Blog

Jak dobrać moc falownika do mocy paneli fotowoltaicznych?

Dodane przez: admin 10 czerwca, 2021

Falownik fotowoltaiczny, nazywany często również inwerterem, stanowi drugą najistotniejszą część składową instalacji PV (zaraz po samych modułach). W związku z tym jednym z kluczowych wyzwań stojących przed projektantem systemu fotowoltaicznego jest dokonanie wyboru urządzenia o odpowiednich parametrach. Nawet w przypadku inwestycji w doskonałej jakości moduły PV, niewłaściwie dobrana moc falownika przyczyniać się może do istotnego pogorszenia wydajności, a także prowadzić do sytuacji, takich jak niedociążenie lub przeciążenie inwertera. W jaki sposób zatem dopasować do swojego układu element, który zagwarantuje niezawodność i optymalne działanie przez wiele lat? Zapraszamy do lektury.

Czym jest i jak działa falownik fotowoltaiczny?

Zanim przejdziemy do omówienia właściwej części poruszonego tematu, wyjaśnijmy jak działa falownik fotowoltaiczny i dlaczego jest tak istotnym elementem instalacji PV.
Najważniejszą funkcję inwertera PV stanowi przetwarzanie powstającej w panelach fotowoltaicznych mocy występującej w formie prądu stałego na prąd przemienny, tj. energię elektryczną zgodną ze specyfiką sieci niskiego napięcia (częstotliwość 50 Hz, napięcie 230/400 V). To jednak nie jego jedyna rola. Z pozostałych najistotniejszych zadań, za które odpowiada inwerter jednofazowy czy też falownik trójfazowy do paneli fotowoltaicznych w instalacji wymienić należy również synchronizowanie z siecią elektroenergetyczną, rejestrowanie informacji na temat eksploatacji, monitorowanie maksymalnego punktu, jaki osiąga moc paneli fotowoltaicznych, a także ogólne zarządzanie całą instalacją PV. Dodatkowo urządzenie służy jako rozłącznik działający w pełni automatycznie. Ze względu na wszystkie wspomniane wcześniej kwestie wiele osób nazywa inwerter sercem systemu PV.

Moc falownika a moc paneli fotowoltaicznych

Skoro wiemy już, jak działa falownik fotowoltaiczny, przejdźmy do nakreślenia, jaka powinna być moc falownika w stosunku do mocy paneli fotowoltaicznych.
Dość powszechny problem dotyczący zależności pomiędzy mocą falowników a mocą modułów stanowią silnie zróżnicowane opinie osób zainteresowanych tematem fotowoltaiki. Aby ułatwić sobie przeanalizowanie relacji, zacznijmy od zdefiniowania pewnego pojęcia, czyli stosunku mocy (SM) paneli PV do mocy falownika. Wartość tę wyznacza się poprzez podzielenie mocy modułów przez nominalną moc falownika, a następnie pomnożenie uzyskanego wyniku przez sprawność inwertera wyrażaną w procentach. W rezultacie działania możemy otrzymać trzy różne rodzaje wartości:
•niedociążenie falownika – nominalna moc paneli PV wynosi mniej od mocy inwertera,
•obciążenie inwertera mocą nominalną – moc nominalna modułów PV jest równa mocy falownika,
•przeciążenie inwertera po stronie DC – nominalna moc paneli PV wynosi więcej od mocy falownika.

Jeśli chodzi o szerokość geograficzną, na której znajduje się Europa Centralna, a w tym również Polska, ogólnie przyjętym wskazaniem dla systemów skierowanych w stronę południową jest uzyskanie wartości stosunku mocy przeciążenia inwertera po stronie DC oscylującej w granicach 80-125%. Z kolei w przypadku instalacji wschód-zachód górna granica wspomnianego przedziału przeciążenia inwertera może wynieść nawet 160%. To oczywiście wyłącznie wartości przybliżone, nieuwzględniające specyficznych, istotnych czynników związanych ze specyfiką określonego obszaru roboczego, jednak korzystamy z nich na potrzeby ogólnego wyjaśnienia zagadnienia.

W tym miejscu pojawia się pytanie: dlaczego większość projektantów instalacji PV rekomenduje celowanie w SM na poziomie większym niż 100%, czyli dążenie do sytuacji, w której moc paneli fotowoltaicznych przewyższa moc nominalną falownika? Z pozoru wydawać by się mogło, że takie wytyczne są sprzeczne z zasadą, wedle której układ przekształcający wytwarzaną przez generator energię powinien mieć większą od nich moc nominalną. W praktyce jednak należy mieć na uwadze, że systemy PV projektuje się niestandardowo.

Na polskiej szerokości geograficznej liczba godzin słonecznych wynosi około 1600. Zaledwie 15% z nich to godziny o nasłonecznieniu pełnym. Jednocześnie panele PV na skutek wystawienia na promieniowanie o natężeniu rzędu 1000 W/m2 mocno się nagrzewają, osiągając temperaturę przekraczającą 25°C, co istotnie redukuje ich wydajność (możliwy nawet 20% spadek mocy). Nominalna moc paneli fotowoltaicznych generowana jest zatem przez maksymalnie kilkadziesiąt godzin na przestrzeni całego roku, w pozostałym okresie pozostając znacznie niższą. Umiarkowane przeciążenie inwertera owocuje jego bardziej efektywną pracą podczas dni o niskich wartościach nasłonecznienia. Dodatkowo trzeba brać pod uwagę jeszcze jeden czynnik przemawiający za tym, aby SM wynosiło więcej niż 100%, a mianowicie fakt, że niewłaściwe wymiarowanie falownika powoduje zbędne podbijanie kosztów systemu – pamiętajmy, że cena inwertera może osiągnąć nawet 30% wartości całej inwestycji.

Na koniec warto wspomnieć, że w przypadku relatywnie niewielkich instalacji PV, generujących moc rzędu kilku watów, stosuje się standardowo inwertery jednofazowe. Falownik trójfazowy do paneli fotowoltaicznych natomiast warto rozważyć wtedy, gdy mamy do czynienia z większą mocą systemu. W przeciwieństwie do swojego jednofazowego odpowiednika posiada on nie trzy, a pięć przewodów (N i PE, oraz L1, L2, L3 zamiast L). Falownik trójfazowy do paneli fotowoltaicznych istotnie zwiększa stabilność w ramach lokalnej sieci.