ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина V, брой 5, 2013

Микроинвертори за покривни инсталации

Микроинвертори за покривни инсталации

Микроинверторите имат няколко предимства пред конвенционалните централни инвертори. Основното предимство е, че при малки линии от засенчване, замърсяване или сняг на всеки един фотоволтаичен панел, или дори пълно отпадане на панела, не се намалява мощността на целия масив. Всеки микроинвертор добива оптималната мощност чрез извършване на проследяване на точката на максимална мощност на свързания с него панел. Те също са лесни за проектиране и поддържане на склад, тъй като обикновено има само един модел инвертор, който може да се използва с всякакъв размер масиви и голямо разнообразие от панели.
Техните основни недостатъци включват по-висока първоначална цена на ват пик спрямо еквивалентната мощност на централен инвертор и по-дълго време за инсталация, тъй като всеки инвертор трябва да бъде инсталиран в близост до панел (обикновено на покрив). Това също ги прави по-трудни за поддръжка. Някои производители вече предлагат фотоволтаични панели с вграден микроинвертор.

текст инж. Димитър Диманов


Фотоволтаичните панели произвеждат постоянен ток с напрежение, което зависи от конструкцията на модула и слънчевата радиация. Модерните панели използват 6-инчови клетки, съдържайки обикновено 60 броя от тях и произвеждат номинално напрежение 30V. Панелите се свързват в серия, за да образуват масив, който ефективно е един голям панел с номинално постоянно напрежение от 300V до 600V. Това напрежение се подава към инвертор, който го преобразува в стандартно променливо напрежение – обикновено 220VAC/50Hz.

Основният проблем при подхода със стринговия инвертор е, че стринга от панели работи сякаш това е един голям панел с максимален ток, еквивалентен на най-малкия в стринга. Например, ако един панел в даден стринг има 5% по-голямо съпротивление поради незначителен производствен дефект, целият стринг претърпява 5% намаление на характеристиките. Тази ситуация е динамична. Ако един панел е засенчен, неговото производство спада драстично, въздействайки на изходната мощност на стринга дори другите панели да не са засенчени.

Освен това, ефективността на изхода на панела силно зависи от товара на инвертора свързан с него. За увеличаване на производството, инверторите използват техника, наречена проследяване на точката на максимална мощност (MPPT),за да се осигури оптимален добив на енергия чрез коригиране на приложения товар. Но същите проблеми, които предизвикват изхода да варира от панел до панел, въздействат върху правилния товар, който MPPT системата следва да приложи. Ако един панел работи в друга точка, стринговият инвертор може да види само цялостното изменение и премества точката да съвпада с MPPT. Това води не само до загуби от засенчения панел, но също и за другите панели. Засенчване на повърхността на масива с по-малко от 9% може при определени обстоятелства да намали мощността на цялата система с повече от 54%.

Друг проблем, макар и малък, е, че стринговите инвертори са налични в ограничен диапазон от мощности. Това означава, че даден масив обикновено повишава мощността на инвертора до следващия по големина модел. Например, за масив от 10-панела с обща мощност 2300W трябва да се използва 2500 или дори 3000W инвертор, плащайки за преобразуване, което не може да се използва. Този проблем прави трудна промяната на размера на масива с течение на времето за добавяне на мощност, когато са налични средства. Ако клиентът първоначално закупи 2500W инвертор за неговите 2300W панели, той няма да може да прибави още един панел без да претовари инвертора.

Други предизвикателства, свързани с централните инвертори, включват необходимостта да намерите място за поставяне на устройството, както и изисквания за разсейване на топлината. Големите централни инвертори обикновено са с активно охлаждане. Охлаждащите вентилатори създават шум, така че трябва да се разглежда място на инвертора спрямо офиси и жилищни райони.

Микроинверторите са малки инвертори, предназначени да преобразуват мощността от един панел. Модерните панели за свързване към мрежата обикновено са с мощност между 220W и 245W, но на практика рядко произвеждат толкова, така че микроинверторите обикновено са за входна мощност между 190W и 220W. Тъй като те работят с малка мощност, много конструктивни проблеми, присъщи за по-големите проекти, просто не съществуват. Като цяло се елиминира необходимостта от голям трансформатор – големите електролитни кондензатори могат да бъдат заменени от по-надеждни тънкослойни кондензатори и са намалени товарите за охлаждане, така че не са необходими вентилатори. Средното време между отказите (MTBF) е определено като стотици години.

По-важното е, че микроинвертор, прикрепен към един панел, позволява да се изолира и настройва изходната мощност на този панел. Двоен микроинвертор прави това за два панела. Ако като пример се използва същия масив с 10 панела, с микроинвертор всеки панел, който има по-добри характеристики, няма да оказва ефект върху панелите около него. В този случай масивът като цяло ще произвежда с 5% повече енергия, отколкото ако е със стрингов инвертор. Освен това, един модел може да се използва с голямо разнообразие от панели. Новите панели могат да се добавят към масива по всяко време и не е нужно да са със същите номинални величини като съществуващите панели.

Микроинверторите произвеждат мрежово напрежение директно на гърба на панела. Масивите от панели се свързват паралелно помежду си, а след това към мрежата. Това е голямото предимство, защото един повреден панел или инвертор не може да прекрати работата на целия стринг. В комбинация с по-ниска мощност, по-малки топлинни товари и подобрено средно време между отказите, някои предполагат, че цялата надеждност на масива с микроинвертори е значително по-голяма от тази на един стрингов инвертор. Това твърдение е подкрепено от по-големи гаранции – обикновено от 15 до 25 години, в сравнение с гаранция от 5 или 10 години, която е по-типична за стринговите инвертори. Освен това, когато се появят неизправности, те са установими до една точка, а не целия стринг. Това не само улеснява изолацията на повредата, но и откриването на дребни проблеми, които иначе не могат да станат видими – един недостатъчно ефективен панел не може да повлияе достатъчно на изходната мощност на дълъг стринг, за да бъде забелязан.

Основни предимства на микроинверторите
Индивидуална оптимизация. Микроинверторът оптимизира работата на всеки фотоволтаичен панел поотделно, а не за цялата фотоволтаична система, както правят централните инвертори. Това дава възможност на всеки фотоволтаичен панел да работи при максимален потенциал. С други думи, един фотоволтаичен панел не може сам да прекъсне работата на целия масив, за разлика от централните инвертори, които оптимизират най-слабото звено.

Проследяване на максималната точка на мощността (MPPT). Едно от най-трудните неща за фотоволтаичните клетки е, че напрежението трябва да се адаптира към нивото на светлината за максимална производителност на електроенергия. С други думи, производителността на фотоволтаичния панел зависи от напрежението, което се прилага от инвертора. MPPT е техника, която се използва за да се намери най-подходящото напрежение – точката на максимална мощност. Когато MPPT се прилага за всеки отделен панел, а не за фотоволтаичната система като цяло, производителността естествено ще се увеличи.

По-дълга гаранция. Тъй като микроинверторите не са изложени на по-висока мощност, товар и топлина, както и централните инвертори, те също имат по-дълъг експлоатационен живот. Микроинверторите обикновено идват с гаранция от 20-25 години – 10-15 години по-дълго от централните инвертори.

Лесно разширяване на системата. По-късното разширяване на фотоволтаичната система с повече панели е по-лесно с микроинвертори. Не е нужно да се притеснявате за стринговете или за купуване на втори централен инвертор. Те са с ограничени размери – може да се наложи да плащате за такъв, който е много по-голям от това, от което в действителност се нуждаете.

Отчети за производителност
Обикновено е наличен интернет базиран мониторинг на ниво панел както за собствениците, така и за инсталаторите. Непрекъснатото анализиране на състоянието на фотоволтаичната система може да проправи път на допълнителни настройки и цялостни подобрения. Има дори мобилни приложения, които Ви позволяват да наблюдавате Вашата фотоволтаична система когато сте на път.

Няма единична точка на отказ
За разлика от централните инвертори, ако нещо не е наред с някой от фотоволтаичните панели или с микроинвертора, който седи на гърба му, останалата част от фотоволтаичната система не се влияе и все още работи.

Подобрена безопасност
Фотоволтаичните панели са свързани последователно преди да захранят централния инвертор, обикновено с ефективно номинално постоянно напрежение 300-600V. Това напрежение е потенциално опасно за живота. Микроинверторите елиминират нуждата от кабели за високо постоянно напрежение, подобрявайки безопасността на инсталаторите и собствениците на фотоволтаични системи.

