Jak dobrać odpowiedni falownik do instalacji fotowoltaicznej?

Stopień przewymiarowania liczby paneli PV wobec mocy inwertera należy ustalić indywidualnie dla każdej instalacji fotowoltaicznej. Należy pamiętać że lepiej dociążony falownik będzie wydajniej pracować.

I tak dla przykładu możemy zastosować wzór:

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.

Stosunek mocy dla instalacji skierowanych na południe powinien znajdować się w przedziale pomiędzy 80 a 120%. W przypadku instalacji wschód–zachód zakres SM może być większy, nawet do 160%, i silnie zależy od nachylenia dachu (zaleca się kąt około 30 stopni).

Czy falownik się nie uszkodzi, jeśli pojawią się warunki STC (laboratoryjne)?

Falownik nie będzie przetwarzał więcej energii, niż wynosi jego moc maksymalna, a jej nadmiar nie będzie odbierany z modułów: nastąpi ograniczenie mocy wyjściowej. Należy wciąć pod uwagę fakt że panel, który w warunkach STC uzyskał moc 330 Wp, w warunkach NOCT osiągnie moc ok. 270 Wp. NOCT to nominalnej temperatury pracy ogniwa – NOCT (Nominal Operating Cell Temperature).

Sprawność falownika zależy od przetwarzanej przez niego mocy. Sprawność jest najwyższa, gdy przetwarzana moc zbliża się do maksymalnej mocy falownika. Tę zależność przedstawia poniższy wykres dla falownika firmy Fronius:

Rys.1. Źródło: Fronius

Przykład doboru falownika:

Aby lepiej zobrazować korzyści z zastosowania mniejszego falownika względem mocy paneli, warto przeanalizować instalację fotowoltaiczną o następujących parametrach:

• azymut: +15°C (prawie idealne południe),
• kąt nachylenia dachu: 40° (idealny dla wartości AM 1½ w czasie równonocy wiosennej),
• moc paneli STC – 6300 Wp (20 szt. x 315 Wp),
• moc inwertera – 6000 W,
• przewymiarowanie paneli względem inwertera – 105%.

Sprawdźmy, czy lepiej sprawdziłby się w tej instalacji falownik o mocy 5000 W z przewymiarowaniem 126%. Potrzebujemy danych o pracy systemu w warunkach bezchmurnego nieba od rana do wieczora, ale z różnymi temperaturami powietrza. Takie warunki wystąpiły 25 i 27 marca 2020 r, przy czym 25 marca był chłodniejszy o 10°C od 27 marca. Warunki 25 marca były bardzo zbliżone do warunków STC, według których określana jest moc szczytowa paneli. Moc instalacji osiągnęła 6000 W w szczycie. Próg najwyższej sprawności falownika >70% został przekroczony o godz. 9:30. Mniejszy falownik 5000 W przekroczyłby ten próg o godz. 9:00, czyli 30 min. wcześniej. Wystąpiłaby wtedy niewielka strata uzysku spowodowana ograniczaniem mocy do 5000 W (zaznaczona czarnymi liniami na wykresie).

Rys. 2. Wykres produkcji energii na dzień 25 marca 2020 r. Źródło: Fronius

27 marca odnotowaliśmy wzrost temperatury powietrza o 10°C i widać, że moc maksymalna spadła do 5500 W. Próg najwyższej sprawności falownika >70% został przekroczony w podobnych godzinach. Straty dla falownika 5000 W były już minimalne.

Rys. 3. Wykres produkcji energii na dzień 27 marca 2020 r. Źródło: Fronius

Dla porównania przeanalizujmy również wykres z dnia 30 czerwca 2019 (upalny bezchmurny dzień). Temperatura była wysoka i wynosiła 30°C. Moc maksymalna wyniosła 5000 W, a próg najwyższej sprawności falownika >70% został przekroczony nieco po godz. 11:00. Dla falownika 5000 W byłaby to godz. 10:00. Nie wystąpiły też straty wynikające z ograniczenia mocy falownika, ponieważ maksymalna dla instalacji była moc 5000 W.

Rys. 4. Wykres produkcji energii na dzień 30 czerwca 2020 r. Źródło: Fronius

Wnioski z analizy powyższego przykładu

Zastosowanie mniejszego falownika względem mocy paneli oznacza, że:

• chwilowa moc będzie niższa (tylko w wybrane dni), ale w dłużej perspektywie funkcjonowania instalacji uzysk energii będzie większy, ze względu na wyższą sprawność falownika,
• straty energii wynikające z ograniczenia mocy występują podczas niższych temperatur (głównie w okresie wiosennym, kiedy słońce jest już wysoko, ale nadal bywa chłodno). Strata wynosi ok. 1-2 kWh dziennie przez kilkanaście dni w roku (głównie w marcu i kwietniu), co stanowi ok. 1% produkcji rocznej,
• falownik pracuje dłużej w ciągu dnia średnio 1-2 godzin w zakresie swojej najwyżej sprawności (>70%). To przekłada się na wyższy uzysk energii (szczególnie w miesiącach cieplejszych: czerwiec, lipiec), kiedy częściej występują dni słoneczne. Korzyści mogą wynosić ok. 3-4% w skali roku,
• mniejszy falownik jest lepiej dopasowany w dłuższej perspektywie działania instalacji, ponieważ naturalna degradacja paneli powoduje spadek ich mocy o ok. 0,5% rocznie,
• można zaoszczędzić przy koszcie początkowym instalacji – mniejszy falownik jest tańszy.

Na podstawie analizy przykładu wynika, że zastosowanie falownika o mocy 5000 W zamiast 6000 W byłoby jak najbardziej korzystne. Większy falownik ma sens przy założeniu, że chcemy instalację rozbudować w przyszłości, przy czym do czasu rozbudowy sprawność całego układu będzie o kilka procent niższa.

Podsumowując

• Falownik może działać w zakresie +/- 20% w stosunku do mocy nominalnej paneli
• Istotnym jest kąt nachylenia dachu (zaleca się 30 stopni)
• Położenie połaci dachu względem stron świata (najkorzystniej wychodzi ułożenie paneli w kierunku południowym)
• Sprawność falownika może przekładać się na straty energii płynącej do sieci
• Falownik powinien być dobierany indywidualnie do każdej instalacji wg potrzeb
• Dobierając falownik należy pamiętać o przyszłościowej ewentualnej rozbudowie instalacji

Zachęcamy do zapoznania się z ofertą falowników. Tylko znane i pewne marki z długim okresem gwarancji. Wciąż masz wątpliwości jaki falownik wybrać do swojej instalacji? Skontaktuj się z nami, a pomożemy wybrać coś co będzie służyło latami i bez niepotrzebnych kłopotów.