Сонячна енергетика в ідеальному світі. Компанія UTEM SOLAR, Київ, Україна.

Дата додавання: 02.12.2017

Огляд оптимізаторів Maxim. Maxim Integrated - моя найсвіжіша знахідка. Maxim - це бренд оптимізаторів для сонячних панелей, який кидає виклик звичайним оптимізаторів. В даному огляді я, в першу чергу, поясню, навіщо потрібні оптимізатори, які моделі оптимізаторів зараз доступні і, нарешті, чому оптимізатори Maxim є наступне покоління унікальної технології під назвою модульна силова електроніка (Module Level Power Electronics - MLPE).

Оптимізатори Maxim оберігають ваші панелі від затінення. Тенеустойчівие сонячні панелі? Це серйозно? Для початку поясню, наскільки сильно затінення впливає на продуктивність сонячних панелей.

СОНЯЧНІ БАТАРЕЇ В ИДЕАЛЬНОМ СВІТІ

(Якщо ви ненавидите математику, то просто прочитайте наведену нижче цитату курсивом.)

Сонячні панелі розроблені так, щоб працювати групою. Коли ми встановлюємо на будинку 20 панелей, 10 з них у нас послідовно підключаються в одну «ланцюг», а решта 10 - в іншу. Ми називаємо це «2 ряди по 10 панелей».

В обідню пору в сонячний день стандартні 250-ватні панелі будуть працювати з напругою близько 33 вольт і силою струму 7,6 ампера. Якщо помножити 33 на 7,6, виходить близько 250 ват (вольти x ампер = вати).

При послідовному підключенні десяти панелей, множимо 33 вольта на 10 панелей і отримуємо 330 вольт. При цьому сила струму залишається незмінною - 7,6 ампера. Якщо помножити 330 вольт на 7,6 ампера, отримують 2500 ват.

Два ряду панелей дають нам 5000 Вт потужності.

Це дані для обіднього часу в ясний день. О 8 годині ранку, коли сонце ще не настільки яскраво світить, напруга буде все одно близько 33 вольт на кожну панель, але силу струму ми отримаємо (наприклад) лише 3 ампера. А 33 вольта x 3 ампера x 10 панелей = 990 ват.

Таким чином, ранкове напруга не відрізняється від денного, проте сила струму вранці менше, і відповідно потужність також буде меншою.

Сила струму 1 панелі дорівнює силі струму 10 панелей в ряду.

ПРОБЛЕМА РЕАЛЬНОГО СВІТУ

Тепер введемо в нашу історію «негативного персонажа» - тінь. Припустимо, що о 8 годині ранку одна з панелей частково затінений деревом. Якщо на панель потрапляє менше сонячного світла, у нас буде менша сили струму: замість 3 ампер в 8 ранку ми вже отримаємо лише 2 ампера.

Проблема послідовного підключення панелей в ряду полягає в тому, що при затіненні однієї панелі і її роботі з силою струму 2 ампера все панелі в ряду будуть давати силу струму 2 ампера.

Оскільки одна панель затінена, у нас весь ряд буде працювати з силою струму 2 ампера (замість 3 ампер). 2 ампера x 330 вольт = лише 660 ват. Таким чином, при частковому затіненні всього однієї 250-ватної панелі ми втрачаємо 330 ват потужності! І, щоб повернути свої законні 990 ват, нам потрібно зрубати трикляту гілку сусідського дерева, знести сусідню будівлю або зрушити стоїть поруч гору, адже одна затінена панель зменшує потужність всього ряду панелей.

Навіть якщо поруч немає дерева або будови, така втрата потужності на цілому ряду панелей може статися, якщо одна панель виявиться брудніше інших. Аналогічна ситуація може виникнути, якщо одна з панелей дає нижчу потужність, ніж інші, через різного ступеня зносу або виробничих відмінностей.

