja skoraj ravna. Zato je SoC ocena sistema za upravljanje akumulatorja in ne neposredna meritev: izračuna se na podlagi podatkov o toku, napetosti in temperaturi.

Praktična posledica: tehnični podatki komercialnih LFP-akumulatorjev navajajo 90–95-odstotno globino praznjenja, za dnevne cikle pa je kljub temu priporočljivo uporabljati okvir SoC 10–90 odstotkov, saj je tako življenjska doba daljša. Za rezervo v sili je smiselno nastaviti višjo spodnjo mejo, da bo v primeru izpada električne energije na voljo dovolj energije za zagon.

Ustrezno dimenzionirajte rezervni sistem FoxESS!

Dimenzioniranje poteka v štirih korakih, vsak pa se konča s številko.

Najprej naredite seznam naprav, ki bodo vključene v zasilni krog, in seštejte njihovo stalno moč. Tipični osnovni paket (razsvetljava, hladilnik, zamrzovalnik, krmiljenje kotla, usmerjevalnik, nekaj vtičnic) ima na vrhuncu moč 400–800 W, v povprečju pa le 250–350 W, saj kompresorji delujejo ciklično.

Drugič, poiščite porabnika, ki povzroča največji zagonski sunek: inverter mora prenesti tudi dvakratno ali trikratno vrednost svoje nazivne največje obremenitve.

Tretjič, določite, za koliko ur je potrebna oskrba. 300 W v povprečju 24 ur znaša 7,2 kWh.

Četrtič, to vrednost pomnožite z uporabnim razponom SoC akumulatorja in izkoristkom: pri 80-odstotnem razponu in 90-odstotnem izkoristku to pomeni približno 10 kWh nazivne zmogljivosti.

Ta številka pojasnjuje, zakaj sta akumulator s kapaciteto okoli 10 kWh in 5-kW inverter najpogostejša izhodišča za gospodinjstva. Če je to preveč, ne povečujte kapacitete akumulatorja, ampak odstranite kroge iz razdelilnika za zasilno napajanje.

Priporočilo SOLARKIT: Na to naj izvajalec posveča pozornost med namestitvijo in zagonom

Po naših izkušnjah večina težav ne izhaja iz same naprave, temveč iz podrobnosti izvedbe. Teh pet točk predstavlja najpogostejše vire napak.

Začnite z ogledom obstoječe stanovanjske razdelilne omarice na kraju samem, še pred pripravo seznama materiala. Vezja za zasilno napajanje prenesite v ločeno podrazdelilno omarico, kabel pa dimenzionirajte glede na nazivni tok zasilnega napajanja.

Dokumentirajte izvedbo zaščite z ozemljitvijo, ob zagonu izmerite napetost med nevtralnim vodnikom in ozemljitvijo v zasilnem načinu ter zabeležite čas odklopa zaščitnega stikala.

Zagon se ne konča z nastavitvami: v skladu z IEC 62446-1 simulirajte dejansko odklopitev omrežja, skupaj z odjemalcem, ki povzroča največji zagonski sunek.

Nastavite rezervo Min SoC (On Grid) in v protokolu o predaji stranki opišite, kaj deluje v zasilnem načinu in kaj ne. Nazadnje jasno označite zasilni razdelilnik in preklopnik, saj v primeru izpada toka in v temi nihče ne bo iskal sheme oklopitve. Rezultati testiranja sistema za shranjevanje energije FoxESS so dobra primerjava za pričakovano zmogljivost, ki jo obljubljate stranki.

Pogosta vprašanja

Ali sistem za zasilno napajanje FoxESS deluje brez akumulatorja? 

Ne. Izhod za zasilno delovanje se vklopi le, če je priključen akumulator. Sistem, ki deluje na omrežju, se zaradi zaščite pred otočnim delovanjem v skladu s standardom EN 50549-1 ob izpadu električne energije izklopi, tudi če bi sončni kolektorji še vedno proizvajali energijo.

Kako dolgo zdrži 10 kWh akumulator med izpadom električne energije? 

Pri povprečni obremenitvi v zasilnem načinu 250–350 W približno en cel dan, pri 1,5 kW pa le 5–6 ur. Natančen čas delovanja določata začetna raven napolnjenosti akumulatorja (SoC) in nastavljena spodnja meja, čez dan pa ga podaljšuje polnjenje s sončnimi celicami.

Ali se črpalka za vodnjak ali toplotna črpalka zažene v zasilnem načinu? 

To je odvisno od zagonskega sunka. Pri motorjih z neposrednim zagonom lahko zagonski tok doseže tudi 600–800 odstotkov nazivne vrednosti, kar lahko ustavi zasilni način delovanja. Z mehkim zagonom ali frekvenčnim pretvornikom se to lahko omeji na 300–400 odstotkov, tako da se črpalko lahko priključi v krog.

Ali zasilni način delovanja izklopi napajalnik brez prekinitev? 

Pri večini porabnikov da, saj preklop poteka v 10–20 tisočinkah sekunde. Pri strežnikih, namiznih računalnikih in medicinskih napravah pa se še vedno priporoča ločena neprekinjena napajalna enota, saj se te v tem času lahko ponovno zaženejo.

Ali je za zasilni tokokrog potrebno posebno rele za zaščito pred ničlo? 

To je odvisno od naprave. Nekateri inverterji ob izpadu omrežja notranje zaprejo most, pri drugih pa so monterji v zasilnem načinu izmerili lebdečo ničlo. V takem primeru je potrebno posebno rele, ki povezavo zapre le za čas izpada toka. Dva stalna mosta sta prepovedana, saj sprožita zaščitne odklopnike.