Dobór mocy falownika (inwertera) do instalacji fotowoltaicznej

.

Przewymiarownie instalacji fotowoltaicznej względem mocy falownika - czym jest?

Przewymiarowanie instalacji PV względem mocy nominalnej falownika to dobór inwertera do instalacji PV, w którym jego moc jest mniejsza niż całkowita moc modułów fotowoltaicznych w danej instalacji.

Zastanawiasz się, dlaczego zaproponowano Ci falownik o mniejszej mocy, niż moc Twojego generatora PV?

W tym poście dowiesz się, dlaczego instalację fotowoltaiczną należy przewymiarować w stosunku do mocy nominalnej falownika. W dalszej części dowiesz się również jaki jest dopuszczalny stopień takiego przewymiarowania.

.

Stosunek mocy modułów do mocy falownika (SM)

By dobrać odpowiedni inwerter do generatora PV, musimy zacząć od podstaw, czyli wyjaśnienia czym jest stosunek mocy modułów do mocy falownika oraz jak go obliczyć. Do tego celu posłużymy się wzorem:

A więc przykładowo dla mocy instalacji 6kW oraz falownika Huawei 5kW obliczymy: SM = (6kW / 5kW) x 98,4% = 118,08%

Czy wartość ta (118,08%) będzie więc prawidłowa dla Twojej instalacji?

.

Prawidłowa wartość SM dla szerokości geograficznej Polski i Europy Centralnej

Przyjmuje się, że prawidłowa wartość stosunku mocy modułów do mocy falownika (SM) dla szerokości geograficznej Polski i Europy Centralnej dla instalacji, które skierowane są na południe powinna mieścić się w przedziale między 80% a 125%. W przypadku instalacji wschód-zachód zakres stosunku mocy modułów do mocy falownika może wynosić aż do 160%, przy czym bardzo zależny jest od kąta nachylenia dachu. Przy doborze odpowiedniej mocy falownika oraz sposobu jego połączenia z instalacją należy wziąć pod uwagę oczywiście jeszcze inne parametry, dotyczące konkretnej instalacji, takie jak: rodzaj, orientację paneli fotowoltaicznych, lokalizację oraz zalecenia producenta sprzętu. Przy ustaleniu właściwej wartości SM warto posłużyć się specjalistycznym programem do projektowania instalacji PV, który wspomoże ten proces.

.

Jak określić, czy falownik jest przeciążony, czy niedociążony?

• Falownik przeciążony po stronie DC (moc nominalna modułów większa niż moc nominalna falownika) jest wtedy, gdy wartość SM jest większa niż 100%

• Falownik niedociążony (moc nominalna modułów mniejsza niż moc nominalna falownika) gdy wartość SM jest mniejsza niż 100%

• Falownik obciążony mocą nominalną gdy wartość SM=100%.

Na pierwszy rzut oka stwierdzić by można, że zalecana wartość, gdzie SM jest wyższa niż 100% i wynosi np. 120% (falownik jest przeciążony) jest błędna. Pewnie zastanawiasz się dlaczego wartość <100% lub =100% (falownik niedociążony lub obciążony mocą nominalną) nie będzie tą prawidłową? Wyjaśniamy:

.

1. Inwerter, który jest przeciążony pracuje z lepszą sprawnością!

Tak! Kolokwialnie mówiąc "falownik lubi być przeciążony".

Ze względu na panujące warunki atmosferyczne w Polsce (ilość słonecznych godzin to około 1600, z czego 15% stanowią godziny o pełnym nasłonecznieniu) instalacja fotowoltaiczna osiąga maksymalną sprawność zaledwie przez kilka dni w roku.

Moduły PV mają swoją moc znamionową – w kartach katalogowych określaną jako STC (tłum. Standardowe Warunki Badania) i osiągają ją tylko w określonych warunkach. Określone przez te warunki natężenie promieniowania słonecznego jest równe 1000W/m2, a temperatura ogniw wynosi 25 stopni Celsjusza. Latem moduły nagrzewają się często do wyższej temperatury, co za tym idzie – wzraz z jej wzrostem sprawność paneli spada (nawet o 15-20% względem wartości nominalnej). Dlatego jednym z powodów, dla których warto zastosować mniejszy falownik (SM>100%) jest fakt, że moduły wytwarzają energię z mocą nominalną przez kilkadziesiąt godzin w roku.

