Rys. 1. Wykres sprawności falownika zależny od mocy i napięcia wejściowego; ŹRÓDŁO: FRONIUSCzęsto można spotkać się z odmiennymi opiniami na temat relacji mocy modułów do mocy nominalnej falowników. Aby przeanalizować te przypadki, wprowadźmy definicję współczynnika mocy falownika (ang. inverter ratio, IR). Wzór na obliczenie tego współczynnika można zapisać:
współczynnik mocy falownika IR = (moc pola modułów [Wp]) / (maksymalna moc AC falownika [W]) ∙ sprawność falownika [%]
Możliwe są tu trzy warianty:
Czyli gdy odpowiednio: moc nominalna modułów jest mniejsza, równa lub większa niż moc nominalna falownika.
Dla szerokości geograficznej Polski i Europy Centralnej przyjmuje się, że wartość IR powinna znajdować się w przedziale pomiędzy 80 a 125%, natomiast dokładny zakres oblicza się w zależności od specyficznych danych konkretnej instalacji PV. Optymalna wartość zależy głównie od lokalizacji, rodzaju i orientacji modułów fotowoltaicznych oraz sposobu połączenia ich z falownikiem. Dlaczego jednak zalecaną przez projektantów wartością jest górna granica, czyli gdy moc modułów jest np. o 25% większa od mocy nominalnej falownika? Takie podejście na pierwszy rzut oka kłóci się z zasadą, w której układy przetwarzające energię z generatorów projektuje się powyżej ich mocy nominalnej, czyli wypadałoby mieć IR < 100%?
Instalacje fotowoltaiczne projektuje się zupełnie inaczej. Jeśli w szerokości geograficznej Polski moduły PV wytwarzają energię z mocą nominalną zaledwie przez kilkanaście, kilkadziesiąt godzin w roku, to w pozostałych okresach osiągana przez nie moc jest znacznie niższa. Jeśli zatem moc modułów będzie równa mocy falownika, to większą część czasu nie będzie on pracował z mocą nominalną, lecz mniejszą. To bezpośrednio przekłada się na uzyskiwane sprawności konwersji. Efekt ten będzie jeszcze lepiej widoczny, gdy moc modułów będzie mniejsza niż moc nominalna falownika (IR < 100%).
Co się jednak stanie, gdy moc modułów będzie większa niż moc nominalna falownika, a warunki pogodowe będą sprzyjać generacji energii? Falownik nie będzie przetwarzał więcej energii niż wynosi jego moc maksymalna, a jej nadmiar nie będzie odbierany z modułów (nastąpi ograniczenie mocy wyjściowej). Statystycznie jednak korzystniejsze jest optymalne wytwarzanie energii przez większą część roku, niż ograniczenia w przetwarzaniu energii w pojedyncze dni, a nawet godziny.
Dokonując obliczenia każdego wariantu doboru różnej ilości modułów PV do falownika tego samej mocy, największe uzyski energii otrzymamy dla największej liczby modułów (por. Tab. 1). Nie mniej istotny jest aspekt finansowy. W każdym z wariantów falownik stanowi identyczny koszt, co powoduje, że wariant IR > 100% jest po prostu najbardziej ekonomicznie uzasadniony.
| Wariant | IR < 100% | IR = 100% | IR > 100% | |
|---|---|---|---|---|
| Falownik 3.0 kW | Niedociążony | Nominalnie | Przeciążony | np. Symo 3.0-3-S |
| Liczba modułów | 9 | 11 | 13 | |
| Moc nominalna 1 modułu | 280 | 280 | 280 | [Wp] |
| Moc maks. modułów PV po stronie DC | 2,52 | 3,08 | 3,64 | [kWp] |
| Moc maks. po stronie AC | 3,0 | 3,0 | 3,0 | [kVA] |
| IR | 82% | 100% | 119% | |
| Współczynnik strat związanych z niedopasowaniem | 0% | 0% | 0,3 % | |
| Roczne uzyski energii (szacunkowo) | 2 567 | 3 167 | 3 759 | [kWh] |
| Uzyski energii z mocy DC | 1 018,9 | 1 028,2 | 1 032,8 | [kWh/kWp] |
| Koszt modułów | 7 200 | 8 800 | 10 400 | PLN |
| Koszt konstrukcji i montażu | 1 800 | 2 200 | 2 600 | PLN |
| Koszt falownika | 4 000 | 4 000 | 4 000 | PLN |
| Łącznie | 13 000 | 15 000 | 17 000 | PLN |
| Koszt za instalację 1 kWp (DC) | 5 158 | 4 870 | 4 670 | PLN/kWp |
| Koszt pozyskania 1 kWh w 1 roku | 0,506 | 0,474 | 0,452 | PLN |
* wszystkie ceny przykładowe
Poprawny dobór zabezpieczeń po stronie DC i AC oraz ochrony przepięciowej jest jednym z ważniejszych etapów procesu projektowania instalacji i należy go powierzyć osobie profesjonalnie zajmującej się projektowaniem, posiadającej odpowiednią wiedzę i uprawnienia. Należy tu jednak przestrzec przed źle rozumianą oszczędnością: oferty na wykonanie elektrowni fotowoltaicznej bez elementów zabezpieczeń będą oczywiście tańsze w momencie zakupu, ale w perspektywie 20–25 lat działania elektrowni mogą narazić właściciela na nieplanowane straty finansowe.
WAŻNE
Czy znasz już wszystkie rodziny funkcjonalnych falowników sieciowych firmy Fronius? Czy wiesz, że współpracują ze wszystkimi standardowymi modułami solarnymi? Wydajne, o wysokiej sprawności i niezawodne stanowią serce systemu fotowoltaicznego. Instalacja fotowoltaiczna nigdy dotąd nie była tak prosta do zaprojektowania, montażu, uruchomienia, obsługi i monitorowania, jak to ma miejsce z nowej generacji falownikami SnapINverter: trójfazowymi SYMO i ECO, oraz jednofazowymi PRIMO i GALVO. Wszystkie wywołują niesamowite wrażenie swoim eleganckim designem i kompletem interfejsów komunikacyjnych, które w przypadku falowników Fronius – są standardem. Aspekty techniczne poszczególnych modeli są doskonale przemyślane tak, aby spełnić wymagania systemów PV zarówno dziś, jak i w przyszłości. Gwarantuje to ich maksymalna elastyczność w zastosowaniu i oznacza w praktyce, że generacja falowników SnapINverter może być użyta do wszystkich rodzajów systemów fotowoltaicznych: od instalacji dla domów jednorodzinnych, aż po przemysłowe elektrownie fotowoltaiczne na dużą skalę.
Monitorowanie i kontrola systemów fotowoltaicznych są niezbędne nie tylko do niezawodnego jego funkcjonowania lub informowania o sytuacjach nietypowych, lecz przede wszystkim do uzyskania maksymalnej wydajności takiego systemu.
Rys. 2. Falownik Fronius przymocowany bezpośrednio do podkonstrukcji modułów; ŹRÓDŁO: : ARCHIWUM AUTORANajprostszym sposobem monitorowania pracy falownika jest odczytywanie wartości na wyświetlaczu (zazwyczaj LCD), który jest elementem prawie każdego falownika dostępnego na rynku. Do bardziej zaawansowanego monitoringu, w tym rejestracji parametrów wejściowych i wyjściowych falownika (m.in. moce, napięcia i prądy), zalecane jest stosowanie zaawansowanych układów zwanych Datamanager’ami. Dane w takich układach mogą być rejestrowane, przechowywane i prezentowane przez wyspecjalizowane oprogramowanie, dostępne w formie dedykowanej strony internetowej. Przewodowe połączenie Ethernet lub bezprzewodowe połączenia Wi-Fi są coraz częściej oferowane jako standardowe wyposażenie falowników, a przoduje w tej dziedzinie firma Fronius. Dysponując połączeniem internetowym, możemy te dane zdalnie analizować na bieżąco, a w razie konieczności archiwizować i kontrolować pracę instalacji w dłuższym okresie czasu. Dzięki temu na dedykowanej stronie internetowej udostępnionej właścicielowi instalacji możemy analizować dzienne, miesięczne czy roczne profile produkcji energii oraz generować odpowiednie raporty. Szczególnie interesujące jest wykorzystanie dodatkowego układu pomiarowego (inteligentnego licznika energii Fronius Smart Meter), który mierząc zużycie energii przez odbiorniki zainstalowane w budynku pozwala porównywać profil produkcji w instalacji fotowoltaicznej z profilem zużycia energii budynku. Pozwala to łatwo obliczyć stopień wykorzystania energii na potrzeby własne, a także korzyści finansowe wynikające z zainstalowania elektrowni słonecznej. Popularną funkcją jest również prezentowanie innych danych związanych z produkcją energii z elektrowni PV, w tym np. redukcji emisji CO2.
