Czy niskie napięcie startu falownika ma uzasadnienie?

Panuje przekonanie że im niższe napięcie startu falownika fotowoltaicznego tym lepiej gdyż szybciej zacznie on pracę i przez to wyprodukuje więcej energii szczególnie rano. Teza ta wydaje się logiczna. Wcześniejsza praca to więcej godzin pracy a co za tym idzie większe uzyski energii. Niemniej jednak jeśli byłaby ona prawdziwa producenci falowników w zdecydowanej większości dążyłby do obniżania napięcia startu i pracy. Tak się jednak nie dzieje z kilku powodów a jednym z nich jest eliminacja pracy falownika przy zasilaniu energią z sieci. 

Aby to wyjaśnić warto przypomnieć jak zmienia się napięcie oraz prąd modułu fotowoltaicznego wraz ze zmianami natężenia promieniowania słonecznego.

Zależność prądu i napięcie na module PV w zależności od natężenia promieniowania słonecznego

Prąd zmienia się praktycznie prostoliniowo to znaczy że dwa razy wyższe natężenie promieniowania słonecznego generuje dwa razy wyższy prąd i odwrotnie. Z kolei napięcie przy wysokich wartościach natężenia promieniowania słonecznego zmienia się nieznacznie i jest bliskie napięciu nominalnemu (tu temperatura ma duże znaczenie). Jednak jeżeli natężenie promieniowania słonecznego zaczyna przyjmować bardzo niskie wartości a szczególnie poniżej 200 W/m2 napięcie także zaczyna wyraźnie spadać. W konsekwencji przy ok 100 W/m2 wartość prądu wynosi prawie dokładnie 10% wartości nominalnej prądu z kolei napięcie ok 50-60% wartości nominalnej. Znaczenie ma tu rezystancja szeregowa i równoległa ogniwa i nie każde ogniwo będzie przyjmować dokładnie te same wartości. Niemniej jednak konsekwencją tego stanu rzeczy jest fakt że przy 10 % nominalnego natężenia promieniowania słonecznego moduł PV jest w stanie generować jedynie ok 5% mocy nominalnej a przy 5 % nominalnego natężenia promieniowania słonecznego moduł PV jest w stanie generować jedynie ok 1,5 % mocy nominalnej. - > krzywoliniowa zmiana. 

Warto także dodać że krzywa prądowo - napięciowa przy bardzo niskim natężeniu promieniowania słonecznego wygląda odmiennie od tej z warunków STC.

Porównanie charakterystyki prądowo - napięciowej w warunkach STC i przy bardzo niskim natężeniu promieniowania słonecznego 

W praktyce przy bardzo niskim natężeniu promieniowania słonecznego poniżej 100 W/m2 falownik w praktyce pracuje bardzo blisko napięcia obwodu otwartego co w konsekwencji powoduje że pozyskiwana przez niego moc z modułów PV jest jeszcze niższa od mocy teoretycznej. W rzeczywistości rozpoczęcie pracy przez falownik przy bardzo niskim napięciu np. poniżej 150 V dla falownika trójfazowego może oznaczać że o poranku moc możliwa do pozyskania z modułów PV będzie mniejsza niż ta potrzebna do zasilenia jego obwodów co w konsekwencji prowadzi do sytuacji w której falownik zamiast produkować energii i wprowadzać ją do sieci musi ją z niej pobrać aby się zasilić. Dlatego też podnoszenie argumentów że niższe napięcie startu jest korzystniejsze można potraktować jako chwyt marketingowy. Bardzo często pobór energii z sieci przez falownik jest maskowany przez oprogramowania które nie pozwala na przyjmowanie wartości ujemnych dla produkcji energii.

Jaki wybrać falownik do instalacji fotowoltaicznej?

Falownik to kluczowe urządzenie dla efektywnej pracy instalacji PV dlatego jego wyborowi warto poświęcić więcej uwagi a szczególnie kierować się potrzebami i funkcjonalnościami a nie marką. 

1 falownik transformatorowy czy beztransformatorowy?
Pierwszy podział na falowniki transformatorowe i beztransformatorowe to historycznie jeden z najstarszych podziałów. Niemniej jednak obecnie poza pewnymi niszowymi zastosowaniami na rynku dominują falowniki beztransformatorowe dlatego że:

• Są wydajniejsze co znaczy mają wyższą sprawność,
• Pracują w szerszym zakresie napięciowym,
• Są lżejsze i cichsze.

