МенюРубрики

Мікро і наноинверторы

 

Зменшення сонячного інвертора, призводить до збільшення продуктивності

Сонячна електростанція сприймається як єдине ціле не тільки обивателем, але і деякими складовими пристроями, наприклад інвертором. Таке уявлення було закладено спочатку, для здешевлення всього комплексу генератора електрики з альтернативного джерела. Але виявляється, що такий підхід жахливо знижує продуктивність системи.

Для чого потрібен інвертор сонячної системи

Сонячна панель генерує постійний струм (DC), але в побутових умовах всі прилади розраховані на змінний (АС). Завдання инвертора, перетворювати постійний струм у змінний, або ж модифікувати його для зарядки акумуляторів.

На инверторы в системах альтернативної енергії покладається і додаткова функція – відстеження точки максимальної потужності (МРРТMaximum Power Point Tracking). Цей параметр визначає, яке навантаження потрібно прикласти до масиву сонячних панелей, щоб витягти максимум енергії.

Скабрезность ситуації в тому, що інвертор оцінює середній показник всієї системи, ігноруючи кожну панель, і тим более сонячний модуль, окремо. Але і в цьому випадку, втручаються природні фактори, наприклад часткове затінення одного модуля або забруднення поверхні сонячної панелі. Доведено, що за певних обставин, затінення всього 9% масиву фотопанелей, знижує загальну продуктивність більш ніж на 50%!

Чому так впливає затінення?

Проблема криється в тому, як осередку з'єднані в сонячних панелях, і в централізованій формі оптимізації продуктивності, виконуваної інвертором системи.

Більшість сонячних електростанцій зроблено з панелей, з'єднаних паралельно. Кожна панель подає постійний струм у інвертор, який перетворює його в змінний струм, а також оптимізує вироблення електроенергії за допомогою відстеження точки максимальної потужності (MPPT).

У свою чергу, кожен модуль в панелі складається з комірок з'єднаних послідовно.

Для запобігання виходу з ладу всього ланцюжка осередків, коли одна з них не працює, типова установка оснащена «обхідними діодами». Вони перенаправляють струм навколо неефективних клітин. Хитрість у тому, що перенаправлення струму призводить не тільки до втрати потенційної енергії від цих осередків, але і знижує напругу всієї лінії!

Це ставить інвертор перед дилемою:

  1. оптимізувати напругу за параметрами «неефективною лінії»;
  2. максимізувати збір енергії за даними ефективної лінійки панелей.

У більшості випадків інвертор обирає перший варіант, в результаті чого збір енергії від лінії з дефектом однієї клітинки, падає майже до нуля.

На побутовому прикладі, це можна описати в наступному досвіді, припустимо всім учням середньої школи треба вместе пробігти крос 10 км. Керівник забігу (інвертор), прагнучи до оптимізації, задасть такий темп руху, що випускники будуть йти кроком, першачки мчати щодуху, а середні класи бігти підтюпцем. Адже серед учнів є діти з ослабленим здоров'ям... Тому загальний забіг влаштовують тільки для учнів одного року (однакові фотопанелі).

Затінення, яке викликає цю втрату ефективності, може приймати різні форми. В залежності від об'єкту, що викликає затінення, він може бути тільки сезонним або протягом декількох годин кожен день, що призводить до явно загадковим коливань потужності. Втрати енергії, викликані частковим затіненням сонячних модулів, важко передбачити, оскільки вони залежать від декількох змінних, у тому числі:

  • внутрішніх межкомпонентных сполук;
  • орієнтація модуля;
  • як модулі зв'язані в масиві;
  • конфігурації перетворювача та ін.

Саме тому сонячну електростанцію збирають з абсолютно однакових панелей. Але і це не вирішує проблему, адже кожна панель зібрана з модулів, а ті в свою чергу з комірок.

Варіанти вирішення проблеми

Інвертори були досить дорогими приладами, на зорі розробки і створення електростанцій на поновлюваних джерелах енергії. Тому весь масив сонячних панелей, підключався до одного інвертора. Це прийняли за класичну компоновку.

Описана вище проблема з падінням продуктивності, доповнюється лімітом потужності кожного інвертора. Наприклад, власник сонячної електростанції, у якого 10 фотопанелей по 200 Вт, через рік вирішує додати в систему ще 5 модулів. Але номінальна потужність інвертора 2,5 кВт, а значить, потрібно поміняти і цю частину обладнання. Та й в одному комплексі, старі і нові панелі будуть працювати взагалі не ефективно.

