Fotowoltaika niskonapięciowa - co jest?
Pod tajemniczo brzmiącym pojęciem jakim jest fotowoltaika niskonapięciowa kryje się instalacja fotowoltaiczna, której każdy moduł fotowoltaiczny wyposażony jest we własny, niezależny falownik, co sprawia, że napięcie przepływające przez moduły jest niskie i sięga kilkudziesięciu woltów. W istocie zatem, fotowoltaika niskonapięciowa to nic innego, jak system paneli fotowoltaicznych z mikrofalownikami. Rozwiązanie to jest dość popularne i w ofercie posiadają je różni wykonawcy .
Mikrofalownik to urządzenie, które budową i zasadą działania jest bardzo zbliżone do inwertera standardowych wymiarów. Zadaniem mikroinwertera jest zatem przetwarzanie prądu stałego produkowanego przez panel, na prąd przemienny, używany przez nas do zasilania urządzeń.
Jedyne różnice polegają właściwie na wielkości i metodzie podłączenia - w instalacji fotowoltaicznej z mikrofalownikami, każdy moduł posiada własne, niewielkie (ok. 1-2 kg) urządzenie.
Panele fotowoltaiczne z mikrofalownikami a standardowe systemy - różnice w działaniu
Czym fotowoltaika niskonapięciowa z mikroinwerterami różni się od standardowej? Zacznijmy od tego, że w większości obecnie montowanych instalacji fotowoltaicznych, występuje jeden stringowy falownik, a moduły fotowoltaiczne są łączone szeregowo. W instalacji fotowoltaicznej niskonapięciowej, jak już wspominaliśmy, ilość inwerterów (mikroinwerterów) uzależniona jest od ilości modułów. Inaczej jest również łączona sama instalacja - nie szeregowo, ale równolegle, co nie pozostaje bez znaczenia dla pracy całego systemu.
Jeśli instalacja fotowoltaiczna jest połączona szeregowo, cały string (szereg) modułów działa z mocą najsłabszego, co w nieoptymalnych warunkach może powodować straty w produkcji. Mniejsza wydajność może pojawić się nawet w przypadku modułów wyposażonych w diody by-pass.
W przypadku połączenia równoległego, każdy panel fotowoltaiczny wraz z mikrofalownikiem stanowi niezależną mini instalację fotowoltaiczną, która nie ma wpływu na pracę pozostałych.
Kolejna istotna różnica polega na tym, że w typowych instalacjach wyposażonych w jeden falownik, napięcie na które narażone są moduły może sięgać np. 600-1500 V. To może rodzić konsekwencje np. w postaci niedawno odkrytego zjawiska PID - Potential Induced Degradation, czyli degradacji wywołanej indukowanym napięciem. W przypadku standardowych paneli fotowoltaicznych występuje duża różnica potencjałów między modułami z wysokim napięciem (ok. 600 V) i uziemioną ramą (0 V). To z kolei może doprowadzić do uszkodzenia i degradacji modułu. Wysokie napięcie po stronie DC, przynajmniej w teorii, to również większe prawdopodobieństwo pożaru fotowoltaiki. W teorii, bo jak wynika z badań, w praktyce ryzyko zapłonu fotowoltaiki jest raczej znikome.
W przypadku fotowoltaiki niskonapięciowej, jak sugeruje nazwa, napięcia, a tym samym różnice potencjałów są zdecydowanie niższe, co zwiększa żywotność modułów. Niższe napięcie miałoby również wpływać na większe bezpieczeństwo instalacji.
Instalacja fotowoltaiczna z mikrofalownikami - zalety i wady
Fotowoltaika niskonapięciowa to z całą pewnością ciekawe rozwiązanie. Trzeba jednak pamiętać, że w nie w każdym przypadku może się ono sprawdzić. Jakie są zalety i wady tego systemu? Kiedy warto po nie sięgnąć, a kiedy lepszym wyjściem będzie standardowy system z jednym falownikiem?
Fotowoltaika niskonapięciowa - zalety
Specyfika pracy systemu opartego na mikroinwerterach daje inwestorowi kilka dość znaczących korzyści. Jakich?
Instalacja już od 1 modułu - chociaż instalacje fotowoltaiczne dopasowywane są do potrzeb inwestora, nie zawsze możliwa jest pełna dowolność w tym zakresie. Ograniczają nas bowiem parametry inwerterów oraz związana z nimi minimalna ilość modułów (a konkretniej minimalna moc instalacji). Zastosowanie mikroinwerterów całkowicie eliminuje ten problem. Jeśli chcecie zainstalować dwa panele fotowoltaiczne - “na próbę”, albo szukacie niewielkiej, wydajnej i zoptymalizowanej kosztowo fotowoltaiki na balkonie w bloku, fotowoltaika niskonapięciowa będzie idealnym rozwiązaniem.
