Optymalizator mocy w fotowoltaice - warto?

Co to jest optymalizator w fotowoltaice? Jak działa?

Optymalizator mocy w fotowoltaice to urządzenie, które ma za zadanie wymuszać na poszczególnych panelach fotowoltaicznych pracę w punkcie mocy maksymalnej (MPP). Innymi słowy, jest to przetwornik, którego zadaniem jest maksymalizowanie produkcji energii z każdego modułu.

Jest on montowany oddzielnie dla każdego panelu fotowoltaicznego - np. w puszkach przyłączeniowych lub bezpośrednio przy module. Istnieją również rozwiązania typu smart, gdzie panele są już zintegrowane optymalizatorem.

Jak konkretnie działa optymalizator w fotowoltaice? Jego praca polega na wyszukiwaniu tzw. punktu mocy maksymalnej dla każdego panelu PV i obciążaniu go w taki sposób, by w danych warunkach pracy (oświetleniu, temperaturze) zapewniał jak największą moc.

Optymalizator - fotowoltaika może go potrzebować. Kiedy?

W kilku słowach wyjaśnijmy jednak, dlaczego w ogóle możemy potrzebować optymalizatora mocy. Jak już wspominaliśmy, fotowoltaika nie zawsze może liczyć na optymalne warunki pracy. A moduły połączone szeregowo mają tę właściwość, że pracują z mocą najsłabszego. Zatem, jeśli przez jakieś czynniki zewnętrzne lub uszkodzenie, jeden panel działa np. z 50% mocy, reszta paneli w szeregu dostosuje się do tej wartości. To może oznaczać spore (kilkunasto-, kilkudziesięcioprocentowe) straty w produkcji. Optymalizatory mają za zadanie im zapobiegać.

Z optymalizatorów w fotowoltaice korzysta się zawsze wtedy, gdy pojawia się niedopasowanie prądowo-napięciowe między panelami fotowoltaicznymi. To zaś może pojawić się z różnych przyczyn i w różnych sytuacjach:

• w przypadku częściowego zabrudzenia poszczególnych modułów,
• w sytuacji fragmentarycznego zacienienia jednego lub kilku paneli,
• gdy diody by-pass lub część modułu (ogniwa) ulegnie uszkodzeniu,
• jeśli moduły charakteryzują się pewnym zakresem parametrów pracy (tolerancją mocy) - co jest dość powszechnym zjawiskiem,
• w przypadku nierównomiernej degradacji ogniw w modułach,
• gdy konieczny jest montaż modułów pod różnymi kątami i azymutem,
• w przypadku gdy jedne moduły nagrzewają się bardziej od drugich.

Optymalizatory pozwalają również na lepszy monitoring instalacji fotowoltaicznej - dzięki nim można analizować pracę każdego modułu oddzielnie. Tego samodzielny falownik sieciowy nie może zapewnić. Oprócz tego, optymalizatory mocy mogą zwiększać bezpieczeństwo instalacji fotowoltaicznej, ponieważ są w stanie obniżać lub wyłączać napięcie w łańcuchu paneli - np. w przypadku pożaru fotowoltaiki.

Wbrew pozorom, optymalizator mocy można stosować nie tylko wtedy, gdy mamy do czynienia ze zmiennym dostępem modułów do promieni słonecznych - choć w takiej sytuacji istotnie można liczyć na najlepsze efekty. Stosowanie optymalizatorów do zacienionych modułów pozwala poprawić uzyski o 25 - 40%. Jednak nawet w instalacjach, w których ten problem nie występuje, są w stanie zwiększyć produkcję o 2-5%.

Optymalizator paneli fotowoltaicznych - jakie są opcje?

Potrzeba optymalizacji pracy modułów fotowoltaicznych jest bardzo duża. Na rynku dostępnych jest zatem wiele optymalizatorów mocy, które różnią się funkcjonalnością i ceną. Oto 5 najpopularniejszych rozwiązań w Polsce.

Optymalizator SolarEdge

Jest to rozwiązanie na tyle popularne, że myśląc “optymalizator mocy” wielu ma przed oczami właśnie produkty tego izraelskiego producenta. Oczywiście, jeśli chodzi o zakres podstawowej funkcjonalności, optymalizator SolarEdge niczym się nie wyróżnia - tj. wyszukuje MPP dla poszczególnych modułów, niwelując straty i problemy związane niedopasowaniem napięciowo-prądowym.

Urządzenia te są jednak na tyle wyjątkowe, że stanowią integralną część falownika - to znaczy, że bez zastosowania optymalizatora (tej konkretnej marki), inwerter SolarEdge nie będzie mógł działać (sam nie posiada bowiem zaimplementowanego trackera MPP).

