Arkadiusz Mędrzak
Czym są optymalizatory mocy w instalacjach fotowoltaicznych? Dowiedz się, jaka jest zasada ich działania i jaką funkcję pełnią. Sprawdź, jak poprawić wydajność instalacji. Zobacz, na czym polega optymalizacja modułów słonecznych.
Optymalizator mocy paneli dla systemu fotowoltaiki jest najbardziej wskazany w przypadku niedopasowania prądowo-napięciowego w modułach. Do takiej sytuacji dochodzi, gdy jeden z paneli PV zaczyna pracować z niepełną mocą, np. w wyniku zacienienia. Wtedy można odciąć pojedynczy element lub sprawić, że będzie on pracował niezależnie względem innych, by pozostałe zachowały pełną moc i efektywność pracy instalacji.
Czym jest optymalizator mocy?
W instalacjach słonecznych służących do produkcji prądu z promieniowania słonecznego dzięki specjalnym ogniwom (instalowanym głównie na dachach budynków) liczy się odpowiednie wyeksponowanie paneli na wpływ promieniowania słonecznego. Jeśli w pewnym momencie dnia na takie panele pada cień z pobliskiego drzewa, innego budynku lub obiektu, wówczas maleje ich moc. Można temu przeciwdziałać, stosując optymalizatory. Instalacja fotowoltaiczna dzięki nim osiąga wyższe uzyski energii, szacowane na od kilku do nawet kilkudziesięciu procent.
Optymalizator mocy PV – za co odpowiada?
Optymalizator mocy jest niewielkim urządzeniem elektronicznym – dodatkowym wyposażeniem instalacji PV. Montuje się go przy modułach fotowoltaicznych lub bezpośrednio w puszkach połączeniowych modułów. Odpowiada za regulowanie i ograniczanie niedopasowania prądowo-napięciowego. Jednocześnie wymusza pracę w punkcie mocy maksymalnej na poziomie każdego pojedynczego modułu. Jeśli w instalacji słonecznej jest zainstalowany optymalizator mocy pozwalający na jej monitoring, wówczas moduły zintegrowane z takim urządzeniem są określane mianem modułów typu smart.
Jak działa optymalizator mocy?
Fotowoltaika z takim urządzeniem może działać sprawnie, ale w jaki sposób? Kiedy do instalacji dołączony jest optymalizator, to zaczyna on szukać punktu mocy maksymalnej na poziomie pojedynczego modułu fotowoltaicznego. Kiedy go znajdzie, jego zadaniem pozostaje obciążenie go w sposób optymalny, stąd też i jego nazwa. Zapewnia on w zastanych warunkach otoczenia i oświetlenia największą możliwą moc wyjściową, bez względu na to, jaki prąd i napięcie wytwarzają pozostałe moduły znajdujące się w instalacji w tym samym szeregu.
Co dzieje się bez optymalizatora prądu?
Dzięki pracy takiego urządzenia moduły działają sprawniej w tym samym otoczeniu, dzięki czemu są w stanie wyprodukować większą ilość energii. Bez optymalizatora w przypadku zacienienia na module PV zmniejsza się prąd generowany przez niego. Jeśli jest on połączony w szeregu z innymi, niestety wpływa negatywnie na pracę sąsiednich elementów i może przełożyć się to na spadek prądu na całym łańcuchu. Ostatecznie diody obejściowe mogą odciąć moduł pracujący nieefektywnie.
Oddziaływanie najsłabszego ogniwa
W przypadku gdy instalacja PV składa się z łańcucha paneli smart połączonych szeregowo, to na wydajność całego systemu fotowoltaicznego pracuje każdy z nich. Jeśli choć jeden jest zacieniony np. w 10 procentach, to wszystkie mocniejsze, niezacienione moduły fotowoltaiczne dostosują swoją pracę do słabszego. W takim układzie wszystkie będą pracowały z równomiernie rozłożoną mocą, a system nie będzie produkował tyle prądu, ile by mógł bez zacienienia jednego modułu. Jego moc nominalna będzie więc mniejsza.