Łatwiej rozbudujesz - autonomiczność systemów fotowoltaicznych opartych na mikroinwerterach sprawia również, że są one bardziej podatne na modelowanie - szczególnie na zwiększenie lub zmniejszenie mocy instalacji. W standardowych zestawach fotowoltaicznych z jednym inwerterem, zmiana mocy instalacji najczęściej będzie wiązała się z wymianą (lub dołożeniem drugiego) falownika. W przypadku paneli fotowoltaicznych z mikroinwerterami nie ma większych problemów, gdyż instalację można dowolnie powiększać dokładając zestaw “moduł fotowoltaiczny + mikroinwerter”. Jak już wspominaliśmy, każdy taki zestaw działa jak niezależna, mini instalacja, która nie ma wpływu na pozostałe zestawy.
Monitorujesz każdy moduł osobno - inwerter szeregowy w większości przypadków umożliwia monitorowanie pracy instalacji fotowoltaicznej, jako całości. Jeśli któryś z modułów zostanie zabrudzony lub zacieniony, odczytamy to ze wskazań inwertera, jednak raczej (poza pewnymi wyjątkami np. w postaci zastosowania optymalizatorów) nie będziemy w stanie wywnioskować z nich, o które urządzenie chodzi. Inaczej jest w przypadku paneli fotowoltaicznych z mikroinwerterami - tu możliwa jest kontrola każdego modułu z osobna.
Optymalizacja pracy - jak już wspominaliśmy, mikroinwertery sprawiają, że każdy moduł w instalacji pracuje niezależnie od pozostałych i nie ma nie wpływu na pozostałe. To korzystne rozwiązanie nie tylko w przypadku pracy paneli fotowoltaicznych w cieniu, ale także wtedy, gdy ma do czynienia z dachem o nietypowej konstrukcji lub kształcie, gdzie nie wszystkie panele mogą być usytuowane pod optymalnym kątem w stosunku do słońca.
Możliwa dłuższa gwarancja - standardowe falowniki najczęściej dostępne są 5-letnią gwarancją produktową. Urządzenia z wyższej półki cenowej zapewniają ok. 10-15 lat zabezpieczenia. Rzadkością są zaś inwertery szeregowe z dłuższą gwarancją. Tymczasem jest co najmniej kilku producentów mikroinwerterów, którzy dają aż 25 lat gwarancji na bezproblemową pracę swoich urządzeń.
Wady paneli fotowoltaicznych z mikroinwerterami
Oczywiście nie jest tak, że fotowoltaika niskonapięciowa ma same zalety. Ma też kilka dość istotnych wad, które sprawiają, że nie jest to opcja dla każdego inwestora.
Cena - na pierwszy rzut oka koszt falownika stringowego, wynoszący kilka-kilkanaście tysięcy może wydawać się wysoki. Trzeba jednak pamiętać, że mikroinwerterów musi być dokładnie tyle samo, co paneli fotowoltaicznych, co oznacza konieczność zakupu od kilku do kilkudziesięciu urządzeń (w zależności od mocy instalacji) po kilkaset złotych. W efekcie, instalacje z jednym inwerterem zwracają się zwykle szybciej niż te oparte na mikrofalownikach.
Większe ryzyko awarii - choć jak już wspominaliśmy, mikroinwertery zwykle zapewniają dłuższą ochronę, niekoniecznie może to oznaczać, że będą mniej awaryjne. Ostatecznie bowiem, inaczej niż ma to miejsce w przypadku centralnych inwerterów, mikrofalowniki montuje się pod panelami, gdzie są narażone na wiele niekorzystnych czynników zewnętrznych - np. bardzo wysokie temperatury związane z nagrzewaniem się modułów czy wilgoć. Mikroinwertery są również bardziej skomplikowane w budowie niż klasyczne inwertery. Wszystko to przekłada na większe prawdopodobieństwo awarii, które mogą być uciążliwe, nawet pomimo obowiązującej gwarancji. Potwierdzają to np. badania przeprowadzone przez firmę SMA.
Trudniejsze przeprowadzanie prac serwisowych - inwerter centralny zwykle montuje się w łatwo dostępnym miejscu - garażu czy piwnicy. Jeśli zatem odmówi współpracy, serwis jest szybki i wygodny. Tymczasem w przypadku mikroinwerterów sprawa nie jest tak prosta. Z racji tego, że urządzenie znajduje się pod modułem, zwykle zamontowanym na dachu, konieczne może się okazać wykorzystanie podnośników czy rusztowań. Wymiana mikroinwertera będzie też wiązała się z demontażem samego modułu. Prace na wysokości, ze względu na bezpieczeństwo wymagają też odpowiedniej pogody oraz posiadania przez serwisanta odpowiednich uprawnień.
