Fotovoltaické střídače

FOTOVOLTAICKÉ STŘÍDAČE

Vyrobená energie ze slunečního panelu se musí dále upravit neboli přeměnit na elektrickou energii, kterou běžně používáme v rozvodné síti. FV produkuje stejnosměrný proud, který je potřeba pomocí střídače (měniče) přeměnit na střídavý, to je jeden z hlavních úkolů střídače. Střídač má ovšem i celou řadu dalších doplňkových funkcí (monitoring sítě a provozních údajů, ochranné funkce atd.). Na trhu jsou dnes k dispozici desítky až stovky typů takových zařízení. Některé můžeme považovat za kvalitní, jiné konkurují spíše nízkou cenou než kvalitou. Zde ale obzvláště platí známé přísloví: nejsme přece tak bohatí, abychom si mohli kupovat levné věci. To, co investor potenciálně ušetří na počáteční investici, může několikanásobně zaplatit v následných opravách nebo sníženým výkonem elektrárny. Nejde však jen o cenu zařízení, častým mýtem je také tvrzení, že nejdůležitějším faktorem střídače je jeho účinnost. Ve skutečnosti je důležitá kombinace několika faktorů, které mají vliv na množství dodané energie. A dodaná energie je to nejdůležitější, co investor od fotovoltaické elektrárny očekává. K čemu je investorovi střídač s největší účinností, když v průběhu krásného slunečného dne odmítne plnit svou funkci a není zde např. možnost rychlé opravy? Finanční ztráta u fotovoltaické elektrárny např. o výkonu 1MW může být za pouhý jeden den v rozsahu několika desítek tisíc korun (záleží na konfiguraci systému: použití jednoho či více centrálních střídačů nebo střídačů řetězcových). Obdobně můžeme uvažovat i finanční ztráty u malých systémů na rodinných domech, kde jsou prodělky v poměru k ceně investice ještě markantnější. Ztráty u levnějších střídačů (obvykle také střídače s nižší účinností) bez dostatečné záruky kvalitních servisních služeb pak mohou mít na ekonomiku a návratnost investice zásadní vliv. Selský rozum tedy velí hledat optimální poměr cena/výkon. Rozumný investor si tak nebude všímat jen účinnosti nebo ceny, ale také dalších faktorů, které mají na spolehlivý chod měniče vliv. Zde jsou některé z nich:

Účinnost.

Na datových listech výrobců rozeznáváme obvykle účinnost maximální a evropskou (popř. kalifornskou, dle použitých hodnot záření při měření). Maximální účinnost se pohybuje v současnosti u střídačů v rozmezí 90 – 98 %, ale sama o sobě není úplně vypovídající charakteristikou. Vysoká hodnota maximální účinnosti rozhodně negarantuje vysoké energetické zisky, střídač v provozu totiž dosáhne této hodnoty jen za optimálních podmínek (zpravidla při jmenovitém DC napětí a středních hodnotách AC výkonu). Zajímavější hodnotou je pro naše zeměpisné šířky spíše účinnost evropská, která je měřena při měnících se klimatických podmínkách. Evropská účinnost je průměrem účinnosti při různých stupních zatíženích střídače (měří se při 5, 10, 20, 30, 50 a 100 % nominálního výkonu), její hodnoty jsou tedy reálnější vzhledem k provozním podmínkám střídače. Na druhou stranu je ale třeba zmínit, že se tato charakteristika měří při optimálním napětí na DC straně, které je v provozu silně ovlivněno teplotou. Ta se logicky v průběhu roku mění. Do hry tedy vstupují další faktory a na množství získané energie má vliv jejich vzájemná souhra. Můžeme říci, že pro množství získané energie je důležitá vysoká euroúčinnost v celém pracovním rozsahu MPP a přesnost MPP trackeru.

Rozsah MPP.

Udává rozsah napětí, ve kterém by měl být střídač schopen optimálně pracovat. Jak již je výše uvedeno, vstupní napětí se mění a je důležité, aby si střídač držel vysokou účinnost konstantně v celém pracovním rozsahu, výkyvy v hodnotách jsou nežádoucí.

Účinnost přizpůsobení MPP.

