Dobór mocy falownika a wydajność instalacji fotowoltaicznej

Z tekstu dowiesz się:

• do czego służy falownik w instalacji fotowoltaicznej,
• jak działają moduły fotowoltaiczne,
• jak wyglądają optymalne warunki pracy falownika oraz dobór jego mocy.

Zamontowanie fotowoltaiki dla domu może być znakomitym sposobem na oszczędności związane z wydatkami na energię elektryczną. Aby tak się jednak stało, należy odpowiednio dopasować rozmiar i moc instalacji, a także dobrać falownik do fotowoltaiki. Co to jest i jak tego dokonać? Dowiesz się z naszego artykułu!

Co to jest falownik i do czego służy?

Moduły fotowoltaiczne pozyskują energię słoneczną i generują energię elektryczną w postaci prądu stałego. Zadaniem falownika fotowoltaicznego jest zamiana prądu stałego na prąd i napięcie przemienne o parametrach zgodnych z wymaganiami sieci energetycznej. Otrzymujemy zatem napięcie 230 lub 400 V oraz częstotliwość 50 Hz. Prócz tego, w zależności od modelu, falownik jest wyposażony w szereg zabezpieczeń i elementów sterujących. Stabilizuje on także napięcie stałe po stronie modułów, jak i napięcie przemienne po stronie sieci energetycznej.

Bardzo ważną funkcją falownika jest również optymalizacja pracy modułów fotowoltaicznych tak, by w danej chwili pracowały z możliwie najwyższą mocą. Jest to tak zwana funkcja śledzenia punktu maksymalnej mocy łańcucha (szeregu) modułów fotowoltaicznych (MPPT). Uzyskanie wysokiej efektywności systemu zależy między innymi od dopasowania mocy falownika do mocy modułów fotowoltaicznych. Trzeba bowiem pamiętać o tym, iż:

• z jednej strony moc modułów fotowoltaicznych ulega bardzo dużym zmianom,
• z drugiej strony sprawność falownika w trakcie przekształcania prądu stałego na przemienny również ulega wahaniom. Może ona wynosić około 98%, ale w niekorzystnych warunkach może być znacznie niższa.

Jak działają moduły fotowoltaiczne?

Decydując się na zastosowanie konkretnego rodzaju modułów fotowoltaicznych, np. o mocy 325 Wp powinniśmy pamiętać o tym, iż podana moc jest wartością nominalną osiąganą w określonych, tzw. standardowych warunkach (STC). Parametry te zostały ściśle określone i każdy moduł przechodzi badania dla tych samych warunków. Dzięki temu łatwo możemy porównywać, np. moc, napięcie czy sprawność poszczególnych modułów.

Warto wiedzieć, że moc modułów określa się dla temperatury modułu równej 25°C oraz natężenia promieniowania słonecznego 1000 W/m2. W praktyce, w warunkach polskich, sytuacja taka występuje rzadko. Jedynie około 1% energii docierającej do modułów pozyskuje się przy natężeniu promieniowania słonecznego na poziomie 1000 W/m2. Zaś większość energii słonecznej dociera do modułów z natężeniem w zakresie od 100 do 600 W/m2. Widać więc jasno, że moduły pracują z reguły z mocą znacznie niższą od maksymalnej.

Inną okolicznością jaka ma wpływ na moc modułów jest temperatura. W słoneczny dzień mogą one nagrzewać się nawet do 70°C, co skutkuje spadkiem sprawności, a przez to i mocy modułów. W związku z tym, poza kilkunastoma godzinami w maju i czerwcu, moc generowana przez moduły fotowoltaiczne jest zawsze niższa od mocy określonej dla standardowych warunków (STC). Przez wiele godzin moc generowana przez instalację fotowoltaiczną jest bardzo niska, np. z uwagi na niskie natężenie promieniowania słonecznego, czy też wysoką temperaturę modułów (dotyczy to szczególnie montażu nad dachem).

Jak działa falownik fotowoltaiczny – optymalne warunki pracy i dobór mocy

W większości domowych instalacji fotowoltaicznych stosuje się monokrystaliczne, ewentualnie polikrystaliczne moduły fotowoltaiczne. Do współpracy z tymi rodzajami modułów stosuje się tzw. falowniki beztransformatowe. Jedną z ich zalet jest stabilna i wysoka sprawność osiągająca nawet 98%. Można więc powiedzieć, iż przetwarzają one prąd stały na przemienny niemalże bez strat. Tak wysoki współczynnik sprawności jest jednak osiągany w sytuacji, gdy moc generowana przez moduły fotowoltaiczne wynosi w danej chwili co najmniej 10% mocy maksymalnej falownika. Poniżej tego progu, sprawność falownika szybko spada. Jest to widoczne szczególnie w godzinach porannych, gdy natężenie promieniowania słonecznego jest niskie, a kąt padania promieni słonecznych niekorzystny. W tym czasie obserwuje się znacznie niższą sprawność falownika. Przykładowo moduły generują moc 400 W, a do instalacji wewnętrznej budynku dopływa około 300 W.

Chcąc zredukować liczbę godzin pracy falownika z niskim obciążeniem, a przez to i niższą sprawnością, wybiera się często falownik, którego moc maksymalna jest o 10-12% niższa od mocy maksymalnej modułów fotowoltaicznych. Dzięki temu wzrasta obciążenie falownika w godzinach występowania niższego natężenia promieniowania słonecznego i rośnie efektywność instalacji. Niejednokrotnie możliwa jest też niewielka redukcja kosztów instalacji z uwagi na niższą cenę falownika. Powyższą metodę doboru należy traktować wyłącznie jako wstępną. Precyzyjnego doboru dokonuje projektant instalacji w oparciu o określenie:

• napięcia generowanego przez wybrany rodzaj modułów fotowoltaicznych dla różnych warunków,
• minimalnego napięcia pracy danego modelu falownika (Vmin),
• minimalnego napięcia, które umożliwia pracę falownika z mocą maksymalną (Vmin MPPT),
• napięcia maksymalnego na wejściu do falownika (Vmax).

Jaki falownik do fotowoltaiki wybrać? W zależności od cech indywidualnych poszczególnych falowników, możliwe jest, iż z jednego typoszeregu wskazany będzie wybór urządzenia o niższej mocy, a z drugiego o mocy zbliżonej do mocy maksymalnej modułów fotowoltaicznych. W każdym przypadku niezbędne jest uwzględnienie wymienionych wyżej parametrów dla konkretnej konfiguracji modułów fotowoltaicznych.

Decydując się na system fotowoltaiczny, jak np. auroPOWER, warto skonsultować się ze specjalistami marki Vaillant w celu odpowiedniego doboru falownika. Dzięki temu pobór energii będzie jak najbardziej efektywny, a także zapewni zmniejszenie kosztów energii elektrycznej

Przeczytaj też: Jak sprawdzić, ile paneli fotowoltaicznych potrzebujesz?