Potrivirea corectă a capacităţii fotovoltaice şi a puterii invertorului reprezintă un act de echilibristică, dar în felul acesta se poate îmbunătăţi performanţa sistemului conectat la reţea.

În articolul intitulat „Dimensionarea sistemelor fotovoltaice conectate la reţea”, autorul Jayanta Mondol de la Universitatea din Ulster declară: „Dimensionarea optimă depinde de climatul local, de orientarea şi gradul de înclinare al terenului, de puterea invertorului şi de raportul cost panouri fotovoltaice/invertor”. Mondol recomandă examinarea raportului de dimensionare a panourilor fotovoltaice în funcţie de invertor (Rs) „în termeni de performanţă energetică – puterea anuală a sistemului fotovoltaic raportată la capacitatea fotovoltaică nominală – şi performanţă economică, puterea anuală a sistemului fotovoltaic raportată la cheltuieli capitale totale.” Fără îndoială, fiabilitatea şi disponibilitatea invertorului sunt, de asemenea, factori importanţi.

Puterea invertorului repezintă un factor important în dimensionarea optimă a unui sistem fotovoltaic

Mulţi producători de invertoare au integrate în programele de dimensionare a rândurilor de module simulări privind raportul de dimensionare a stratului superior. Dar variaţiile climatice din America de Nord sunt destul de extreme. Din experienţa dumneavoastră, cum pot defini cel mai bine integratoarele raportul optim de dimensionare pentru locul în care sunt dispuse în funcţie de condiţiile climatice locale sau de montarea sistemului? Ce impact are scăderea preţurilor la module asupra acestei relaţii? Ce impact au specificaţiile echipamentului? Având în vedere toate aceste variabile, care sunt cele mai importante considerente pentru proiectanţi şi ce regulă de aur aţi recomanda, dacă există aşa ceva?

Raportul de dimensionare ar trebui să optimizeze randamentul specific

Sistem fotovoltaic dimensionat optim

Obiectivul proiectantului sistemelor fotovoltaice este aproape întotdeauna acela de a configura componentele sistemului pentru a obţine o rată de transfer energetic maxim de la panourile fotovoltaice la reţea, optimizând în acelaşi timp şi randamentul specific. Randamentul specific este calculat prin împărţirea valorii de kilowatt-oră livrat în timp cu valoarea de kilowatt de vârf instalat. În aceste calcule se iau în considerare toate pierderile de sistem. Raportul optim de dimensionare a panourilor fotovoltaice în funcţie de invertor după randamentul specific va varia de la sistem la sistem, în funcţie de toleranţele prevăzute de proiectanţi pentru diferiţii parametri de scădere sub nivel. Acest proces de proiectare poate fi efectuat după date estimative pertinente, calcule detaliate sau modelarea performanţei. Indiferent de felul în care se realizează, cea mai bună performanţă poate fi atinsă doar prin dimensionarea puterii de vârf a sistemului astfel încât să fie mai mare decât capacitatea nominală maximă a invertorului.

Soluții pentru creșterea puterii sistemului fotovoltaic

La toate panourile fotovoltaice este prevăzută o capacitate nominală maximă la STC, care este un nivel de energie solară de 1.000 W pe metru pătrat, o temperatură a celulei de 25°C şi o masă a aerului de 1,5. Din păcate, aceste condiţii coexistă simultan foarte rar, poate chiar niciodată. Proiectanţii de sistem cu experienţă ştiu acest lucru şi încearcă să caute soluţii pentru ceilalţi factori diverşi care au un efect negativ asupra puterii unui sistem fotovoltaic.

Printre aceşti factori se numără următoarele:

Panouri fotovoltaice monocristaline pentru sistemele fotovoltaice

• Murdărirea modulului: exceptând situaţiile de averse de ploaie şi perioadele imediat după acestea, un strat subţire de praf acoperă suprafaţa sistemului, chiar dacă aparent acesta pare curat.

