Uzyski energii dla różnych układów modułów i konfiguracji falowników

Moduły PV wybrane do symulacji to NU-RD300 firmy SHARP o mocy nominalnej 300Wp. Możliwe, że są już nowsze i mocniejsze, ale okrągła wartość mocy ułatwiła nam obliczenia.

Warto jeszcze przypomnieć definicję stosunku mocy (SM), która wykorzystywana jest m.in. w programie doboru Fronius Solar.configurator 4.0:

Poniżej prezentujemy wyniki kilkunastu symulacji i zapraszamy do dyskusji (na forum lub w komentarzach poniżej artykułu).

Instalacja skierowana na Południe

Pierwsze symulacje wykonaliśmy dla modułów ułożonych w kierunku południowym (azymut = 180°) na dachu dwuspadowym o nachyleniu 37°. Układ 20 modułów został połączony w pojedynczy łańcuch, a ten przyłączono do falowników ze zwartymi wejściami MPPT (symbolicznie oznaczone jako MPPT1+2). Łączna moc modułów to 20 • 300Wp = 6.000Wp. Maksymalny uzysk osiągniemy dla falownika Fronius SYMO 6.0-3-M o nominalnej mocy wyjściowej 6.000W (SM = 98%), ale warto zwrócić uwagę, że dla SM w przedziale od 80% do 120% straty uzysku nie przekraczają – w ujęciu rocznym – 0,5%!

Wszyscy, którzy zastanawiają się nad rozbudową planowanej instalacji w przyszłości powinni również zwrócić uwagę na dobór falownika SYMO 8.2-3-M. W tej konfiguracji SM wynosi 72%, ale straty uzysku to tylko 0,6%.  W przyszłości można będzie bezpiecznie dołożyć kolejne 12 modułów o zbliżonej mocy (np. do drugiego MPPT). Łącznie uzyskamy moc 32 • 300Wp = 9.600Wp co w przypadku falownika o mocy 8.,2kW da nam SM =  ~115%.

A co się stanie, jeśli te 6kWp modułów przyłączymy do falownika SYMO 3.0-3-M, czyli uzyskamy SM bliskie 200%? Zgodnie z artykułem “Przewymiarowanie instalacji względem mocy falowników Fronius” taka konfiguracja jest dopuszczalna bez utraty gwarancji ze strony producenta. No cóż: w układzie modułów skierowanych na południe spowoduje to straty uzysku ponad 13%, a zatem przekroczy ewentualny zysk wynikający z zakupu tańszego modelu.

Instalacja Wschód-Zachód

Identyczną ilość modułów ułożyliśmy w układzie Wschód-Zachód, po 10 z każdej strony, podobnie na dachu dwuspadowym o nachyleniu 37°. 10 modułów z połaci zachodniej zostało połączonych w pojedynczy łańcuch, który przyłączono MPPT1. Podobnie 10 modułów z połaci wschodniej przyłączono do MPPT2. Łączna moc modułów to oczywiście 20 • 300Wp = 6.000Wp. Maksymalny uzysk osiągniemy również dla falownika Fronius SYMO 6.0-3-M, ale co ciekawe: zastosowanie falownika SYMO 5.0-3-M (SM = 118%), a nawet SYMO 4.5-3-M (SM=131%) daje praktycznie identyczne uzyski! Nawet falownik SYMO 3.7-3-M (SM = 159%) daje sobie całkiem nieźle radę: straty uzysku w ujęciu rocznym wynoszą zaledwie 1,0%.

Tutaj należy zwrócić uwagę, że straty wynikające z przewymiarowania bardzo silnie zależą od nachylenia połaci: im jest większe, tym roczny uzysk energii będzie mniejszy. Gdy przy układzie południowym z każdego kWp uzyskamy około 1037 kWh, to w układzie Wschód-Zachód: 866 kWh. Oszczędność w kosztach instalacji można uzyskać dobierając mniejsze falowniki (SM nawet do 160%) – bez znaczących strat uzysku. Prosimy jednak o każdorazowe wyliczenie takich wartości dla indywidualnych parametrów instalacji (moc, nachylenie, orientacja modułów, itd.).

