Zbyt wysokie napięcie w sieci fotowoltaika - jak obniżyć?

Sylwester Pelak

23/07/2025

Zbyt wysokie napięcie w sieci fotowoltaika - jak obniżyć?

Wzrost zainteresowania instalacjami fotowoltaicznymi przynosi liczne korzyści, jednak wiąże się również z pojawieniem się określonych trudności natury technicznej. Jednym z częściej występujących zjawisk jest podwyższone napięcie w sieci elektroenergetycznej, które może prowadzić do czasowych wyłączeń falownika i ograniczenia produkcji energii. Choć często pojawia się opinia, że instalacje PV powodują zakłócenia w stabilności sieci, rzeczywistość okazuje się bardziej złożona i zależna od wielu czynników. Istnieją jednak skuteczne sposoby na ograniczenie ryzyka przeciążeń napięciowych, co pozwala nie tylko utrzymać ciągłość pracy systemu, ale także zapewnić optymalne wykorzystanie dostępnej energii słonecznej.

Przeczytaj także:

Czy polskie sieci elektroenergetyczne są przystosowane do wzrostu liczby instalacji fotowoltaicznych?

Przez wiele lat krajowa infrastruktura elektroenergetyczna rozwijana była z myślą o przesyle energii w jednym kierunku – od dużych elektrowni w stronę odbiorców końcowych. Pojawienie się licznych, rozproszonych źródeł energii, takich jak instalacje fotowoltaiczne, zmieniło sposób funkcjonowania systemu, co skutkuje nowymi wyzwaniami w zakresie stabilności sieci. W wielu miejscach pojawia się problem związany z napływem energii w kierunku przeciwnym, na który część sieci nie została odpowiednio przygotowana, a to z kolei prowadzi do ich przeciążeń.

Szczególnie na terenach wiejskich można zaobserwować skutki wieloletnich zaniedbań infrastrukturalnych. Zbyt małe przekroje przewodów oraz ograniczenia techniczne transformatorów sprzyjają wzrostowi napięcia w okresach zwiększonej produkcji energii słonecznej. Modernizacja tych elementów wiąże się z koniecznością poniesienia wysokich kosztów, dlatego operatorzy koncentrują się obecnie na wdrażaniu rozwiązań lokalnych, takich jak optymalizacja parametrów pracy falowników.

Często pojawia się błędne przekonanie, że to właśnie fotowoltaika jest przyczyną niestabilności w systemie energetycznym. W rzeczywistości jednak źródłem problemów jest niewystarczająco dostosowana infrastruktura. Choć instalacje PV mogą wpływać na poziom napięcia, szczególnie tam, gdzie ich zagęszczenie jest wysokie, sama obecność tych systemów nie stanowi zagrożenia dla opłacalności inwestycji. Istnieją skuteczne sposoby ograniczania tego zjawiska, a dalszy rozwój energetyki odnawialnej powinien iść w parze z modernizacją oraz wprowadzeniem nowoczesnych narzędzi do zarządzania przepływem energii.

Zbyt wysokie napięcie w sieci – jakie powinno być prawidłowe?

Zgodnie z obowiązującą normą PN-IEC 60038, napięcie w sieciach niskiego napięcia powinno utrzymywać się na poziomie 230 V, z dopuszczalnym zakresem wahań od 207 do 253 V. W miejscach położonych z dala od stacji transformatorowych często obserwuje się spadki napięcia, natomiast w obszarach o dużym zagęszczeniu instalacji fotowoltaicznych wartości te w ciągu dnia mogą przekraczać ustalone granice. Urządzenia odpowiedzialne za przekształcanie napięcia, w tym falowniki, mają za zadanie utrzymać jego poziom w dopuszczalnym zakresie.

