HOME BLOG NASZE PRODUKTY REALIZACJE ROZWIĄZANIA & DYSTRYBUCJA DO POBRANIA SZKOLENIA MONITORING SKLEP

Analiza Sprawności Falowników

Wydajność fotowoltaiczna i sprawność falowników określone są jako stosunek elektrycznej mocy wejściowejj prądu stałego do elektrycznej mocy wyjściowej prądu zmiennego, DC/AC. Dla otrzymania wysokiego stosunku DC/AC należy wziąć pod uwagę szczególne warunki projektowe. Główne czynniki to nasłonecznienie, straty systemu, wydajność i żywotność falownika, zakres wejściowego napięcia roboczego falownika, kąt montażu modułu, itp. Poniżej przedstawiamy i opisujemy kilka kluczowych czynników:

Miejsce a nasłonecznienie

Zerknij na zamieszczoną poniżej mapę nasłonecznienia (źródło: Global Solar Atlas). Widzimy, że nasłonecznienie różni się w zależności od miejsca a jego średnia roczna wartość waha się od 365 do 3,652kWh/m2. Regiony, które mogą pochwalić się najwyższymi poziomami nasłonecznienia to Australia, Meksyk, Ameryka Środkowa, północne Chile, kraje saharyjskie, Republika Południowej Afryki, Namibia, Półwysep Arabski i południowo-zachodnie stany USA. Miejsca te najlepiej nadają się do budowy elektrowni słonecznych. Aby osiągnąć taki sam poziom produkcji mocy elektrycznej systemów PV dla różnych obszarów o różnym stopniu nasłonecznienia, musielibyśmy modyfikować stosunek DC/AC, przy czym dla obszarów o niskim nasłonecznieniu musiałby on być większy.

Straty w systemie PV

W instalacji PV panele fotowoltaiczne przetwarzają energię słoneczną, która kablami prowadzona jest do wpierw do skrzynki przyłączowej a następnie do falownika, skąd, kablem AC, trafia do skrzynki przyłączowej prądu zmiennego a następnie do sieci. Na każdym etapie tego procesu występują straty mocy. Zazwyczaj straty prądu stałego wynoszą około 7-11%, straty falownika 1-2%, a całkowite straty całego układu między  8 a 13% (nie licząc strat transformatora i kabla za nim). Tak więc jeśli moc panelu PV jest taka sama jak wydajność falownika, faktyczna wydajność falownika osiąga około 90% wygenerowanej mocy ze względu na straty w systemie. Nawet przy najlepszym nasłonecznieniu, falownik nie może przetworzyć całej mocy.

Wydajność falownika

Wydajność falownika nie jest stała. Moc może być tracona na złączach i z uwagi na różnice w polu magnetycznym falownika. Przy małej mocy wyjściowej wydajność jest stosunkowo niska. Najwyższa wydajność jest osiągana wtedy, gdy moc wynosi od 40% do 60% znamionowej mocy wyjściowej. Wraz ze wzrostem mocy ponad 60%, wydajność ponownie maleje. Dlatego też, aby uzyskać najlepszą wydajność systemu, zaleca się utrzymywać moc w zakresie od 40% do 60% mocy wyjściowej falownika.

Żywotność falownika

Falownik PV jest urządzeniem elektronicznym, a jego wydajność jest silnie powiązana z temperaturą pracy. W przypadku elementów takich jak kondensatory, wentylatory i przekaźniki, wzrost ich temperatury o 10°C pociąga za sobą wzrost częstotliwości występowania usterek o 50%. Z drugiej strony, temperatura pracy jest związana z mocą. Według statystyk, żywotność falownika pracującego przy 80-100% mocy wyjściowej jest o około 20% niższa w porównaniu do falownika pracującego przy 40-60% mocy wyjściowej.

Zakres napięć pozwalający falownikom na najlepszą wydajność.

Wydajność falownika jest najwyższa, gdy pracuje ona na swoim nominalnym napięciu. W przypadku falownika jednofazowego przy napięciu 230V AC, nominalne napięcie prądu stałego wynosi około 360V, a w przypadku falownika trójfazowego przy napięciu 400V AC, nominalne napięcie prądu stałego wynosi około 650V. Dla przykładu, dla falownika 3kW wykorzystującego panele o mocy 260W z napięciem roboczym sterownika MPPT o wartości 30,5V, najlepsza konfiguracja to 12 paneli na ciąg ze sterownikiem MPPT o wartości napięcia roboczego równej około 366V i mocy PV równej 3,12kW. Dla falownika o mocy 30kW wykorzystującego panele o mocy 260W, najlepsza konfiguracja to 21 paneli na ciąg ze sterownikiem MPPT o wartości napięcia roboczego równej około 640,5V. Łączna ilość paneli to 126szt. a całkowita moc 32,76kW.

Podsumowanie oraz wnioski

Biorąc pod uwagę wszystkie te czynniki, system osiąga najwyższą sprawność a żywotność falownika wydłuża się gdy moc PV wynosi pomiędzy 40-60% mocy znamionowej falownika. Aby zoptymalizować wydajność falownika, należy dostosować moce PV i falownika między nimi oraz, następnie, w zależności od poziomu nasłonecznienia.

Dla obszarów, gdzie średnie nasłonecznienie przekracza 5 godzin, a czas produkcji energii szacuje się na około 10 godzin dziennie, stosunek DC/AC może wynosić 1 a średnia moc 50% mocy nominalnej. Dla obszarów, gdzie średni czas nasłonecznienia wynosi około 4 godzin a czas produkcji energii szacuje się 9 godzin dziennie (Polska), stosunek DC/AC może wynosić 1,1, średnia moc wynosić 49% mocy nominalnej (4*11/9). Dla obszarów, gdzie średni czas nasłonecznienia wynosi 3 godziny, czas produkcji energii szacuje się na około 8 godzin dziennie, stosunek DC/AC może wynosić 1,3 a średnia moc 48,75% mocy nominalnej.

W przypadku instalacji PV na wzgórzu z panelami o różnych kierunkach ułożenia, jak i w przypadku technicznie wymagających, rozproszonych instalacji dachowych (np. gdy kąt nachylenia dachu nie jest optymalny), niektóre z modułów PV nie będą skierowane na południe. Konfiguracja falownika może być jednak dobrowolnie dopasowana do każdej sytuacji.