Optimizuotos saulės elektrinės našumas. Lyginamoji studija
„Optimizuotos saulės elektrinės visuomet našesnės nei tradicinės saulės elektrinės!“ – tai tik rinkodaros šūkis, kurio niekaip nepavyksta pagrįsti elektronikos mokslų docento Wulf-Toke Franke 2018–2019 metais atliktos saulės elektrinių našumo lyginamosios studijos rezultatais. Priešingai – itin retais atvejais optimizuotos saulės elektrinės su jose naudojamais galios optimizatoriais yra efektyvesnės nei tradicinės saulės elektrinės. Didžiausia galios optimizatorių sukuriama papildomo sistemos našumo vertė pasireiškia tuomet, kai į vieną seriją nuosekliai susijungtų saulės modulių padėtis horizonto ir pasaulio krypčių atžvilgiu yra skirtinga (dažnu atveju šią problemą galima išspręsti ir be optimizatorių, t. y. parinkus tinkamas saulės modulių jungimo į serijas kombinacijas).
Tačiau optimizuotoms elektrinėms sunkiai sekasi įgyti pranašumą net ir tais atvejais, kai dalį saulės modulių dengia dienos metu judantis šešėlis, kurį sukuria šalia esantis gatvės apšvietimo ar elektros stulpas, antena, vėliavos stiebas arba net nedidelis kaminas. Reikia paminėti, kad šiuolaikiniai saulės moduliai turi bent 3 integruotus diodus, kurie, valdydami 3 atskiras saulės modulio zonas, atlieka optimizavimo funkciją – jei bent viena tų zonų yra aktyvi, tuomet prie tokio saulės modulio prijungtas galios optimizatorius nebeturi galimybių optimizuoti jo darbo.
Atkreiptinas dėmesys, kad optimizuotos saulės elektrinės yra iki 10–15 % brangesnės nei tradicinės dėl jose papildomai komplektuojamos įrangos (optimizatorių), kuriai nesukūrus papildomos našumo naudos prailgės investicijos kalbant apie saulės elektrinės atsipirkimo laiką.
Dalijamės aktualiausiomis lyginamosios studijos rezultatais.
Lyginamosios studijos tikslas
Našumo požiūriu palyginti ir geriau suprasti optimizuotų ir tradicinių saulės elektrinių skirtumus.
Prielaidos ir sąlygos
1. Studijos vieta: Danijos pietuose ant žemės įrengta saulės elektrinė, kurios moduliai horizonto atžvilgiu pasvirę 42 laipsnių kampu.
2. Dalyviai: iš viso 42 identiški saulės moduliai (1 pav.), kurie padalyti į 3 vienodas grupes (serijas) po 14 vnt. – kiekvienam tyrimo dalyviui (1 lentelė). Kiekvieną grupę sudaro 7 moduliai viršutinėje eilėje ir 7 moduliai apatinėje eilėje. Optimizuotose saulės elektrinėse galios optimizatoriai yra prijungti prie kiekvieno saulės modulio, tradicinėje elektrinėje galios optimizatoriai nenaudojami.
3. Prieš pradedant studiją buvo įsitikinta, kad visose trijose 14 saulės modulių serijose nuosekliai sujungtos grandinės įtampa ir srovė yra identiškos.
4. Įtampos ir srovės parametrai fiksuojami 5 sekundžių dažnumu AC dalyje, pasitelkus „Universal Power Transducer daviklį iš WattsOn®“.
5. Saulės elektrinės prieigose buvo medžiai, kurie vakarais kurdavo šešėlius, todėl tyrime buvo vertinami tik iki 17 val. 22 min. (kuomet šešėlis palyginimui neturi įtakos) gauti duomenys.
1 lentelė. Dalyvių palyginimas
| Saulės elektrinė | Inverteris | Optimizatoriai |
| SMA (tradicinė) | SMA SB3.6-1AV-40 | nėra |
| SMA + Tigo (optimizuota) | SMA SB3.6-1AV-40 | Tigo TS4-R-O MLP (14 vnt.) |
| SolarEdge (optimizuota) | SolarEdge SE HD Wave 3,6 | Solaredge P300 (14 vnt.) |
Testų rezultatai
1 testas. Visi saulės moduliai yra vienoje plokštumoje. Šešėlį kuriančių objektų nėra.
1 pav. Lyginamojoje studijoje naudoti saulės moduliai apibraukti raudonai
2 lentelė. Giedras dangus (1 testas)
| Data: 2018-06-07 | SMA (tradicinė) | SMA + Tigo (optimizuota) | SolarEdge (optimizuota) |
| Rezultatas, kWh | 20,917 | 20,831 | 20,87 |
| santykinis našumas, % | 100% | 99,60% | 99,80% |
3 lentelė. Apsiniaukęs dangus (1 testas)
| Data: 2018-06-09 | SMA (tradicinė) | SMA + Tigo (optimizuota) | SolarEdge (optimizuota) |
| Rezultatas, kWh | 11,602 | 11,475 | 11,52 |
| santykinis našumas, % | 100% | 98,90% | 99,30% |
Išvada. Kai nė vienas iš sistemoje esančių saulės modulių nesulaukia šešėlio, našumo rezultatų skirtumai yra nežymūs – tradicinės saulės elektrinės naudai. Priežastis – galios optimizatorių vartojama energija (energijos nuostoliai), kurios jiems reikia nepriklausomai nuo oro sąlygų.