Безшумни
Тъй като микроинверторите разсейват значително по-малко топлина, отколкото централните инвертори произвеждат, те нямат нужда от активно охлаждане, което им позволява да работят без шум.

Микроинвертори на Enphase
Компанията Enphase въвежда нов подход в управлението на слънчевата енергия, който прави фотоволтаичните системи по-интелигентни и по-ефективни. Традиционно фотоволтаичните панели са свързани заедно в серийни вериги, захранвайки един централен инвертор. Това означава, че един инвертор управлява десетки, стотици или дори хиляди фотоволтаични панели, по същия начин, ако те бяха един панел, работещ на същото ниво на мощност. Този подход намалява общата ефективност на системата и ограничава наличната информация за състоянието на отделните панели.

Компанията Enphase замества тези големи централни инвертори с малки електронни устройства, които се свързват към всеки фотоволтаичен панел. Тези устройства, известни като микроинвертори, позволяват на всеки панел да работи независимо, което води до значителни подобрения в производството на енергия и добавя ново ниво на интелигентност в цялата система. Микроинверторите използват съвременна силова електроника и иновативно паралелно окабеляване, за да се избегнат често срещаните проблеми с производителността, които се наблюдават при традиционните фотоволтаични системи. В резултат на това значително се увеличава произведената електроенергия.

Фотоволтаичните системи постоянно се влияят от фактори на околната среда, като например сянка, прах и замърсявания. Използването на традиционен инвертор означава, че всички панели са свързани последователно, а модулът с най-слаби характеристики определя ефективността на целия стринг, което значително може да намали производството на енергия в системата.

Чрез микроинверторите всеки фотоволтаичен панел работи независимо и изходната му мощност се контролира с точност 99,6%. Това води до значително увеличаване на ефективността на цялата система.

Традиционните инверторни системи обикновено прекъсват в условия на слаба светлина, като например сутрин и вечер или по време на гъсти облаци. Това се дължи на факта, че те се нуждаят от минимална входяща мощност, за да работят ефективно. За разлика от тях, в условията на слаба светлина микроинверторите на Enphase влизат в режим "Burst Mode". При такива условия микроинверторът натрупва малкото количество електроенергия идваща от панела, докато стане достатъчна, за да я изпрати към мрежата. По този начин той е в състояние да поддържа висока ефективност, дори и по време на слаба светлина.

За да се гарантира надеждността на продуктите на Enphase, всеки нов проект се подлага на най-тежките възможни условия на изпитване, а всяко устройство се тества в завода и се проследява до обекта. В резултат на строгите стандарти за качество е потвърдено от трети страни, че микроинверторите на Enphase имат надеждност по-голяма от 99,7%.

Enphase Entrust предлага водещи в индустрията гаранция и сервизен пакет, включително 20-годишна ограничена гаранция. В резултат, системата от микроинвертори повишава надеждността (или непрекъснатата работа) на фотоволтаичните инсталации от всякакъв размер. При конвенционалните фотоволтаични инсталации всеки проблем с инвертора може спре цялата система. За разлика от тях, повреда в микроинвертора засяга само производството на един фотоволтаичен модул. Въздействието върху общото производство на системата е минимално, а повредения микроинвертор може да бъде заменен по време на редовното планово техническо обслужване, вместо да се изисква спешен ремонт.

Микроинверторът произвежда безопасно електричество, осигурено от неговите конектори, а модулния му дизайн позволява бърза и лесна смяна чрез използването само на основни ръчни инструменти. В допълнение, той непрекъснато следи работата на фотоволтаичния модул. Потребителят се уведомява незабавно при възникване на проблем и от какво естество е той. Времето за непрекъсната работа на фотоволтаичната система използваща микроинвертори на Enphase е по-голямо от 99,8%. Този показател е особено важен за големи търговски инсталации.

Компанията Enphase съчетава съвременно събиране на данни и мрежови технологии, които предоставят на собствениците на системи и инсталаторите несравнимо ниво на информация за състоянието и производителността на тяхната фотоволтаична система. Уебсайтът Enlighten предоставя информация за производството на енергия, електрическите условия и характеристиките на всеки един модул, 24/7 мониторинг и управление, автоматично идентифициране и диагностициране на проблеми с модула или инвертора, възможности за дистанционно отстраняване на проблеми и бърза замяна.

