Študija Zveznega Urada za Energijo o (NE) Smiselnosti Uporabe Optimizatorjev v Sončnih Elektrarnah
KLJUČNE UGOTOVITVE :
- Optimizatorji lahko v močno zasenčenih primerih povečajo izkoristek za največ 5 %, lahko ga pa tudi poslabšajo, kar je v popolnem nasprotju z obljubami proizvajalcev .
- V primerih, ko je na strehi malo senčenja ali nič, prisotnost optimizatorjev zmanjša letni izkoristek PV sistema.Potrebno je vedeti, da optimizatorji za delovanje potrebujejo električno energijo, oziroma le ti porabijo morebiten donos.
- Temperatura, kjer je nameščen optimizator, lahko poleti preseže 70°c, kar povzroča okvare elektronike v optimizatorju.
- Stroški zamenjave pogostih okvar za večkrat presegajo vrednost samega optimizatorja. Proizvajalc vam pokrijeje le stroške optimizatorja, vendar ne pokrije ostalih stroškov menjave, kot so dvigalo, monter, električar ...
Glede na rezultate študije z lahkoto ugotovimo, da za optimalno ter varno delovanje sončne elektrarne ne potrebujemo optimizatorjev, ampak potrebujemo kvalitetno opremo kot so razsmerniki, prenapetostne zaščite, ločilniki... in pa seveda strokovnega izvajalca z več letnimi izkušnjami.
Google prevod :
KAJ LAHKO OPTIMIZATOR ZARES
DOSEŽE V PV SISTEMI ?
Vsakdo, ki na svojo streho postavi PV sistem, želi proizvesti čim več električne energije. Dimnik, ki redno meče sence, zmanjšuje donos. Tako imenovani optimizatorji obljubljajo rešitev
Vsvoji študiji , ki jo je podprl Zvezni urad za energijo, so raziskovalci züriške univerze uporabnih znanosti ZHAW v Winterthurju ugotovili, da lahko optimizatorji izboljšajo donose, lahko pa jih tudi poslabšajo. Odvisno od konkretnega primera.
Koliko električne energije PV sistem dejansko proizvede, je odvisno od različnih dejavnikov: dimnik, ki meče sence, pokvarjen modul ali sneg na sistemu lahko zmanjša donos. Ker so posamezne celice modula in celo več solarnih modulov medsebojno povezane, ni enostavno ločeno krmiliti zasenčenih in nezasenčenih celic.
Tu nastopi optimizator. S to električno napravo je načeloma možno izkoristiti moč najšibkejšega člena v verigi brez njegove delne ali popolne premostitve. Z drugimi besedami: modul, ki proizvede manj, ker nanj padajo sence, se neodvisno regulira z optimizatorjem in ne vpliva več na donos drugih.
Vloga MPP:
Točka največje moči (MPP) se nanaša na točko delovanja modula ali solarnega sistema, pri kateri se dosežeoptimalna moč v določenem trenutku in pod ustreznimi pogoji (obsevanje, temperatura itd.). Električna napetost in tok določata ta MPP. V solarnih sistemih s senčenjem včasih ni mogoče doseči optimalnega izkoristkaelektrične energije vsakega modula, če je MPP za senčene in nezasenčene module nastavljen skupaj, ker nosijo isti tok. Lahko se zgodi, da moduli z nižjim sončnim obsevanjem vplivajo na module z visokim sončnim obsevanjem, tako da slednji ne zagotavljajo polne zmogljivosti ali pa je prizadeti modul delno zaobdan. Sistem z optimizatorjem pa omogoča neodvisno krmiljenje z njim opremljenih modulov,
Do 25 odstotkov več pridelka! Dobavitelji takšne obljube dajejo, ko nameščajo te električne naprave za optimizacijo solarnega sistema. Ali so takšni dodatni donosi realni? Energeiaplus je vprašal Franza Baumgartnerja. Študijo je izvedel na ZHAW v imenu BFE .Energeiaplus: 25 odstotkov večja zmogljivost z optimizatorjem.
