Każdy, kto nieco dokładniej zapoznał się z tematem fotowoltaiki i choć trochę przyswoił sobie schemat instalacji fotowoltaicznej, wie, że jednym z jej podstawowych komponentów jest inwerter – urządzenie nazywane potocznie przetwornicą, które przetwarza prąd stały produkowany przez panele, w prąd zmienny, wykorzystywany przez nasze sprzęty gospodarcze. Czym więc jest mikroinwerter i jak działa? Jaka jest jego cena? Kiedy jego zastosowanie jest konieczne?
Specyfika i działanie mikroinwerterów
Zasadniczym problemem w instalacjach fotowoltaicznych z jednym inwerterem jest spadek efektywności wszystkich paneli w przypadku pojawienia się w szeregu modułów choćby jednego, który zaczął działać słabiej. Mikroinwerter ma zapobiegać temu problemowi i stosuje się go najczęściej do pojedynczych paneli fotowoltaicznych, rzadziej do dwóch, czy czterech. Służy zatem przede wszystkim optymalizacji mocy instalacji fotowoltaicznych.
Jak działają mikroinwertery?
Najprościej rzecz ujmując, mikroinwerter jest inwerterem o mniejszych gabarytach i mniejszej mocy. I o ile zwykły inwerter zainstalowany zostaje w budynku, kilka metrów od instalacji i przeznaczony jest do przetwarzania prądu stałego ze wszystkich paneli fotowoltaicznych, o tyle mikroinwerter montowany jest na dachu do jednego, dwóch lub maksymalnie czterech paneli i przetwarza prąd stały bezpośrednio z podłączonych do niego solarów. Zainstalowane przy panelach małe urządzenia umożliwiają niezależne wykorzystanie potencjału każdego modułu z osobna, sprawiając tym samym, że ewentualna, niższa efektywność jednego panelu, nie wpływa dodatkowo na produktywność reszty. Dzięki wzbogaceniu tych małych urządzeń w układ śledzenia maksymalnego punktu mocy (MPPT), możliwe jest wydobycie z każdego modułu maksimum wydajności i obserwacja ich produktywności na tle pozostałych paneli.
Kiedy mikroinwertery są potrzebne?
Instalacja fotowoltaiczna powinna mieć jak najlepsze warunki, by produkcja energii była na najwyższym poziomie. Idealnymi warunkami byłby dach o prostej konstrukcji, zorientowany na stronę południową, mający około 30 stopni nachylenia oraz pozbawiony ryzyka zacienienia np. kominem lub drzewem. Taka możliwość oczywiście istnieje, ale zagospodarowanie terenu i projekty budynków nie są wszędzie takie same, tak więc i rozwiązanie musi być zróżnicowane. Mikroinwertery znajdują swoje zastosowanie wszędzie tam, gdzie warunki dla sprawnego działania systemu PV nieco się komplikują:
- Duże zacienienie i/lub zabrudzenie paneli słonecznych - jak już wiemy, w instalacji fotowoltaicznej z jednym inwerterem, panele są od siebie zależne. Kiedy choć na jeden z nich pada cień zmniejszający jego wydajność np. do 85%, to wszystkie zaczynają działać na tym poziomie. Mikroinwertery sprawiają, że w powyższej sytuacji tylko zacieniony działa z mniejszą produktywnością, reszta działa niezależnie, wydajnie i zgodnie ze stopniem padającego na nie nasłonecznienia. Analogicznie jest w przypadku zabrudzenia jednego lub więcej paneli. Nie jest też tak, że działanie instalacji fotowoltaicznych bez mikroinwerterów jest całkowicie nieopłacalne i nieproduktywne, bowiem panele mają zamontowane diody bocznikujące, które przy pewnych poziomach wydajności paneli aktywują się i sprawiają, że instalacja fotowoltaiczna nie ulega awarii, tylko wciąż pracuje.
- Wymagające dachy - mikrofalownik to urządzenie pożądane w instalacji fotowoltaicznej montowanej na dachu z połaciami orientacji wschód-zachód, o architekturze zawierającej liczne lukarny i kominki, a nie uwzględniającej zbyt wiele płaskiej, niezacienionej powierzchni - wówczas rozdzielenie paneli fotowoltaicznych i ułożenie ich na różnych częściach dachu nie stanowi przeszkody w prawidłowym działaniu instalacji i eksploatowaniu jej mocy. Jeżeli jednak mamy dach orientacji wschód-zachód, ale jego budowa nie jest skomplikowana, wystarczy nam wykorzystanie jednego, standardowego inwertera.