Оскільки сила струму однієї сонячної панелі дорівнює силі струму 10 панелей в ряду, часткове затінення всього однієї 250-ватної панелі (і, як результат, зниження на ній сили струму) дає нам втрату 330 ват або 1/3 потужності такого ряду з 10 панелей.

РІШЕННЯ

Необхідно забезпечити, щоб кожна панель працювала незалежно від інших. Є різні методи вирішення проблеми затінення, і ці методи постійно удосконалюються. Подібні рішення собирательно називаються «модульної силовий електронікою» (MLPE). Іншими словами, ми вирішуємо цю проблему за допомогою встановлюваної на сонячних панелях електроніки. Модульна силова електроніка може давати ряд переваг:

1. Вона забезпечує, щоб кожна панель працювала незалежно від інших. При цьому одна брудна, затінена чи технічно відрізняється панель не впливає на наступні панелі в ряду.
2. Вона дає більше гнучкості при розробці системи сонячного енергопостачання в цілому. Наприклад, якщо нам потрібно встановити 3 панелі на північному схилі даху і 7 на східному, ми можемо це зробити тільки за допомогою MLPE-пристрої.
3. Вона дозволяє моніторити роботу кожної панелі окремо. Так, якщо одна з панелей частково затінена, забруднена або несправна, ми можемо це дистанційно відстежити і своєчасно усунути проблему.
4. Вона забезпечує більшу ступінь безпеки за рахунок можливості виключення самої панелі на даху замість відключення інвертора, який встановлений на землі. Це величезна перевага в разі пожежі.

ЕВОЛЮЦІЯ MLPE

Модульна силова електроніка постійно розвивається. Ось як я бачу етапи її еволюції.

РІШЕННЯ 1: Байпасний ДІОДИ

Байпасні діоди встановлювалися на сонячних панелях з самого початку, і вони є практично на кожній панелі. Якщо, наприклад, одна з панелей повністю затінений деревом, її просто обходять при підключенні за допомогою діода, як ніби її зовсім немає в ряду. Тобто, якщо ви накинулися на одну з панелей покривало, інші дев'ять панелей будуть нормально працювати. Проблема, однак, у тому, що байпасні діоди задіюються лише при глибокому затенении однієї третини або більше площі панелі. У той час як тінь часом може повністю «виводити з ладу» одну з панелей, технічні невідповідності, знос або забруднення впливають на продуктивність панелей лише частково, а байпасні діоди ніяк не допоможуть розібратися з забрудненням, технічними відмінностями в панелях, легким або частковим затіненням.

РІШЕННЯ 2: МІКРОІНВЕРТОРИ

Щоб вирішити розглянуту нами проблему, хтось дуже розумний вигадав мікроінвертори. Замість послідовного підключення 10 сонячних панелей і відправки напруги в 330 вольт на один підвішений на стіні інвертор, почали робити десять маленьких інверторів і встановлювати їх позаду кожної панелі. Таким чином, панелі більше не залежали один від одного, і проблема вирішилася. Додатковою перевагою мікроінверторов стало те, що тепер кожну панель можна контролювати окремо. Так, якщо одна з ваших панелей працює з потужністю, меншою на 10 відсотків, ніж інші панелі, ви відразу розумієте, що виникла проблема затінення або забруднення, або ж (з меншою ймовірністю) вашу панель необхідно замінити по гарантії.

Проблеми, що виникають з мікроінверторамі, досить складні, і я їх обговорив в статті «Обмеження мікроінверторов Enphase». У двох словах, установка мікроінверторов часто призводить до обмежень в дизайні системи енергопостачання в цілому, що знижує її загальну енерговиработкі. Крім того, неважко припустити, що установка безлічі електронних пристроїв на нагрітої даху менш надійна, ніж установка такого устаткування в одному притінку ближче до землі.

