Jak działa optymalizacja produkcji energii z fotowoltaiki?

3 moduły połączone szeregowo - bez zacienienia

Zajmijmy się dosyć typowym przypadkiem. Załóżmy, że instalacja składa się z 3 modułów połączonych szeregowo oraz inwertera. 

-Moc takiego układu po stronie DC to iloczyn napięcia i natężenia prądu - wyjaśnia ekspert Michał Niewiński

Tym samym każdy moduł ma moc: 

P=10A*50V=500W

Moduły w naszym przypadku łączymy szeregowo ze sobą i na końcu z inwerterem. Inwerter (często nazywany też falownikiem) służy do zmiany prądu ze stałego na przemienny (zgodny z parametrami sieci elektroenergetycznej). W dużym uproszczeniu to co produkuje fotowoltaika to prąd stały, a ten który mamy w gniazdkach jest przemienny. Aby wygenerowana przez instalację fotowoltaiczną energia elektryczna mogła zasilać urządzenia w domu musi zostać zamieniony z prądu stałego na przemienny.To tyle z teorii prądów. Wróćmy do przedmiotu tego artykułu, czyli optymalizacji. 

-Mierząc sumaryczne napięcie naszego układu otrzymalibyśmy 150V. Zaś podłączając amperomierz dostalibyśmy wskazanie 10A. Sumaryczna moc naszej instalacji to 10A razy 150V, czyli 1500W - komentuje ekspert 

P=10A*150V=1500W=1,5kW

Z taką mocą nominalną będzie pracować analizowana w tym przypadku instalacja.  

3 moduły połączone szeregowo - zacienienie jednego modułu

Omówmy teraz co się dzieje podczas zacienienia modułów w układzie szeregowym. Wystarczy, że cień rzucany przez przeszkodę zaburzy pracę jednego z nich, a przez całą instalację (bez optymalizatora) popłynie mniejszy prąd. W skrócie: zacienienie modułu będzie objawiało się spadkiem prądu, ale nie napięcia.

-Załóżmy, że na skutek zacienienia przez jakąś przeszkodę jeden z modułów nie generuje 10A tylko 5A. Co się wtedy dzieje z całą instalacją? Napięcie się nie zmienia - pozostaje na poziomie 150V. Przez to, że moduły są połączone szeregowo, taki sam prąd przepływa przez wszystkie moduły. Wartość tego prądu wynika z mocy najsłabszego modułu. Dlatego  zmniejszenie prądu jednego modułu o 5A, powoduje spadek prądu wszystkich połączonych z nim modułów o 5A. - wyjaśnia Michał Niewiński

Sumarycznie na naszym amperomierzu pojawi się nie 10A lecz 5A. Tym samym moc całej naszej instalacji spadnie. Początkowo mieliśmy 1500 W mocy, na skutek zacienienia jednego modułu moc będzie o połowę mniejsza.

P=5A*150V=750W

Jakie jest najlepsze wyjście z takiej sytuacji? Zastosowanie optymalizatora mocy czyli przetwornika DC-DC, który zamienia prąd stały na prąd stały. Dzięki temu ten zacieniony moduł, który generuje 5A i 50V będzie pracował inaczej. 

-Optymalizator podniesie prąd do poziomu jaki generuje sąsiedni moduł. W tym przypadku będzie to 10A - radzi ekspert.

Jak to możliwe? Optymalizator podwyższy prąd kosztem napięcia, które w tym przypadku spadnie do 25V. 

-Optymalizator nie generuje dodatkowej mocy, a jedynie ją przetwarza. Podwyższając prąd, obniży wartość napięcia, w taki sposób by moc pozostała taka sama - wyjaśnia Niewiński.

3 moduły połączone szeregowo - stosujemy optymalizacje

Dlaczego obniżamy akurat napięcie? Jego spadek nie zaburzy mocy całej instalacji. Zaś zmiany natężenia prądu skutkują stratami w skali całej instalacji.

Po zastosowaniu optymalizatora mocy, w naszej instalacji zmienią się parametry. Prąd wróci do 10A kosztem spadku napięcia. Napięcie na całej instalacji, czyli suma napięć na poszczególnych modułach wyniesie:

U=25V+50V+50V=125V

Tym samym całkowita moc układu wyniesie:

P=10A*125V=1250W=1,25kW

Stosowanie optymalizatorów ma oczywiście ograniczenia. Chociażby w momencie bardzo niskiego napięcia na stringu, nic nam z optymalizatora, jeżeli nie przekroczymy napięcia startu. 

Źródło: Webinarowa Środa z GLOBENERGIA.