Możliwa niższa sprawność - standardowe falowniki zwykle charakteryzują się sprawnością na poziomie 97,5 - 98,6%. W przypadku mikroinwerterów, cyfry te bywają niższe. Różnice nie są wielkie i wynoszą ok. 2%. Niemniej jednak, dla rocznych uzysków może to mieć niemałe znaczenie.
Przejdźmy teraz do kwestii, która jest istotna dla każdego inwestora, a mianowicie kosztów. Jak wygląda cena fotowoltaiki niskonapięciowej? Czy jest to opłacalne rozwiązanie?
Fotowoltaika niskonapięciowa - cena i opłacalność
Jak już wspominaliśmy, jedną z głównych wad instalacji fotowoltaicznej niskonapięciowej jest cena. Panele fotowoltaiczne z mikroinwerterami są bowiem zwykle droższe od przeciętnej instalacji opartej na jednym falowniku.
Przeciętna instalacja fotowoltaiczna o mocy ok. 3 kWp wymaga ok. 9 paneli fotowoltaicznych. Koszt pojedynczego falownika 1-fazowego dla takiej instalacji to wydatek rzędu ok. 3.000 zł, czyli ok. 1.000 zł za 1 kW. Z kolei przykładowy koszt mikrofalowników dla takiej instalacji to ok. 5.500 zł, co w przeliczeniu na 1 kW daje ok. 1.800 zł.
Instalacja o mocy 3 kW pozwala zaoszczędzić na rachunkach ok. 1.600 zł rocznie. A zatem, bez uwzględnienia dofinansowania na fotowoltaikę, prosty czas zwrotu nakładów inwestycyjnych dla fotowoltaiki niskonapięciowej 3 kW wyniesie ok. 12-13 lat. Instalacja o takiej samej mocy, jednak z jednym falownikiem zwróci się po ok. 10-11 latach.
Zastosowanie fotowoltaiki niskonapięciowej, o ile nie wynika z trudnych warunków montażowych lub braku możliwości zastosowania standardowej instalacji, może nie być uzasadnione ekonomicznie.
Czy warto? Fotowoltaika niskonapięciowa - opinie
Czy zatem warto korzystać z rozwiązania jakim jest fotowoltaika niskonapięciowa? Opinie mogą być podzielone.
Z jednej strony jest to rozwiązanie droższe, która wymaga większego zaangażowania przy serwisie. Ogranicza również inwestora m.in. w kwestii zastosowania akumulatorów.
Z drugiej strony, jeśli instalacja jest niewielkiej mocy, a warunki nie umożliwiają zastosowania standardowego inwertera opcja ta może być zasadna. Panele fotowoltaiczne w mikroinwerterami warto rozważyć tam, gdzie zainstalowanie standardowej instalacji byłoby trudne lub nieopłacalne (np. w przypadku fotowoltaiki na balkonie), bądź gdzie warunki są bardzo wymagające - np. na dachach z połaciami o różnym kącie nachylenia lub tam, gdzie występują chwilowe duże zacienienia. Przy czym warto jednak pamiętać, że niekiedy, skuteczną i tańszą alternatywą dla mikroinwerterów, mogą być optymalizatory mocy.
Podjęcie decyzji, czy zastosować mikroinwerter czy falownik standardowy, najlepiej pozostawić specjalistom, takim jak np. Ci z naszego rankingu firm fotowoltaicznych. Dzięki temu będziemy mieli pewność, że instalacja będzie zarówno wydajna, jak i opłacalna.
Pani Emilio. Instalacja niskonapieciowa jest stosowana w USA, poniewaz amerykanskie prawo budowlane zabrania stosowania instalacji wysokonapięciowej z uwagi na niebezpieczeństwo pozaru. Ta instalacja jest po prostu bezpieczniejsza, łatwiejsza do nadzoru i z uwagi na niski prąd, niezawodna (gwarancja 25 lat).
Panii Emilio. Firma produkująca kompletne systemy magazynów energii również produkuje systemy off grid dla mikro inwerterów. – firma na V- oczywiście rozwiązania takie są trochę droższe ale SĄ i to co najmniej od 3 lat
Bardzo fajne opracowanie co do zalet mikroinwerterów w większości jest to prawda, natomiast co do ich wad niestety większość podanych w tym artykule informacji się nie zgadza. Błąd ten nie wynika z braku wiedzy tylko ze złego punktu odniesienia.