Z tego też powodu jedynym rozsądnym wyborem powinien być zdecydowanie falownik beztransformatorowy.

2. Mikro, szeregowy czy centralny
Drugi podział falowników bazuje na wielkości. Wyróżniamy tu mikrofalowniki, falowniki szeregowe oraz centralne.

mikrofalownik Enphase IQ7+ źródło Enphase

Falownik szeregowy KTL-MO źródło Huawei

Falownik centralny SMA Sunny Central 630MV źródło SMA

Myśląc o mikroinstalacji możemy od razu odrzucić falowniki centralne, które dedykowane są dla dużych Farm fotowoltaicznych. Dlatego realnym wyborem będą mikrofalowniki oraz falowniki szeregowe. Porównując te dwa rozwiązania warto powiedzieć że falowniki szeregowe będą pracować z wyższą sprawnością po drugie w przypadku awarii falownik szeregowy jest znacznie łatwiejszy do serwisowania dlatego że znajduje się w miejscu do którego jest łatwy dostęp. Z kolei mikrofalowniki są montowane pod modułami dlatego w przypadku awarii konieczny jest demontaż modułu a następnie mikrofalownika. Oczywiście mikrofalowniki mają też swoje zalety takie jak duża elastyczność w doborze instalacji i rozmieszczeniu modułów oraz wyższa wydajność przy częściowym zacienieniu instalacji ale te funkcjonalności mogą realizować również falowniki szeregowe współpracujące z optymalizatorami moc. Z tego powodu zazwyczaj najlepszym wyborem jest falownik szeregowy a w przypadku trudnego montażu falownik szeregowy współpracujący dodatkowo z optymalizatorami mocy. Na mikrofalowniki warto postawić jeżeli planujemy stopniową rozbudowę instalacji.

3. System MLPE (smart) czy klasyczny.
Ważnym podziałem jest podział na systemy wykorzystujące optymalizatory mocy lub mikrofalowniki nazywane systemem MLPE (Module-level power electronics) lub systemem smart. System Smart powinien być stosowany w miejscach w których moduły fotowoltaiczne muszą być ustawione pod różnymi kątami i azymutami na przykład z uwagi na skomplikowane konstrukcje dachu. Innym przypadkiem kiedy szczególnie warto wybrać MLPE jest zacienienie którego nie można uniknąć na przykład od kominów jaskółek czy drzew a dostępna przestrzeń montażowa nie pozwala na odsunięcie się na odpowiednią odległość od tych elementów.

Optymalizatory mocy SolarEdge-P300-505 źródło SolarEdge

Z kolei jeżeli montaż jest wykonywany w miejscu wolnym do zacienień a moduły fotowoltaiczne są skierowane w jedną stronę pod tym samym kątem i azymutem lepszym wyborem będzie system klasyczny opartym o falownik szeregowy chociażby z uwagi na korzystniejszą cenę. 

4. Jeno czy trzy trójfazowy.
Kolejnym kryterium wyboru choć ostatnio bardzo wąskim to wybór między falownikiem jednofazowy a trójfazowym. Z uwagi na zmiany w kryteriach przyłączenia mikroinstalacji przez zakłady energetyczne powyżej mocy 3,68 kW jedynym wyborem jest falownik trójfazowy. Z drugiej strony przy instalacji o mocy poniżej 3 kW z uwagi na dostępność jedynym realnym wyborem jest falownik jednofazowy. Wybór w praktyce pojawia się jeżeli moc instalacji jest w przedziale 3 do 3,68 kW. Dla tego przedziału mocy dostępne są zarówno falowniki jedno jak i trójfazowe. W tym przypadku zazwyczaj lepszym wyborem będzie zastosowanie falownika jednofazowego szczególnie z dwóch powodów. Posiada on korzystniejszą niższą cenę po drugie 3 kilowatowa instalacja po stronie DC daje prawie optymalne napięcie do pracy falownika jednofazowego z kolei falownik trójfazowy wymaga znacznie wyższego napięcia i przy tak małych mocach często nie pracuje w pełni optymalnie. Falownik trójfazowy bardzo małej mocy ma uzasadnienie jedynie w miejscach gdzie ze względów na słabą infrastrukturę energetyczną występuje wysoka impedancja która skutkuje problemami ze wzrostem napięcia w punkcie przyłączenia.

