Falownik może być nieco słabszy niż panele, jeśli producent dopuszcza przewymiarowanie mocy po stronie DC. Przy dużej produkcji urządzenie ograniczy moc do swojej wartości znamionowej, co nazywa się clippingiem. Zbyt duże przeciążenie może jednak powodować straty energii, przegrzewanie lub wyłączenia. Należy przestrzegać maksymalnego napięcia, prądu i zaleceń producenta, aby instalacja działała bezpiecznie i efektywnie.
Odpowiednio zaplanowana różnica między mocą generatora PV a mocą urządzenia może poprawić wykorzystanie falownika w warunkach słabszego nasłonecznienia. Z drugiej strony zbyt duże przewymiarowanie paneli prowadzi do częstszego ograniczania produkcji, czyli zjawiska określanego jako clipping. Temat jest ważny podobnie jak dla osób projektujących nową instalacjęi właścicieli systemów, którzy obserwują niższą od oczekiwanej produkcję energii w godzinach największego nasłonecznienia.
Czy falownik może być słabszy niż panele i kiedy powoduje clipping?
Falownik odbiera energię prądu stałego wytwarzaną przez moduły i przekształca ją w prąd przemienny. Jeżeli panele chwilowo dostarczają więcej energii, niż urządzenie może przetworzyć, falownik ogranicza moc wyjściową do swojego dopuszczalnego poziomu. Nadwyżka nie jest wtedy przekazywana do instalacji elektrycznej. Właśnie clipping, nazywany także obcinaniem mocy. Clipping nie oznacza automatycznie awarii ani nieprawidłowej pracy systemu. Pojedyncze, krótkie ograniczenia mogą być przewidziane w projekcie. Moduły osiągają moc znamionową tylko w określonych warunkach laboratoryjnych, a na rzeczywistą produkcję wpływają między innymi temperatura ogniw, kąt nachylenia, orientacja połaci, zacienienie, zabrudzenie oraz sposób prowadzenia przewodów. Wysoka temperatura paneli najczęściej obniża ich chwilową moc, dlatego dobre warunki testowe występują rzadko.
Projektant powinien sprawdzić parametry wejściowe falownika, konfigurację stringów i profil produkcji w ciągu dnia, zamiast oceniać instalację wyłącznie na podstawie nazwowej mocy modułów.
Przy ocenie przewymiarowania paneli należy przeanalizować przede wszystkim:
- moc generatora fotowoltaicznego w stosunku do mocy AC falownika,
- orientację i nachylenie modułów względem słońca,
- temperaturę pracy paneli oraz możliwość ich chłodzenia,
- częstotliwość i długość okresów ograniczania mocy.
Straty energii przy przewymiarowaniu instalacji fotowoltaicznej
| Konfiguracja | Praca falownika | Ryzyko strat z clippingu |
|---|---|---|
| Panele i falownik o zbliżonej mocy | Stabilna, z niewielką liczbą ograniczeń | Niskie |
| Umiarkowanie mocniejsze panele | Lepsze wykorzystanie przy słabszym świetle, sinformacjeczne ograniczenia | Małe lub umiarkowane |
| Znacznie mocniejsze panele | Częste osiąganie limitu mocy wyjściowej | Podwyższone |
| Nieprawidłowo dobrane napięcie lub prąd | Możliwe ograniczenia albo problemy z uruchomieniem | Niezależne od samego clippingu |
Często pytanie, czy falownik może być słabszy niż panele, powinno więc prowadzić do analizy profilu uzysku, a nie do prostego porównania dwóch wartości. Straty pojawiają się głównie wtedy, gdy moduły często przekraczają możliwości przetwarzania urządzenia.
Przy projektowaniu należy przemyśleć przyszłą rozbudowę, warunki gwarancji oraz ograniczenia konkretnego modelu falownika.
Kryteria doboru mocy falownika do paneli fotowoltaicznych
Dobór falownika nie polega na prostym dopasowaniu urządzenia do sumy mocy modułów.
Należy porównać moc generatora fotowoltaicznego po stronie prądu stałego z mocą znamionową falownika po stronie prądu przemiennego. Panele osiągają moc szczytową wyłącznie w określonych warunkach laboratoryjnych, jednak na dachu wpływają na nie temperatura, zachmurzenie, orientacja połaci, kąt nachylenia i okresowe zacienienie. Dlatego instalacja może mieć nieco większą moc modułów niż falownik. Taki układ pozwala lepiej wykorzystać urządzenie rano, późnym popołudniem oraz przy słabszym nasłonecznieniu.
Zjawisko ograniczania chwilowej produkcji przez falownik nazywa się clippingiem.
Pojawia się wtedy, gdy panele mogą dostarczyć więcej energii, niż urządzenie jest w stanie przetworzyć. Niewielkie ograniczenie szczytowej produkcji nie musi oznaczać błędnego projektu. Trzeba jednak sprawdzić zakres dopuszczalnej mocy generatora PV podany przez producenta. Zbyt duże przewymiarowanie może prowadzić do częstego obcinania uzysku, a także utrudnić późniejszą rozbudowę instalacji. Analiza powinna obejmować roczny profil nasłonecznienia, a maksymalną moc paneli widoczną w karcie katalogowej.
⚡ Czy moc falownika zależy od orientacji i zacienienia paneli?
Tak. Moduły skierowane na wschód i zachód produkują energię w innych porach niż panele południowe, a ich maksymalna moc chwilowa bywa niższa. Przy częściowym zacienieniu korzystniejszy może być falownik z większą liczbą niezależnych wejść MPPT, ponieważ każda grupa modułów może pracować według własnego punktu mocy.
Jak sprawdzić parametry elektryczne falownika i stringów?