2 testas. Vienas iš modulių gauna mažiau šviesos
Vienas iš 14 saulės modulių yra padengiamas plona medvilnine skraiste, t.y. simuliuojama situacija, kad jam vienam tenka mažesnė apšvita dėl skirtingos jo padėties kitų 13 saulės modulių atžvilgiu.
2 pav. 2 testas. Vienas iš modulių veikiamas mažesne apšvita
4 lentelė. Giedras dangus (2 testas)
| Data: 2018-08-22 | SMA (tradicinė) | SMA + Tigo (optimizuota) | SolarEdge (optimizuota) |
| Rezultatas, kWh | 15,178 | 15,572 | 15,389 |
| santykinis našumas, % | 100% | 102,6% | 101,4% |
5 lentelė. Apsiniaukęs dangus (2 testas)
| Data: 2018-08-23 | SMA (tradicinė) | SMA + Tigo (optimizuota) | SolarEdge (optimizuota) |
| Rezultatas, kWh | 4,178 | 4,241 | 4,189 |
| santykinis našumas, % | 100% | 101,5% | 100,3% |
Išvada. Situacijose, kai nėra galimybių visus vienoje serijoje esančius saulės modulius sumontuoti vienoje plokštumoje, optimizuotos saulės elektrinės gali būti 1–3 % našesnės.
3 testas. Naudojamas šešėlį kuriantis objektas
Simuliuojama 30 cm nuo saulės modulių pirmos eilės atstumu stovinčio kamino, kurio aukštis – 1,2 m, skersmuo – 20 cm, t. y. imituojamas dienos metu saulės modulių paviršiumi judantis šešėlis.
3 pav. 2 testas. Saulės elektrinė ir šešėlį kuriantis objektas
6 lentelė. Giedras dangus (3 testas)
| Data: 2019-04-23 | SMA (tradicinė) | SMA + Tigo (optimizuota) | SolarEdge (optimizuota) |
| Rezultatas, kWh | 18,495 | 18,123 | 18,252 |
| santykinis našumas, % | 100% | 98,0% | 98,7% |
7 lentelė. Debesuota* (3 testas)
| Data: 2018-08-23 | SMA (tradicinė) | SMA + Tigo (optimizuota) | SolarEdge (optimizuota) |
| Rezultatas, kWh | 10,295 | 10,612 | 10,726 |
| santykinis našumas, % | 100% | 103,1% | 104,2% |
* saulėta diena su dažnai pasirodančiais debesimis.
8 lentelė. Apsiniaukęs dangus (3 testas)
| Data: 2019-05-01 | SMA (tradicinė) | SMA + Tigo (optimizuota) | SolarEdge (optimizuota) |
| Rezultatas, kWh | 2,350 | 2,341 | 2,309 |
| santykinis našumas, % | 100% | 99,6% | 98,3% |
Išvada. Saulės modulių paviršiumi judančio šešėlio įtaka optimizuotų ir tradicinių saulės elektrinių našumui priklauso nuo oro sąlygų. Esant giedram dangui, galios optimizatoriai optimizuotose saulės elektrinėse papildomos vertės nesukuria dėl to, kad judantis šešėlis dengia tik dalį saulės modulio ploto (likusi dalis yra aktyvi dėl saulės modulyje sumontuotų diodų), o tokiose situacijose galios optimizatoriai neturi galimybių optimizuoti saulės modulio darbo. Prie nuolatos kintančių oro sąlygų (Saulę nuolatos uždengia greitai judantys debesys) optimizuotos sistemos prisitaiko greičiau, sukurdamos 3–4 % papildomą našumą. Apsiniaukusią dieną optimizuotos sistemos pranašumo nebeturi dėl jau minėtos galios optimizatorių vartojamos energijos (energijos nuostolių).
Populiariausi įrangos gamintojai, galintys pasiūlyti optimizuotas elektrines yra:
- SolarEdge. Šio gamintojo įranga „inverteris + optimizatoriai ant visų saulės modulių” yra vienintelė galima kombinacija.
- Huawei naujos kartos SUN2000 M1 ir M2 serijos inverteriai palaiko šias kombinacijas:
– tradicinė elektrinė, kuomet naudojamas inverteris be optimizatorių;
– dalinai optimizuota elektrinė, kuomet Huawei optimizatoriai montuojami ant pasirinktų – o ne ant kiekvieno modulio;
– pilnai optimizuota elektrinė, kai Huawei optimizatoriai montuojami ant visų saulės modulių. - Tigo – tai ne inverterių, o optimizatorių gamintojas. Tigo optimizatorius galima komplektuoti su kitų gamintojų inverteriais.
Šaltinis: Franke, Toke, The Impact of Optimizers for PV-Modules: A comparative study. Mads Clausen Institute, University of Southern Denmark, 2019, 25 p.(https://www.sdu.dk/-/media/files/om_sdu/centre/cie/optimizer+for+pv+modules+ver11_final.pdf)