Przewymiarowanie instalacji PV względem mocy falownika

Często słyszymy od Klienta pytania typu: Czemu mój falownik jest mocy 8 kWp, a moc zainstalowna z paneli wynosi 8,7 kWp? Czemu moc modułów przewyższa moc falownika? W tym artykule spróbujemy to wyjaśnić.

PRZEWYMIAROWANIE- stosunek mocy modułów do mocy falownika (SM)

Aby określić przewymiarowanie instalacji wprowadzony został współczynnik SM, którego wzór jest następujący:

Możliwe są tu trzy warianty:

SM < 100%, falownik niedociążony – moc nominalna modułów jest mniejsza niż moc nominalna falownika

SM = 100%, falownik obciążony mocą nominalną,

SM > 100%, falownik przeciążony po stronie DC – moc nominalna modułów jest większa niż moc nominalna falownika.

Dla szerokości geograficznej Polski i Europy Centralnej przyjmuje się, że wartość SM dla instalacji skierowanych na południe powinna znajdować się w przedziale pomiędzy 80 a 125%. W przypadku instalacji Wschód-Zachód zakres SM może być większy, nawet do 160% i silnie zależy od nachylenia dachu. Optymalną wartość oblicza się w zależności od specyficznych danych konkretnej instalacji PV: lokalizacji, rodzaju i orientacji modułów fotowoltaicznych oraz sposobu ich połączenia z falownikiem. Najlepszym rozwiązaniem na ustalenie właściwej wartości SM jest użycie specjalizowanego oprogramowania wspomagającego proces projektowania. Nasza firma ELEKTRO CONTROL korzysta z programu PV*SOL.

Dlaczego jednak zalecaną przez projektantów wartością SM jest wariant >100%, tj. gdy moc modułów jest np. o 25% większa od mocy nominalnej falownika? Takie podejście na pierwszy rzut oka kłóci się z zasadą, w której układy przetwarzające energię z generatorów projektuje się powyżej ich mocy nominalnej, czyli wypadałoby mieć SM < 100%?

Instalacje fotowoltaiczne projektuje się zupełnie inaczej. W szerokości geograficznej Polski ilość słonecznych godzin to ok. 1600, z czego zaledwie 15% to godziny o pełnym nasłonecznieniu. Dodatkowo, przy natężeniu promieniowania równym 1000W/m² moduły PV nagrzewają się znacznie ponad temperaturę 25°C (określoną w standardowych warunkach badania – STC), a przez to ich moc znacznie się obniża: nawet o 15%-20% względem mocy nominalnej. A zatem moduły wytwarzają energię z mocą nominalną zaledwie przez kilkanaście, kilkadziesiąt godzin w roku, natomiast w pozostałych okresach osiągana przez nie moc jest znacznie niższa. To jeden z powodów, dla których warto zastosować mniejszy falownik (SM > 100%).

Z drugiej strony, jeśli zastosujemy falownik o mocy większej niż moc modułów (SM < 100%) będzie on permanentnie niedociążony. Ponieważ wyższe sprawności działania uzyskujemy przy obciążeniu powyżej 10% mocy nominalnej (rys. 1), będzie to powodować dodatkowe straty. Jeśli jednak ktoś zastanawia się nad zakupem większego falownika myśląc o rozbudowie swojej instalacji w przyszłości, nie powinien się tymi stratami zbytnio martwić: przy SM = 80% wyniosą one zaledwie około 0.3%.

Jak to wygląda w praktyce?

Załóżmy, że mamy moduły i falownik dobrane ze stosunkiem mocy SM = 98%. Przykładowo, weźmy 20 modułów o mocy 300 Wp, co daje 6 kWp, oraz falownik o mocy nominalnej 6 kW i sprawności przetwarzania DC/AC równej 98%. Jeżeli pojawią się warunki STC (1000 W/m², AM = 1,5 oraz temperatura ogniw 25 °C), falownik całą moc modułów przekaże na stronę AC. Taką sytuację przedstawiono na rys. 2.

Co się jednak stanie, gdy moc modułów będzie większa niż moc nominalna falownika, a warunki pogodowe będą sprzyjać generacji energii? Czy falownik się nie uszkodzi, jeśli pojawią się warunki STC? Falownik nie będzie przetwarzał więcej energii, niż wynosi jego moc maksymalna, a jej nadmiar nie będzie odbierany z modułów: nastąpi ograniczenie mocy wyjściowej. Przykładowo, jeżeli zamiast falownika 6,0 kW zastosujemy falownik o mocy nominalnej 5 kW, stosunek mocy wyniesie wówczas: (6,0 kWp / 5,0 kW) • 98% = ~118%, czyli zgodnie z zaleceniami dla obszaru geograficznego Polski. W takiej sytuacji falownik obetnie nadwyżkę mocy ze strony DC i przekaże do sieci maksymalnie 5,0 kW. Oczywiście, tę nieodebraną z modułów energię należy potraktować jako stratę. Jeżeli spojrzymy na jej obszar – zakreskowany na rys. 3 – w ujęciu dziennym mogą to być wartości na poziomie 4–5% całodziennego uzysku.

Jak wspomniano powyżej, warunki STC zdarzają się niezwykle rzadko. Dlatego producenci podają również w swoich kartach parametry modułu w tzw. warunkach NOCT (ang. Nominal Operating Cell Temperature). Są one bardziej zbliżone do uśrednionych warunków pogodowych: natężenie promieniowania 800 W/m², temperatura otoczenia 20 °C, prędkość wiatru (czynnik chłodzący) 1,5 m/s. Moc modułów w takich warunkach może być nawet o 30% mniejsza niż ich moc nominalna. Wówczas mniejszy falownik jest po prostu lepiej wykorzystany (rys. 4).

Czy można zatem przewymiarować falownik jeszcze bardziej? Czy można zastosować SM = 150% lub nawet 200%? Można, ale nie w każdej sytuacji. Jeśli zrobilibyśmy tak duże przewymiarowanie w przypadku instalacji skierowanej na południe, straty energii będą pojawiać się praktycznie każdego słonecznego dnia (rys. 5) i mogą one sięgnąć nawet 15% w ujęciu rocznym. Ale już w przypadku instalacji wschód–zachód taki stopień przewymiarowania może być korzystny.

PODSUMOWANIE- Dlaczego warto przewymiarować instalacje?

Przewymiarowanie instalacji jest wskazane ponieważ:

 

  • w normalnych warunkach bardzo rzadko uzyskujemy tzw. STC (ang. Standard Test Conditions – Standardowe Warunki Badania), czyli natężenie promieniowania 1000W/m², temperatura ogniw: 25°C, optyczna gęstość atmosfery AM = 1.5;
  • sprawność falownika zawsze będzie niższa, niż 100%;
  • w miesiącach letnich wysoka temperatura modułów (nagrzewają się nawet 30-35°C powyżej temperatury otoczenia) przekłada się na ich mniejszą wydajność. Jeśli ujemny temperaturowy współczynnik mocy wynosi -0.45%/°C, to przy temperaturze modułów 65°C ich wydajność będzie mniejsza o 18%: