Z uwagi na mnogość typów i dużą rozpiętość mocy modułów fotowoltaicznych znacznie łatwiej dostosować moc modułów PV do falownika niż odwrotnie, tak aby w pełni wykorzystać jego możliwości. Oczywiście to założenie jest poprawne, gdy nie posiadamy ściśle limitowanej powierzchni, na której będą znajdować się moduły fotowoltaiczne.

Powszechnie przyjęta zasada dopasowania mocy falownika do generatora PV mówi, że moc generatora PV powinna mieścić się w zakresie 0,85–1,18 mocy AC falownika. W ocenie autora dla optymalizacji instalacji PV wskaźnik ten należy zawęzić. W polskich warunkach klimatycznych moduł fotowoltaiczny praktycznie nigdy nie osiągnie mocy nominalnej wyznaczonej w warunkach STC. Typowe wartości natężenia promieniowania w słoneczny bezchmurny dzień to 800–900 W/m2. Są zatem niższe o 10–20% niż warunki, w jakich badane są moduły PV. Należy zaznaczyć, że w umiarkowanych szerokościach geograficznych, gdzie leży Polska, większość energii, jaką dostarcza słońce, mieści się w zakresie niskiego natężenia promieniowania 100–600 W/m2 i to jego skuteczne zagospodarowanie będzie decydować o efektywności całej instalacji.

Dodatkowo, przy wysokich wartościach natężenia promieniowania słonecznego rośnie temperatura ogniw nawet do 50–70°C, co przekłada się na spadek mocy rzędu 5–15% w stosunku do mocy nominalnej.

Przykładowy rozkład natężenia promieniowania słonecznego dla Polski

Wartość natężenia
promieniowania słonecznego
[W/m2]
Ilość energii docierającej
do 
instalacji w danym
przedziale 
natężenia
promieniowania
słonecznego [kWh/m2•rok]
Udział energii docierającej
do instalacji w danym
przedziale natężenia promieniowania
słonecznego [%]
900–1000 11,5 1,1
800–900 30,2 2,9
700–800 53,1 5,1
600–700 96,1 9,2
500–600 133,2 12,7
400–500 170,9 16,3
300–400 174,6 16,7
200–300 157,9 15,1
100–200 148,9 14,2
0–100 68,7 6,6

 

Dobór mocy generatora fotowoltaicznego do mocy falownika przy różnych kątach pochylenia instalacji

Kąt pochylenia instalacji [°] Moc generatora PV w stosunku do mocy falownika
15–60 0,90–1,18
70 1,00–1,25
80 1,05–1,30
90 1,10–1,40

 

Dobór mocy generatora fotowoltaicznego do mocy falownika przy różnych kątach odchylenia instalacji od południa

Odchylenie od południa
przy pochyleniu 30–45°
Moc generatora PV w stosunku
do mocy falownika
60 0,97–1,22
70 1,00–1,25
80 1,03–1,28
90 (układ wschód lub zachód) 1,07–1,33

 

Pamiętaj!

Przewymiarowanie falownika w stosunku do mocy generatora PV będzie prowadzić do jego nieefektywnej pracy przy przetwarzaniu znacznej części energii w zakresie dolnych wartości natężenia promieniowania słonecznego. Z tego względu optymalne jest lekkie (do 12%) niedowymiarowanie mocy falownika w stosunku do mocy nominalnej generatora PV.

Procent przetwarzanej przez falownik energii słonecznej przy dopasowaniu mocy generatora PV do falownika 1:1

 

 

Do tego należy uwzględnić spadek mocy na przewodach oraz wynikający z zakurzenia instalacji. Reasumując wszystkie czynniki ograniczające moc modułów w polskich warunkach klimatycznych, należy stwierdzić, że maksymalna rzeczywista moc instalacji fotowoltaicznej krótkotrwale może przekraczać 90% mocy nominalnej generatora PV, a długotrwale – 80% mocy nominalnej generatora PV wyznaczonej w warunkach STC. Z tego względu, najczęściej optymalnie dobrana moc generatora PV powinna wynosić 1,00–1,12 mocy AC falownika. Czyli moc generatora PV powinna być większa do 12% od mocy AC falownika. W przypadku mikroinstalacji, gdzie bardzo często trudno w pełni optymalnie dobrać moc falownika do generatora PV, wskaźnik ten może być szerszy i mieścić się w granicach 0,90–1,18 mocy falownika. Dopasowanie mocy generatora PV do mocy falownika różni się u różnych producentów falowników, z tego powodu wszelkie wątpliwości zawsze należy skonsultować z działem technicznym.

Założenia te są prawidłowe dla instalacji skierowanych na południe pod kątami 15–60°. W przypadku zwiększania kąta pochylenia instalacji lub odchylenia jej o więcej niż 30° od kierunku południowego przewymiarowanie generatora PV w stosunku do mocy falownika powinno być jeszcze większe, z uwagi na spadającą wartość nasłonecznienia głównie w okresie letnim.

Podane parametry mają charakter orientacyjny, dobór mocy generatora fotowoltaicznego do mocy falownika musi zawsze być zgodny z wytycznymi projektowymi producenta falownika.

Prawidłowo dobrana moc falownika do mocy generatora PV pozwala falownikowi pracować wydajnie przez większość dni w roku. Szczególnie niekorzystne dla wydajności instalacji jest zastosowanie znacznie przewymiarowanego falownika, gdyż – z uwagi na dominujące energetycznie niskie natężenie promieniowania słonecznego przez dużą część czasu pracy – falownik będzie obciążany w zakresie pracy z niską sprawnością, co negatywnie odbije się na całkowitej wydajności instalacji.


Artykuł stanowi fragment książki „Instalacje Fotowoltaiczne”, Bogdana Szymańskiego.

Premiera IX wydania odbędzie się już 9. czerwca podczas kongresu PVCON 2020 ONLINE. Nie czekaj! Zarejestruj się już dziś TUTAJ

Bogdan Szymański

Prezes SBF Polska PV, Redaktor GLOBEnergia, Bloger