Temat znaczenia wielkości modułów w mikroinstalacjach był już zresztą poruszany na łamach Globenergia i oczywiście wielkość modułów fotowoltaicznych jest istotna, natomiast nie zawsze większy moduł będzie produkował więcej energii. Również mały moduł w dużych instalacjach nie będzie rozwiązaniem optymalnym. Prawidłowo dobrane komponenty instalacji stworzą swoistą synergię.

Co wpływa na wydajność instalacji PV?

Na początku warto zastanowić się, od czego zależy produkcja energii, a ma tu znaczenie co najmniej kilka kluczowych kwestii. 

Po pierwsze liczą się czynniki zewnętrzne, niezwiązane z modułami, czyli warunki pogodowe, ustawienie i połączenie modułów, ich zacienienie, brudzenie się, sprawność i niezawodność falowników oraz dopasowanie samych modułów do falowników. Drugą kwestią są parametry samych modułów. Chodzi tu o 4 parametry, których wartości sprawne oko odczyta bez problemu z dostępnych kart katalogowych. Pierwszy parametr to sprawność modułu. Jest to kwestia fundamentalna, ponieważ wpływa bezpośrednio na roczną produkcję energii. Zatem porównując dwa moduły o podobnych rozmiarach, chwilowo pomijając inne aspekty kierowałbym się właśnie sprawnością. 

Drugą kwestią (jedynie w przypadku modułów dwustronnych) jest sprawność strony tylnej, a więc współczynnik dwustronności. Określa on w procentach sprawność strony tylnej modułu odniesioną do strony przedniej. Oczywiście ten parametr będzie miał w praktyce znaczenie jedynie dla instalacji na gruncie. 

Trzecia kwestia to współczynnik temperaturowy modułu. Ogniwa fotowoltaiczne podczas pracy na słońcu ulegają nagrzewaniu, co niestety chwilowo redukuje ich wydajność. Stopień tej redukcji określony jest temperaturowym współczynnikiem mocy. Im wartość bezwzględna tego współczynnika jest mniejsza, tym lepiej radzi sobie instalacja w pełnym słońcu. 

Ostatnią cechą jest utrata efektywności pracy modułów z czasem, czyli degradacja (pierwszoroczna oraz średnioroczna od drugiego roku użytkowania). Inne parametry modułów (jak np. zachowanie modułów w warunkach niskiego oświetlenia, czy kwestie związane z transmisją światła do ogniw przez szkło i dalsze warstwy modułu) nie są określane pojedynczą wartością i przez to nie są łatwe do porównania. Na szczęście nie wpływają one znacząco na wydajność instalacji.

Dlaczego nie zaleca się stosować modułów dużych mocy w mikroinstalacjach?

Wiemy już, który moduł może produkować więcej energii. Ale dlaczego nie powinniśmy stosować dużych modułów w małych instalacjach i na odwrót? 

Zacznijmy od przypadku instalacji prosumenckiej na dachu. Nowoczesne moduły dla mikroinstalacji są w kontekście rozmiaru relatywnie małe oraz względnie lekkie. Przykładowo moduł Risen RSM40-8-410M (410W) waży 21 kg, a postawiony pionowo na ziemi co najwyżej zrówna się wzrostem z jego instalatorem (175 cm). Takie parametry ułatwią montaż na ograniczonej powierzchni dachu o często skomplikowanym kształcie (pamiętajmy o skosach i zacienieniu). Duży moduł nie tylko trudniej będzie przenieść na dach, ale również jego możliwości montażowe będą ograniczone (np. ograniczona możliwości montażu w poziomie). 

Kolejną kwestią jest kompatybilność z innym elementem instalacji, czyli falownikiem. Duże moduły zazwyczaj posiadają zwiększone parametry prądowe dostosowane do falowników „farmowych”. Tutaj problem polega na tym, że takie moduły da się podłączyć do małego falownika przydomowego i będzie on w większości przypadków działał. Wydajność takiej instalacji, szczególnie w słoneczne dni, będzie niestety ograniczona i to bez jakiejkolwiek informacji zwrotnej do użytkownika. 