Микроинверторы — перший крок до збільшення продуктивності

Про можливість і затребуваність таких пристроїв було відомо з самого початку формування ринку генераторів з відновлюваних джерел енергії. Однак відсутність відповідних технологічних рішень і висока ціна комплектуючих призводила до того, що фактично випускалися зменшені копії звичайних інверторів. Перший зразок микроинвертора випустила на ринок німецька фірма Mastervolt в 1993 р.

Новачок у своєму ринковому сегменті називався Sunmaster 130S і працював на основі високочастотного імпульсного перетворювача. Це рішення зробило сильний вплив на весь ринок комплектуючих для сонячних електростанцій. Адже такі пристрої набагато менше грілися, і були надійніше.

Sunmaster 130S розрахований на підключення до однієї панелі, потужністю 130 Вт і напругою 24 Ст. Зі зростанням ККД сонячних панелей, стали з'являтися і більш потужні микроинверторы. Але стримуючим фактором все одно була вартість. В перерахунку на 1 Ватт, ціна інвертора варіювалася в межах 60-65 центів. Однак саме такий перетворювач, вже можна було використовувати в мобільній версії, для живлення малопотужних пристроїв в польових умовах.

 

До 2019 року, вартість микроинверторов серйозно знизилася, і деякі моделі реалізуються по 25 центів за Ват, тобто пристрій потужністю 300 Вт, варто ≈ 75 доларів США. Для порівняння, звичайний інвертор варто ≈ 12 центів/Ват.

Для більшого здешевлення, кілька микроинверторов упаковують в один корпус, наприклад модель APSystems QS1 потужність. 1,2 кВт, контролює 4 сонячних панелі, індивідуально оцінюючи роботу кожного.

Микроинверторы Enphase підключаються до кожної сонячної панелі окремо. Моделі даної фірми випускаються потужністю від 250 до 450 Вт.

Крім збільшення загальної генерації сонячної електростанції на 12-25%, така комбінація дає можливість поступово докуповувати нові сонячні панелі, інший потужності і виробників.

Наноинверторы – наступний крок

Ці пристрої з'явилися на ринку зовсім недавно, і на споживчий ринок в ізольованому вигляді ще не вийшли. Сфера їх застосування обмежена генеруючими фасадами і сонячної черепицею.

Сонячна черепиця Тесла

Перший представник наноинверторов — BQ25504.

 

Розміри цього пристрою всього 3 х 3 мм. Він працює з напругою від декількох мікровольт. Найбільш «потужні» наноинверторы розраховані на обслуговування окремих сонячних осередків або невеликих модулів, потужністю 10-50 Вт. Вони теж контролюють МРРТ, але за рахунок більш точної локалізації, загальна продуктивність кожної сонячної панелі збільшується на 30-70%!

Оптимізатор потужності – нестандартне рішення ізраїльтян

Вартість микроинвертора залишилася високою тому що крім перетворення постійного струму в змінний, на пристрій покладалася додаткова функція – відстеження точки максимальної потужності. Ізраїльський вчений, колишній полковник розвідки Гай Селла, підійшов до вирішення завдання нестандартно, але вкрай ефективно! У 2009 році, він спроектував і розробив окремий пристрій, на яке покладалося всього два завдання:

  1. Відстеження точки максимальної потужності;
  2. Вирівнювання вихідної напруги (перетворювач DC/DC).

А інвертор у цій топології відповідає тільки за перетворення струму з постійного на змінний!

Ідея виявилася надзвичайно простий і затребуваною. Компанія вже в перший рік роботи відвантажила споживачам чверть мільйона оптимізаторів. А також почала виробляти інвертори під свої комплектуючі.

Робота оптимізаторів будується наступним чином. Невеликий пристрій фіксується під кожною сонячною панеллю, яку воно і контролює.

 

Одночасно, оптимізатор вирівнює вихідна напруга під єдиний стандарт, і подає його на загальний кабель, який вже підключений до інвертора.

Вартість оптимізатора, в залежності від потужності варіюється від 30 до 45 доларів. Але інвертор коштує дешевше, так як його пристрій позбавлене нетипових функцій. Подібна схема підключення зробила можливим телеметрію кожної сонячної панелі. Загальна продуктивність сонячної електростанції укомплектованої оптимізаторами потужності збільшилася на 12-20%.

З оптимізаторами реалізована модульність, тобто можливо докуповувати сонячні панелі різних виробників. Головне, щоб вистачало потужності інвертора.

Гарантія на оптимізатори 25 років. Адже там практично нема чому ламатися.

Додати коментар

Вашу адресу email не буде опубліковано. Обов'язкові поля позначені *

\n\n<\/ins>\n","html_block":"\n\n<\/ins>\n","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});\n\n<\/ins>\n","html_block":"\n\n<\/ins>\n","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});","html_block":"","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});\n<\/ins>\n\n<\/center>","html_block":"