Efektivní provoz částečně zastíněných FV systémů s funkcí OptiTrac Global Peak

Transkript

1 Řízení zastínění Efektivní provoz částečně zastíněných FV systémů s funkcí OptiTrac Global Peak Obsah Ne vždy je možné předejít tomu, aby střešní vikýře, komíny nebo stromy vrhaly stín na FV systémy. Aby však nebyla ohrožena hospodárnost FV systému, musí se ztráty energetického výnosu způsobené zastíněním minimalizovat již ve fázi projektování. Důležitou roli zde hrají faktory jako uspořádání FV panelů, jejich zapojení, a zejména volba správného střídače. Dodržením několika důležitých pravidel pro projektování lze tyto faktory přizpůsobit danému FV systému tak, aby bylo možné využít jeho energetický potenciál téměř beze zbytku. GlobalPeak-TI-cs-12 Verze 1.2 1/5

2 Vlivy částečného zastínění na FV systém 1 Vlivy částečného zastínění na FV systém Každý FV generátor má individuální pracovní bod, při němž poskytuje nejvyšší možný elektrický výkon bod MPP (Maximum Power Point). Jak velký je tento výkon, závisí především na intenzitě ozáření slunečními paprsky. Pokud dochází k zastínění jednotlivých FV panelů určitého stringu v rámci FV generátoru, výrazně se tím mění jeho elektrické vlastnosti: FV generátor pak má několik různě dobrých pracovních bodů. Obr. 1: Graf výkonu a napětí vyobrazeného FV generátoru ve 2 různé denní doby (s dílčím zastíněním a bez něho). Křivky ukazují, že při zastínění vznikají 2 různě dobré body MPP, přičemž výkon v lokálním bodu MPP je výrazně nižší než v globálním bodu MPP. SMA Solar Technology AG 2/5

3 Zastínění: zvláštní úkol pro střídač 2 Zastínění: zvláštní úkol pro střídač Každý FV střídač je vybaven tzv. sledovačem MPP. Ten se stará o to, aby FV generátor neustále fungoval ve svém optimálním pracovním bodě. Díky tomuto řízení dokáže FV generátor optimálně využít výkon dostupný při určitém ozáření slunečními paprsky. U střídačů SMA tuto úlohu plní funkce řízení provozu OptiTrac, a zajišťuje tak maximální energetický výnos. Pokud však, jak bylo výše popsáno, zastíněním jednotlivých panelů FV generátoru vzniknou 2 různé pracovní body, musí pak připojený střídač rozhodnout, ve kterém z těchto pracovních bodů lokálním MPP (LMPP), nebo globálním MPP (GMPP) má FV generátor provozovat. Protože však běžné sledovače MPP sledují pouze oblast v blízkosti aktuálního pracovního bodu, aby zbytečně neztrácely energii hledáním, nemusí být alternativní pracovní bod případně vůbec zaznamenán. Vlivem toho může být okamžitý výkon FV systému výrazně nižší, než by bylo vzhledem k zastínění nutné. Obr. 2: Průběh globálního, resp. lokálního MPP výkonu dílčího generátoru FV systému s ranním zastíněním. Šedá plocha vyznačuje ztrátu energetického výnosu, která by byla způsobena nastavením lokálního MPP místo globálního. Zcela jinak se chová funkce OptiTrac Global Peak: Aby byl i u částečně zastíněných FV systémů vždy nalezen optimální pracovní bod, bylo osvědčené sledování MPP u střídačů SMA rozšířeno o doplňkovou funkci. Funkce OptiTrac Global Peak dokáže FV generátor dočasně provozovat ve velké vzdálenosti od známého pracovního bodu. Střídač tak kdykoliv najde pracovní bod s momentálně nejvyšším výkonem a dokáže tímto způsobem využít energetický potenciál FV panelů za všech podmínek téměř beze zbytku [1]. U tohoto postupu jsou nevyhnutelné ztráty během hledání. Funkce OptiTrac Global Peak ovšem představuje metodu hledání, která je zaměřená na to, aby v době bez zastínění ztráty způsobené hledáním eventuálního druhého výkonového maxima udržovala na úrovni maximálně 0,2 %. Aby se tyto ztráty z hledání ještě více zredukovaly, může být v některých případech rozumné u FV systémů s pomalu nastupujícím zastíněním individuálně upravit a snížit frekvenci hledání (dobu cyklu). SMA Solar Technology AG 3/5