Sama moc znamionowa nie wystarcza. Trzeba porównać napięcie obwodu otwartego modułów z maksymalnym napięciem wejściowym falownika. Należy przemyśleć spadek temperatury, ponieważ w chłodnych warunkach napięcie paneli rośnie. Tak samo ważny jest zakres napięcia MPPT, w którym falownik rzeczywiście śledzi punkt maksymalnej mocy. Moc modułów fotowoltaicznych może chwilowo przekraczać moc znamionową falownika, szczególnie przy intensywnym nasłonecznieniu i niskiej temperaturze ogniw.
Clipping falownika fotowoltaicznego a rzeczywiste straty energii
Clipping falownika fotowoltaicznego polega na ograniczeniu mocy wyjściowej do maksymalnego poziomu, który urządzenie może przekazać do instalacji elektrycznej.
Jeżeli moduły w danym momencie produkują więcej energii po stronie DC, falownik nie przekształci całej tej wartości na prąd przemienny. Nadwyżka zostaje odcięta. Nie znaczy to jednak, że cała moc instalacji jest stale tracona. Zjawisko występuje tylko wtedy, gdy rzeczywista produkcja z paneli przekracza możliwości falownika.
Takie warunki pojawiają się zazwyczaj przy bardzo dobrym nasłonecznieniu, odpowiednim ustawieniu modułów i korzystnej temperaturze pracy.
Strata clippingowa dotyczy wyłącznie chwilowej nadwyżki mocy, a nie całej energii wytwarzanej przez instalację.
Na wielkość strat wpływają:
- relacja między mocą generatora PV a mocą AC falownika,
- orientacja, nachylenie i wzajemne ustawienie modułów,
- lokalne warunki pogodowe oraz temperatura ogniw.
Znaczenie ma także profil produkcji. Instalacja skierowana na wschód i zachód osiąga niższe szczyty mocy, ale produkuje bardziej równomiernie w ciągu dnia. W takim układzie clipping może być mniejszy niż przy identycznej liczbie modułów skierowanych w sam raz na południe. Rzeczywiste straty energii ocenia się na podstawie symulacji uzysku, parametrów modułów, napięcia roboczego oraz danych z monitoringu. Sam fakt przewymiarowania strony DC nie świadczy jeszcze o nieprawidłowym projekcie. Taki dobór może poprawiać produkcję rano, wieczorem i przy słabszym nasłonecznieniu, gdy falownik nie pracuje z pełnym obciążeniem. Czy clipping falownika fotowoltaicznego skraca żywotność urządzenia?
Nie.
Falownik ogranicza moc zgodnie ze swoją konstrukcją i warunkami pracy. Czy każda utracona moc oznacza dużą stratę roczną?
Nie.
Liczy się łączny czas występowania ograniczenia oraz poziom odciętej mocy, a nie pojedynczy szczyt na wykresie. Clipping falownika fotowoltaicznego zimą jest możliwy, choć zazwyczaj występuje rzadziej niż w okresie wiosennym lub letnim. Zjawisko pojawia się wtedy, gdy chwilowa moc prądu stałego produkowanego przez moduły przekracza maksymalną moc, którą falownik może oddać po stronie prądu przemiennego. Urządzenie ogranicza wtedy moc wyjściową, mimo że panele mogłyby wygenerować więcej energii. Zimą uzysk jest najczęściej mniejszy z powodu krótszego dnia, niskiego położenia słońca i częstego zachmurzenia. Nie znaczy to jednak, że moduły pracują zawsze słabo. Niska temperatura poprawia ich sprawność, a przejrzyste powietrze po mroźnej nocy może zapewnić intensywne promieniowanie.
Tak samo śnieg zalegający na ziemi może odbijać światło, szczególnie przy instalacjach o korzystnym kącie nachylenia.
Clipping falownika fotowoltaicznego zimą a dobór mocy instalacji
Ryzyko ograniczania mocy zależy przede wszystkim od relacji między łączną mocą modułów a mocą falownika. Znaczenie mają także orientacja paneli, kąt nachylenia, zacienienie, zastosowanie modułów dwustronnych oraz lokalne warunki pogodowe. Instalacja skierowana na południe może osiągnąć wysoki pik produkcji nawet przy krótkim zimowym dniu.
Kiedy zimowe słońce ogranicza moc falownika?
Clipping falownika fotowoltaicznego zimą może wystąpić w czasie krótkiego, ale bardzo słonecznego okresu, gdy moduły są zimne i pracują sprawniej.
Szczególnie sprzyjają temu bezchmurne dni, odbicie światła od śniegu oraz przewymiarowanie strony paneli względem falownika. Na wykresie produkcji widać wówczas charakterystyczne spłaszczenie: moc przez pewien czas utrzymuje się na poziomie maksymalnej mocy AC urządzenia, zamiast podążać za chwilowym potencjałem modułów. Nie należy mylić tego z ograniczeniem wynikającym z niskiego napięcia lub zacienienia. Zimą należy kontrolować napięcie obwodu otwartego, ponieważ chłód zwiększa napięcie paneli.
Projektant powinien sprawdzić, czy napięcie całego łańcucha mieści się w zakresie wejściowym falownika, przede wszystkim w czasie najniższych temperatur.
Sinformacjeczne zimowe ograniczenia mocy nie muszą oznaczać usterki. Przy ocenie instalacji lepiej analizować wykresy produkcji, temperaturę, nasłonecznienie i konfigurację stringów niż pojedynczy moment zarejestrowany przez monitoring. Rzeczywisty wpływ clippingu zależy od proporcji mocy modułów do falownika oraz warunków panujących na konkretnej posesji.
