Ppoż i Bezpieczeństwo elektryczne

Każdy kto jest zainteresowany instalacją PV w swoim domu musi wiedzieć, że za przetwarzanie energii słonecznej w prąd odpowiada urządzenie zwane inwerterem lub falownikiem. Na rynku możemy spotkać trzy główne rodzaje falowników: stringowe, stringowe z optymalizatorami oraz mikroinwertery (mikrofalowniki). Z punktu widzenia bezpieczeństwa przeciwpożarowego zdecydowanie najlepszym wyborem będą te ostatnie.

Krytycznym elementem instalacji pod względem bezpieczeństwa są złącza kabli solarnych MC4. Ponieważ do każdego złącza mikroinwertera przyłączony jest tylko jeden panel fotowoltaiczny, napięcie prądu stałego na złączach MC4 jest dziesięcio- lub nawet kilkunastokrotnie niższe niż w instalacjach tradycyjnych. W instalacji opartej o mikrofalowniki wynosi ono, zależnie od rodzaju panela od 30 do 50 wolt. W instalacjach szeregowych jest to, zależnie od liczby i typu paneli, kilkaset wolt (280 – 750 V). Pomimo ze w instalacjach mikrofalownikowych jest więcej złączy MC4 niż w tradycyjnych, to ryzyko jest znacznie mniejsze, gdyż moce i napięcia są nieporównywalnie mniejsze (maksymalnie kilkaset W przy napięciu kilkudziesięciu V) a więc ilość energii jest również mniejsza. Przy instalacji stringowej przez złącze płynie prąd o kilkanaście razy wyższym napięciu a co za tym idzie i  mocy, możliwość wystąpienia łuku elektrycznego lub  rozgrzania na złączu MC4 (na skutek wadliwego zaciśnięcia i wzrostu oporu) może wystąpić znacznie  łatwiej i spowodować groźniejsze skutki.

fot. UL Firefighter Safety Research Institute

Sprawność / Wydajność

W tradycyjnej instalacji każdy panel oddziałuje na pozostałe (z wyłączeniem instalacji z wbudowanymi optymalizatorami), więc zabrudzenie, opadnięty liść, kurz, uszkodzenie czy chmura – powodujące słabszą pracę jednego lub części paneli, powoduje spadek produkcji całej instalacji PV! Jeden uszkodzony panel może de facto wyłączyć całą instalację!

Przy mikrofalownikach każdy panel jest indywidualnie podłączony do falownika i nie ma żadnego wpływu na pozostałe panele. Dzięki temu, że urządzenia mają układ śledzenia maksymalnego punktu mocy (MPPT), każdy moduł zawsze pracuje z możliwie maksymalną wydajnością. Należy przyjąć, że instalacja oparta o mikrofalowniki i wykorzystująca takie same panele , na tym samym dachu, wyprodukuje więcej prądu niż instalacja stringowa.

Trzy fazy

Wszystkie falowniki zamontowane w instalacjach PV w Polsce powinny posiadać wbudowane zabezpieczenie przed nadnapięciem. Gdy napięcie w sieci przekroczy 253 V falownik wyłącza się automatycznie aby uchronić zarówno urządzenia domowe jak i sieć przed uszkodzeniem. W przypadku rozwiązań tradycyjnych, zadziałanie zabezpieczenia powoduje wyłączenie całej instalacji PV. Natomiast w instalacji z mikrofalownikami mamy do czynienia z oddzielnymi obwodami na każdą z faz. Gdy nadnapięcie wystąpi tylko na jednej z faz – co zdarza się często – tylko ta faza zostaje wyłączona a instalacja cały czas pracuje z 2/3 mocy normalnej. W sytuacji, gdzie instalacje osiedlowe coraz częściej są niewydolne przy wzrastającej mocy elektrowni przydomowych, zyskujemy sporo wyprodukowanego prądu.

Trudne dachy, różne kierunki

Szczególnie korzystne jest zbudowanie instalacji PV na tzw. trudnych dachach. Chodzi o dachy wielopłaszczyznowe, o połaciach o różnych rozmiarach czy kątach nachylenia, gdzie na części paneli występuje zacienienie przez np. elementy dachu jak wykusze czy kominy. Podobnie ma się sprawa z dachami prostymi ale z połaciami pochylonymi w kierunkach wschód / zachód. W przypadku występowania elementów zacieniających jak drzewa czy słupy zastosowanie mikrofalowników również daje możliwość budowania systemu fotowoltaicznego .

Zbudowanie instalacji tradycyjnej mija się z celem w takich sytuacjach, gdyż najgorzej oświetlony panel zmniejszy moc wszystkich pozostałych.

Monitoring

W instalacji opartej o mikroinwertery każdy moduł jest monitorowany indywidualnie.  Umożliwia to natychmiastową lokalizację uszkodzonych lub zabrudzonych paneli i szybką korektę , naprawę, wymianę lub wyczyszczenie. Uszkodzenie jednego panela nie ma żadnego wpływu na pozostałe – pracują one normalnie. Uszkodzenie jednego z mikrofalowników nie ma wpływu na pozostałe – pracują one normalnie do czasu naprawy bądź wymiany.

Wymiana /Żywotność

Do mikroinwerterów podłączone są pojedyncze moduły, przez to są one mniej obciążone mocą niż tradycyjne falowniki i cieszą się dłuższą żywotnością. Pracują wprawdzie w trudniejszych warunkach – bo na zewnątrz, jednakże efektywnie producenci są pewni ich żywotności i oferują gwarancje od minimum 12 lat do nawet 25. Niewiele falowników stringowych oferuje nawet tę najmniejszą długość gwarancji. Ponadto w przypadku uszkodzenia, pojedynczy mikroinwerter można w prosty sposób wymienić, nie wiąże się to również z takim wydatkiem, jak  wymiana falownika centralnego.

W przypadku awarii panela w instalacji tradycyjnej, należy zastosować panel o takich samych parametrach elektrycznych i wymiarach, a może się zdarzyć że dany model nie jest już produkowany. Wtedy musimy znaleźć odpowiednik spełniający zarówno wymogi kompatybilności elektrycznej jak i gabarytowej. Może to nie być łatwe…

W przypadku mikrofalowników każdy panel, jak było już powiedziane, podłączony jest indywidualnie i nie ma znaczenia jego typ, moc, napięcie czy opory wewnętrzne. Tak naprawdę można podłączać w jednej instalacji dowolne panele, byleby ich moc nie przewyższała za bardzo mocy wejścia mikrofalownika. Oczywiście warto natomiast, ze względu na estetykę, znaleźć zamiennik o tych samych rozmiarach – a to jest stosunkowo łatwe.

Możliwość rozbudowy instalacji

Wielkość falownika jest zależna od maksymalnej mocy generowanej przez panele. Znaczna rozbudowa instalacji PV przy tradycyjnym falowniku, może wiązać się z koniecznością jego wymiany i dopasowania do nowych warunków. Jest to rozwiązanie dość kosztowne, przez co nie zawsze opłacalne. W przypadku mikroinwerterów problem ten nie występuje, instalację PV opartą o mikrofalowniki składa się jak klocki, ponieważ każdy kolejny dołożony panel, dwa bądź cztery będą miały indywidualny falownik. Można oczywiście dodać instalacje opartą o mikrofalowniki do starej instalacji z falownikiem stringowym.

Andrzej Jasiński, ekspert branży PV i energii odnawialnej z wieloletnim doświadczeniem w projektowaniu i instalacji instalacji fotowoltaicznych.
Tel: (+48) 694 335 053
e-mail: info@mikrofalowniki.info