4 Projektování částečně zastíněných FV systémů 3 Projektování částečně zastíněných FV systémů Aby nebyla ohrožena hospodárnost přechodně zastíněných FV systémů, musí se ztráty energetického výnosu způsobené zastíněním minimalizovat již ve fázi projektování. Jako pomůcku pro projektanta FV systému uvádíme níže nejdůležitější pravidla pro projektování. 3.1 Výběr střešní plochy Minimalizace energetických ztrát u částečně zastíněných stringů FV panelů je vždy založena na tom, aby střídač dokázal zastíněné FV články elektricky obejít, a aby tak mohl optimálně využívat nezastíněné FV panely téhož stringu, které jsou s nimi zapojené v řadě. Beztak snížený výkon zastíněných FV článků nelze v tuto dobu využívat. Při výběru střešní plochy pro FV systém by proto mělo být zajištěno, aby nevzniklo žádné trvalé zastínění a aby zvláště v době vysoké intenzity ozáření slunečními paprsky (doba kolem poledne, letní měsíce) nedopadal na FV generátor pokud možno žádný stín. K odhadnutí vlastností příslušných stínů, jako velikosti nebo změny v průběhu roku, lze využít speciální simulační programy. 3.2 Výběr zapojení FV systému Zapojení FV generátoru výrazně ovlivňuje dosažitelný energetický výnos. Společnost SMA Solar Technology AG proto vypracovala a zveřejnila pravidla řízení zastínění [2]. Na začátku návrhu FV systému vždy stojí analýza průběhu stínu. Mezi důležité charakteristiky FV systému s částečným zastíněním patří podíl zastíněných FV panelů v poměru k celkovému FV generátoru a časový průběh zastínění. Pro zacházení s částečně zastíněnými FV systémy jsou důležitá následující doporučení: V případě zastínění jednotlivých FV panelů, resp. velmi malého podílu FV panelů (např. < 10 % z celkového počtu) lze stín rovnoměrně rozdělit na stringy. Jelikož se MPP napětí v těchto případech bude vždy nacházet v blízkosti jmenovitého MPP napětí, není zapotřebí speciální řízení provozu (funkce OptiTrac Global Peak). V případě silného zastínění je smysluplné provozovat zastíněné a nezastíněné FV panely odděleně. Zde platí: Seskupte k sobě části FV generátoru s podobným ozářením slunečními paprsky. Nepoužívejte paralelní zapojení stringů s různým ozářením slunečními paprsky a naopak pro každý string připravte samostatný sledovač MPP. K tomu je možné použít větší množství malých střídačů nebo střídače s multistringovou technikou. Pro maximalizaci energetického výnosu je zapotřebí funkce OptiTrac Global Peak. Ovšem i v případě výše popsaného nepatrného zastínění představuje koncentrace zastíněných FV panelů na jeden vyhrazený sledovač MPP alternativu k rovnoměrnému rozdělení stínu na všechny stringy. Také v případě tohoto návrhu FV systému je pro minimalizaci ztrát energetického výnosu zapotřebí funkce OptiTrac Global Peak. SMA Solar Technology AG 4/5

5 OptiTrac Global Peak 3.3 Výběr střídačů Jak je popsáno v příspěvku Řízení zastínění [2], má na energetické ztráty způsobené zastíněním vliv i výběr střídače. Při výběru střídače je nutné dbát 3 bodů: Střídače s velkým rozsahem vstupního napětí dokážou i při zastínění a z toho vyplývajícím poklesu MPP napětí nadále nastavovat optimální pracovní bod. Pomocí střídačů s regulací jednotlivých stringů lze částečně zastíněný FV generátor provozovat v blízkosti jeho optimálního bodu, a předejít tak velké části možných ztrát. Aby byly ztráty energetického výnosu způsobené zastíněním co možná nejnižší, je nutné pro částečně zastíněné stringy používat střídač, jehož sledování MPP rozpozná existenci několika pracovních bodů (např. funkce OptiTrac Global Peak). 4 OptiTrac Global Peak Funkce SMA OptiTrac Global Peak je dalším vylepšením funkce SMA OptiTrac a umožňuje, aby pracovní bod střídače vždy přesně sledoval bod MPP. Díky funkci SMA OptiTrac Global Peak střídač navíc rozpozná přítomnost několika bodů maximálního výkonu v dostupném provozním rozsahu, tak jak se mohou vyskytnout zejména u částečně zastíněných FV stringů. Tato funkce je standardně deaktivovaná. Informace k aktivaci a nastavení funkce OptiTrac Global Peak naleznete v návodu k instalaci příslušného střídače. 5 Zdroje [1] J. Iken: Leistungsgipfel mit Geheimnissen. Sonne Wind & Wärme, 17/2009, s [2] G. Bettenwort, J. Laschinski: Schattenmanagement Der richtige Umgang mit teilverschatteten PV-Generatoren. 23. Symposium Photovoltaische Solarenergie, 2008, Bad Staffelstein. SMA Solar Technology AG 5/5