Mikrofalowniki w instalacjach fotowoltaicznych. Jakie są ich zalety i wady?

Mikrofalowniki w instalacjach fotowoltaicznych. Jakie są ich zalety i wady?
SMA

Na rynku są dostępne różne rozwiązania dotyczące optymalizacji pracy instalacji fotowoltaicznej i produkowanej w nich energii elektrycznej. Takie urządzenia możemy dobierać w zależności od mocy instalacji, skomplikowania dachu czy też elementów zacieniających.

Takie wybory sprowadzają się m.in. do stosowania modułów fotowoltaicznych z podziałem na wiele sekcji, optymizerów mocy, mikroinwerterów czy też typowych falowników stringowych w celu optymalizacji uzysku energii.

Wybór konkretnego rozwiązania przekłada się nie tylko na optymalizację produkcji energii, ale również na koszty wykonania i eksploatacji instalacji.

REKLAMA

Firma Solsum przygotowała przewodnik dla inwestorów, który podsumuje dostępne technologie w odniesieniu do mikrofalowników i tradycyjnych falowników, i umożliwia rzetelne porównanie tych dwóch rozwiązań pod kątem funkcji, a także ich wad i zalet.

Po lewej stronie falownik (inwerter) tradycyjny, po prawej stronie mikrofalownik (mikroinwerter). Źródło: SMA.

Moduły fotowoltaiczne wytwarzają prąd stały (DC), który musi zostać przetworzony na prąd zmienny (AC) o parametrach sieci. Tym zadaniem zajmują się inwertery.

W przypadku mikroinstalacji fotowoltaicznej, czyli instalacji o mocy do 50 kWp, standardowo stosuje się jeden falownik, który jest dopasowany do mocy modułów i ich podziału.

Stosuje się falowniki posiadające jedno, dwa lub więcej niezależnych wejść MPPT. Jest to o tyle istotne, że w przypadku falownika z dwoma niezależnymi wejściami MPPT moduły fotowoltaiczne możemy montować np. na kilku różnych połaciach dachu i każda część instalacji pracuje niezależnie.

W przypadku skomplikowanego dachu i elementów zacieniających można także wykorzystać optymizery mocy np. dla wybranych modułów, które w pewnych okresach dnia lub roku będą zacieniane. Do takiego doboru wykonuje się dla konkretnego budynku analizę zacienienia w profesjonalnych programach do projektowania instalacji fotowoltaicznych.

Na rynku są także dostępne tzw. mikroinwertery.

Co to jest mikroinwerter?

Mikroinwerter to konwerter mocy przetwarzający prąd stały na prąd zmienny. Montowany jest przy każdym module fotowoltaicznym. 

 Zalety stosowania mikroinwerterów:

1. Możliwość bardziej elastycznej rozbudowy instalacji fotowoltaicznych – mikroinwertery pozwalają łatwiej zwiększyć moc instalacji fotowoltaicznej. W tym celu należy zamontować i podłączyć kolejny panel fotowoltaiczny wraz z mikroinwerterem.

2. Możliwość projektowania i budowy instalacji fotowoltaicznych już od 1 modułu – w przypadku standardowych instalacji fotowoltaicznych jesteśmy ograniczeni pod względem minimalnej mocy instalacji, którą zastosujemy i minimalną mocą falownika np. od 3 kW w przypadku falowników 3-fazowych. Mikroinwertery pozwalają budować instalacje, w których skład wchodzi zaledwie kilka modułów fotowoltaicznych.

3. Budowanie instalacji fotowoltaicznych na nietypowych dachach i w przypadkach dużego zacienienia – tutaj warto zauważyć, że w przypadku rocznego zacienienia instalacji na poziomie 7 proc. instalacji dodatkowy uzysk z mikroinwerterów nie przekroczy 1 proc., dopiero przy 25 proc. zacienienia instalacji rocznie mikroinwertery dają 4 proc. więcej uzysku.

Nie rozwiązuje to w 100 proc. problemu zacienienia, ale pozwoli na poprawę pracy instalacji. Z drugiej strony nie zaleca się projektowania i montażu instalacji, gdzie zacienienie rocznie wynosi 25 proc. czy więcej. Jest to nieopłacalne.

REKLAMA

4. Możliwość monitorowania każdego modułu osobno – może to być korzyść dla bardziej wymagających osób nastawionych na dokładniejsze badania pracy mikroinstalacji fotowoltaicznej.

Wady stosowania mikroinwerterów

Biorąc pod uwagę nasze doświadczenie i informacje, które do nas docierają od innych specjalistów zajmujących się fotowoltaiką, mikroinwertery posiadają też pewne wady:

1. Praca w ekstremalnych warunkach – mikroinwertery są montowane pod modułami fotowoltaicznymi, przez co narażone są na trudne warunki atmosferyczne i wahania temperatur (w warunkach polskich obudowa mikroinwertera nagrzewa się upalne dni do 80 st. C) ma to wpływ na żywotność.