Falownik przetwarza energię elektryczną wytwarzaną przez moduły fotowoltaiczne z prądu stałego na prąd przemienny, wykorzystywany w domowej instalacji, a nadwyżki energii kierowane są do sieci. W sytuacji, gdy wartość napięcia osiąga poziom powyżej 253 V, następuje automatyczne ograniczenie mocy produkcyjnej lub całkowite wyłączenie urządzenia. Skutkuje to przerwami w wytwarzaniu energii i ograniczeniem możliwości jej wykorzystania lub przekazania do sieci.

Zbyt wysokie napięcie wpływa niekorzystnie również na działanie sprzętów elektrycznych w gospodarstwie domowym, przyczyniając się do ich szybszego zużycia. Reakcja falownika na przekroczenie dopuszczalnych wartości napięcia przypomina nagłe zatrzymanie podczas szybkiej jazdy, co powoduje dodatkowe obciążenie komponentów systemu. Tego rodzaju przeciążenia mogą prowadzić do skrócenia żywotności urządzenia i tym samym zmniejszenia opłacalności całej inwestycji fotowoltaicznej.

Jakie są problemy ze zbyt wysokim napięciem w sieci przy fotowoltaice?

Podwyższenie napięcia w sieci, wynikające z działania instalacji fotowoltaicznej, najczęściej wiąże się z nadmiernym natężeniem prądu oraz zbyt dużą impedancją w obwodzie. Zgodnie z prawem Ohma, napięcie stanowi iloczyn natężenia i oporu, dlatego w sytuacji, gdy falownik oddaje dużo prądu, a instalacja charakteryzuje się znacznym oporem, dochodzi do wzrostu napięcia przekraczającego dopuszczalne wartości.

Źródła tego zjawiska mogą znajdować się zarówno w samej instalacji wewnętrznej, jak i w strukturze sieci elektroenergetycznej na danym obszarze. W przypadku pojedynczych budynków problem może wynikać z zastosowania przewodów o zbyt małym przekroju lub niedokładnie wykonanych połączeń. Jeżeli jednak podwyższone napięcie dotyczy całego regionu, przyczyną często okazuje się przestarzała infrastruktura, w tym stare transformatory i przewody o ograniczonej zdolności odbioru energii wytwarzanej przez panele słoneczne.

Przeczytaj co warto wiedzieć o zabezpieczeniach fotowoltaiki: Jakie są zabezpieczenia nadprądowe strony AC i DC?

Sytuację tę można porównać do przepływu wody w korycie rzeki, gdzie prąd elektryczny zachowuje się jak nurt, a impedancja przypomina zarośnięte lub zwężone brzegi. Przy większym przepływie i ograniczonej przepustowości może dojść do wystąpienia wody z brzegów – podobnie jak do przekroczenia dopuszczalnego poziomu napięcia. Gdy instalacja jest odpowiednio zaprojektowana, a parametry techniczne sieci dostosowane do lokalnych warunków, problem ten nie występuje. W przeciwnym razie może dochodzić do automatycznego wyłączania falownika i utraty części produkowanej energii.

Rozwiązaniem może być poprawa jakości instalacji poprzez zastosowanie odpowiednich przewodów, modernizację przyłącza lub wdrożenie systemów pozwalających na lepsze gospodarowanie nadwyżkami energii, takich jak magazyny energii czy regulacja parametrów pracy urządzeń w celu zmniejszenia obciążenia sieci.

Skąd się biorą wahania napięcia w sieci elektroenergetycznej?

Wahania napięcia w sieci energetycznej mogą wynikać z wielu czynników, zarówno o charakterze lokalnym, jak i systemowym. Jednym z najczęstszych zjawisk obserwowanych w ostatnich latach jest wzrost napięcia związany z coraz większą liczbą instalacji fotowoltaicznych przyłączanych do sieci. Sytuacja ta nasila się szczególnie w okresach intensywnego nasłonecznienia, gdy produkcja energii osiąga swoje maksima, a jednocześnie zużycie może być relatywnie niskie.

