envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa

Advertisement










1 09Ogólnie wiadomo, że najbardziej sprzyjające generowaniu energii elektrycznej przez instalację PV jest ukierunkowanie jej na południe. W przypadku konstrukcji wolno stojących inwestor ma najczęściej spore pole manewru, aby uzyskać optymalne ustawienie. W dobrej sytuacji są również właściciele nowo powstających domów z dachami dwu- lub nawet jednospadowymi. Sprawa może się jednak skomplikować w przypadku starszych budynków i zróżnicowanych połaci dachu. Jak sensownie rozwiązać ten problem?

Wiele starszych budynków mieszkalnych ma dachy czterospadowe, często z licznymi wykuszami. W tym przypadku projektant instalacji fotowoltaicznej lub sam instalator stają przed znacznie większym wyzwaniem niż wtedy, gdy panele PV mają być posadowione na prostym dachu jedno- lub dwuspadowym. Zdarza się nawet, że są zmuszeni powiadomić klienta o braku możliwości zamontowania pierwotnie planowanej przez niego liczby modułów PV. Z kolei tam, gdzie konstrukcja dachu pozwala na montaż wszystkich paneli, może pojawić się inny problem, a mianowicie odpowiednie zorientowanie całej instalacji względem kierunków geograficznych.

Praca ze zróżnicowanymi parametrami
Na dachach czterospadowych może być miejsce na zamontowanie kilku-kilkunastu paneli PV na połaci zorientowanej na południe, ale także na podobną liczbę paneli zarówno na połaci skierowanej na wschód, jak i na zachód. Szkoda byłoby z tej dodatkowej powierzchni montażowej nie skorzystać. Trzeba jednak pamiętać, że instalacja na każdej z połaci będzie pracować z innymi parametrami w ciągu dnia. Rano optymalne warunki pojawią się na połaci wschodniej, następnie południowej, aż w końcu promienie słońca zaczną bezpośrednio padać na zachodnią część dachu.
! Wykluczone jest połączenie w tej sytuacji wszystkich paneli w jeden łańcuch, pod falownik z jednym wejściem MPPT (Maximum Power Point Tracking). Układ śledzenia mocy maksymalnej MPPT ma bowiem za zadanie wyszukać optymalny punkt pracy MPP (Maximum Power Point) dla podłączonej pod niego instalacji.

Odbywa się to poprzez ciągłe śledzenie aktualnych warunków pracy systemu oraz wyszukiwanie na charakterystyce prądowo-napięciowej optimum wartości napięcia i natężenia w danym momencie. Oznacza to, że w przypadku modułów skierowanych w różnych kierunkach jeden MPPT uśredni warunki pracy dla całej instalacji (np. część skierowana na zachód będzie osłabiać działanie całej instalacji w godzinach porannych), przez co będzie ona pracowała z mocno ograniczoną efektywnością.2 09
Zróżnicowany poziom natężenia promieniowania słonecznego przekłada się na istotne rozbieżności w wartościach natężenia prądu w panelach – im większa wartość natężenia promieniowania, tym większe natężenie prądu (rys. 2). Dodatkowo, panele, na które aktualnie padają promienie słoneczne, będą miały wyższą temperaturę, co w konsekwencji przyniesie spadek napięcia oraz mocy.

3 09Jak poprawić warunki pracy?
W celu poprawienia warunków pracy instalacji składającej się z szeregowo łączonych paneli, które pracują w różnych warunkach, standardem dla wielu falowników do zastosowań domowych stało się zastosowanie dwóch osobnych trackerów mocy maksymalnej. Pozwala to na praktycznie niezależne połączenie dwóch łańcuchów PV na osobnych połaciach. Dla każdego z łańcuchów będą wówczas osobno wyznaczane najbardziej efektywne warunki pracy w danym momencie. Nie będą więc one negatywnie na siebie oddziaływały i w danej chwili będzie można uzyskiwać maksimum mocy z generatora PV.

Z pozoru problematyczna może się jednak wydawać instalacja na trzech połaciach (południe, wschód, zachód), ponieważ mamy do czynienia z trzema różnymi warunkami słonecznymi oraz wciąż z dwoma MPPT (niewiele falowników do zastosowań domowych jest wyposażonych w trzy oddzielne trackery). Jednakże nie trzeba „na siłę” szukać falownika z trzema MPPT – jego zakup niepotrzebnie zwiększy koszty instalacji. Problem zwykle można rozwiązać przez odpowiednie podłączenie trzech oddzielnych łańcuchów ogniw PV (przyjmijmy jeden łańcuch na połać) pod standardowy falownik z dwoma MPPT (rys. 3).
! Aby osiągnąć optymalne uzyski z instalacji, będzie konieczne zastosowanie połączenia równoległego oraz szeregowego. Pod jeden MPPT zostanie podłączona połać południowa, natomiast połacie wschodnia i zachodnia zostaną równolegle do siebie podpięte pod drugie wejście MPPT.

