Optymalizator mocy. Jak działa? Czy warto?

Optymalizator mocy to przyrząd , które oddziałuje na pojedyncze panele PV, wymuszając na nich pracę w ich maksymalnym punkcie mocy. Oznacza to między innymi to, że kiedy na ogniwo pada cień, optymalizator sprawia, że moduł PV nadal będzie wytwarzać energię, nie obniżając jednak znacznie mocy nominalnej instalacji.

Moduły fotowoltaiczne połączone z optymalizatorem mocy nazywane są modułami smart, ze względu na ich podwyższoną funkcjonalność. Przyjmuje się, że wykorzystanie optymalizatorów mocy w instalacji fotowoltaicznej może zwiększyć uzysk energetyczny z instalacji PV nawet o kilkadziesiąt procent.

Co ważne, korzyści z zastosowania optymalizatora napięcia są wprost proporcjonalne do stopnia niedopasowania prądowo - napięciowego w poszczególnych ogniwach fotowoltaicznych. Do niedopasowania może dojść w kilku przypadkach. Najczęstszą przyczyną jest jednak zacienienie powierzchni paneli fotowoltaicznych.

Częstą przyczyną powstawania niedopasowania są również dysproporcje zachodzące w ogniwach związane z ich degeneracją. Do niedopasowania prądowo - napięciowego dochodzi także niejednokrotnie w wyniku nierównomiernego nagrzewania się paneli PV, załamywania promieni słonecznych lub powstawania refleksów świetlnych. 

Duży wpływ na wytwarzanie mocy przez poszczególne moduły fotowoltaiczne ma również czystość paneli PV oraz uszkodzenia mechaniczne, np. diod by pass lub powstawanie hot spotów.

Optymalizator mocy działa dwukierunkowo. Przede wszystkim pomaga znaleźć w pojedynczych ogniwach maksymalny punkt mocy – MPP (Maximum Power Point). Dzięki temu możliwe jest uzyskanie maksymalnej sprawności każdego pojedynczego panelu PV połączonego w sieć fotowoltaiczną. Warto przy tym podkreślić, że żaden z paneli PV nie wpływa na pracę pozostałych, co również odróżnia działanie instalacji fotowoltaicznej z wykorzystaniem optymalizatora mocy.

W panelach fotowoltaicznych, do których nie jest podłączony optymalizator napięcia, śledzeniem mocy zajmują się trackery MPPT. Jednak wymienione trackery śledzą maksymalne punkty mocy dla wszystkich paneli w łańcuchu, a nie jak w przypadku optymalizatora mocy dla pojedynczych modułów PV.

W takiej sytuacji, kiedy uszkodzony lub zacieniony jest tylko jeden panel PV, na mocy i tak tracą wszystkie panele fotowoltaiczne połączone w jeden łańcuch. W skrócie, moduły PV połączone ze sobą w sieć działają, tak dobrze, jak ich najsłabsze ogniwo.  

W instalacjach fotowoltaicznych wyposażonych w optymalizator mocy, urządzenie to śledzi punkt mocy maksymalnej dla każdego modułu PV indywidualnie. Warto dodać, że z kolei w przypadku standardowych rozwiązań to falownik śledzi punkt mocy maksymalnej dla całego łańcucha paneli fotowoltaicznych.

Dla lepszego zobrazowania tego, jak działa optymalizator mocy możemy przytoczyć przykład zacienienia jednego z modułów PV. Przyjmijmy, że instalacja fotowoltaiczna składa się z 20 modułów. Jeden z modułów jest zacieniony w 20%. Jeżeli instalacja fotowoltaiczna nie została wyposażona w optymalizator energii, to moc każdego z pojedynczych modułów również spadnie o te 20%.

W przypadku, kiedy instalacja fotowoltaiczna jest wyposażona w optymalizator mocy, zacieniony moduł PV nie wpłynie na pracę pozostałych paneli PV. Będą one pracować ze swoją maksymalną mocą. Dodatkowo instalując optymalizator mocy, wszystkie panele fotowoltaiczne będą obciążone optymalnie, czyli będą wytwarzać maksymalną ilość mocy, bez względu na pracę pozostałych modułów PV w łańcuchu.

Jednak optymalizator mocy to nie tylko maksymalizowanie uzysków energii elektrycznej z paneli fotowoltaicznych. Montaż optymalizatora mocy pozwala również na zwiększenie bezpieczeństwa podczas konserwacji lub w przypadku pożaru fotowoltaiki. Za każdym razem, kiedy zasilanie AC lub falownik zostaną odłączone, lub gdy dojdzie do awarii instalacji PV, to optymalizator napięcia może automatycznie obniżyć napięcie DC modułów do 1 V.

Instalacja fotowoltaiczna niewyposażona w optimizer PV generuje napięcie DC do 800 V. W przypadku awarii lub prac serwisowych nie można go wyłączyć ani obniżyć napięcia. Jest to szczególnie uciążliwe i zarazem niebezpieczne w przypadku wystąpienia pożaru, ponieważ służby ratunkowe nie mogą odłączyć napięcia DC i przystąpić do gaszenia pożaru.