Do niestabilności napięcia przyczynia się również zmienne obciążenie sieci w ciągu doby. W godzinach porannych i popołudniowych obserwuje się wyższy pobór energii, natomiast nocą i w środku dnia, zwłaszcza gdy wielu mieszkańców nie przebywa w domach, zapotrzebowanie maleje, co prowadzi do odchyłów napięcia. W rejonach, gdzie infrastruktura energetyczna nie została odpowiednio dostosowana do nowych warunków, nawet umiarkowana produkcja z instalacji PV może wywołać istotne zmiany w parametrach sieci.

Brak równowagi pomiędzy momentem produkcji a chwilą zużycia energii prowadzi do sytuacji, w której znaczna część wytworzonej energii nie znajduje odbiorcy. Skutkuje to lokalnym wzrostem napięcia. Dodatkowym czynnikiem mogącym pogarszać stabilność pracy falownika jest zastosowanie zbyt cienkich przewodów w instalacjach domowych. Zbyt mała średnica przewodu łączącego falownik z licznikiem sprzyja powstawaniu strat napięciowych, co wpływa na nieregularność pracy urządzenia i może skutkować jego czasowym wyłączaniem.

Jak sprawdzić jaka jest przyczyna wysokiego napięcia w sieci energetycznej?

W sytuacji wystąpienia problemów z napięciem w sieci istotne jest ustalenie, czy źródłem zakłóceń jest instalacja znajdująca się na terenie danego budynku, czy też nieprawidłowości mają charakter ogólny i wynikają z przeciążenia sieci w okolicy. W niektórych przypadkach możliwe jest przeprowadzenie wstępnej diagnozy samodzielnie, choć czasami niezbędne okazuje się wsparcie ze strony wykwalifikowanego specjalisty.

Podstawą analizy jest pomiar napięcia w sieci dystrybucyjnej przy wyłączonej instalacji fotowoltaicznej. Badanie najlepiej wykonać w dniu słonecznym, w godzinach okołopołudniowych, gdy inne instalacje w sąsiedztwie osiągają maksymalną moc. W celu uzyskania rzetelnych danych należy odłączyć własną instalację oraz ograniczyć zużycie energii przez duże odbiorniki, a następnie przy użyciu miernika odczytać napięcie. Jeśli wynik przekracza wartość 253 V, wskazane jest udokumentowanie pomiaru i przesłanie informacji do lokalnego operatora systemu dystrybucyjnego. Uzupełnieniem może być rejestracja napięcia w interwałach dziesięciominutowych, szczególnie gdy wartości przekraczają 255 V, bo może to sugerować konieczność działań po stronie dostawcy energii.

W przypadku gdy napięcie w sieci zewnętrznej mieści się w dopuszczalnym zakresie, należy zwrócić uwagę na różnicę napięcia między falownikiem a licznikiem energii. Wartość tego spadku nie powinna przekraczać jednego procenta, natomiast w dłuższych odcinkach dopuszcza się granicę trzech procent. Dane projektowe instalacji powinny zawierać odpowiednie informacje, które umożliwią ocenę zgodności. Jeżeli pomiar wykazuje przekroczenia, może to oznaczać zastosowanie przewodów o niewystarczającym przekroju. W takiej sytuacji konieczna staje się modernizacja połączeń poprzez wymianę przewodów na odpowiednio dobrane, co umożliwi sprawniejszy przepływ energii i ograniczy straty napięciowe. O tym, jaki kabel powinien być dobrany do PV piszemy w artykule: Jaki kabel do fotowoltaiki? Zasady obliczania przekroju.

W jaki sposób można obniżyć napięcie w sieci?