Проте, при певних умовах мікроінвертори можуть забезпечити найкращий дизайн системи за прийнятною ціною. Якщо дане рішення вам підходить, настійно рекомендуємо зупинити свій вибір на мікроінверторах Enphase, які вигідно відрізняються від продуктів-конкурентів.

РІШЕННЯ 3: оптимізатори ПЕРШОГО ПОКОЛІННЯ

Оптимізатори вирішують проблему за допомогою поділу інвертора: частина інвертора розміщується на даху, а інша частина залишається на землі. Стандартний інвертор для систем сонячного енергопостачання, як правило, складається з двох частин - MPPT-контролера і самого інвертора.

• Контролер MPPT (Maximum Power Point Tracker - «отслежіватель максимальної потужності») - це прилад, який відстежує коливання напруги і швидко мінливу силу струму і коригує їх для забезпечення максимальної енерговиработкі сонячних панелей.
• інвертор перетворює постійний струм в змінний (240 вольт), щоб його можна було використовувати для харчування наших електроприладів.

Щоб уникнути необхідності установки на даху безлічі приладів і пристроїв, такі компанії як SolarEdge і Tigo застосовують так звану «оптимізацію панелей». Замість розміщення всього інвертора на даху, вони встановлюють там лише MPPT-контролер, залишаючи сам інвертор на землі.

Оптимізацію забезпечують кілька виробників, в тому числі компанії SolarEdge і Tigo, з якими я віддаю перевагу співпрацювати.

• SolarEdge пропонує комплексне рішення по системі в цілому. Компанія продає оптимізатори, які встановлюються за кожною сонячною панеллю, і простий інвертор SolarEdge без MPPT-контролера. У стандартну модифікацію системи входить індивідуальний моніторинг кожної панелі. Крім того, SolarEdge забезпечує високий рівень безпеки: у разі аварії або іншої надзвичайної ситуації панелі автоматично відключаються до безпечної напруги.
• Tigo продає тільки оптимізатори і не турбується про інверторах. Іншими словами, в поєднанні з їхньою продукцією можна використовувати інвертор будь-якого бренду. При цьому, якщо ви виберете пристрій Tigo TS4, і якщо лише кілька панелей у вас затінені, вам можна буде купити тільки кілька оптимізаторів, тим самим скоротивши загальні витрати на свою систему енергопостачання. У них це називається вибірковим розміщенням. А щоб витрати стали ще менше, індивідуальний моніторинг панелей і спеціальну ізоляцію постійного струму можна виключити як опції.

Обидва описані вище рішення приголомшливо. Продукція SolarEdge дорожче і краще. Продукція Tigo більш доступна, якщо ви віддасте перевагу вибіркове розміщення оптимізаторів, а також виключіть індивідуальний моніторинг панелей і ізоляцію постійного струму.

А тепер перейдемо до ще одного існуючого на сьогодні рішенням.

РІШЕННЯ 4: ПАНЕЛІ MAXIM INTEGRATED

Будь на те моя воля, я би встановлював на всіх дахах, де є проблеми з затінюванням, комплексні системи Tigo & Fronius або SolarEdge. У будь-якому випадку оптимізація збільшує енерговиработкі сонячних панелей, а то, що ми можемо моніторити роботу кожної панелі окремо і відключати панелі в разі пожежі, приводить мене в повний захват. Але в сонячній енергетиці також важливий повернення інвестицій. Саме тому ми включили в перелік можливих рішень і більш доступні сонячні панелі Maxim Integrated.

ЩО ТАКЕ MAXIM?

Продукція Maxim - це друге покоління оптимізаторів для сонячних панелей. Це просте і фінансово вигідне рішення, яке ідеально забезпечує оптимізацію роботи сонячних панелей. У той час як Enphase, SolarEdge і Tigo пропонують опцію індивідуального моніторингу панелей і більш високий рівень безпеки, компанія Maxim зосереджена на головній проблемі - на тому, що не всі панелі в ряду постійно дають однакову силу струму.