2. Większe ryzyko awarii instalacji fotowoltaicznej – zamiast 1 inwertera mamy tyle sztuk ile zamontowanych modułów. Obliczanie awarii w elektronice elektroenergetycznej jest bezpośrednio związane z liczbą komponentów w urządzeniach zbiorczych oraz temperaturą i wilgotnością, przy których te komponenty są zmuszone do działania. Więc jeśli system ma większą liczbę elementów lub działa w wyższej temperaturze i wilgotności, statystycznie jest znacznie bardziej prawdopodobne, że zawiedzie.

Analizy tego typu przeprowadzał koncern SMA (producent falowników i mikroinwerterów) i wynika z nich, że awaryjność w przypadku mikroinwerterów jest nawet do 10 razy częstsza niż falownika stringowego. Brano pod uwagę metodykę średniego czasu między awariami (MTBF). Jest to miara statystyczna stosowana do oszacowania prawdopodobnych awarii falownika.

3. Brak współpracy z nowoczesnymi akumulatorami litowo-jonowymi i brak możliwości rozbudowy w przyszłości o system magazynowania energii.

4. Utrudnione serwisowanie – w przypadku awarii najczęściej konieczne będzie zastosowanie dodatkowego sprzętu (np. zwyżki bądź rusztowania), by zdemontować moduł fotowoltaiczny i wymienić mikroinwerter pod nim zainstalowany, ewentualnie jeśli jest dostęp bez konieczności demontażu modułu, wówczas moduł musi być w całości zasłonięty nieprzezroczystą tkaniną przed odłączeniem mikroinwertera, co wymaga także odpowiednich warunków pogodowych i obecności 2 osób. Serwis “zwykłego” falownika można łatwo wykonać o każdej porze roku bez konieczności prac na dachu przez jedną osobę.

5. Większe ryzyko powstania pożaru – badania wskazują, że najczęstszą przyczyną incydentów pożarowych w przypadku instalacji fotowoltaicznych są złącza DC, a w szczególności połączenia wykonane złączami MC4 pochodzącymi od różnych producentów (zamienniki). W instalacji fotowoltaicznej z mikroinwerterami jest aż 2 razy więcej takich połączeń niż w przypadku standardowego inwertera.

6. W związku z podwojoną liczbą połączeń mikroinwertery-panele złączami MC4 istnieje 2x większe prawdopodobieństwo słabszego styku, a przez to większej rezystancji i większych strat w produkcji energii, a także penetracji wody do wnętrza złącz MC4 i w okresach zimowych rozsadzania takiego złącza. Konsekwencje to ograniczenia lub wyłączenia modułu/modułów z pracy.

7. Średnio 2 proc. niższa sprawność niż w przypadku inwertera sieciowego. Standardowa sprawność falownika to 97,5-98,6 proc., natomiast mikroinwertera 95-96,5 proc.

8. Wyższa cena – przy instalacji domowej w wersji 3-fazowej instalacja na mikroinwerterach będzie droższa w porównaniu do odpowiednika z jednym falownikiem. Wyliczenia prowadzone przez SMA wskazują, że instalacje do 3 kW i więcej przy mikroinwerterach zwracają się dłużej niż z falownikiem stringowym, a im większa instalacja, tym większa przewaga w szybszym zwrocie przy falowniku stringowym. Poniżej wykres dotyczący porównania okresu zwrotu.

 

 
Okres zwrotu w latach. Źródło: SMA
 
9. Mikroinwertery montowane na dachu przy modułach emitują fale o częstotliwości radiowej (w przypadku instalacji domowej jest to od kilkunastu do kilkudziesięciu urządzeń), co może powodować szkodliwe zakłócenia w komunikacji bezprzewodowej, odbioru radia i telewizji w domu i w takim przypadku trzeba przenieść antenę w inne miejsce z dala od urządzeń – jest to oficjalna informacja z instrukcji użytkowania/obsługi mikroinwerterów.
 

Mikroinwertery: Podsumowanie

Projektując instalację fotowoltaiczną, zwracamy uwagę na optymalną pracę całej instalacji, optymalne koszty, a także możliwie bezawaryjne działanie i krótki okres zwrotu. Ma to wpływ na to, jaką technologię inwerterową powinno się zastosować w konkretnym przypadku, dlatego warto podejść do każdej sytuacji indywidualnie, konsultując to z projektantem.

Prostym przewodnikiem jest to, że w przypadku systemów jednofazowych o mocy poniżej 3 kWp, w których występują zacienienia modułów, system mikroinwertorowy może być optymalnym rozwiązaniem. W większości pozostałych sytuacji opcją charakteryzującą się najlepszym okresem zwrotu i najniższym ryzykiem jest użycie dobrej klasy typowego falownika (inwertera).

Więcej informacji o doborze technologii inwerterowych i pozostałych komponentów instalacji fotowoltaicznych w Akademii Solsum: https://solsum.pl/szkolenia-fotowoltaika-html/kurs-dla-instalatora-pv/

Kompleksowa realizacja instalacji fotowoltaicznych, pomp ciepła na terenie Polski: SOLSUM sp. z o.o. www.solsum.pl

artykuł sponsorowany