Zacienienie a moduły smart z optymalizatorem
Diody obejściowe mogą kompletnie odciąć zacieniony moduł, przez co moc uzyskiwana z niego będzie zerowa, a niezacienione będą mogły rozwinąć swoją pełną moc nominalną, dzięki czemu cały system fotowoltaiczny na tym zyska. W przypadku wykorzystania modułów smart z optymalizatorem mocy, każdy z nich ma szansę działać z mocą zoptymalizowaną pod kątem warunków. Zacienienie obniży moc tylko jednego elementu w szeregu, a nie każdego po kolei. W wyniku tego moc nominalna całego systemu nie będzie znacząco niższa.
Kiedy warto zastosować optymalizator?
Podstawowym uzasadnieniem stosowania tych urządzeń jest częściowe zacienienie paneli w instalacji i niedopasowanie prądowo-napięciowe na modułach słonecznych. Jednak musisz wiedzieć, kiedy jeszcze zastosowanie optymalizatora jest logicznie uzasadnione. Będzie to miało sens wtedy, gdy:
- nierównomiernie starzeją się ogniwa;
- występuje punktowe zabrudzenie;
- moduły są montowane na różnych płaszczyznach dachu; wielospadowego, co może prowadzić do nierównomiernego, jednoczesnego; naświetlania paneli fotowoltaicznych promieniowaniem słonecznym;
- producenci paneli stosują tolerancję parametrów prądowo-napięciowych;
- nierównomiernie nagrzewają się moduły;
- dochodzi do uszkodzenia diod obejściowych lub innych elementów w modułach;
- występują refleksy świetlne i załamanie promieni słonecznych na krawędzi chmur.
Dzięki dołączeniu do instalacji optymalizatorów fotowoltaiki można regulować pracę modułów PV dla uzyskania największej efektywności systemu. Jako użytkownik instalacji z optymalizatorami energii masz możliwość monitorowania działania poszczególnych modułów z osobna, a nie tylko całego systemu gromadzenia i przetwarzania energii słonecznej.
Ile kosztuje optymalizator mocy?
Cena pojedynczego urządzenia to około 200 zł za sztukę. Niskim kosztem można więc wyposażyć swoją fotowoltaikę w optymalizatory energii, które przyczynią się do skutecznego zredukowania strat energetycznych spowodowanych zmniejszoną wydajnością pracy. Nie tylko będzie kontrolował działanie całej instalacji, lecz w razie awarii jakiegoś elementu prześle do użytkownika również raport o zmianach.
Ile kosztuje zestaw optymalizatorów?
Każdy moduł powinien być połączony z jednym optymalizatorem mocy. Cena za każdy wynosi średnio 200 zł, dlatego przy montażu z na przykład ośmioma modułami potrzebujesz ośmiu optymalizatorów, które podniosą koszt całej fotowoltaiki na dachu twojego domu o 1600 zł.
Dostępne są również droższe rozwiązania – koszt pojedynczego urządzenia wysokiej klasy to 300-400 zł. Trzeba zawsze dopasować takie rozwiązania do inwertera (falownika) pracującego w danej instalacji.
Kiedy nie ma potrzeby stosowania optymalizatorów mocy?
Wiesz już, w jakich sytuacjach warto zainstalować optymalizator fotowoltaiki, a raczej: w kilka optymalizatorów dla pojedynczych modułów. Są jednak też takie instalacje, w których nie znajdują one zastosowania. Można z nich zrezygnować bez straty dla sprawności i efektywności działania systemu fotowoltaicznego, jeśli panele pracują na idealnie równym terenie, bez zacienienia, gdzie kąt padania promieni słonecznych na każdy z nich jest taki sam. Pamiętaj również, że są inne czynniki, które wpływają na optymalne ładowanie paneli – jednym z nich są regulatory ładowania MPPT i PMW.
Optymalizatory fotowoltaiki są niezwykle przydatnym elementem całego systemu, gdy jeden z paneli pracuje słabiej i naraża całą konstrukcję na stratę wydajności. W przypadku nierównomiernej pracy paneli jest to wręcz nieodzowna część instalacji słonecznej.
