Technické informace Teplotní derating pro střídače Sunny Boy a Sunny Tripower Ja cjapři teplotním deratingu (snižování výkonu v důsledku teploty) střídač snižuje svůj výkon, aby komponenty chránil před přehřátím. Tento dokument vysvětluje, jakým způsobem je regulována teplota ve střídači, jaké mohou být příčiny teplotního deratingu a jaká lze provést protiopatření. Temp-Derating-TI-cs-13 Verze 1.3 ČEŠTINA
1 Co je teplotní derating? SMA Solar Technology AG 1 Co je teplotní derating? Derating označuje řízené snižování výkonu střídače. Za normálního provozu střídač pracuje v tzv. bodě MPP (Maximum Power Point, bod maximálního výkonu). V tomto pracovním bodě je poměr mezi FV napětím a FV proudem nastaven tak, aby z něj vyplýval maximální výkon. Poloha bodu MPP se neustále mění v závislosti na intenzitě slunečního svitu a teplotě FV panelů. Derating v závislosti na teplotě slouží k ochraně citlivých polovodičových součástek střídače před přehřátím. Pokud je na monitorovaných komponentách dosaženo maximální povolené teploty, střídač posune svůj pracovní bod směrem k nižšímu výkonu. Dochází při tom k postupnému snižování výkonu. V krajním případě se střídač úplně vypne. Jakmile teplota ohrožených součástek klesne pod kritickou hodnotou, střídač opět přejde do optimálního pracovního bodu. Obrázek 1: příklad průběhu výkonu při teplotním deratingu K teplotnímu deratingu může docházet z různých důvodů. Níže jich několik uvádíme: Když podmínky instalace znesnadňují odvod tepla ze střídače. Když se střídače provozují pod přímým slunečním svitem nebo když vysoké teploty okolí znemožňují odvod tepla. Když jsou FV generátor a střídač zvlášť špatně vzájemně sladěné (výkon FV generátoru vůči výkonu střídače). Když místo instalace střídače leží v nepříznivé výšce (např. výšky okolo maximální provozní výšky nad mořem, viz kapitola Technické údaje v návodu k použití střídače). Teplotní derating se tím zintenzivňuje, jelikož se zvyšující se nadmořskou výškou se snižuje hustota vzduchu, a tím se také redukuje chladicí účinek vzduchu. Když je na střídači trvale přítomno vysoké DC napětí (U_MPP). Jelikož na chování střídače při deratingu má nezanedbatelný vliv také příslušné provozní DC napětí, pro zdůraznění se doporučuje pomocí teplotního průběhu ztvárnit různá provozní DC napětí (viz obrázek 2). Ztvárnění průběhu deratingu v závislosti na provozním DC napětí střídače SMA se zde provádí podle aktuálního znění norem (např. DIN EN 50524), tedy vždy při minimálním DC napětí (U_MPP_Min), jmenovitém DC napětí (U_Nenn) a maximálním DC napětí (U_MPP_Max). 2 Temp-Derating-TI-cs-13 Technické informace
SMA Solar Technology AG 1 Co je teplotní derating? Obrázek 2: příklad chování střídače SMA při deratingu při různých provozních napětích Na následujícím příkladovém obrázku (obrázek 3) jsou vidět různé pracovní body FV systému (Alice Springs, Austrálie; 140% předimenzování) v závislosti na příslušné teplotě okolí a příslušném provozním DC napětí, které na FV generátoru vznikne. V levé části charakteristické křivky je možný permanentní provoz na plný výkon. Obrázek ukazuje, že vliv vysokých provozních DC napětí na teplotní chování střídače se nesmí přeceňovat. S rostoucí teplotou tak provozní DC napětí například klesá z 800 VDC při 15 C na 720 VDC při 40 C. Maximální DC napětí střídače tak představuje spíše technickou mez než normální průběh provozu. Neexistuje žádný provozní bod FV generátoru, při němž by bylo nutné, aby