Optimeerijate kasutamine päikeseelektrijaamades
22 veebruar, 2022
Viimasel ajal on palju küsitud optimeerijate (ing. optimizer) kasutamise vajalikkusest päikeseelektrijaamade (PEJ) planeerimisel ja kasutamisel. Mõni nimetab nende seadmete kasutamist kahtlaseks, mittevajalikuks investeeringuks, mõni jällegi ütleb, et see on parim lahendus.
Allolevas artiklis katsume lahti seletada optimeerijate kasutamisega seotud asjaolud ning nende kasutamise võimalused PEJ planeerimisel.
PEJ optimeerija sisaldab endas DC-DC konverterit koos MPPT (ing. Maximum Power Point Tracking) juhtimisega ning enamasti ühendatakse selline seade PEJ iga päikesepaneeli külge. Optimeerijad omakorda ühendatakse kokku ja moodustatakse jadad (ing. strings), mis ühendatakse PEJ inverteri sisendiga. Näidet sellise süsteemi ühendamisest näeb Joonisel 1.
Joonis 1. SolarEdge PEJ lahendus optimeerijatega
Ehk sisuliselt on sellises süsteemis iga päikesepaneeli külge ühendatud oma väike MPPT, mille abil parandatakse iga paneeli tootlikkust, mis lõppkokkuvõttes suurendab kogu jada võimsust. Kui palju? Sellele küsimusele vastamiseks tuleb vaadata erinevaid olukordi.
Kui teie PEJ süsteemi päikesepaneelid asuvad kõik ühes tasapinnas, varjutamise risk on minimaalne ning kõik paneelid on suunatud täpselt ühte ilmakaarde, on võimsuse võit optimeerijatega süsteemis minimaalne. Kuna päikesepaneelide võimsus tehasest tulles on erinevad tolerantsiga +- 1-3 Wp, päikese kiirte kaldenurk sama jada paneelidele võib olla veidi erinev, moodustab optimeerijatega süsteemi tootlikkuse võit võrreldes tavasüsteemiga 2-6%.
Hoopis huvitavaks muutub olukord siis, kui planeeritud PEJ päiksepaneele tuleb paigaldada kas erineva kaldenurga- või suunaga. Lisaks võib tekkida olukordi, mille puhul on teatud päiksepaneelidel päeva jooksul osaline või lausa täielik varjutus. Tavasüsteemide puhul võivad energiakaod sellistel juhtudel ulatuda kuni 50% jada kohta. Optimeerijatega varustatud süsteemi puhul võib tootlikkus olla madalam või lülitatakse jadast „välja“ ainult konkreetne päikesepaneel, mis antud ajahetkel on näiteks varjutatud. Ehk 15 paneeliga jada puhul, kui üksik paneel on varjutatud, moodustavad energiakaod optimeerijatega süsteemis vähem kui 7%.
Mida põnevat veel?
Lisaks lubavad optimeerijatega süsteemide pakkujad, et PEJ operaatoril on alati võimalik jälgida iga üksiku päikesepaneeli tööd (vt. Joonis 2) ning varakult avastada võimalikke päikesepaneelidega või nende paigutusega seotud probleeme. Need võivad olla nii lihtsa mustusega seotud küsimused, mille puhul võib päikesepaneeli tootlikkus märgatavalt langeda või lausa paneelide enda defekte, nt. PID (ing. Potential-induced degradation).
Joonis 2. SolarEdge optimeerijate info paneelide tootlikkuse kohta
Üks tähelepanekuid, mida selliste süsteemide pakkujad harva välja toovad, on asjaolu, et teatud tingimustel, kui päikesepaneelid on paigaldatud erisuundades, saab moodustada oluliselt pikemaid jadasid, kui seda tehakse kasutades klassikalisi string invertereid. Nii saab olulise võidu DC-kaabelduse osas ning ei pea muretsema tootlikkuse pärast. Minu praktikas on olnud 36 päikesepaneeli ja optimeerijatega jadasid, mis talitlevad korrektselt.
Kui rääkida veel optimeerijatega PEJ süsteemide eripäradest, siis tuleb kindlasti mainida, et nüüd võite oma päikeseelektrijaama ehitada erineva võimsusega päikesepaneelides, ühendades need läbi optimeerijate ühte jadasse. Te ei pea muretsema sellise jada tootlikkuse pärast kui kasutate korraga 270Wp ja 360Wp päikesepneele ühes jadas, kuna iga paneel saab oma optimeerija, mis tagab väljundis parima tulemuse.