Źródło: Karta katalogowa optymalizatorów P370-P505, solaredge.com

Optymalizatory SolarEdge objęte są 25-letnią gwarancją produktową (dla porównania falownik ma “zaledwie” 12-letnią gwarancję). Monitorują efektywność modułów w czasie rzeczywistym i posiadają m.in. funkcję wyłączenia napięcia prądu DC, co zwiększa bezpieczeństwo tego rozwiązania dla montażystów i strażaków. Ważną i ciekawą funkcją urządzenia jest również zdolność wykrywania łuku elektrycznego i awaryjnego wyłączania.

Na każdy optymalizator tej marki może przypadać jeden, rzadziej dwa moduły fotowoltaiczne - zależy to od modelu przetwornika. Każdy moduł w instalacji wyposażonej w falownik SolarEdge musi jednak być podłączony po optymalizator.

Producent urządzeń przygotował dla swoich użytkowników dedykowaną platformę monitoringu, która dostarcza szeregu przydatnych informacji na temat m.in. fizycznego układu modułów, mocy i produkcji instalacji czy ograniczenia emisji CO2.

Uwaga! Optymalizatory SolarEdge nie będą współpracować z falownikami innych marek!

Optymalizator Huawei

Kolejną marką, która posiada w swoim portfolio optymalizatory, jest Huawei (firmy tej raczej nikomu przedstawiać nie trzeba). W przypadku tych urządzeń przyjęto jednak nieco odmienną strategię. Producent wyszedł bowiem z założenia, że nie w każdym przypadku koniecznie należy stosować optymalizator - Huawei dopuszcza zatem jedną z trzech sytuacji:

• instalacja wykorzystuje falownik, bez optymalizacji;
• instalacja wykorzystuje optymalizatory selektywnie - tam, gdzie występuje ryzyko np. zacienienia;
• wszystkie moduły mają podpięte optymalizatory Huawei.

Źródło: Karta katalogowa optymalizatora Huawei SUN2000-450W-P, solar.huawei.com

Podobnie jak SolarEdge, optymalizator Huawei posiada opcję obniżania napięcia DC do 0 V oraz wykrywania łuku elektrycznego - dla bezpieczeństwa operatorów i użytkowników instalacji. Huawei udostępnia także własną aplikację do monitoringu instalacji PV - Fusion Solar. Optymalizatory Huawei są objęte 25-letnią ochroną produktową.

Optymalizator TIGO

Jednym z najbardziej uniwersalnych rozwiązań są jednak optymalizatory TIGO - produkowane przez amerykańską firmę, założoną w 2007 roku. Inaczej niż u konkurencji, optymalizatory TIGO pasują niemal do każdego falownika dostępnego na rynku (a przynajmniej do tych wiodących) - nie jesteśmy zatem ograniczeni do stosowania jakiejś określonej marki. Optymalizatorów TIGO nie trzeba również stosować do wszystkich modułów - mogą zostać podłączone wyłącznie do tych, które faktycznie muszą radzić sobie z zacienieniem (choć nic nie stoi na przeszkodzie, by optymalizować wszystkie).

Źródło: tigoenergy.com

Jeśli chodzi o funkcjonalności, to podobnie jak pozostałe tego typu urządzenia, optymalizatory TIGO poprawiają wydajność instalacji pracującej w cieniu. Jednak, aby monitorować pracę poszczególnych urządzeń czy też skorzystać z funkcji bezpieczeństwa Rapid Shutdown konieczne jest dokupienie (dość drogiego) dodatkowego osprzętu - rejestratora danych z access pointem.

Źródło: Karta katalogowa TS4-A-O, tigoenergy.com

Uwaga! Optymalizatory TIGO komunikują się bezprzewodowo (radiowo), co w niektórych przypadkach może wpływać na stabilność transmisji danych.

Optymalizator: Fronius, Growatt, Sofar - z czego można skorzystać?

Jeśli posiadacie inwertery popularnych marek, takich jak np. Fronius czy Growatt możecie się zastanawiać, czy i jakie optymalizatory mocy można w ich przypadku stosować. Czy na rynku dostępny jest optymalizator Fronius lub np. optymalizator Growatt?

Niestety, producenci falowników fotowoltaicznych (poza firmą SolarEdge oraz Huawei) nie zdecydowali się na opracowanie własnej linii optymalizatorów mocy. A zatem, jeśli interesuje Was optymalizacja instalacji korzystającej np. z falownika Fronius, Sofar Solar czy Growatt będziecie musieli sięgnąć po rozwiązanie uniwersalne, czyli optymalizatory TIGO.

Fotowoltaika: optymalizator - cena urządzenia

Przejdźmy teraz do kwestii kosztów. Jak wygląda cena optymalizatorów TIGO, SolarEdge czy Huawei?

Ceny optymalizatorów mocy w większości przypadków są dość zbliżone i oscylują w granicach ok. 200-300 zł za sztukę. Ich producenci stosują jednak różne strategie - dla przykładu SolarEdge wymaga optymalizatora do każdego modułu, co może znacząco podnieść koszt instalacji. Huawei i TIGO mogą być stosowane jedynie przy zacienieniach, co poprawia opłacalność zastosowania optymalizatorów.

