Reducerea costurilor privind dezvoltarea invertorului şi altitudinea

Sistem fotovoltaic dimensionat corespunzător

Metodele potrivite pentru dimensionarea invertoarelor s-au schimbat semnificativ pe parcursul ultimului deceniu. Cu 10 ani în urmă, eficienţa maximă a invertorului în cazul multor invertoare s-a înregistrat într-un interval de energie atât de mic încât dimensionarea sistemului fotovoltaic a fost critică pentru o performanţă bună a sistemului. De regulă, invertoarele costau în jur de 1 USD/W pe atunci, aşadar costul invertorului a fost mai mult de 10% din costul sistemului. În următorii câţiva ani, curbele de eficienţă pentru multe invertoare au devenit aproape drepte, de la 10% la 100%. Invertorul costă o anumită sumă, chiar şi în cazul gamei cu dimensiuni rezidenţiale costurile s-au redus cu jumătate, deşi costurile de sistem s-au redus la doar două treimi din costurile anterioare.

Cu cinci ani în urmă, raportul tradiţional de dimensionare a panourilor fotovoltaice în funcţie de invertor era de 1,25. Capacitatea de ieşire a invertorului a fost dimensionată la 80% din valoarea normală a STC la nivelul sistemului. Această valoare este utilizată şi în prezent de mai mulţi producători drept cel mai ridicat raport acceptabil de putere a panourilor fotovoltaice în funcţie de invertor. Pentru sistemele înclinate la mai puţin de 15 grade de planul orizontal, acesta rămâne un raport bun de utilizat, deoarece iluminarea sistemului ajunge doar la 1.000 W/m² la prânz în zilele calde de vară în iunie şi iulie. Totuşi, pentru sistemele cu grad de înclinare mai mare care produc mai multă energie şi putere în mod constant, se aplică un raport mai moderat.

Tehnologia modulului este, de asemenea, un considerent. Diferenţa relevantă pentru dimensionarea panourilor fotovoltaice în funcţie de invertor este mai degrabă locaţia şi nu funcţia tehnologică. Unele celule fotovoltaice cu pelicule subţiri au jumătate din coeficientul de temperatură al puterii ca c-Si, drept urmare produc adesea putere cu valoare mai apropiată de valoarea normală indicată pe plăcuţa de identificare în condiţii de căldură, când iluminarea puternică este mai des întâlnită.

Având acest lucru în minte, dacă se micşorează cu aproximativ 10% dimensiunea sistemului cu celule fotovoltaice cu peliculă subţire, comparativ cu un sistem c-Si, acesta ar reprezenta un răspuns moderat în ceea ce priveşte dimensionarea invertorului. De exemplu, dacă raportul maxim de dimensionare a sistemului c-Si în funcţie de invertor este de 1,25, raportul maxim aferent pentru un sistem cu peliculă subţire ar fi de 1,15.

Reducerea costurilor sistemului fotovoltaic

Având în vedere costul scăzut al invertoarelor – adesea, acestea costă mai puţin decât hardware-ul de montare – invertoarele puţin supradimensionate ar trebui să devină mai obişnuite. Acest lucru este adevărat în special acum, când invertoarele fotovoltaice funcţionează la niveluri ridicate de eficienţă cu consum de energie mult mai scăzut. Având în vedere curbele de eficienţă în cazul invertoarelor din prezent, un raport de putere de la sistem la invertor de 0,5 are doar un impact negativ redus asupra performanţei sistemului. De exemplu, simularea unui sistem de 1 MW cu un invertor de 2 MW în PVsyst determină o pierdere de eficiență a invertorului care este cu doar 1,9% mai mare decât cea pentru un invertor potrivit corect. Acesta este un invertor supradimensionat în mare – unul care nu ar fi niciodată eficient din punct de vedere al costului – dar are un efect mic asupra performanței sistemului. Mărirea raportului de dimensionare a panourilor fotovoltaice în funcţie de invertor la 0,75 reduce diferenţa legată de eficienţă la doar 0,7% mai puţin decât un invertor dimensionat corect.