Instalacja “mieszana”

Łączna moc modułów to (14 + 10) • 300Wp = 7.200Wp. Więcej niż w poprzednich przykładach. Maksymalny uzysk znów osiągniemy dla falownika Fronius SYMO 6.0-3-M o nominalnej mocy wyjściowej 6.000W, ale SM = 118%. Warto zwrócić uwagę, że dla SM w przedziale od 80% do 120% straty uzysku nie przekraczają – w ujęciu rocznym – 0,5%!

Również i ten inwestor zastanawia się nad rozbudową inwestycji w niedalekiej przyszłości (tu mała dygresja: nie należy odkładać rozbudowy, ponieważ producenci praktycznie co rok wprowadzają nowe, wyższe moce i może być kłopot ze znalezieniem “naszych” modułów). Do każdego z łańcuchów chciałby dodać po cztery moduły uzyskując łącznie: ((14 +4) + (10+4)) • 300Wp = (18+ 14) • 300Wp = 9.600Wp. Na jaki falownik powinien się zatem zdecydować? Sprawdźmy dwie konfiguracje:

Wybór właściwego modelu nasuwa się sam…

Dach płaski

W przypadku instalacji przemysłowych, często są one lokalizowane na płaskim dachu budynku. Ze względu na łatwość montażu najczęściej stosuje się systemy balastowe, o niewielkim kącie nachylenia (10-15°).

Na rysunku 6. przedstawiliśmy przykładową instalację składającą się z 50 sztuk modułów o mocy 300Wp każdy. Orientacja modułów: południowa, nachylenie 10°. Układ: 2 x 14 modułów do MPPT1 oraz 22 moduły do MPPT2.

Łączna moc modułów to 50 • 300Wp = 15.000Wp. Więcej niż w poprzednich przykładach. Maksymalny uzysk znów osiągniemy dla falownika Fronius SYMO 15.0-3-M o nominalnej mocy wyjściowej 15.000W, ale dla falownika Fronius SYMO 12.5-3-M, czyli SM = 118%, straty uzysku są praktycznie zerowe!

Postanowiliśmy również sprawdzić – dla identycznego ułożenia modułów – nieco większą instalację. Konfigurację łańcuchów dopasowaliśmy do falownika Fronius ECO 27.0-3-S: każdy z łańcuchów ma po 23 moduły, czyli uzyskamy łącznie: 23 • 5 • 300Wp = 115 • 300Wp = 34.500Wp. Porównując uzyski wyrażone w kWh/kWp okazuje się, że strata względem konfiguracji optymalnej jest praktycznie pomijalna:

Podsumowanie

Jak widać, dzięki możliwości znacznego, ale bezpiecznego przewymiarowania falowników Fronius, zarówno projektanci, jak i instalatorzy dostają dużą swobodę w doborze prawidłowej konfiguracji. W połączeniu z SuperFlex Design uzyskujemy elastyczność, która stanowi jedno ze źródeł sukcesu produktów Fronius na całym Świecie.

Prawidłowe przewymiarowanie (Stosunek Mocy, SM) zależy od wielu czynników: lokalizacji, kąta nachylenia modułów, azymutu. Dlatego dla każdego indywidualnego przypadku należy dobrać optymalną wartość SM, która powinna być wynikiem obliczeń / symulacji. Przyjmuje się, że straty wynikające z przewymiarowania (SM > 100%) lub niedowymiarowania (SM < 100%) nie powinny przekraczać 1%, a najlepiej: 0,5%. Zależność wielkości strat od wartości SM jest nieliniowa. Dla opisanych w tym artykule wariantów wygląda jak na wykresie poniżej. Dla różnych konfiguracji ustawienia modułów uzyskamy różne graniczne wartości SM.