Микроинверторы і оптимізатори потужності: як підвищити продуктивність сонячної електростанції

Ключовими елементами будь сонячної електростанції є фотоелектричні панелі і інвертор. Існують також додаткові складові системи, які помітно підвищують її продуктивність і безпеку. Одним з таких пристроїв є оптимізатор потужності. Давайте розберемося, навіщо і кому він потрібен, за яким принципом працює і як його вибрати.

Як затінення впливає на продуктивність сонячних батарей

Сонячні панелі в фотоелектричної системи працюють групою. Припустимо потрібно встановити 20 фотомодулів потужністю 250 Вт, підключивши їх послідовно у два ланцюжки – по 10 пристроїв в кожному ряду. Максимум електрики (5000 Вт-год) сонячні батареї генерують ясним днем опівдні. При цьому кожен фотомодуль працює з напругою 33 В, один ланцюжок – 330 В, обидва ряди – 660 Ст. А ось сила струму хоч у однієї, хоч у всіх панелей однакова – 7,6 А.

250 : 33 ≈ 7,6 (А)

33 × 7,6 × 20 ≈ 5000 (Вт)

В 8 ранку, поки сонце не піднялося високо, сила струму може становити всього 3 А. Напруга залишається обіднім – 33 Ст. Відповідно потужність фотоелектричної системи становить 1980 Вт.

33 × 3 × 20 = 1980 (Вт)

Якщо ж на одну з панелей падає тінь від сусіднього дерева, сила струму буде ще нижче, наприклад, 2 А. Але не тільки у затіненого фотомодуля: при послідовному підключенні сила струму падає у всіх пристроїв гілки.

(33 × 2 × 10) + (33 × 3 × 10) = 1650 (Вт)

Таким чином, через затінення однієї панелі система втрачає 330 Вт, а потужність ланцюжка знижується на третину. Причиною втрати продуктивності може бути не тільки тінь від дерева, будівлі, пагорба. Зменшення генерації електрики відбувається при забрудненні або зносі панелей. Аналогічна картина спостерігається і в тому випадку, коли в ланцюжку є сонячна батарея з початку меншою потужністю.

Для чого потрібні оптимізатори потужності сонячних панелей

Зробити роботу кожної панелі незалежною, а значить, частково вирішити проблему з падінням продуктивності електростанції дозволяє модульна силова електроніка, чи MLPE (Module Level Power Electronics). Це збірна назва для різних «розумних» пристроїв, встановлюваних на сонячні батареї з метою оптимізації потужності.

Використання оптимізаторів дозволяє зробити так, щоб технічно відрізняється, тераса або забруднена панель не впливала на роботу всієї гілки. З допомогою пристроїв можна дистанційно відслідковувати параметри функціонування фотомодулів. Моніторинг дає змогу вчасно реагувати на пошкодження, забруднення, часткове затінення одного з пристроїв.

Наявність оптимізаторів дозволяє в разі пожежі відключити не інвертор, а сонячну панель. Технології MLPE розширюють можливості при розробці конфігурації фотоелектричних систем. Так, використання оптимізаторів буде єдино правильним рішенням, якщо є необхідність розмістити фотомодулі одного ланцюжка на двох сусідніх скатах даху.

Основні способи оптимізації потужності фотомодулів

Виробники передбачили можливість зниження продуктивності сонячних панелей внаслідок затінення. З метою мінімізації втрат потужності на фотомодулях встановлюють байпасні діоди. Це електронні компоненти, що захищають погано функціонуючі панелі від перегріву і вірогідного пошкодження. У разі коли поверхня однієї з батарей затінена більш ніж на третину, підключення за допомогою діода дозволяє її обійти. У той же час байпасні пристрою не допоможуть, якщо панель частково вийшла з ладу із-за забруднення або легкого затінення.

Вирішити проблему частково нефункціональних сонячних батарей дозволяють микроинверторы. У стандартній фотоелектричної системи ланцюжок з десятка фотомодулів підключається до одного інвертора, підвішеного на стіні. Якщо ж потрібно оптимізувати потужність електростанції, замість центрального перетворювача струму використовують десять микроинверторов, встановлених позаду кожної сонячної батареї. З допомогою мініатюрних пристроїв можна відстежувати і контролювати вироблення фотомодулів окремо.

Наступним кроком у розвитку MLPE стало створення силових оптимізаторів, що забезпечують фіксацію напруги. Розробники вирішили розділити функції стандартного сонячного інвертора: перетворювач струму залишити на землі, а МРРТ контролер перенести на дах. Останній і називається «оптимізатором потужності», «силовим оптимізатором». МРРТ контролер являє собою прилад, який оперативно змінює силу струму, реагуючи на коливання напруги. Подібна корекція забезпечує фотомодулям максимальну энерговыработку. Зараз найбільшим попитом користуються оптимізатори двох виробників – SolarEdge і Tigo Energy.

Порівняльний огляд оптимізаторів SolarEdge і Tigo

SolarEdge Technologies Inc. – ізраїльська компанія, що працює у сфері сонячних технологій 12 років. З метою підвищення електрогенерації вона пропонує системне рішення – функціонально спрощений інвертор (без МРРТ контролера) і силові оптимізатори, що встановлюються на кожен або пару фотомодулів. Використання технології SolarEdge дозволяє підвищити продуктивність сонячних панелей на 25%. На оптимізатори потужності діє 25-річна гарантія на інвертори – 12-річна.

Tigo Energy – американська компанія, заснована в 2007 році. Вона пропонує універсальні силові оптимізатори, сумісні з будь-якими інверторами. Щоб вся система ефективно працювала, пристрої Tigo TS4 досить встановлювати лише на затінені панелі. Спеціальна ізоляція постійного струму і індивідуальний моніторинг фотомодулів – додаткові опції, які можна виключити з метою зниження витрат на всю систему енергопостачання. Гарантія від виробника діє 12 років. Згідно з результатами тестування Photon Laboratory GmbH, оптимізатори Tigo підвищують продуктивність затінених сонячних панелей на 20-36%.

Які оптимізатори для сонячної електростанції вибрати

Насамперед, слід визначитися, чи потрібні взагалі силові оптимізатори у вашому випадку. Ми радимо використовувати пристрої MLPE, якщо:

• крыша, на которой будут размещаться солнечные панели, имеет сложную, с разными плоскостями и наклонами конструкцию;
• рядом находятся деревья, высокие здания, линии электропередач, другие объекты, дающие тень на фотополе;
• площадь кровли невелика, и вы хотите максимально продуктивно использовать все имеющееся пространство;
• есть желание отслеживать (в том числе и дистанционно) работу каждого элемента системы, повысить безопасность станции.

При стабільному затіненні певних ділянок масиву краще вибрати Tigo і встановити оптимізатори на «проблемні» панелі. SolarEdge більше підійдуть там, де тінь протягом дня кочує по всьому фотополю. Вони ж стануть кращим рішенням для електричних систем з частими аварійними відключеннями.

ECOTECH UKRAINE