5. Liczba i rodzaj MPPT
Poza wyjątkami zastosowania falownika dedykowanego do współpracy z optymalizatorami mocy, każdy falownik będzie musiał być wyposażony w moduł MPPT. I tu warto pamiętać że większa liczba MPPT jest korzystna pod warunkiem że każdy MPPT pracuje z napięciem bliskim optymalnym wartością. Dla falownika jednofazowego jest to ok 350 V dla falownika trójfazowego ok. 600 V. Co oznacza że przy falowniku trójfazowym małej mocy 3-4 kW wykorzystywanie drugiego MPPT nie jest zasadne jeżeli wszystkie moduły PV są pod tym samym kątem i azymutem oraz jeżeli nie występują zacienienia. Wybierając falownik warto sprawdzić także czy MPP tracker posiada funkcję szukania punktu globalnego MPPT. Tego typu funkcje różnie nazywane u różnych producentów znacznie zwiększają wydajność przy zacienieniu.

6. Monitoring
Obecnie standardem jest globalny monitoring pracy falownika dlatego wybierając producenta należy sprawdzić czy udostępnia on za darmo dostęp do systemu monitorowania pracy na urządzenia mobilne i komputer. Przy monitoringu warto także sprawdzić jaki zakres danych jest zbierany. Na co dzień wystarczają dane o mocy, ilości energii oraz błędach (prędzej czy później zawsze się zdarzą ). Jeżeli instalacja zaczyna pracować nieprawidłowo bardzo przydatne stają się rozszerzone dane z monitoringu takie jak prądu oraz napięcia po stronie DC, prądy napięcia i częstotliwość po stronie AC. Analiza tych danych często pozwala określić przyczynę nieprawidłowej pracy instalacji PV.

-----------------------------------------

Falowniki o wyższym napięciu pracy – potencjał do oszczędności na farmach PV

Jednym ze sposobów obniżenia kosztów wykonania farm fotowoltaicznych jest podniesienie napięcia pracy zarówno po stronie AC jak i DC. Wyższe napięcie pracy to niższe straty na przesyle co z kolei pozwala oszczędzić na okablowaniu. W raz z pojawieniem się modułów 1500V odpowiedzią rynku było pojawienie się falowników pozwalających na pracę po stronie DC na poziomie 1500 V. Falowniki te bardzo często posiadają także wyższe napięcie pracy po stronie AC najczęściej 600V / 800V pracują także w układzie 3W+PE czyli bez przewodu neutralnego. Zmiana napięcia pracy z 0,4 kV na 0,8 kV pozwala na ograniczenie strat po stronie AC na poziomie 75% z kolei zastosowanie modułów PV 1500 V to dodatkowe ograniczenie strat po stronie DC na poziomie 50% (w zależności od konfiguracji łańcuchów PV) ograniczenie strat przekłada się na niższe koszty okablowania. W konsekwencji przejście z systemu 1000 V na 1500 V pozwala na oszczędności w zakresie grupy kosztów Balance od System (BoS) na poziomie do 10%. Należy dodać także że falowniki pracujące z wyższym napięciem są to konstrukcje większej mocy. Na przykładzie typoszeregu falowników Huawei w przeliczeniu na wat mocy falownik wysokonapięciowy SUN2000-60KTL jest blisko 20% tańszy niż falownik pracujący na klasycznym napięciu SUN2000-36KTL.

Falownik SUN2000-60KTL pracujący na napięciu 1500 V DC i 800 V AC 

Dążenie do optymalizacji kosztów budowy fam fotowoltaicznych będzie skłaniało wielu inwestorów do przechadzania na systemy pracujące na wyższych napięciach. Zmiana ta jednak będzie następować powoli z uwagi na szereg ograniczeń. Zastosowanie falowników pracujących na wyższych napięciach wymaga zakupu modułów 1500 V tego typu moduły choć wprowadzone przez wielu dużych producentów nie są jeszcze standardem a ich dostępność jest ograniczona. Z drugiej strony problemem jest dostępność transformatorów o znamionowym napięciu wtórnym 800 V. Takie stacje transformatorowe są produktami na zamówienie co w ocenie wielu inwestorów rodzi obawy o serwis i wymianę w przypadku awarii. Największym ograniczeniem jednak jest sama dostępność falowników 1500 V których jest niewiele na rynku oraz dostępności komponentów takich jak bezpieczniki DC, wyłączniki prądu stałego i jednostki monitorujące dostosowane do wyższego napięcia pracy.