W przypadku optymalizatorów TIGO uwaga jednak na konieczność dokupienia dość drogich dodatkowych urządzeń komunikacyjnych, które zapewnią nam funkcje monitoringu i zdalnego wyłączania paneli (opcje te inne optymalizatory mają w standardzie).

Jak dobrać optymalizator? SolarEdge i inne

Choć optymalizator mocy to dodatkowy koszt, może być też jednym z rozwiązań dla zacienionych instalacji. Jak dobrać optymalizator, by działał poprawnie i zwiększał uzyski?

Jeśli podejmujemy się zadania na własną rękę, naszym podstawowym źródłem informacji powinna być karta katalogowa optymalizatora. Koniecznie należy przestrzegać zawartych tam wytycznych dotyczących m.in. maksymalnego prądu zwarciowego, maksymalnego napięcia wejściowego czy mocy nominalnej modułów PV.

Niebagatelne znaczenie ma też informacja na temat kompatybilności z określonym modelem falownika (dotyczy to szczególnie optymalizatorów dedykowanych), jak również minimalnej i maksymalnej liczby modułów w stringu (ciągu).

Dobór optymalizatora mocy SolarEdge, jak i każdego innego urządzenia tego typu wymaga więc dość zaawansowanej wiedzy na temat zasady działania instalacji fotowoltaicznej. Jeśli nie czujemy się w tej kwestii dość pewnie, lepiej poprosić o pomoc profesjonalną firmę fotowoltaiczną (np. taką z naszego rankingu firm fotowoltaicznych).

Mikrofalownik czy optymalizator? Co wybrać?

Ci, którzy w większym stopniu interesują się fotowoltaiką, mogli już zauważyć, że cechy charakteryzujące optymalizatory mocy są mocno zbliżone do użyteczności, jakie zapewniają mikroinwertery. A skoro ich możliwości się zazębiają, pojawia się pytanie, które z tych urządzeń wybrać - mikrofalownik czy optymalizator? Poniżej znajdziecie podsumowanie funkcjonalności obu tych rozwiązań.

Oba urządzenia pozwalają poprawiać pracę instalacji fotowoltaicznej w trudnych warunkach - gdy pojawia się zacienie, różne kąty nachylenia i azymut. Mikroinwertery i optymalizatory różnią się jednak od siebie w kilku kwestiach. Przede wszystkim w specyfice działania - mikroinwerter to bowiem nic innego jak niewielki falownik przekształcający prąd stały na prąd zmienny, obsługujący jeden lub kilka modułów (zwykle max. 4 sztuki). Optymalizator poprawia jedynie parametry pracy łańcucha modułów.

Duża różnica występuje też w przypadku potrzeby rozbudowy instalacji PV. O ile mikrofalowniki dają nam pełną dowolność w tym zakresie, o tyle w przypadku optymalizatorów sprawa nie jest taka łatwa. Jeśli zechcemy w większym stopniu rozbudować instalację, będziemy musieli dokupić modułów, optymalizatorów, a niekiedy nawet potrzebna będzie wymiana falownika.

Dużym plusem optymalizatorów jest ich cena, która zwykle wynosi ok. 200-300 zł, podczas gdy za mikrofalownik zapłacimy od ok. 600 zł do 1.800 zł (ten droższy obsługuje jednak do 4 modułów).

Optymalizator mocy - czy warto w niego inwestować?

Na pytanie, czy w optymalizator mocy warto inwestować, nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Wszystko zależy bowiem od warunków pracy instalacji fotowoltaicznej oraz potrzeb inwestora.

W przypadku prawidłowo zainstalowanego systemu, bez zacienień, ich zastosowanie może nie być opłacalne - zysk z dodatkowych uzysków może być niewspółmierny do wydatków i ryzyka awarii (bo więcej urządzeń to statystycznie większe ryzyko).

Jeśli jednak z różnych względów, przy montażu nie udało się uniknąć zacieniania modułów, optymalizatory nie tylko pomogą poprawić produkcję, ale również pozwolą przedłużyć żywotność paneli (zacienienie może prowadzić m.in. do hot spotów i uszkodzenia modułu). Optymalizatory zapewniają też kilka nowych funkcjonalności, których nie daje zwykły falownik - pozwalają np. na indywidualne monitorowanie każdego modułu (a przynajmniej każdego modułu posiadającego optymalizator) czy też ich wyłącznie dla bezpieczeństwa osób obsługujących system. Są też stosunkowo tanie - a na pewno tańsze od alternatywy, jaką są mikroinwertery.

Mikrofalowniki z kolei posiadają właściwie te same funkcje co optymalizatory, a dodatkowo pozwalają łatwo zwiększyć moc systemu PV. Dlatego, jeśli przewidujecie rozbudowę, możecie wziąć je pod uwagę, zamiast optymalizatorów.