Dlaczego nie warto stosować modułów małej mocy na dużych instalacjach komercyjnych i wielkoskalowych? 

Pomijając fakt, iż moduły mikroinstalacyjne często nadal są modułami jednostronnymi, a więc na gruncie tracilibyśmy potencjalny zysk ze strony tylnej modułu, stosując takie moduły na dużych projektach, zwiększylibyśmy niepotrzebnie koszty, związane pośrednio z modułami. Mowa tutaj o kablach, pracach ziemnych czy nawet konstrukcjach wsporczych. 

Z czego wynikają te dodatkowe wydatki? 

Należy przyjrzeć się topologii typowej instalacji PV. Jak wiadomo, moduły PV połączone są szeregowo w łańcuchy, te zaś spinane są najczęściej po kolei bezpośrednio do falownika. Instalacja przydomowa będzie mieć jeden taki łańcuch, co najwyżej dwa. Ta komercyjna będzie mieć ich wiele. Optymalizując zatem jej koszty, będziemy starać się projektować łańcuchy o możliwie największej liczbie modułów tak, by przy tej samej mocy całkowitej instalacji, liczba łańcuchów była jak najniższa. Każdy łańcuch bowiem biegnie pojedynczo do falownika. Zwiększając wielkość każdego z łańcuchów kosztem ich liczby, przyniesie to oszczędności. Maksymalna wielkość łańcucha zależy natomiast od parametrów napięciowych samych modułów, gdzie ograniczeniem jest maksymalne dopuszczalne napięcie falownika po stronie DC.

Dokonując kalkulacji możemy zobaczyć, iż aby zbudować przykładową instalację o mocy 4 MW, wykorzystując wyżej wymienione moduły mikroinstalacyjne RSM40-8-410M o mocy 410W, musielibyśmy zbudować 304 łańcuchów o maksymalnej wielkości (32 moduły na łańcuch). Stosując z kolei popularne moduły o większej mocy 550 W w technologii ogniw M10 (182 mm) obniżymy skutecznie minimalną ilość łańcuchów, osiągając również 4 MW mocy zainstalowanej. 

Dalsza analiza pokazuje w analogiczny sposób przewagę modułów z dużymi ogniwami G12 (210 mm) nad tymi mniejszymi M10. Otóż moduły w technologii G12 posiadając taką samą moc, ale wyższy prąd i jednocześnie niższe napięcie, ponownie obniżą niezbędną liczbę łańcuchów. 

Ostatnim elementem jest dołożenie do porównania modułu N-type o wysokiej sprawności w technologii heterozłącza (HJT), np. model RSM110-8-575-BHDG, G12 o mocy 575 W. Tutaj uzyskujemy podobną jak w ostatnim przypadku liczbę łańcuchów, natomiast w związku z faktem, iż mamy do czynienia ze znaczną różnicą w sprawności na korzyść HJT, dla tej samej mocy projektu, w przypadku modułów HJT zajmiemy około 4% mniej powierzchni gruntu, a co za tym idzie – oszczędzimy na kablach, robotach ziemnych i konstrukcjach.

Podsumowanie

Planując instalację fotowoltaiczną, przy wyborze modułów PV, oprócz kwestii bardziej namacalnych i oczywistych, takich jak estetyka czy wymiary, należy zwrócić uwagę na kwestie związane z parametrami technicznymi modułów, jak: sprawność, dwustronność, współczynnik temperaturowy, degradacja oraz specyficznymi uwarunkowaniami danej instalacji, które mogą mieć wpływ na wybór kluczowego produktu instalacji. W pierwszej kolejności jednak należy zawęzić wybór, ograniczając się do modułów przeznaczonych dla odpowiedniego w danej sytuacji segmentu instalacji (mikroinstalacje, instalacje komercyjne, wielkoskalowe). W przypadku wątpliwości, pomocną będzie rada projektanta, producenta lub lokalnego dystrybutora sprzętu. Dzięki temu będziemy mieć pewność, że główne komponenty będą ze sobą współgrać maksymalizując potencjalny zysk.