ЩО РОБЛЯТЬ ПРИСТРОЇ MAXIM?

Компанія Maxim просто-напросто прибирає з панелей застарілі байпасні діоди і замінює їх «чарівними» чіпами Maxim. Мій розум навряд чи здатний глибоко розібратися, як ці чіпи влаштовані, але я можу вам розповісти, що вони роблять. Вони збільшують силу струму в затіненій панелі до сили струму, що досягається іншими панелями в ряду, а робиться це шляхом зниження напруги в панелях. Якби напруга не знижувався, маленький «чарівний» чіп сам би виробляв електроенергію, а ми знаємо, що на таке здатна лише чарівна паличка феї Дінь-Дінь з казки про Пітера Пена, але я в цю фею не вірю.

Дане рішення вишукано і доступно за ціною. Не потрібно збільшувати число встановлюваних на даху пристроїв, тому менше компонентів системи можуть давати збої. При цьому, наприклад, я можу продовжувати користуватися інвертором Fronius, який, хоч і не забезпечує індивідуальний моніторніг панелей, відмінно моніторить роботу ряду панелей і регулює навантаження на систему за допомогою лічильника-контролера Fronius Smart Meter, який згадується в цій статті.

АЛЕ У MAXIM Є І ІНШІ ПЕРЕВАГИ!

Я вже говорив, що пристрої Maxim найкращим чином захищають сонячні панелі від затінення, і ось чому.

Мікроінвертори і оптимізатори першого покоління працюють на рівні панелей в цілому. Якщо, наприклад, пташка забруднить один фотоелемент, знизиться продуктивність всієї панелі. Але панелі завжди розділені на три групи рядів фотоелементів. Як згадувалося раніше, кожен ряд фотоелементів захищений Байпасний діодами. Оскільки компанія Maxim прибирає ці 3 діода і замінює їх своїми «чарівними» чіпами, Maxim працює на рівні ряду фотоелементів або ж однієї третини панелі. Якщо пташка забруднить один з таких фотоелементів, то це відіб'ється нема на панелі в цілому, а лише на одній її третини. Таким чином, панелі Maxim працюють більш ефективно, ніж мікроінвертори або оптимізатори SolarEdge.

РЕАЛЬНА ЧИ «ЧАРІВНА» ТЕХНОЛОГІЯ MAXIM?

За фахом я не електронник, але після ознайомлення з доповіддю про оптимізатор Maxim я настільки ними перейнявся, що замовив контейнер цих «чарівних» панелей своєму місцевому оптовому торговцю. Очікую доставки 7 довгих місяців, і як тільки вона прийде, встановлю комплект панелей на даху свого складу, щоб переконатися, що вони працюють так, як описано в доповіді. Якщо немає, я поверну їх постачальнику і буду тихо плакати. Але якщо виявиться, що продукція Maxim працює згідно з описом (а я впевнений, що так і буде), ми неодмінно представимо її на австралійському ринку в якості наступного етапу еволюції оптимізаторів для сонячних панелей.

Доповнено пізніше. На випробування у мене пішло півроку, але результати були отримані! ознайомтеся з результатами випробувань панелей Мaxim , Щоб дізнатися, що у нас вийшло. До речі, тепер ми постійно займається установкою панелей Maxim.

ВИСНОВОК

Сонячна енергетика - вельми захоплююча галузь. Проблеми затінення вже ефективно вирішуються компаніями Enphase, SolarEdge і Tigo. Якщо для вас критичний індивідуальний моніторинг панелей, то вам краще витратитися на що вийшла раніше продукцію Enphase, Tigo або SolarEdge. Але якщо вам важливіше найкраща оптимізація роботи панелей і економія витрат, то оптимізатори Maxim будуть для вас найкращим пропозицією за доступною ціною.

Що ви думаєте про Maxim в порівнянні з іншими MLPE-рішеннями? Залиште коментар і поділіться своїм досвідом.