- Plan rozbudowy instalacji fotowoltaicznej - posiadając system z jednym, standardowym inwerterem i planując znaczne zwiększenie mocy wytwarzania energii w przyszłości, możemy się nieco zaskoczyć stopniem skomplikowania takiej procedury. Trzeba wówczas wymienić inwerter, pamiętać, że panele muszą być od tych samych producentów i mieć taką samą moc. Dzięki użyciu mikroinwerterów przy pierwotnym montażu, zakres rozwiązań się zwiększa, zmniejszając stopień skomplikowania takiej wtórnej inwestycji. Mikroinwertery fotowoltaiczne zwalniają nas z obowiązku posiadania tych samych mocy i producentów modułów oraz mikrofalowników.
Są to najbardziej powszechne przyczyny montowania mikroinwerterów w instalacji fotowoltaicznej. Zdarza się, że brane są pod uwagę bez takiej konieczności, z czystej przezorności i w celu maksymalnego zawyżenia efektywności wytwarzania energii elektrycznej.
Wady i zalety mikrofalowników
Mimo grona korzyści, jakie przynoszą nam w określonych sytuacjach (zwłaszcza tych kryzysowych) mikroinwertery, nie są pozbawione wad.
Zalety
- Pozwalają monitorować każdy panel z osobna - szczególnie wymierne i korzystne z punktu widzenia osób nastawionych na wnikliwą analizę efektywności instalacji PV,
- Każde urządzenie ma wbudowane tzw. MPPT, co pozwala na rozmieszczanie modułów na skomplikowanych infrastrukturalnie budynkach,
- Umożliwiają zamontowanie instalacji ograniczającej się do jednego lub zaledwie kilku modułów, podczas gdy standardowa instalacja narzuca nam poniekąd minimalną wysokość mocy,
- Łatwość rozbudowy instalacji - bez problemu można podpiąć kolejny panel z mikroinwerterem,
- Mikroinwertery zwiększają uzyski z mikroinstalacji - panele, zgodnie z liniową gwarancją mocy, tracą wydajność z biegiem lat. Zwykle po 25 latach jest to około 80%. Niektóre sztuki mogą jednak wciąż mieć 84% i dzięki zamontowaniu mikroinwerterów ta różnica w wydajności każdego z modułów, nie staje się stratą dla inwestora.
Wady
- Mikroinwertery montowane są na dachach i nie charakteryzują się niestety zbyt dużą odpornością na szkodliwe działanie warunków atmosferycznych, w tym szczególnie szerokiej amplitudy temperatur - znacznie skraca to ich żywotność,
- Większe ryzyko awarii i utrudnione przeprowadzenie serwisu - im większa liczba urządzeń, tym większe ryzyko wystąpienie awarii, a w tym przypadku serwisowanie wymaga dodatkowo zastosowania rusztowania w celu zdemontowania panelu i mikroinwertera, czyli większe ryzyko połączone z większym nakładem związanej z tym pracy,
- Zastosowanie mikroinwerterów zwiększa ryzyko wystąpienia pożaru, ponieważ zamontowanie ich wymaga zastosowania większej ilości złączy MC4 (w tej kategorii również liczy się jakość, a na rynku pełno felernych produktów), które zostały odnotowane jako najczęstsza przyczyna zapłonu,
- Mikrofalowniki to urządzenia, które w ostatnich latach były wycofywane z ofert dużych firm, co budzi jeszcze większe wątpliwości do stopnia opłacalności inwestowania w ten sprzęt.
Cena mikroinwertera
Udział cenowy inwertera w standardowej instalacji jest dość duży, jednak gdy zachodzi konieczność zainstalowania mikrofalowników, cena przetwornika energii może wzrosnąć niemal dwukrotnie. Przykład: w planach mamy instalację 16 modułów o mocy 275Wp. Koszt jednego, standardowego inwertera do tej instalacji, np. SMA Sunny Boy 4000, to około 4 700 złotych. Gdybyśmy postawili na mikroinwertery, np. 16 sztuk Enphase M250, to musielibyśmy zapłacić około 7 700 złotych. Spora różnica, prawda? Między innymi cena jest powodem, dla którego trzeba się dwa razy zastanowić, czy mikrofalowniki są nam niezbędne.
Podsumowanie
Mikrofalowniki to urządzenia przeznaczone do stosowania w przypadkach, gdy instalacja standardowego systemu jest problematyczna i dużo mniej opłacalna, albo wręcz ledwie możliwa. Jednym z priorytetów podczas projektowania dla nas zestawu fotowoltaicznego powinien być balans między maksymalizacją opłacalności, a minimalizowaniem ryzyka poważnych awarii. Może być tak, że mikroinwertery będą się nam bardziej opłacały, ale będą również źródłem bardzo dużego ryzyka.