W odwrotnym przypadku, gdy zastosujemy inwerter o większej mocy niż suma mocy modułów (SM<100%) będzie on permanentnie niedociążony. Jednakże, przy SM = 80% straty, które spowodowane będą niedociążeniem falownika wyniosą około 0,3%, dlatego jeśli planujesz rozbudowę w przyszłości i nie wiesz, na jaki falownik się zdecydować, warto pomyśleć o większym inwerterze (w krótkim okresie czasu straty te nie będą bardzo odczuwalne).

Przeanalizujmy różne perspektywy na podstawie wykresów (wykresy przedstawione są na podstawie instalacji 6kW oraz przy użyciu różnych falowników i warunków pogodowych):

Wykres 1. przedstawia sytuację, w której moc modułów jest większa niż moc falownika (rekomendowany dobór przez projektantów instalacji PV), a warunki pogodowe sprzyjają produkcji (STC). Stosunek mocy wynosi około 120%, zgodnie z zaleceniami dla obszaru geograficznego Polski. Zauważamy, że falownik nie przetworzy więcej energii niż jego moc maksymalna. W tej sytuacji falownik przekaże do sieci maksymalnie 5kW, a nadwyżka uważana będzie jako strata. Wartość obszaru straty w ujęciu dziennym wyniesie około 4-5% codziennego uzysku.

Wykres 2. przedstawia produkcję energii z instalacji ze stosunkiem mocy SM=~100%.Zakładając, że warunki STC zostaną zachowane, cała moc z instalacji zostanie przekazana przez falownik na stronę AC.

Powyższy wykres 3. Ukazuje produkcję energii w warunkach rzeczywistych. Musimy mieć na uwadze cały czas, że warunki STC pokazane na wykresie 1. i 2. zdarzają się bardzo rzadko. W kartach katalogowych producentów obok waruków STC znajdziemy również parametry NOCT, które są bardziej zbliżone do uśrednionych warunków pogodowych, gdzie temperatura otoczenia wynosi 20 stopni Celsjusza, natężenie promieniowania słonecznego 800W/m2. Uwzględniony jest również czynnik chłodzący – prędkość wiatru w wysokości 1,5m/s. Falownik w takich warunkach jest lepiej wykorzystany, ponieważ moc modułów w takich warunkach może być nawet o 30% niższa!

Kolejny argument, dlaczego należy dobrać niższy falownik do generatora PV przedstawia ostatni, 4. wykres. Uwzględnione na nim zostało zachmurzenie, w porównaniu do poprzednich wykresów, gdzie przedstawione zostały wyłącznie bezchmurne dni (a jak wiemy, takich dni w roku mamy niewiele). Wykres ten przedstawia więc najbardziej realną produkcję, którą ujrzeć możemy w Polsce w swojej aplikacji monitorującej mikroinstalację.

.

Podsumowując wszystkie powyższe wykresy, na co dzień niezwykle rzadko uzyskujemy tzw. STC, bowiem przez kilka lub kilkanaście-kilkadziesiąt godzin w roku. W pozostałe dni albo temperatura otoczenia jest wyższa, albo niższe jest natężenie promieniowania słonecznego. Dlatego też, jeśli dobralibyśmy do wyżej przedstawionej instalacji SM=100%, falownik przez duży okres czasu byłby niedociążony a nadwyżka produkcji energii z modułów, nie zostałaby przetworzona przez inwerter.

.

2. Sprawność modułów zmniejsza się z upływem czasu

Moduły fotowoltaiczne wraz z upływem czasu są mniej wydajne (o czym mówi liniowy spadek mocy). Po upływie 10 lat wydajność modułów będzie o około 10% mniejsza, dlatego dociążenie falownika będzie coraz mniejsze (współczynnik stosunku mocy modułów do falownika SM będzie malał w czasie).

.

3. Sprawność falownika jest niższa niż 100%

Jak podają karty katalogowe producentów, zazwyczaj falowniki mają mniejszą sprawnośc niż 100% (w przypadku falownika Huawei 5kW 98,6%). W związku z tym, że falowniki lepiej pracują gdy są przeciążone, jest to kolejny powód, by zdecydować się na dobór falownika z nieco mniejszą mocą kW, niż moc całej instalacji PV.

.

Podsumowując, dlaczego należy przewymiarować moc instalacji PV?

Statystycznie, na przestrzeni całego roku, korzystniejsze jest optymalne przetwarzanie energii przez większość czasu, niż ograniczenia i wytwarzanie energii w pojedyncze godziny kiedy występują idealne parametry, ponieważ takie zdarzają się niezwykle rzadko.

Napisz do nas, a pomożemy Ci dobrać odpowiedni falownik do Twojej instalacji PV, uwzględniając wszystkie powyższe wytyczne.