Ali lahko naprave izpolnijo to obljubo?
Kaj pravi vaša študija?
Franz Baumgartner vodi predmet Energy and Environmental Technology na ZHAW in je predavatelj fotovoltaičnih sistemov in obnovljivih virov energije; Slika: ZHAW
Franz Baumgartner: Optimizatorji moči lahko povečajo donos fotonapetostnih sistemov s senčenjem. Vendar je to mogoče le v posebnih primerih. V vseh pregledanih primerih smo trenutno lahko določili največji dodatni letni izkoristek energije do 5%, kar je v popolnem nasprotju s podatki proizvajalca
Kdaj je optimizator smiseln? Oziroma, kdaj se splača?
Glede na letni izkoristek energije naši rezultati kažejo, da je uporaba optimizatorjev v PV sistemih v stanovanjskih območjih s srednje do močno senčenjem ali v majhnih sistemih z več orientacijami smiselna. Šlo naj bi torej za tržno nišo, a se še danes zelo pogosto prodaja. Srednje senčenje je lahko na primer senčenje dveh dimnikov na enemsistemu ali prezračevalne cevi in bližnjega drevesa. Močno senčenje so na primer sosednje stavbe, ki mečejo velikosenco na objekt.
Kdaj bi optimizacijo odsvetovali?
Ne pozabite, da sam optimizator potrebuje tudi električno energijo. Ali povedano drugače: glede na situacijo naprava kompenzira dodatni donos. To še posebej velja, če je senčenja malo ali nič in obstajata samo do dve različni orientaciji. Sistem takrat doseže enako ali manjšo moč, kot bi jo imel sistem brez optimizatorja in dveh ločenih tokokrogov s klasično močnostno elektroniko.
Stroškovna postavka so tudi optimizatorji. Cene se zelo razlikujejo. Kaj priporočate končnim kupcem?
Stroški nabave so običajno nekaj odstotkov višji za sistem za optimizacijo porabe energije. Pomembnejša pa je zanesljivost elektronike v dolgih letih, ko je izpostavljena vetru, dežju in predvsem visokim temperaturam. Temperature za modulom lahko poleti narastejo do več kot 70 stopinj, kar lahko povzroči okvare elektronike.
Poudariti je treba tudi, da v primeru okvar stroške posameznega optimizatorja krije proizvajalčeva garancija. Vendar pa so stroški dela solarnega inštalatera, ki izvede popravilo, večkrat višji. To lahko stane veliko denarja (več sto ali celo nekaj tisoč frankov, če je zamenjava na strehi zapletena). Vodilni na trgu pa ustvari milijardne prihodke od prodaje, kot ste zapisali v strokovnem članku (vstavite povezavo). Ali svojo študijo vidite tudi kot informacijo, da končni kupci ne bodo razočarani?
Kot neodvisni raziskovalni center imamo nalogo razvijati objektivne rezultate raziskav, ki temeljijo na meritvah in dejstvih. Ker še vedno ni predpisa za podatke o električni moči za optimizatorje moči, želimo končne kupce obvestiti z rezultati na to temo, da lahko svojim specializiranim podjetjem postavijo ustrezna vprašanja. Hkrati vodimmednarodno delovno skupino IEA in odbora za standarde IEC, da bi lahko to pregledno in pošteno ocenili za vse elektronske komponente.
Vaš zaključek? So optimizatorji samo hype ali prihodnost?
Pomembne so raziskave in razvoj novih učinkovitih tehnologij na področju obnovljivih virov energije. Predvsem je iskanje rešitve za vpliv senčenja na izkoristek električne energije solarnih sistemov bistveno za prihodnjo širitev v urbanih območjih. Ustrezna specializirana podjetja morajo tem posebnim vprašanjem pri načrtovanju dati večjo težo kot danes. Z veseljem pomagamo, da kompleksne nišne aplikacije ne prevladujejo na trgu z vsemi tveganji, ki jih potem nosi končni kupec.