Wiele nowoczesnych inwerterów wyposażonych jest w funkcje umożliwiające reagowanie na wzrost napięcia w sieci. Dzięki odpowiednim ustawieniom możliwe staje się automatyczne ograniczanie mocy czynnej przy jednoczesnym wytwarzaniu mocy biernej, co zapobiega osiągnięciu poziomu napięcia skutkującego wyłączeniem urządzenia. Taka reakcja pozwala na dalsze działanie instalacji, mimo że z nieco zmniejszoną wydajnością, co jednak okazuje się korzystniejsze niż powtarzające się przestoje i ponowne uruchomienia systemu.

Więcej o mocy biernej przeczytasz w artykule: Moc bierna a fotowoltaika

Wzrost napięcia w sieci wynika z intensywnej produkcji energii elektrycznej, natomiast jej zużycie prowadzi do obniżenia wartości tego parametru. Jednym ze sposobów stabilizacji jest zwiększenie własnego poboru energii w okresach największego nasłonecznienia. Rozwiązaniem w tym zakresie może być zastosowanie magazynów energii, które umożliwiają przechowywanie nadwyżek i ich wykorzystanie w późniejszych godzinach, gdy produkcja ustaje. Przy dostępnych formach wsparcia finansowego inwestycje w akumulatory stają się coraz bardziej opłacalne i pozwalają na skuteczniejsze zarządzanie energią w gospodarstwie domowym.

Alternatywą wobec magazynowania energii elektrycznej jest wykorzystanie urządzeń służących do przechowywania ciepła. Przykładem mogą być pompy ciepła przeznaczone do przygotowania ciepłej wody użytkowej, które wykorzystują powietrze jako źródło energii cieplnej. Dzięki dużemu zasobnikowi możliwe jest gromadzenie podgrzanej wody w ciągu dnia i korzystanie z niej wieczorem. Takie rozwiązanie pozwala na efektywne zużycie energii wtedy, gdy napięcie w sieci osiąga najwyższe wartości. Inną opcją może być zastosowanie elektrycznego podgrzewacza wody, który również może pełnić funkcję magazynu ciepła i wspierać równoważenie parametrów pracy instalacji fotowoltaicznej.

Wysokie napięcie w sieci a fotowoltaika

Często pojawia się przekonanie, że przed montażem instalacji fotowoltaicznej nie sposób przewidzieć, czy dojdzie do problemów z podwyższonym napięciem. W praktyce jednak możliwe jest dokonanie analizy wstępnej, pozwalającej oszacować, ile mocy można jeszcze bezpiecznie przyłączyć do lokalnej sieci, uwzględniając stan techniczny transformatora oraz bieżące obciążenie.

W celu uzyskania takiej oceny wykonuje się pomiar impedancji sieci na poziomie licznika oraz sprawdza wartość napięcia w momencie intensywnej produkcji energii, najlepiej w pogodny dzień około południa. Ponieważ planowana instalacja nie jest jeszcze aktywna, konieczne staje się uwzględnienie również przewidywanego oporu przewodów łączących falownik z licznikiem.

Dostępną moc możliwą do podłączenia do jednej fazy oblicza się według wzoru uwzględniającego różnicę między maksymalnym dopuszczalnym napięciem a rzeczywistym poziomem, podzieloną przez sumę impedancji sieci i przewidywanego oporu przewodów, a następnie przemnożoną przez 253 V. Przykładowo, przy impedancji wynoszącej 0,9 Ω, napięciu 240 V i oporze przewodu na poziomie 0,1 Ω, możliwe jest przyłączenie około 3,3 kW do jednej fazy.

Moc maksymalna na jedną fazę = (253 V – napięcie sieciowe) / (impedancja sieci + opór przewodu AC) × 253

(253 – 240) / (0,8 + 0,1) × 253 = 13 / 1 × 253 = 3300 W = 3,3 kW

Dzięki takiej analizie możliwe staje się przewidzenie, czy instalacja będzie pracować stabilnie, czy też może wystąpić ryzyko wyłączeń falownika związanych z nadmiernym wzrostem napięcia.

WRÓĆ DO WPISÓW