Vývoj komponent pro solární elektrárny jde mílovými kroky kupředu. Moderní elektronika umožňuje snížit nejrůznější ztráty a zvýšit tak výkon celého solárního systémů třeba i o čtvrtinu. Nevýhodou je zatím vyšší cena.
Střešní fotovoltaické elektrárny se v české kotlině těší navzdory legislativním problémům a mediálním kauzám stále velké oblibě. Fototvoltaika znamená úspory na účtech za elektřinu a zájem domácností a podniků o vlastní výrobu elektřiny dokládá i loňský instalovaný výkon, který podle počtu licencí ERÚ přesáhl 100 MW. Vzhledem k vývoji legislativy by ovšem rok 2013 mohl být tím posledním, kdy bude fotovoltaika podporována výkupními cenami. Proto je nutné dbát zvýšenou pozornost výběru technologie, nižší výkupní ceny může nahradit vyšší výroba. Na efektivitu solární elektrárny – ať již provozované v režimu výkupních cen, nebo pouze jako ostrovní solární systém má vliv také klíčová součást celého systému – střídač.
Střídač – měnič stejnosměrného napětí na střídavé: |
| Střídač neboli měnič napětí má za úkol přeměnit stejnosměrné napětí generované solárními panely na střídavé 230V/50Hz pro připojení solární elektrárny do distribuční sítě, případně pro napájení běžných domácích spotřebičů v ostrovním solárním systému. Střídače se podle parametrů výstupního napětí rozdělují na přístroje s modifikovanou sinusovkou a sinusové. Střídače s modifikovanou sinusovkou jsou levnější (nevytváří čistě sinusový průběh střídavého proudu, ale jen hrubou skokovou „sinusovku“), mohou však působit problémy. „Měniče s modifikovaným sinusovým průběhem mohou pomalu likvidovat motory například u elektrického nářadí, čerpadel, či zařízení používaných na zahradě, mohou vypalovat úsporné žárovky a způsobovat nepříjemné rušení na monitoru počítače, televize či v audiosestavách,“ uvádí v článku o ostrovních solárních systémech Filip Procházka z oborového webu Mypower.cz. Střídač by měl být dostatečně robustní, schopný překonat krátkodobé přetížení například při rozjezdu elektromotorů. Problémy v tomto způsobují třeba větší ledničky. Reklama |
Tak jako pevné telefonní linky nahradily mobilní telefony, jsou i klasické střídače postupně nahrazovány novými technologiemi, zvláště na nových trzích. Tradiční střídače určené pro fotovoltaiku jsou sice stále nejrozšířenější na světě, jsou kvalitní, mají obvykle dobrou technickou podporu a stojí za nimi silné firmy, ale mají i celou řadu nevýhod. Především „okrádají“ majitele o vyrobenou energii, protože se nedokáží vyrovnat s mnoha problémy. Velkou slabinou je centrální sledování maximálního bodu výkonu (MPPT) celého řetězce solárních panelů a zisk pouze průměrného výnosu. Proč? Slabší panely totiž omezují výkon těch výkonově silnějších. Každý panel potřebuje pro svůj maximální výkon specifický proud a napětí, na které má vliv osvit a teplota. Zjednodušeně řečeno, v systému je vždy přítomen menší či větší nesoulad mezi panely a tradiční střídač na něj neumí zareagovat buď vůbec anebo nedostatečně rychle. Výsledkem jsou ztráty energie a peněz.
Jaké jsou hlavní příčiny ztrát při použití klasických střídačů:
- Nesoulad panelů – už od výroby je výkonová tolerance panelů různá (obvykle ±3%) a platí, že nejslabší panel ovlivňuje výkon celého stringu (řetězce panelů v sérii). Nesoulad se prohlubuje v čase, kdy panely stárnou (navíc různým tempem) a mohou se prohlubovat také různé defekty vzniklé při výrobě, transportu, instalaci nebo samotném provozu (různé trhliny a hot-spoty).
- Částečné zastínění – komín, sloup nebo dráty elektrického vedení, sousední panel nebo postupující mraky, to jsou překážky, které způsobují částečné zastínění a rozdílný výstupní výkon panelů v řetězci. Ztráty jsou znásobeny bypass diodami v panelech, které mohou snížit výstup panelu o 30 % – 100 %. Pro majitele pak znamená částečné zastínění ztrátu výnosu 1,5% až 25%.
- Znečištění – nesoulad v panelech mohou způsobit také různé formy nečistot jako padající listy, ptačí výkaly, písek, pyl, prach nebo třeba sníh. Protože tyto faktory nepůsobí nikdy na všechny panely stejně, způsobují nesoulad. Nesoulad působí dokonce i rozdílná teplota na různých místech instalace a panely vystavené rozdílným teplotám budou vykazovat odlišné výkonové křivky.