střídač při teplotách nad 31 C (při 800 V) dodával do sítě plný výkon. Obrázek 3: pracovní body FV systému a charakteristická křivka pracovního rozsahu, v němž střídač dokáže do sítě dodávat plný výkon (místo instalace FV systému: Alice Springs, Austrálie; 140% předimenzování) Teplotní derating nemá na střídač v zásadě žádný negativní vliv. Pokud se střídač nachází v provozním stavu Derating, je to indikováno svítící LED diodou a výstrahou na displeji střídače. Tato výstraha je na střídači zobrazena, dokud nedojde za soumraku k jeho vypnutí. Technické informace Temp-Derating-TI-cs-13 3
2 Návrh FV systému a teplotní derating SMA Solar Technology AG 2 Návrh FV systému a teplotní derating Správným návrhem FV systému nemusí být výskyt deratingu zcela vyloučen. FV systémy jsou optimalizovány co do celkového energetického výnosu. Výkon, který je k dispozici na výstupu střídače, se vypočítá z výkonu, který dodává FV generátor, a z účinnosti střídače. Rozhodující proto je, aby součin obou faktorů byl co největší. Na obrázku 4 je uveden příklad z města Freiburg im Breisgau, který ukazuje, kolik elektrické energie je v průběhu roku k dispozici ve kterých částech výkonového spektra FV generátoru. Četnost, se kterou se příslušné výkony vyskytují, je znázorněna v grafu. Nízké výkony ve spodních pásmech dílčí zátěže mají značný vliv na celkový výkon, protože se vyskytují velmi často. Obrázek 4: poskytovaná elektrická energie vztažená k výkonovému spektru FV generátoru (příklad Freiburg im Breisgau, Německo) Jak efektivně střídač přeměňuje dostupný výkon z FV generátoru, závisí na průběhu účinnosti střídače. Aby se předešlo deratingu při špičkových výkonech FV generátoru, lze zvolit střídač o jmenovitém výkonu vyšším než 100 % výkonu FV generátoru. V tomto případě by ovšem byla větší část energetických výnosů při dílčí zátěži v pásmu, ve kterém má střídač relativně nízkou účinnost. Ztráty v pásmu dílčí zátěže by byly větší než zvýšený energetický výnos získaný úplným využitím špičkových výkonů (viz obrázek 6). Obrázek 5: účinnost a vstupní a výstupní výkon střídače, pokud jmenovitý výkon střídače činí 90 % až 100 % výkonu FV generátoru 4 Temp-Derating-TI-cs-13 Technické informace
SMA Solar Technology AG 2 Návrh FV systému a teplotní derating Obrázek 6: účinnost a vstupní a výstupní výkon střídače, pokud jmenovitý výkon střídače činí více než 100 % výkonu FV generátoru Při optimálním vyladění parametrů FV systému dochází k deratingu jen zřídka. Poddimenzování střídače vůči FV generátoru může být příčinou častého deratingu (k příčinám častého teplotního deratingu viz kapitola 1, strana 2). Ideální návrh FV systému můžete sestavit pomocí aplikace pro návrh FV systémů Sunny Design. Aplikaci Sunny Design si můžete stáhnout zdarma z webu www.sma-solar.com. Technické informace Temp-Derating-TI-cs-13 5
3 Odvod tepla ze střídačů SMA Solar Technology AG 3 Odvod tepla ze střídačů Střídače SMA jsou vybaveny chladicím systémem optimalizovaným pro výkon a konstrukci přístroje. Pasivně chlazené střídače odvádějí teplo do okolního vzduchu prostřednictvím chladicích těles. Aktivně chlazené střídače se systémem OptiCool jsou vybaveny přídavnou ventilací. Pokud přístroj generuje více tepla, než je možné jeho krytem odvádět, zapne se interní ventilátor, který vyvolá proudění vzduchu chladicími kanály v krytu. Ventilátor je řízený otáčkami, tj. se zvyšující se teplotou zvyšuje své otáčky. Výhodou aktivní ventilace je to, že