Velmi důležitým faktorem je účinnost přizpůsobení MPP. Jedná se o parametr udávající, jak rychle dokáže střídač měnící se klimatické podmínky zaregistrovat a na změnu adekvátně a přesně reagovat. Čím delší nebo nepřesnější je reakce, tím horší jsou výsledky. Tuto funkci ve střídači obstarává tzv. MPP tracker. Jedná se o zařízení pro sledování bodu maximálního výkonu (MPP), které změnou vstupního odporu zajišťuje optimální chod střídače. Hodnota této charakteristiky u kvalitních střídačů neklesá pod 99%. Sebelepší účinnost střídače je zbytečná, pokud je mu dodáno málo energie z panelů. Množství dodané energie závisí přímo na efektivním MPP trackeru.

Střídač s transformátorem nebo bez něj?

Střídače s největšími hodnotami absolutní účinnosti jsou obvykle střídače beztransformátorové. Jejich výhodou je logicky o něco vyšší účinnost, naopak nevýhodou je absence galvanického oddělení. Jak již ale bylo výše uvedeno, vysoké hodnoty absolutní účinnosti rozhodně negarantují přímou úměrou vysoké energetické zisky, zvláště v oblastech s proměnlivými klimatickými podmínkami. Galvanické oddělení u transformátorových střídačů znamená maximální ochranu střídače před poškozením (oddělení stejnosměrné a střídavé strany). Je nezbytně nutné například u fotovoltaických systémů s tenkovrstvými panely (amorfní křemík, mikromorphy, CIS atd.). Důvodem jsou vedlejší negativní efekty jako např. polarizační efekt, koroze TCO nebo svodové kapacitní proudy.

Koncepty umožňující využití více výkonových dílů.

Někteří výrobci mají ve svých střídačích zabudováno několik výkonových stupňů. To je důležité pro stálý chod střídače, jeho účinnost a prodloužení životnosti. Při částečném zatížení pracuje s vyšší účinností nižší výkonový stupeň (stupně), další se zapínají podle měnících se klimatických podmínek. Tato koncepce je důležitá zejména v oblastech s častou změnou klimatu (Česká republika), kde jsou střídače často díky oblačnosti (proměnlivá obloha) a mlhám zatíženy pouze částečně. Sleduje se i hodinové využití jednotlivých výkonových stupňů a využívá se vždy ten nejméně „opotřebený“ díl. Životnost střídače se tak prodlužuje, provozní náklady klesají. Navíc, při poruše výkonového dílu střídač pracuje i nadále, ostatní výkonové díly převezmou jeho práci a investor ani nemusí poznat výpadek ve výrobě. Stačí vyměnit chybný díl a střídač bude pracovat na plný výkon i v nadprůměrně slunečných dnech (jen v těchto dnech totiž hrozí, že by mohl vadný výkonový díl „ořezávat výkon“ invertoru).

Sběr a analýza dat.

Investory často opomíjená, ale důležitá věc. Zejména u větších instalací je sběr dat a analýza informací důležitá pro bezchybnou kontrolu chodu systému. Při změně výtěžnosti produkce musí mít investor v rukách nástroj, který ho na chybu upozorní a umožní mu neprodleně reagovat. Hledat svépomocí chybu často u několika desítek invertorů může být časově náročná a nákladná záležitost. Výrobci střídačů nabízejí celou řadu komunikačních a datových zařízení umožňující komfortní kontrolu výroby a sledování poruch. Stahování dat na počítače a zobrazování na displejích pomocí kabelových či bezdrátových technologií (např. bluetooth) je dnes standardem, stejně jako zasílání chybových hlášení pomocí sms nebo e-mailu. Známější výrobci nabízejí možnost sledovat data o vlastní výrobě také prostřednictvím centrálních serverů. Majitel elektrárny pak může sledovat a porovnávat výtěžnost odkudkoliv, kde má připojení k internetu.

Typy instalací střídačů můžeme rozdělit na centrální a decentrální.

Centrální zapojení znamená, že instalovaný výkon je soustředěn do jednoho nebo několika velkých střídačů. Výhodou je jeden nebo několik málo střídačů pro celou FV elektrárnu. Při výpadku střídače zde ale hrozí velká ztráta výnosu a peněz. Navíc oprava takového centrálního zařízení je obvykle komplikovaná a relativně dlouhodobá záležitost. Nutností je zde proto dobře sepsaná servisní smlouva (garance doby reakce dodavatele) nebo kvalitní pojištění.

Decentrální (stringové) zapojení střídačů FV elektrárny je rozděleno do několika (např. 100) střídačů o výkonech do 15 kW. Nevýhodou pak může být složitá kontrola a servis velkého množství zařízení, ale při výpadku jednoho střídače jsou ztráty výnosu malé.