• Toleranţa de putere a modulului sau nepotrivire. Modulele fotovoltaice au deseori o toleranţă de putere de ±5%. Punctele de operare de putere maximă la module legate în paralel nu corespund cu exactitate. Modulele sunt forţate, din cauza conexiunilor electrice în paralel, să funcţioneze la o tensiune sub nivelul optim.

• Temperatura ridicată a celulei. Puterea este invers proporţională cu temperatura celulei. Chiar şi într-o zi răcoroasă, soarele încălzeşte celulele la temperaturi ce depăşesc 25°C.

• Condiţii de iluminare slabă sau grad de înclinare neoptim sau ambele. Condiţiile meteorologice sau gradul de înclinare  rezultă de obicei în suprafeţe plane cu intensităţi ale luminii sistemului mai mici de 1.000 W pe metru pătrat.

• Uzarea modulului. Modulele fotovoltaice pe bază de silicon se degradează în general cu aproape 1% pe an.

• Pierderi în circuitul electric de curent continuu.

Toţi aceşti factori contribuie la reducerea puterii disponibile a sistemului. Drept urmare, chiar înainte de a găsi explicaţii pentru alte pierderi de sistem – cum ar fi pierderi de la invertor sau de la transformator -, puterea unui sistem fotovoltaic este întotdeauna redus sub un nivel de un anumit factor. Acest factor reprezintă premiza de bază pe care se bazează un proiectant de sistem în calculele pe care le face pentru a stabili raportul de dimensionare între capacitatea sistemului şi puterea invertorului. Pentru a folosi componentele sistemului la potenţialul lor maxim şi pentru a optimiza randamentul specific, puterea de vârf a sistemului trebuie să fie întotdeauna mai mare decât puterea invertorului. Problema e cu cât trebuie să fie mai mare.

Un sistem supradimensionat sporește eficiența

În industrie, este un lucru obişnuit ca sistemul fotovoltaic să fie supradimensionat utilizând un raport de dimensionare a panourilor fotovoltaice în funcţie de invertor de aproximativ 1,5. La urma urmei, un sistem bine proiectat va înregistra de obicei pierderi la nivelul întregului sistem în jur de 15%–16%. Supradimensionarea sistemului asigură faptul că invertorul funcţionează la randament maxim, cel puţin pe durata celor mai bune ore de soare de pe parcursul zilei. Proiectanţii sistemului care au în vedere o durată de viaţă proiectată a sistemului de 20 de ani vor dimensiona, de obicei, sistemul în funcţie de invertor utilizând un raport de 1,2 la 1,25. Unele echipe de integrare a sistemelor fotovoltaice utilizează de regulă chiar un raport de 1,3.

Singurele efecte pe care un sistem supradimensionat le poate avea asupra puterii sistemului sunt de a aduce invertorul la cea mai bună eficienţă un pic mai devreme în cursul zilei şi de a utiliza invertorul la capacitate maximă pentru perioade mai mari de timp. Din moment ce zona de sub curba de putere reprezintă energia livrată, o curbă „mai plină” înseamnă mai mulţi kWh, chiar dacă puterea de vârf este limitată la capacitatea maximă a invertorului. Pe măsură ce sistemul devine uzat, numărul de ore pe an în care invertorul funcţionează la capacitate maximă scade. Un sistem supradimensionat contribuie la asigurarea faptului că invertorul va atinge capacitatea maximă pe durata vieţii de 20 de ani a unui sistem tipic.

Reţineţi: capacităţile invertorului trebuie luate în considerare atunci când se stabileşte dimensionarea maximă a sistemului. De exemplu, unele invertoare nu pot funcţiona la capacitate maximă pe perioade extinse de timp la temperaturi ambientale mai ridicate. Aceste invertoare au limitări privind capacitatea sistemului, reflectate de obicei în programele asociate de dimensionare a rândurilor de module. Proiectantul sistemului trebuie să înţeleagă capacităţile de performanţă ale invertorului pentru a se asigura că acestea corespund cu modelul sistemului şi cu condiţiile de la locul de instalare.