Kryteria wyboru falowników przez instalatorów PV

Ciągle panuje przekonanie że dla polskich wykonawców instalacji PV przy wyborze komponentów głównym kryterium jest cena? Taki obraz nie jest w pełni prawdziwy a jak przyjrzymy się poszczególnym komponentom instalacji PV wyraźnie widać że dojrzewający polski rynek firm wykonawczych coraz częściej poza ceną docenia wsparcie techniczne, szkolenia techniczne czy dobrą opinię o firmie. Szczególnie w przypadku takich urządzeń jak falowniki, które potencjalnie są najbardziej problematycznym elementem instalacji PV. Na podstawie badań ankietowych wynika że dla 92% instalatorów wsparcie techniczne po sprzedaży jest ważne lub bardzo ważne. Z kolei cena jest ważna lub bardzo ważna jedynie dla 60% ankietowanych.

Na podstawie badań ankietowych wykonanych pzez SBF Polska PV wśród ponad 100 firm wykonawczych i instalatorów PV którzy w 2016 roku zainstalowali 20 MWp mikroinstalacji. 

Specyfika każdego urządzenia sprawia, że zmieniają się kryteria jego wyboru. W przypadku modułów PV cena odgrywa już większe znaczenie. Dla 79% instalatorów przy zakupie modułów PV cena jest ważna bądź bardzo ważna. Jednak także w przypadku tego urządzenia ważniejsza okazuje się dobra opinia o firmie, która ważna i bardzo ważna jest dla 82% wykonawców.

Z kolei przy wyborze konstrukcji wsporczych ponad 50 % instalatorów za bardzo ważne wskazało certyfikaty i atesty. Taki wynik pokazuje, że rośnie świadomość wyboru urządzeń także w przypadku elementów instalacji które do tej pory były często pomijane.

Instalatorzy bardzo różnie oceniają także poszczególnych producentów, ale o tym więcej przy prezentacji raportu - Rynek Fotowoltaiczny 2016 w ocenie firm wykonawczych podczas forum
SOLAR+ w ramach targów ENEX.

RAPORT - Rynek Fotowoltaiczny 2016 w ocenie firm wykonawczych

Spis treści:

• OCENA ROKU 2016 I OCZEKIWANIA NA 2017
• OCENA CZASU PRZYŁĄCZENIA MIKROINSTALACJI I DZIAŁAŃ OSD
• KRYTERIA WYBORU MODUŁÓW PV I FALOWNIKÓW 
• CZAS DZIAŁANIA NA RYNKU FIRM Z BRANŻY PV I STRUKTURA KLIENTÓW 
• SKĄD POCHODZĄ INSTALATORZY PV W POLSCE?
• PREFERENCJE W ZAKRESIE WYBORU PRODUCENTÓW MODUŁÓW I FALOWNIKÓW
• KTÓRZY PRODUCENCI MODUŁÓW PV I FALOWNIKÓW SĄ NAJCZĘŚCIEJ WYBIERANI PRZEZ INSTALATORÓW
• OCENA SERWISU PRODUCENTÓW FALOWNIKÓW

Bilansowanie międzyfazowe a ekonomika falowników jednofazowych.

Ustawa OZE wprowadza obowiązek bilansowania międzyfazowego przy pomiarze produkcji i zużycia energii przez prosumenta. Obowiązkiem tym zostały objęte jedynie instalacje trójfazowe. 

Na czym polega bilansowanie międzyfazowe? 

Wyobraźmy sobie sytuację w której posiadamy 3 fazową instalację PV o mocy 3 kW oraz przyłączony odbiornik jednofazowy o mocy 3 kW. 

W takim przypadku przy braku bilansowania międzyfazowego licznik energii w ciągu godziny pokaże produkcję 2 kWh energii oraz zużycie 2 kWh energii naturalnemu zbilansowaniu ulegnie jedynie 1 kWh. Jeżeli licznik dokonywałby bilansowania zarówno produkcja jak i pobór wynosiłby 0 kWh. Takie rozwiązanie będzie obowiązywać w Polsce od 1 stycznia 2017r. 