Za koga so rezultati relevantni?
Z našo raziskavo želimo poučiti PV monterje, načrtovalce in tudi končne kupce o tej težki temi. Upamo, da se bodo v prihodnosti podjetja, ki načrtujejo PV, pri načrtovanju lahko zanašala na pravilne vrednosti donosa in ne več na tržne informacije. Navsezadnje imajo od tega koristi tudi kupci. Rezultati vašega pregleda so rezultat laboratorijskih meritev. Kako jim je to uspelo?
Ker so razlike v izkoristku v večini primerov senčenja približno en do dva odstotka, je to pri meritvah na prostem težko natančno izmeriti. To je posledica nihanja sončnega obsevanja in dejstva, da sta v praksi komaj dve enaki strehi ena ob drugi opremljeni z dvema različnima sistemoma, eden z in drugi brez optimizatorja. Rezultati naše raziskave ZHAW zato temeljijo na natančnih laboratorijskih meritvah v zaprtih prostorih na komercialnih optimizatorjih in običajnih razsmernikih ter posebej razviti simulacijski programski opremi za določanje učinkov na letni donos.
Zdaj želite raziskovalni projekt razširiti in izvajati tudi meritve na terenu. Kaj pričakujete od tega?
S toplotnimi meritvami na terenu raziskujemo še en učinek uporabe optimizatorjev, in sicer potencialno znižanje temperature vročih točk zasenčenih sončnih celic. Z drugimi besedami, ko so sončne celice zasenčene, je možno, da se solarna plošča delno zaobide s prilagoditvijo MPP. V tem primeru se delno zasenčene sončne celice segrejejo. Teoretično se ta stanja pojavljajo manj pogosto zaradi regulacije optimizatorja, ki zmanjša segrevanje zasenčene sončne celice in s tem obremenitev solarnega modula.
Tako je potekala študija:
Učinkovitost (ali izgube) štirih običajnih modelov optimizatorjev moči in štirih solarnih pretvornikov so izmerili v laboratoriju Inštituta za energetske sisteme in fluidno inženirstvo na Inženirski šoli ZHAW v
Winterthurju. Uporabljene so bile visoko precizne merilne naprave in električne naprave (napajalniki), ki lahko simulirajo obnašanje (torej tok in napetost) velikega števila različnih solarnih modulov. Učinkovitost optimizatorjev in pretvornikov je bila določena zlasti za veliko število aplikacij. Na podlagi teh izmerjenih vrednosti je bil razvit matematično-fizikalni model, ki lahko izračuna izgube za vse možne delovne točke. Poleg meritev so v raziskovalni skupini v zadnjih treh letih razvili PV simulacijsko orodje, ki natančno prikazuje položaj sonca, obsevanost, temperaturo, senčenje in električne lastnosti PV modulov. Simulacijska aplikacija izvaja tudi idealizirano krmiljenje s pomočjo naprav (inverter ali optimizator moči) ter omenjeni fizični model izgub. Posledično je mogoče simulirati široko paleto solarnih sistemov s številnimi primeri senčenja in določiti letni donos električne energije. Skladno s tem lahko pod popolnoma enakimi pogoji izračunamo solarni sistem z Power Optimizerjem in sistem brez teh naprav. To pomeni, da lahko izvajamo natančne primerjave.
Več informacij o študiji ZHAW najdete tukaj:
Magistrsko delo Cyril Allenspach, ZHAW https://digitalcollection.zhaw.ch/bitstream/11475/27358/3/2023_Allenspach_Cyril_MSc_SoE.pdf
Podrobnosti o študiji ZHAW:
https://www.zhaw.ch/de/forschung/forschungskatalog/projektdetail/projektid/4870/
Intervju: Brigitte Mader, komunikacije, Zvezni urad za energijo Foto: shutterstock; ID: 2122613513; iyks