střídač dokáže dodávat maximální výkon i při zvyšující se teplotě. K deratingu dojde až ve chvíli, kdy chlazení přestane být dostačující. Aktivně chlazené střídače tak v porovnání s pasivně chlazenými střídači mají další výkonové rezervy. Při instalaci střídačů zajistěte dostatečný odvod tepla, aby se předešlo teplotnímu deratingu: Instalujte střídače na chladných místech, tedy spíše ve sklepě než na půdě. Vyberte místo s dostatečnou výměnou vzduchu. Případně zajistěte přídavnou ventilaci. Nevystavujte střídače přímému slunečnímu svitu. Při venkovní instalaci využijte zastíněná místa nebo střídače zastřešte. Dodržujte minimální vzdálenosti od sousedních střídačů a ostatních předmětů uvedené v návodu k instalaci. Zvětšete vzdálenosti, pokud je pravděpodobné, že se v místě instalace budou vyskytovat vysoké teploty. Při instalaci více střídačů umístěte jednotlivé střídače tak, aby nenasávaly teplý vzduch z ostatních střídačů. Pasivně chlazené střídače rozmístěte tak, aby teplo z chladicích těles mohlo unikat směrem nahoru. Obrázek 7: rozmístění pasivně chlazených střídačů k optimalizaci odvodu tepla: Sunny Boy 1300, Sunny Boy 1600, Sunny Boy 2100TL V případě aktivně chlazených střídačů optimální rozmístění závisí na poloze otvorů pro vstup a výstup vzduchu. Níže je uvedeno několik příkladů. Obrázek 8: rozmístění aktivně chlazených střídačů k optimalizaci odvodu tepla: Sunny Boy 6 Temp-Derating-TI-cs-13 Technické informace
SMA Solar Technology AG 3 Odvod tepla ze střídačů Obrázek 9: rozmístění aktivně chlazených střídačů k optimalizaci odvodu tepla: Sunny Tripower Pro střídače typu Sunny Tripower vzhledem ke zdokonalenému ventilačnímu systému neplatí žádné zvláštní požadavky na rozmístění střídačů při instalaci ve více řadách. Technické informace Temp-Derating-TI-cs-13 7
4 Řešení teplotního deratingu SMA Solar Technology AG 4 Řešení teplotního deratingu Střídače SMA jsou konstruovány tak, aby při správném návrhu FV systému a za vhodných podmínek prostředí nedocházelo k překročení povolené provozní teploty. Pokud i přesto dojde k deratingu způsobenému teplotou, mohou být příčiny následující: Střídač nedokáže odvádět dostatek tepla do okolního vzduchu, protože jsou znečištěna chladicí tělesa, jsou znečištěny mřížky ventilátorů nebo došlo k výpadku ventilátorů. Očistěte příslušné součásti, jak je to popsáno v návodu k instalaci daného střídače. Byl zvolen příliš nízký výkon střídače v porovnání s výkonem FV generátoru. Tento způsob dimenzování může dnes být rozumný z ekonomických hledisek a v praxi se často používá. Za extrémních klimatických podmínek, jako je např. vysoká intenzita slunečního svitu ve spojení s nízkými teplotami FV panelů, však může výkon FV generátoru překročit jmenovitý výkon střídače i při správném návrhu FV systému. Prostředí pro instalaci střídače nenabízí potřebné klimatické podmínky (viz kapitola Technické údaje v návodu k příslušnému střídači). Střídač by měl být odborníkem nainstalován na vhodnějším místě. Dbejte na to, aby byly dodrženy doporučené vzdálenosti mezi jednotlivými střídači. V případě instalace v prostředí s vyššími teplotami vzdálenosti zvětšete. Instalujte střídače mimo proud teplého vzduchu z ostatních střídačů (viz kapitola 3, strana 6). Případně zajistěte doplňkové chlazení střídače. V případě instalace několika střídačů zajistěte takovou ventilaci, aby proud vzduchu chladil všechny střídače stejnoměrně. 8 Temp-Derating-TI-cs-13 Technické informace