W ustawie OZE nie objęto bilansowaniem międzyfazowym instalacji jednofazowych. Wyobraźmy sobie sytuację w której posiadamy 1 fazową instalację PV o mocy 3 kW oraz przyłączony odbiornik jednofazowy o mocy 3 kW. 

W przypadku gdy instalacja PV będzie podłączona do innej fazy niż odbiornik energii licznik energii pokaże w ciągu godziny pobór 3 kWh energii oraz produkcję energii 3 kWh. 

Zerowe zużycie energii można osiągnąć w przypadku gdy dostarczanie mocy przez instalację PV oraz pobór mocy odbywa się w ramach jednej fazy oraz o równej wartości. Taki przypadek przedstawia poniższa grafika. 

Kiedy wybrać trójfazowy falownik?

W przypadku najmniejszych instalacji do 3 kW zasadniczo dostępne są tylko falowniki jednofazowe. Z kolei powyżej 4,6 kW z uwagi na wymogi OSD konieczne jest stosowanie falowników trójfazowych. Realny wybór pojawia się w przypadku instalacji 3-4,5 kW które jednocześnie są dość typowymi instalacjami dla domków jednorodzinnych. 

Z ekonomicznego punktu widzenia zastosowanie falownika 3-fazowego podnosi bieżącą konsumpcję własną z drugiej strony małe falowniki 3-fazowe są istotnie droższe od falowników jednofazowych. 

Czy wydatek na droższy falownik trójfazowy małej mocy zwróci się w systemie opustów? 

System opustów dla najmniejszych instalacji pozwala na odebranie 80% energii wprowadzonej do sieci. Oznacza to że nawet w przypadku zerowej konsumpcji bieżącej „bilansowaniu” będzie podlegać 80% wyprodukowanej rocznie energii. O ile zwiększy efektywny poziom bilansowania rocznego zastosowanie falownika 3-fazowego który będzie mógł korzystać z bilansowania między fazowego. 

Zastosowanie falownika trójfazowego i rozliczenie w ramach bilansowania międzyfazowego pozwala zazwyczaj zwiększyć udział bieżącej konsumpcji energii z 10% do 20%. Jednak efektywny poziom rocznego bilansowania zwiększy się z ok. 82% do 84%. 

Liczba zasilanych faz	Bieżąca konsumpcja własna	Efektywny poziom rocznego bilansowania
1	10	82
3	20	84

Efektywny poziom rocznego bilansowania – udział procentowy wykorzystanej energii obejmujący rozliczenie w ramach opustu oraz bieżącą konsumpcję własną. 

Oznacza to że zastosowanie falownika trójfazowego pozwala zwiększyć całościowo wykorzystanie energii o ok. 2p% przeliczając to na pieniądze okazuje się że oszczędności z zastosowania falownika trójfazowego nie są aż tak duże. Załóżmy że falownik 3 kW będzie pracował 15 lat. W tym czasie wyprodukuje ok. 14250 kWh energii. Cena energii średnio w czasie 5 lat będzie kosztować w pierwszym roku 0,55 zł/kWh a po 15 latach 0,91 zł/kWh. Dla tak przyjętych założeń oznacza że falownik 3 fazowy pozwoli zaoszczędzić ok. 204 zł jest to kwota sporo niższa niż różnica w cenie między 3 kW falownikiem 1 i 3 razowym która zazwyczaj wacha się od 350 – 800 zł. 

Wynika z tego że falowniki 3 fazowe małej mocy warto wybrać z innych pobudek niż ekonomiczne. Z kolei inwestorzy którzy podchodzą do inwestycji czysto ekonomicznie powinni do 4,5 kW postawić na falowniki jednofazowe.

Moc czynna, bierna i pozorna falownika fotowoltaicznego

Prąd przemienny ma przebieg sinusoidalny, gdzie zmiany napięcia i natężenia prądu podlegają cyklicznym zmianom z częstotliwością 50 Hz. Jeżeli między prądem a napięciem nie ma żadnego przesunięcia, w tym samym czasie występują maksymalne wartości prądu i napięcia, następnie jednocześnie prąd i napięcie przechodzą przez zero, cała generowana moc jest mocą czynną.

Jeżeli prąd i napięcie są przesunięte o pewien kąt fi, oprócz mocy czynnej zaczyna pojawiać się moc bierna. W skrajnym przypadku między prądem a napięciem może występować przesunięcie fi = 90°, w takim przypadku, gdy napięcie osiąga szczytową wartość, prąd równa się zero i na odwrót. Generowana moc jest mocą bierną.