Optimizer PV to bardzo wszechstronne urządzenie, które, jak już ustaliliśmy, z jednej strony podnosi efektywność produkowania energii elektrycznej przez panele fotowoltaiczne, a z drugiej zwiększa bezpieczeństwo ich użytkowania. Optymalizator mocy może być wykorzystywany zarówno przez indywidualne gospodarstwa domowe, rolne, jak i przez przedsiębiorców, którzy produkują energię ze słońca w celu jej dalszej odsprzedaży czy też bieżącego zaspokajania potrzeb firmy na zasadach prosumenckich.

Jeżeli nie zdecydowaliśmy się na zakup optymalizatora mocy podczas montażu paneli fotowoltaicznych na dachu, możemy to zrobić także później. Optymalizator energii montujemy bezpośrednio na szynach modułu PV lub na ramach w systemach bezszynowych.

Optymalizatory mocy ze względu na swój wpływ na wydajność i bezawaryjność paneli PV, są szczególnie zalecane do modułów PV zamontowanych pod różnymi kątami. Może to wpływać na docieranie światła do poszczególnych modułów fotowoltaicznych z różnym natężeniem. Dla lepszego zobrazowania sytuacji, w której panele PV mogą być rozmieszczone pod różnym kątem, możemy wyobrazić sobie dach o nieregularnym kształcie. Taki typ dachu wymusza poniekąd montaż modułów PV pod różnym kątem. Innym przykładem montażu paneli fotowoltaicznych pod różnym kątem może być dzielenie poszczególnych modułów PV i rozmieszczenie ich częściowo na dachu, a częściowo na elewacji budynku lub na gruncie.

Drugim przypadkiem, kiedy montaż optymalizatora napięcia jest zalecany, to obecność w pobliżu instalacji fotowoltaicznej obiektów, które mogą powodować zacienienie poszczególnych modułów PV. W tym przypadku nie chodzi jednak tylko o stałe elementy, które zacieniają panele PV, ale również i ruchome, czyli takie, które w ciągu dnia mogą zmieniać swoje położenie w związku ze zmianą położenia słońca. Mogą to być sąsiadujące budynki, drzewa, instalacje lub konstrukcje.

W końcu montaż optymalizatora mocy będzie niezbędny także wtedy, gdy zamontowana instalacja fotowoltaiczna składa się z paneli PV o zróżnicowanej wydajności. Aby uniknąć zaniżania mocy generowanej przez panele fotowoltaiczne, stosuje się właśnie optymalizatory mocy, tak jak to przybliżyliśmy w części wyjaśniającej działanie optymalizatora.

Choć stosowanie optymalizatorów mocy wpływa korzystnie na wydajność paneli fotowoltaicznych i działanie całej instalacji, to jednak możemy wskazać przypadki, kiedy można zrezygnować z ich stosowania. Jeżeli panele fotowoltaiczne są rozmieszczone pod tym samym kątem, na płaskim terenie, a wokół nich nie ma innych obiektów lub drzew, które mogą zaciemnić moduły PV, to wtedy można zrezygnować z optymalizatora energii.

Jednak należy przy tym pamiętać, że optymalizator mocy ma za zadanie nie tylko optymalizować pracę paneli fotowoltaicznych, ale także zabezpieczać je przed awarią, a w razie pożaru umożliwić jego szybkie i sprawne ugaszenie. Biorąc pod uwagę kwestie bezpieczeństwa, optymalizator mocy powinien więc być montowany przy każdej instalacji fotowoltaicznej.

Do największych korzyści wynikających ze stosowania optymalizatora mocy, możemy zaliczyć:

• Optymalizator mocy wpływa na poprawę wydajności paneli PV, w przypadku zacienienia, nierównego kąta nachylenia modułów fotowoltaicznych, które powodują nierówne nasłonecznienie poszczególnych ogniw. W takim przypadku optimizer PV zadba o równomierną pracę wszystkich paneli PV w łańcuchu, przyczyniając się do poprawy wydajności całej instalacji fotowoltaicznej.
• Dodatkowo urządzenie to pozwala na monitorowanie pracy instalacji fotowoltaicznej. Dzięki temu możliwe jest szybkie reagowanie w przypadku, kiedy zauważymy, np. przerwy w ich pracy lub obniżenie mocy poszczególnych modułów PV.
• Optymalizator mocy zapewnia także ochronę w razie pożaru. Optimizer w przypadku wykrycia źródeł ognia obniża napięcie DC do 1 V, dzięki czemu możliwe jest bezpieczne gaszenie pożaru.

Mimo wielu zalet optymalizatorów energii mają one również kilka wad. Przede wszystkim optimizery PV, które są montowane pod modułami fotowoltaicznymi, są narażone na działanie zmiennych czynników atmosferycznych. Wysoka temperatura, mróz, deszcze mogą wpływać na żywotność optimizera, w przeciwieństwie do falownika, który znajduje się wewnątrz budynku i nie jest narażony na zmienność temperatur.