- Rychle se měnící klimatické podmínky a osvit – centrální sledování maximálního bodu výkonu (MPP) trpí statickými (lokální maxima) a dynamickými ztrátami, tradiční střídače nedokážou reagovat na měnící se podmínky osvitu dostatečně rychle. Pro majitele tradičního systému se jedná o ztrátu 3%-10%.
Jeden zastíněný panel znamená při použití klasického střídače snížení výkonu celé domácí solární elektrárny. (Foto: autor)
Klasické systémy/střídače mají nevýhody i při projektování, údržbě a z hlediska bezpečnosti:
- Nevyužitá střecha – projektant s klasickým střídačem je velmi omezen a musí respektovat jednotný typ a počet panelů ve stringu, nemůže jednoduše využít celý potenciál vaší střechy. Musí dávat pozor na zdroje stínu a na panely s různou orientací nebo sklonem může rovnou zapomenout. Použití více MPP sledovačů (trackerů) pro jednotlivé stringy je pak spíše marketingový trik, který v praxi moc praktický není.
- Výměna panelů – při výměně panelu pak musí např. investor sáhnout po parametrově stejném kusu (což je časem problém) jinak bude opět ovlivněn výkon celého stringu. Nalézt takový vadný panel je ale často velmi obtížné a finančně náročné. Často majitel ani neví, že mu výkonově slabý panel omezuje výkon celého fotovoltaického systému.
- Hasiči nehasí – velkou nevýhodou je také fakt, že v případě požáru mohou hasiči odmítnout dům hasit (platí v ČR), v Německu se to již i několikrát stalo. I po odpojení klasického střídače totiž zůstává napětí v kabelech mezi panely a střídačem (ev. string boxem), panely stále vyrábějí.
Mezi zástupce výrobců klasických řešení patří například SMA, Fronius, Power One, Refusol a další.
Domácí fotovoltaika: |
|
Mikrostřídače (mikroinvertory)
Mikrostřídače jsou samostatné malé jednotky určené ke konverzi DC/AC, které jsou umístěny často přímo na solárních panelech. Odbourávají celou řadu nedostatků klasických systémů. Umožňují využít plně potenciál střechy, nedělá jim problém ani počet, typ nebo orientace panelů ve stringu. Jsou také bezpečné z pohledu údržby a při požárním zásahu, umožňují „vypnout panely“.
Nevýhoda domů s instalovanou solární elektrárnou: V případě požáru je hasiči nechtějí kvůli elektrickému proudu hasit
Střídače + výkonové optimizéry
Topologii střídačů uzavírá jakýsi kompromis – zlatá střední cesta, tedy střídače spolu s výkonovými optimizéry panelů. Ne nadarmo se o nich hovoří jako o nové fotovoltaice a jejich prodeje rostou velmi rychlým tempem. Princip je jednoduchý. Výkonové optimizéry jsou malá zařízení, která se připevňují buď na solární panel (add-on) anebo jsou do panelu již přímo integrovány místo klasického připojovacího boxu. Optimizéry značky SolarEdge integruje do svých panelů např. německý Solon a další světoví výrobci jsou ve fázi certifikace. Takový optimizér se potom stará o svůj panel či panely a střídač plní jen funkci konverze DC/AC napětí za optimálních podmínek (stálé napětí). Výhody této technologie jsou zřejmé:
Díky moderní elektronice lze sledovat výkon domácí solární elektrárny sledovat až na úrovni jednotlivých panelů. (Obr. autor)
- Až o 25 % více získané energie. Nesoulad panelů je eliminován. Každý panel pracuje při optimálním proudu a napětí nezávisle na ostatních panelech fotovoltaického systému .
- Monitorování na úrovni panelů. V monitoringu systému je možné sledovat výkon jednotlivých panelů (nemožné u klasických střídačů) a ihned odhalit vadný, zastíněný nebo jinak ovlivněný panel. V případě tradičních systémů/střídačů nemá majitel FVE příliš možností vadný panel odhalit anebo je to zdlouhavé a finančně náročné.
- Plné využití střechy – napětí ve stringu je stálé a projektant může využít delší stringy s různými typy panelů. Stringy nemusí být stejně dlouhé a panely mohou mít různý sklon a orientaci. Komín nebo sloup elektrického vedení už nejsou překážkami.
- Bezpečí pro údržbu a požární zásah - Funkce SafeDC „vypne panely“ při nečinnosti střídače, výpadku sítě anebo při zvýšené teplotě. Čeští hasiči si toto řešení pochvalují a nemají problém hasit.
Nevýhodou systému je o něco vyšší cena, která ale může být kompenzována vyšším energetickým výnosem a také dlouhodobými zárukami (střídače standardně 12 let, optimizéry 25 let).