Naproti tomu je zde koncepce střídačů Fronius, která kombinuje obě možnosti. Centrální střídače Fronius využívají unikátní technologii mix koncept, tzn. že střídač je sestaven z několika výkonových dílů a každý z nich pracuje jako malý stringový střídač. Proto při výpadku jednoho dílu je ztráta minimální.

Technologii mix concept nabízí Fronius samozřejmě také u stringových střídačů. Střídače Fronius tak poskytují varianty centrálních a necentrálních zapojení s velkou jistotou výnosu a záleží jen na investorovi, jakou cestou se vydá. Snahou je využít doslova každý sluneční paprsek za každého počasí.

Instalace střídače (venkovní vs vnitřní).

O možném použití střídače „venku nebo uvnitř“ nás informují stupně krytí IP (International Protection), které znamenají odolnost zařízení proti vniknutí cizího tělesa či vniknutí kapalin. Pro venkovní použití je potřeba splnit ochranu IP 44 a vyšší.

Výhodou venkovní instalace jsou obvykle krátké instanční kabely DC (naopak delší AC kabely, ale ty jsou levnější) - nižší ztráty na kabelech DC. Nevýhodou je v určitých situacích zhoršený přístup ke střídači. Např. na zdi pod střechou, přímo na střeše (čtení údajů na displeji, servis).

Střídač je dobré pokud možno instalovat (u volně stojících instalací nebo na vodorovné střeše) pod panely z důvodu ochrany proti povětrnostním podmínkám, zejména kvůli zamezení účinků přímého slunečního svitu na střídač (zvýšení teploty uvnitř střídače – degradace výstupního výkonu, zničení displeje, kosmetické vady).

Vnitřní zapojení: nevýhodou je ve většině případů nutnost použít delší DC kabely (větší průřez pro eliminaci proudových ztrát – větší cena). Nevýhodu je možné eliminovat použitím junction boxu.

Výhody: Obecně platí, že elektronika, která pracuje za konstantní teploty vykazuje delší životnost. Pří instalaci ve vnitřních prostorách je nutné se vyvarovat místům se zvýšenou vlhkostí nebo prašností a míst, kde se předpokládá vyšší teplota (např. půdní prostory)

Ventilace.

Teplota uvnitř střídače značně ovlivňuje výstupní výkon zařízení. Dá se říci, že při okolní teplotě 40°C střídač omezí výstupní výkon asi o 5 - 10% - závisí na vstupním DC napětí.

Většina střídačů má nucené odvětrávání. Nasávaný vzduch by měl být oddělený od elektroniky střídače – zamezení ukládání prachu uvnitř jednotky, čímž by se opět zvyšovala teplota elektroniky. Běžná údržba je omezena jen na kontrolu prachových filtrů bez nutnosti zasahovat do zařízení, popřípadě odstavení kvůli údržbě. Řízené otáčky, pak snižují hlučnost a zvyšují životnost ventilátorů.


Při použití velkého střídače nebo několika menších, je nutné dbát na dostatečnou výměnu vzduchu do místnosti

Střídače Fronius mají ventilátory s řízenými otáčkami. Série IG Plus používá tzv. chladící tunel, který prochází skrz střídač – chladící vzduch není v kontaktu s elektronikou.

Dodatečný servis a údržba.

Střídače jsou obvykle konstruovány tak, aby nebyly nutné žádné dodatečné úkony údržby. Avšak pro optimální provoz je potřeba jednou za čas např. zkontrolovat prachové filtry. Předpokladem optimálního provozu je pak nutnost dodržet zásady zmíněné v předchozích odstavcích při instalaci.

Diagnostika chyb: je dobré, když střídač sám dokáže identifikovat oblast závady nebo ukládá údaje o měření napětí a proudu jak na střídavé , tak i na stejnosměrné straně. Díky tomu lze chybu rychleji identifikovat a střídač uvést znovu do provozu.

Střídače Fronius IG a IG Plus jsou konstruovány modulárně a díky mnoha chybovým a informativním hlášením je možno přímo na displeji chybu identifikovat a vadnou součást vyměnit. Pro tyto servisní úkony fungují v České republice dvě servisní střediska ( Praha , Olomouc) a síť proškolených servisních partnerů Fronius, kteří jsou kompetentní a vybaveni k servisnímu zásahu střídačů Fronius.

www.fronius.com