4 09Warto zmienić błędne przekonania
Wielu niedoświadczonych instalatorów i projektantów może przekreślić wskazane wyżej wykonanie instalacji ze względu na przeświadczenie o konieczności montażu wszystkich modułów w łańcuchu w jednym kierunku, co jest jak najbardziej prawidłowym założeniem, ponieważ w jednym łańcuchu do przyjęcia są odchylenia w przypadku azymutu oraz nachylenia na poziomie +/- 5°. Powyższe założenie nie dotyczy jednak podłączenia paneli pod jeden MPPT, przy którym możemy zastosować właśnie połączenie równoległe. Przy takim rodzaju połączenia, natężenie prądu poszczególnych łańcuchów będzie sumowane (w przypadku połączenia szeregowego prąd jest równy wartości prądu pojedynczego panela, a sumowane jest napięcie poszczególnych modułów), natomiast napięcie pozostanie niezmienne.

Połączenie równoległe dwóch łańcuchów pod jeden MPPT jest korzystne również ze względu na stosunkowo niewielkie zmiany napięcia w zależności od natężenia promieniowania słonecznego. System wyszukiwania punktu mocy maksymalnej dostosowuje napięcie, tak aby dwa podłączone łańcuchy uzyskały największą moc. Praktycznie będzie to taka moc, z jaką będzie pracował jeden z równolegle połączonych łańcuchów, na który w danym momencie padają promienie słoneczne.
! Warto pamiętać, że przy równoległym łączeniu dwóch łańcuchów PV istotne jest zwrócenie uwagi na sumaryczne napięcia poszczególnych łańcuchów – nie powinny się różnić od siebie o więcej niż 5%, co w praktyce wymusza tworzenie łańcuchów o takiej samej liczbie modułów. W samych łańcuchach trzeba natomiast stosować moduły o takich samych parametrach mocowych.

Omawiane rozwiązanie pozwala także na zastosowanie falownika z jednym MPPT do instalacji montowanej tylko na dwóch połaciach: wschodniej i zachodniej. Jeśli chodzi o ekonomikę, to warto tu przywołać wyniki studium porównawczego instalacji wschód-zachód podłączonej pod jeden MPPT oraz pod dwa osobne MPPT, które w 2012 r. wykonała firma Fronius International. Straty mocy przy podłączeniu pod jeden MPPT były znikome, mniejsze niż 1%. Dodam, że obecnie produkowane falowniki mają wyższe sprawności niż 9 lat temu i uzyskane straty mogłyby być jeszcze mniejsze, co w praktyce pozwala je wręcz pominąć.

Wykorzystujmy dostępne połacie, nie przepłacajmy
Zastosowanie wyżej opisanego sposobu łączenia łańcuchów paneli pozwala na zagospodarowanie wielu dachów o bardziej skomplikowanej budowie, gdzie na pierwszy rzut oka można przeoczyć ich potencjał pod montaż fotowoltaiki. Instalacja rozbita na trzy różne połacie będzie oczywiście mniej efektywna niż analogiczna liczba modułów usytuowana na południe, co trzeba będzie uwzględnić w analizach ekonomicznych instalacji oraz przy obliczeniu czasu zwrotu inwestycji, jednak w wielu przypadkach nie osiągniemy wymaganej mocy poprzez montaż paneli jedynie na jednej części dachu. Inwestowanie w mikrofalowniki, osobno dla każdego modułu, znacząco zwiększy nakłady inwestycyjne, więc zdecydowanie bardziej uzasadnione jest zastosowanie falownika z dwoma MPPT oraz odpowiednie połączenie elektryczne całego systemu PV.

5 09Artykuł stanowi kontynuację cyklu „Warsztaty instalatora OZE” w zakresie mikro- i małych instalacji fotowoltaicznych. Korzystając z wiedzy ekspertów z działu Wsparcia Technicznego i Szkoleń firmy Viessmann, przygotowujemy jego kolejne odcinki z praktycznymi wskazówkami dla projektantów i wykonawców, które zarazem mogą służyć jako argumenty w rozmowach z inwestorami.


 

pi