Aby zrozumieć definicję fotowoltaiki niskonapięciowej trzeba cofnąć się do samego początku jej powstania czyli ok 20 lat wstecz do USA, gdzie pewna firma (nie będę ich reklamował) opracowała pierwszy dostępny dla klienta indywidualnego projekt pojedyńczego mikroinwertera. Esencją tego typu rozwiązania było przetwarzanie prądu stałego na zmienny w zakresie prądów bezpiecznych, czyli poniżej 70v DC. Urządzenia te od samego początku nie miały potrzeby uziemienia dlatego, że nie stwarzały żadnego zagrożenia dla człowieka, czy mienia nawet w ekstremalnie teoretycznych warunkach i najczarniejszych scenariuszach. Dlatego jako jedyne w kraju dostały pełną aprobatę i rekomendację do stosowania na żłobkach, przedszkolach i szkołach przez krajowy wydział pożarnictwa. Urządzenia tego producenta są najczęściej stosowanych systemem niskonapięciowym na świecie.
Niestety, w Polsce mamy inne doświadczenia dotyczące mikroinwerterów , od 3-4 lat jesteśmy zalewani tańszymi urządzeniami chińskich producentów , którzy oferują urządzenia poczwórne lub podwójne (ekonomia). Każde z tych urządzeń wymaga dodatkowego uziemienia, są znane przypadki pożarów mikroinwerterów wielkiej chińskiej trójcy (De.. , AP… , Hoy…) , no i pozostaje kwestia awaryjności. Niestety mikroinwerter poczwórny w pełnym słońcu nagrzewa się do ok 70-80 stopni i dlatego jego chińska hiperoptymistyczna gwarancja to tylko 10-12 lat.
Na polskim rynku 95% sprzedawanych mikroinwerterów pochodzi z Chin, dlatego opracowanie na temat mikroinwerterów i opisywanie ich wad na podstawie tańszych podróbek oryginału nie jest w pełni rzetelne.
Oryginał i protoplast wszystkich mikroinwerterów pochcodzący z USA może się pochwalić tzw „failure rate” na poziomie poniżej 0,05% , a to jest ponad 100 razy lepszy wynik niż jakikolwiek inny sprzęt inwerterowy uznanych europejskich producentów. Urządzenie te w pełnym słońcu za panelami na czarnym dachu może rozgrzać się maksymalnie do 45stopni. Nie wymaga uziemienia . Standardowa gwarancja to 25 lat. Polski serwis i biuro na miejscu .
Co do argumentu trudniejszego serwisu sprzętu bo znajduje się on na dachu to jest to totalna nieprawda. W przypadku pojedyńczego mikroinwertera jeśli na dachu uszkodzone lub niedopięte zostanie 1 złączka mc4 (najczęstsza przyczyna awarii) to wiemy gdzie szukać problemu, od razu widzimy panel który nie działa. Jesli taka historia przydarzy się w fotowoltaice szeregowej trzeba czasami zdemontować wszystkie panele. Tak samo po kilku latach jeśli pod wpływem wysokiego prądu stałego upali się złącze, wówczas trzeba demontować wszystkie panele aby znaleźć jeden słaby punkt. O ile upalone złącze mc4 spowoduje jedynie brak produkcji to klient może uznać się za szczęśliwca, tego typu historia często kończy się po prostu pożarem i nie ma już czego serwisować…
Niższa sprawność fotowoltaiki niskonapięciowej również nie jest prawdą . O ile inwerter centralny ma teoretyczną laboratoryjną sprawność wyższą o ok 1% od amerykańskiego mikroinwertera, to nie bierze się tu pod uwagę strat przesyłu po przewodach DC , strat na złączach mc4 , zacienień paneli , uszkodzeń paneli , różnicy w mocy paneli prosto z fabryki, efektu starzenia się paneli, złącz i przewodów pod wpływem wysokich prądów stałych i wielu wielu innych.
Amerykanie mają rozwiązanie offgrid oraz systemy akumulatorowe dla swoich mikroinwerterów , chińczycy nie.
W artykule zapomniano o jednej ważnej sprawie: w przypadku (tfu!) pożaru budynku z instalacją z jednym inwerterem, nawet po odcięciu zasilania z sieci na dachu jest wciąż kilkaset volt napięcia stałego, przekazywane do inwertera (zazwyczaj w garażu lub kotłowni). Strażacy odmówią więc akcji gaśniczej! W przypadku instalacji niskonapięciowej na dachu jest 36VDC – można gasić nawet wodą, nie jest wymagane dodatkowe rozłączenie paneli od inwertera.