Monitorowanie ważne jest również z punktu widzenia bieżącej obsługi technicznej i serwisu. Wszelkie niepokojące zdarzenia mogą być natychmiast raportowane do osoby odpowiedzialnej za poprawną pracę instalacji, dzięki czemu jakiekolwiek nieprawidłowości w pracy elektrowni mogą zostać niezwłocznie zlokalizowane i – w razie takiej konieczności – usunięte. Czas i precyzja jest tu pożądana, ponieważ każdy dzień wyłączenia instalacji z pracy to wymierne straty dla inwestora.
Wszystkich zainteresowanych odsyłamy do portalu internetowego Solar.Web (www.solarweb.com), gdzie na podstawie przykładowych, ogólnodostępnych instalacji można zapoznać się z wszystkimi zaletami monitorowania.
Od czasu do czasu można spotkać się z ofertami na systemy fotowoltaiczne z tzw. optymalizatorami (ang. optimizers). Niestety utarło się przekonanie, że mogą one stanowić rozwiązanie wszelkich problemów na instalacji, głównie polegających na jej zacienieniu. Wbrew obiegowym opiniom, optymalizatory nie są jednak w stanie zakrzywić praw fizyki: zacieniona instalacja zawsze będzie wytwarzać mniej energii, niż równoważna – niezacieniona. Są jednak aplikacje, w których optymalizatory mogą wykazać swoje zalety, a przykładem mogą być skomplikowane konstrukcyjnie dachy, które składają się z kilkunastu małych, zorientowanych na różne strony świata połaci (np. baszta). Instalatorzy systemów PV coraz częściej będą napotykali na różne utrudnienia – wraz z upowszechnianiem się fotowoltaiki dachy o idealnym ustawieniu i bez zacienienia będą stopniowo zabudowywane. Dlatego pod uwagę będą brane dachy o różnych orientacjach lub częściowym zacienieniu, a takie instalacje muszą być poddawane krytycznej analizie. Dlatego, zdaniem autora, moduły fotowoltaiczne będą w przyszłości inteligentne. Ale dotychczasowe rozwiązania, np. w postaci zamkniętych rozwiązań wymuszających stosowanie optymalizatorów i falowników tego samego producenta, będą wypierane przez bardziej uniwersalne, otwarte rozwiązania, np. w formie modułów fotowoltaicznych, które optymalizatory będą miały zintegrowane już na etapie produkcji.
Rys. 3. Przykład monitorowania instalacji na portalu Solar.Web (http://www.solarweb.com); ŹRÓDŁO: FRONIUSOstatnim ważnym elementem, którym należy się kierować przy wyborze producenta falownika jest lokalne wsparcie i serwis oraz dostępność certyfikatów i dokumentacji w języku polskim. Oczywiście nikomu nie życzymy, aby musiał osobiście weryfikować jakość obsługi technicznej producenta, ale czyniąc odwołanie do rynku motoryzacyjnego: czy ktokolwiek zakupiłby samochód, którego najbliższy serwis znajduje się na innym kontynencie?
Częstym błędem popełnianym przez przyszłych właścicieli instalacji fotowoltaicznej, jest kierowanie się kryterium najniższej ceny przy wyborze konstrukcji, modułów, falowników czy zabezpieczeń. Oczywiście, aspekt ekonomiczny jest niezwykle ważny w inwestycji, ponieważ powinna ona przynieść korzyść finansową inwestorowi w najkrótszym możliwym czasie. Niemniej, autor niniejszego artykułu obserwuje tendencje do potaniania instalacji, w których zarówno inwestorzy, jak i firmy instalacyjne, kierują się wyłącznie ceną zakupu, a ignorują tak ważne aspekty jak: jakość, gwarancja (w tym możliwość jej wyegzekwowania!) czy dostępność serwisu przez pełny okres działania elektrowni. A przecież jest to inwestycja, która powinna swojemu właścicielowi służyć bezawaryjnie i generować zyski przez 20-25 lat! Elementy mające znamię „taniości” przynoszą krótkotrwałą radość w chwili zakupu, ale mszczą się w bardzo przykry sposób w kolejnych latach. Niestety, nie na sprzedającym, lecz na inwestorze.
Decydując się na wybór producenta i typu falownika, oprócz ceny, powinniśmy zwrócić uwagę na nie mniej istotne elementy:
dr inż. Maciej Piliński
Fronius Polska Sp. z o.o.
ul. G. Eiffel’a 8, 44-109 Gliwice
tel. 32 621 07 00
Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie obsługi JavaScript., www.fronius.pl
Jesteś zainteresowany podobnymi produktami lub usługami?
Kliknij w wybraną wizytówkę, żeby dowiedzieć się więcej.