Moc czynna P jest to moc w układach prądu przemiennego, która jest zamieniana na pracę lub energię. Jednostką mocy czynnej jest wat [W].

Moc bierna Q jest to moc w układach prądu przemiennego, która nie jest zamieniana na pracę lub energię, ma charakter pulsacyjny, cyklicznie jest pobierana i oddawana do sieci. Istnienie mocy biernej związane jest z działaniem urządzeń elektrycznych, jak silniki czy kondensatory, do pracy których istnienie mocy biernej w sieci jest niezbędne. Z uwagi na charakter mocy biernej można ją podzielić na indukcyjną i pojemnościową. Choć moc bierna nie jest zamieniana na pracę, to jednak wiąże się z kosztami jej przesyłu. Jednostką mocy biernej jest war [var] (ang. var – Volt Ampere Reactive).

Moc pozorna S jest to moc w układach prądu przemiennego, która jest geometryczną sumą mocy biernej i czynnej. Jednostką mocy pozornej jest woltoamper [VA]

Z punktu widzenia właściciela instalacji fotowoltaicznej najbardziej korzystne jest, aby falownik utrzymywał współczynnik mocy, czyli cos(fi)=1, gdyż wtedy cała generowana moc będzie mocą czynną. Z kolei z uwagi na funkcjonowanie całej sieci elektroenergetycznej operatorzy sieci wymagają zwłaszcza od większych instalacji, aby część mocy dostarczanej do sieci miała charakter mocy biernej pojemnościowej lub indukcyjnej.

Poprawna konfiguracja falownika jest szczególnie istotna w przypadku instalacji PV wykonywanych dla  firm które ponoszą koszty przekroczenia dozwolonego wskaźnika mocy biernej. Szczególnie kosztowne może być prze-kompensowanie mocy biernej pojemnościowej za którą zakłady energetyczne naliczają wysokie kary. Należy dodać że właściciele mikro instalacji nie mają obowiązku kompensacji mocy biernej przez posiadane przez nich mikro instalacje i powinny być one tak konfigurowane aby cos(fi)=1.

Więcej o doborze falownika w instalacji w książce 

Napięciowy zakres pracy falownika

Każdy falownik charakteryzuje kilka poziomów napięcia DC, przy którym różny będzie stan jego pracy. Analizując wykres zależności mocy falownika od napięcia po stronie DC zauważany, że zazwyczaj napięcie startu Vstart jest powyżej napięcia minimalnego pracy Vmin lecz poniżej dolnej granicy napięcia MPPt Vmppt-min. Zapis ten należy interpretować tak, że gdy napięcie po stronie DC przekroczy Vstart falownik się załączy i zacznie szukać punkt mocy maksymalnej. Jeżeli punk ten będzie powyżej Vmin falownik podejmie pracę, lecz dopóki napięcie nie przekroczy Vmppt-min falownik nie będzie w stanie pracować z mocą maksymalną (nominalną). Jedynie w zakresie napięcia DC powyżej Vmppt-min i poniżej Vmppt-max falownik jest w stanie pracować z mocą maksymalną przy czy przy napięciu Vnom osiąga najwyższą sprawność konwersji DC/AC. Przy przekroczeniu Vmppt-max zazwyczaj także możliwa jest jeszcze praca falownika aż do napięcia maksymalnego, przy czym jego moc szybko i liniowo jest redukowana w celu ochrony tranzystora mocy.

Napięciowy zakres pracy falownika w funkcji mocy. 

Każdy producent powinien zawsze podawać powyższe zakresy napięciowe pracy i w oparciu o niego powinny być konfigurowane łańcuchy modułów. Konfiguracja powinna być tak wykonana, aby napięcie nominalne na łańcuchach modułów było możliwie blisko napięcia nominalnego (optymalnego) V nom. W przypadku większości konstrukcji falowników oznacza to pracę bliżej górnej niż dolnej granicy V mppt. Dodatkowo w każdych warunkach temperatury napięcie nie powinno wyjść poza zakres MPPT gdyż tylko wtedy mamy pewność, że niezależnie od temperatury falownik będzie mógł pracować z mocą maksymalną. Duży problem pojawia się w przypadku wykorzystania przemysłowych modułów 60 ogniwowych 250 - 260 W do mikroinstalacji. W takim przypadku trudna jest optymalna konfiguracja prądowo napięciowa. 