Kolejną wadą stosowania optymalizatorów mocy jest utrudniony dostęp, przez co koszty ich serwisowania są dużo wyższe. Optimizery montowane są najczęściej pod modułami PV, przez co w sytuacji konieczności wykonania napraw, wymagają demontażu całości. Taka operacja wiąże się z kolei z koniecznością udziału profesjonalnego serwisu wyposażonego w odpowiedni sprzęt do poruszania się na wysokościach. Jeżeli natomiast nie ma przymusu demontażu całego modułu fotowoltaicznego, konieczne jest zabezpieczenie ich tkaniną, co również podwyższa koszty serwisowania.

Jakie jeszcze wady może mieć stosowanie optimizerów? Optymalizatory napięcia montowane na dachach mogą emitować fale o częstotliwości radiowej, powodując zakłócenia w działaniu radia i telewizji. W takim przypadku antenę nadawczą należy przenieść w inne miejsce, znajdujące się z dala od instalacji PV.

Instalacja optymalizatora mocy wpływa też na podwyższenie kosztów ewentualnej rozbudowy instalacji. W przypadku montażu każdego dodatkowego modułu fotowoltaicznego, konieczny jest także zakup dodatkowego optimizera PV.

Ceny optymalizatorów mocy wahają się od 150 do 300 zł. Średnia cena na rynku to 200 zł.  Czy za optymalizator mocy 200 zł to wysoka cena? Wydaje się, że biorąc pod uwagę wszystkie korzyści, które ma do zaoferowania, jest to stosunkowo korzystna oferta.

Jednak należy pamiętać, że optymalizator napięcia montujemy po jednej sztuce do każdego posiadanego modułu fotowoltaicznego. Zakładając, że do wytworzenia energii dla domu jednorodzinnego potrzebujemy ich około 15, to kwota za zakup optymalizatorów wyniesie 3 tys. zł. Im większa liczba modułów PV tym koszt zakupu optymalizatorów będzie wyższy.

Jednym z często popełnianych błędów podczas zakupu instalacji fotowoltaicznej oraz dodatkowych urządzeń do poprawy ich wydajności jest mylenie mikroinwertera z optymalizatorem mocy. Co prawda oba wymienione urządzenia przeciwdziałają skutkom zaciemnienia części paneli fotowoltaicznych, jednak działają w inny sposób.

Oba urządzenia różnią się również funkcjonalnością. Mikroinwerter nie jest przykładowo kompatybilny z nowoczesnymi akumulatorami jonowo - litowymi. Wpływa to negatywnie na możliwość późniejszej rozbudowy instalacji PV z mikroinwerterami o magazyny energii. Dodatkowo w przypadku montażu mikrofalownika, nie mamy możliwości zmiany producenta urządzenia w przyszłości. Natomiast oba urządzenia charakteryzują się dużym poziomem bezpieczeństwa ich stosowania oraz umożliwiają monitoring pracy poszczególnych modułów instalacji fotowoltaicznej.

Optymalizator mocy z pewnością może przynieść wiele korzyści dla właścicieli instalacji fotowoltaicznych. Zapewni optymalną moc paneli PV, a dodatkowo zabezpieczy instalację fotowoltaiczną przed awariami. Pomoże również w monitorowaniu ich pracy oraz wczesnemu sygnalizowaniu nieprawidłowości w pracy całego systemu. Bezawaryjność oznacza z kolei możliwość nieprzerwanej pracy systemu PV i produkcję większej ilości prądu, co w efekcie długoterminowym znacznie skraca okres zwrotu z inwestycji w fotowoltaikę.

Wyposażenie instalacji fotowoltaicznej w te małe urządzenia wiąże się jednak z poniesieniem dodatkowych kosztów. Analizując możliwe do uzyskania korzyści, warto jednak rozważyć zakup optymalizatorów mocy, szczególnie w przypadku, kiedy wiemy, że nasza instalacja fotowoltaiczna nie będzie miała idealnych warunków nasłonecznienia lub nachylenia pod kątem 35 - 40 stopni. W takim przypadku zakup optymalizatora mocy może zdecydowanie zwiększyć wydajność zainstalowanej fotowoltaiki i wspomóc jej efektywne działanie.

Miejmy również na uwadze względy bezpieczeństwa. Optymalizatory mocy, które znajdują się na dachu domu, nie mają bezpośredniego kontaktu z domownikami, dzięki czemu niebezpieczeństwo porażenia prądem staje się znikome. Dodatkowo ważną cechą optimizerów jest ich możliwość automatycznego zmniejszenia napięcia DC, co ma szczególnie duże znaczenie w przypadku pożaru fotowoltaiki. Tylko takie zabezpieczenie daje możliwość straży pożarnej na szybką reakcję i ugaszenie ewentualnego pożaru. To z kolei pozwala zminimalizować skalę zniszczeń i ogranicza ewentualne niebezpieczeństwo rozprzestrzenienia się ognia na pomieszczenia mieszkalne.

Masz pytania? Potrzebujesz więcej informacji? Skontaktuj się z nami