Siiani oleme rääkinud optimeerijatega PEJ süsteemide tootlikkuse parendamisest ja päikesepaneeli põhisest monitoorimise võimalustest. Sellel süsteemil on veel üks ja minu arvates kõige olulisem omadus, mille pärast tasub kaaluda optimeerijate kasutamist PEJ planeerimisel. Meenutame optimeerijatega PEJ süsteemi Joonisel 1. Reegel on selline, et süsteem käivitatakse inveteri poolt, andes juhtsignaali igale optimeerijale eraldi. See tähendab, et kui inverter on välja lülitatud või on mingil põhjusel päikesepaneelidest eraldatud, juhtmestik katkenud või inverterist lahti ühendatud, ei anna ükski optimeerija päikesepaneelist tulevat pinget edasi ja sellises jadas on pinge 1V ühe optimeerija kohta.
Üleval toodud näite puhul, milles oli jadas 36 päikesepaneeli ja optimeerijat, on inverteri väljalülitamisel 36V, mis on ohtu pinge! See on väga oluline argument, kuna objektide päästetööde puhul tuleb alati teha eelnevalt PEJ ohutuks, et mitte seada elektrilöögi ohtu inimesed. Tavaliste string inverterite puhul jääb paraku enamasti päevasel ajal ohtlik päikesepaneelide jadade ligi 1000V DC pinge alles ka siis, kui inverter on välja lülitatud. Elektriohutuse seisukohalt, on optimeerijatega süsteem väga tõhus ja ohutu.
Mõne sõnaga Eesti turul pakutavatest optimeerijatega süsteemidest.
SolarEdge lahendused on ilmselt ühed esimesed, mis olid optimeerijatega varustatud ning seda ettevõtet võid pidada teerajajaks selles valdkonnas. Tuleb tähele panna, et SolarEdge invertereid ei saagi kasutada ilma nende enda toodetud optimeerijateta. Samas, on võimalik kasutada SolarEdge optimeerijaid teiste inverteritega, kuid optimeerijad tuleb eelnevalt lisaseadme abil tööks aktiveerida. Suur hulk lisaseadmeid ja võimalusi, teeb SolarEdge süsteemist väga tõsise tegija päikeseelektrijaamade valdkonnas. Küll aga tuleb arvestada keskmisest suurema süsteemi maksumusega.
Mõni aeg tagasi oli Huawei anonseerinud oma PEJ lahenduse, milles on optimeerijad kasutusele võetud. Tuli päris pikka aega oodata, millal toode reaalselt poelettidele jõudis ning nüüd on see kõigile kättesaadav. Huawei optimeerijad töötavad mõistagi sama ettevõtte inverteritega ning selle lahenduse eripära seisneb selles, et optimeerijat ei pea ilmtingimata kasutama iga päikesepaneeli ühendamisel, vaid seal, kus see parasjagu vajalik on, nt kohtades, kus on päiksepaneelide varjutamine jne. Nii saab seadmetelt kokku hoida ja kuluoptimaalsema süsteemi luua. Loomulikult on ka Huawei pakkumas oma lahendustele suure hulga lisaseadmeid ja funktsionaalsust ning on turul tõsine tegija.
Meil vähem tuntud, kuid viimasel ajal päris mitmes lahenduses kasutusele võetud TIGO ja nende Flex MLPE (ing. Module Level Power Electronics) lahendus, mis sobib enamiku meie turul kasutusel olevate inverteritega. TIGO optimeerijate planeerimisel tuleb tähele panna, milline on esmane optimeerijate kasutamise valdkond – optimeerimine, ohutus või paneelipõhine monitooring ja vastavalt sellele õige seade kataloogist välja valida.
Selline tuli tänane ülevaade optimeerijatega päikeseelektrijaamade lahendustest ja nende kasutamise võimalustest.
Robert Mägi
insener
___________________________________________________________________________________
Kasutatud kirjandus:
- Optimizer – https://en.wikipedia.org/wiki/Power_optimizer
- MPPT – https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_point_tracking
- Solaredge power optimizer – https://www.solaredge.com/products/power-optimizers#/
- PID – https://en.wikipedia.org/wiki/Potential-induced_degradation
- Huawei optimizer – https://solar.huawei.com/apac/FusionSolarResidential
- TIGO TS4 Flex MLPE – https://www.tigoenergy.com/ts4
Iga aastaga on meile tublisti juurde tulnud elektripaigaldisi, millele on üldise võrguga rööbiti ühendatud mõni mikrotootmisseade, mis genereerib elektrienergiat ning seda on võimalik majapidamises endal ära kasutada ja ülejääk üldise võrgu kaudu maha müüa. Olgu see päikeseelektrijaam, väike tuulik või mõni muu seade – reeglid on samad ning kirjas võrgueeskirjas ja elektrituruseaduses. Üks osa sellest põnevast tegevusest on kuni eelmise aasta lõpuni kehtinud seaduseregulatsioon, mille järgi oli võimalik taotleda ja saada taastuvenergia toetust.