Więcej o doborze falownika w instalacji w książce 

 

Czy chińskie falowniki zdominują europejski rynek ?

Poprzez analogię do rynku modułów fotowoltaicznych wiele osób zadaje sobie pytanie, dlaczego jeszcze chińskie falowniki nie zdominowały europejskiego rynku? Czy problemem jest tu cena, jakość, brak znanej marki? W mojej ocenie problem leży zupełnie gdzie indziej. Zaczynając od końca marka w instalacjach fotowoltaicznych niema największego znaczenia. Wśród inwestorów nawet największe marki jak SMA są słabo rozpoznawalne. Z tego powodu dość łatwo wypromować na rynku dowolną markę. Problemem nie jest także technologia. Na przestrzeni ostatnich kilku lat chińscy producenci zrobili olbrzymi postęp w zakresie oferowanych produktów. Nie oznacza to, że każdy chiński falownik jest doskonały, ale wśród dość szerokiego grona urządzeń można znaleźć kilka rodzynków, którzy posiadają wysokiej, jakości produkty z ładnym design. Także cena chińskich produktów jest bardzo atrakcyjna często 50% niższa niż głównych europejskich producentów przy tej samej funkcjonalności i porównywalnej jakości.

Dlaczego zatem chińczycy nie zdominowali do tej pory europejskiego rynku?

W mojej ocenie problem chińskich producentów opiera się o trzy płaszczyzny. Pierwszą z nich jest dostępność produktów w europie. Chińczycy nie chcą produkować na magazyn podobnie jak i europejscy producenci jednak ci drudzy mają tą przewagę, że posiadają ugruntowaną pozycję na rynku i dystrybutorów, którzy kupują na magazyn ich produkty a dodatkowo dostawa nie wymaga kilkutygodniowego transportu morskiego. Potwierdzeniem tej tezy jest marka Growatt, która nie wyróżnia się niczym szczególnym na tle innych chińskich producentów, lecz jako jedna z pierwszych stworzyła wolnocłowe magazyny w europie i znacząco zwiększyła sprzedaż. Drugim problemem jest serwis. W przeciwieństwie do modułów PV falowniki są bardziej awaryjne a ich montaż i konfiguracja wymaga odpowiedniej wiedzy i umiejętności. Szczególnie na nowych rynkach wykonawcy wolą oferować produkty dla, których mają wsparcie techniczne nawet, jeżeli są one droższe. Ostatnią kwestią jest promocja i marketing. Obecnie na rynku nie da się budować sprzedaży nawet najlepszych produktów bez nakładów na marketing w tym na szkolenia produktowe. Jednym z filarów sukcesu firmy SMA i przywiązania wielu wykonawców do tej marki były szkolenia i działania marketingowe, które przynoszą korzyści marce do tej pory mimo znaczącego ograniczenia działań w sferze promocji.

Odpowiedź na pytanie czy chińskie falowniki zdominują europejski rynek nie jest łatwe i w dużej mierze zależy od samych chińczyków ich podejścia. Zdecydowanie widać, że wiele firm zauważyło, że nie da się budować sprzedaży bez dostępności produktów w europie i zaczęło uruchamiać wolnocłowe magazyny. Za dostępnością produktów nie zawsze w parze idą działania promocyjne i zaplecze serwisowe. Niemniej jednak w mojej ocenie udział chińczyków w europejskim rynku falowników będzie rósł, choć nie spodziewałbym się tak szybkiej dominacji jak w przypadku modułów PV.

Częstotliwość jako parametr “ilości” energii w sieci

Często spotykam się z pytaniem czy niezależna praca mikroelektrowni fotowoltaicznych stanowi zagrożenie dla destabilizacji sieci energetycznej? Czy brak bezpośredniej kontroli Operatora Systemu Dystrybucyjnego (OSD) nad mikroelektrowniami nie jest niebezpieczny? Każdy falownik fotowoltaiczny, choć pracuje niezależnie od OSD w sposób ciągły monitoruje parametry energii elektrycznej w sieci i dostosowuje się do nich. Z tego względu falownik fotowoltaiczny nie podejmie pracy bądź ją zakończy, jeżeli wartość napięcia czy częstotliwości jest poza ustalonym zakresem. Szczególnie częstotliwość jest tu kluczowym parametrem gdyż w skali całego systemu energetycznego jest miara ilości mocy w systemie. To kontrola tego parametru nie pozwoli falownikowi na podjęcie pracy, jeżeli podaż mocy przewyższa popyt na nią.  