După ce am stabilit limitele acceptabile pentru rapoartele corespunzătoare pentru invertor la 0,75 la limita inferioară şi 1,25 la limita superioară, care ar fi răspunsul corect? Având curbe line de eficienţă ale invertorului şi costuri mai scăzute, factorii decisivi pentru raportul dimensiunii sistemului STC la putere de ieşire maximă a invertorului sunt condiţiile climatice. Răspunsul final depinde în foarte mare măsură de locaţia în care vă aflaţi.

Influența locației pentru maximizarea de energie regenerabilă

Pentru locaţiile situate lângă nivelul mării, unde condiţiile de iluminare depăşesc rar 1.000 W/m², un interval de 1,1 până la 1,2 pentru raportul de putere de la sistem la invertor este unul potrivit. Cea mai bună modalitate de a demonstra acest lucru este rularea de simulări cu PVsyst sau PV*SOL pentru a vedea pierderile care rezultă din faptul că puterea sistemului este mai mare decât puterea maximă a invertorului. Veţi vedea că energia pierdută este aproape zero în cele mai multe din aceste cazuri cu locaţia situată lângă nivelul mării. La nivelul mării preconizăm că va exista iluminare potrivită când vremea este caldă, aşadar puterea sistemului este sub STC în această perioadă, producând o putere a sistemului de 80–90% din valoarea nominală indicată pe plăcuţa de identificare.

Totuşi, dacă duceţi un sistem fotovoltaic la o altitudine de 6.000 picioare şi adăugaţi reflexia zăpezii şi o performanţă excelentă pe vreme rece, lucrurile se pot schimba semnificativ. La altitudini mai mari, iluminarea poate fi mai mare pe parcursul anului, în special după furtuni de zăpadă, când iluminarea de pe sol este semnificativ mai mare. Datorită acestor aspecte, invertorul trebuie dimensionat mai mare pentru a avea o performanţă mai bună în condiţii de vreme rece. De asemenea, capacităţile de răcire ale invertoarelor răcite cu aer sunt semnificativ reduse la altitudini mai mari deoarece aerul este rarefiat. Producătorii de invertoare pot oferi grafice sau tabele pentru a indica modul în care puterea lor maximă este redusă la înălţimi mai mari. Având în vedere toţi aceşti factori, un raport de dimensionare a sistemului faţă de invertor la înălţimi mari se regăseşte mai degrabă în intervalul 0,9-1,1.

Mai jos este o ecuaţie care poate fi utilă în stabilirea raportului de dimensionare a sistemului în funcţie de invertor pentru a lua în considerare factorul înălţime:

R_s = 1,2 – (h / 33.000 picioare)

unde h este înălţimea efectivă, înălţimea peste nivelul mării exprimată în picioare. Conform acestei ecuaţii, un sistem fotovoltaic la nivelul mării va determina un raport de dimensionare a sistemului în funcţie de invertor de 1,2, iar un sistem fotovoltaic situat la o altitudine de 10.000 picioare va determina o valoare pentru R_s de 0,9. Această ecuaţie va fi valabilă până la altitudinea de 10.000 picioare. La orice proiect situat peste această valoare trebuie să se utilizeze grafice de performanţă şi programe de simulare ale invertorului propriu-zis pentru a dimensiona corect dimensiunea sistemului.

În cazul în care vă este greu să alegeţi dacă să cheltuiţi o sumă suplimentară de bani pe un invertor mai mare – pentru a reduce raportul de dimensionare de la 1,3 la 1,1, de exemplu – aveţi în vedere faptul că păstrarea invertorului la un nivel de putere mai mic va răci invertorul şi astfel va funcţiona o perioadă mai îndelungată. Cuantificarea acestor beneficii este dificilă, dar combinaţia dintre funcţionare la o temperatură mai scăzută şi eliminarea limitării sistemului sunt motive bune pentru a cheltui sume suplimentare de bani pe un invertor mai mare.