Подобряването на безопасността при фотоволтаичните системи зависи от елиминирането на рисковете, свързани с кабелите за високо постоянно напрежение. Инсталациите, базирани на централни инвертори, имат много и дълги високоволтови кабели. При повреда те могат да генерират устойчиви електрически дъги, които достигат високи температури. Това увеличава риска от пожар и токов удар. За разлика от тях, микроинверторите са свързани помежду си, използвайки стандартно променливотоково окабеляване. Това значително намалява рисковете от пожар и нараняване.

Въз основа на трето поколение технология на Enphase, микроинверторът M215 включва последните иновации в силовата електроника и специализираните микрочипове за да постигне 95,4% ефективност и редица патентовани подобрения в производителността, които максимизират работата на 60-клетъчни фотоволтаични модули. В допълнение, M215 предлага монтажна скоба "един болт", която прави инсталацията по-лесна, отколкото всеки друг инвертор на пазара. Основните характеристики на M215 са 20г. ограничена гаранция, интегриране с кабелната система Enphase Engage, работа само с 60-клетъчни модули, 95,4% ефективност, изходна мощност 215W, препоръчителна максимална входна мощност 260W, диапазон на MPPT 22-36V, способност за работа при ниско напрежение.

Микроинвертори Aurora на Power-One
Микроинверторите Aurora с мощност 250W и 300W предлагат нещо ново за клиентите на Power-One. Известна е възможността за индивидуално свързване на всички модули в конкретна инсталация като алтернатива на традиционните стрингови инвертори. Микроинверторите позволяват контрол на отделните панели по различни начини, намалявайки загубите при различни предизвикателни условия, влияещи на ефективността.

Микроинверторите Aurora нямат големи електролитни кондензатори, като по този начин се увеличава продължителността на техния живот и дългосрочната им надеждност. Те са предназначени за монтаж на открито и за неограничено използване при всякакви условия на околната среда. Предлагат повишен добив на електроенергия, благодарение на MPPT алгоритъм, който работи на ниво фотоволтаичен панел при всякакви условия на слънчевата радиация. Микроинверторите Aurora могат да достигнат максимална ефективност от 96.5%. Те се инсталират лесно чрез използване на концентратор с частна безжична комуникация. Имат намалена чувствителност към повреди. В случай на неизправност в даден компонент ще бъде загубена само енергията, произведена от един фотоволтаичен модул.

Второ поколение микроинвертори на Enesys
Второто поколение микроинвертори на Enecsys повишава добива на електроенергия чрез комбинация от подобрена ефективност и повишена максимална изходна мощност с до 33%.

Тези безкомпромисни характеристики се предлагат в два различни модела: единият е проектиран специално за интеграция в широк спектър от производители на панели, които предлагат интегрирани променливотокови модули, както и традиционна версия за монтаж в шаси, позволяващи потребителски конфигурации на инсталаторите.

Микроинверторите от второ поколение на Enecsys се предлагат в единични версии, с максимална мощност от 240W до 300W и пикова ефективност до 96.5%.

Микроинверторите разполага със следващо поколение шлюз, позволяващ безпроблемно полево конфигуриране и свързване към системата за мониторинг на Enecsys, която дава възможност за наблюдение на производството на електроенергия за всеки отделен панел в реално време и отправяне на точни въпроси към екипа по поддръжката.

Корпусът на второто поколение микроинвертори на Enecsys е променен значително в нов патентован форм-фактор за вграден монтаж, което го прави изключително подходящ за интеграция с фотоволтаичните панели. Той е херметически затворен корпус, който заедно с изключително високата надеждност на компонентите осигурява изпитано решение, подкрепено с 25-годишна гаранция.

Безопасността е подобрена чрез премахване на високото постоянно напрежение и намаления риск от пожари чрез елиминирането на появата на дъга в окабеляването.

Платформата от микроинвертори на Enecsys предоставя гъвкаво решение на инсталаторите и проектантите на системи, отговаряйки на уникалните изисквания на всяка инсталация. Времето за инсталиране е намалено чрез конекторна система за окабеляване и базиран на комуникационен шлюз с менюта за конфигурация на системата.