Częstotliwość polskiego jak i europejskiego systemu elektroenergetycznego wynosi 50 Hz. Oznacza to, że wszystkie turbiny generatorów w elektrowniach jak również silniki w urządzeniach zasilanych energią elektryczną wirują ze ściśle określoną prędkością wyznaczoną przez częstotliwość prądu - 50Hz. W przypadku niedopasowania mocy odbieranej w stosunku do wytwarzanej będzie następować zmiana częstotliwości. Zmiana ta będzie wywołana zmianą prędkości obrotowej wszystkich mas wirujących, jakie są w systemie. Analiza tej zmiany pozwala ocenić czy w sieci jest nadmiar czy niedobór energii.

Jeżeli pomiar częstotliwości wskazuje wynik poniżej 50 Hz oznacza to, że wszystkie maszyny wirujące w systemie (turbiny, silniki, prądnice) zaczynają obracać się za wolno. W systemie energetycznym potrzeba więcej mocy.

Jeżeli pomiar częstotliwości wskazuje wynik powyżej 50 Hz oznacza to, że wszystkie maszyny wirujące w systemie (turbiny, silniki, prądnice) zaczynają obracać się za szybko. W systemie energetycznym występuje nadmiar mocy.

Wybór typu falownika

Krótki wykład na temat różnic między typami falowników i ich wyborze do instalacji. W filmie odpowiedz dlaczego najczęściej wybierane są falowniki beztransformatorowe oraz dlaczego gdy potrzebny w instalacji jest falownik transformatorowy wybrać ten z oznaczeniem HF.

Wzrost napięcia w miejscu przyłączenia falownika

W przypadku podłączenia do sieci odbiornika prądu przemiennego w miejscu podłączenia będzie następował spadek napięcia wynikający z prawa Ohma U=IxR gdzie R to opór elektryczny, którego odpowiednikiem w obwodach prądu przemiennego jest zespolona impedancja.

Analogicznie, jeżeli do sieci zostanie podłączony falownik, w miejscu przyłączenia zacznie rosnąć napięcie proporcjonalnie do ilości wprowadzanego prądu i impedancji sieci. Falownik, jako źródło prądowe, nie podnosi napięcia, aby wprowadzić prąd do sieci, jednak interakcja falownika i sieci powoduje, że następuje wzrost napięcia. Problem zaczyna się pojawiać, jeżeli zostanie podłączony falownik większej mocy w miejscu, gdzie występuje wysoka impedancja sieci. W takim przypadku wzrost napięcia będzie tak wysoki, że spowoduje odłączenie falownika od sieci. Przy ustawionym w falowniku standardzie współpracy z siecią VDE 0126-1-1 graniczny wzrost napięcia to 253 V, falownik odłączy się od sieci, jeżeli w czasie 10 minut średnie napięcia przekroczy wspomnianą wartość. Z kolei, jeżeli wzrost napięcia przekroczy 260 V odłączenie nastąpi natychmiastowo. Na samą impedancję sieci energetycznej nie mamy wpływu, leży ona po stronie zakładu energetycznego. W celu uniknięcia lub minimalizowania problemu wyłączenia się falownika z uwagi na przekroczenie napięciowego zakresu pracy należy:

• Lokować falownik możliwie blisko rozdzielnicy głównej w budynku.
• Dobierając przewody do podłączenia falownika po stronie AC, trzymać się zasady minimalizacji spadku napięcia poniżej 1%.
•  W miejscach o słabej infrastrukturze energetycznej unikać projektowania instalacji fotowoltaicznych większych mocy lub dokonać pomiaru impedancji pętli zwarcia.

Bardzo często wzrost napięcia w sieci i wyłączenie się falownika jest mylnie interpretowane jako efekt zbyt bliskiego sąsiedztwa trafostacji. W rzeczywistości to duża odległość od stacji trafo przyczynia się do wysokiej impedancji sieci w miejscu przyłączenia, wzrostu napięcia i w konsekwencji wyłączania falownika