Podstawy Technologii Fotowoltaicznej: Innowacyjne Zastosowanie MLPE

Fotowoltaika stopniowo staje się ważną siłą w transformacji globalnej struktury energetycznej, a efektywność i bezpieczeństwo systemów fotowoltaicznych stały się przedmiotem uwagi branży. Technologia elektroniki mocy na poziomie modułu (zwana dalej MLPE) pojawiła się wraz z wymaganiami czasów, wprowadzając rewolucyjne zmiany w systemie.

Dzięki osadzeniu sprzętu elektronicznego mocy na poziomie modułu PV, technologia MLPE osiąga precyzyjną kontrolę i zarządzanie modułami. Może to poprawić wydajność wytwarzania energii oraz zwiększyć bezpieczeństwo i niezawodność systemu PV. Kluczowe produkty, takie jak szybkie wyłączanie (Rapid Shutdown), optymalizatory (Optimizer) i mikroinwertery (Microinverter), stopniowo stają się niezastąpioną i ważną częścią systemu.

Zagrożenia bezpieczeństwa systemów fotowoltaicznych

Tradycyjne systemy z inwerterami szeregowymi lub centralnymi wiążą się ze znacznymi zagrożeniami bezpieczeństwa ze względu na stosowanie wysokiego napięcia DC (DC1000V/1500V), które obejmują głównie:

1. Ryzyko pożaru: Odklejenie styków, starzenie się urządzeń, uszkodzenie izolacji i złe uziemienie mogą powodować iskrzenie. Po wystąpieniu łuku zwarciowego płomień jest trudny do ugaszenia, a w systemie mogą nadal występować napięcia DC do kilku tysięcy woltów. Według statystyk, ponad połowa pożarów w elektrowniach jest związana z łukiem zwarciowym prądu stałego.

2. Ryzyko porażenia prądem: Podczas codziennej eksploatacji lub konserwacji elektrowni operatorzy mogą być narażeni na ryzyko porażenia prądem. W przypadku wybuchu pożaru moduły fotowoltaiczne wystawione na działanie promieni słonecznych mogą w sposób ciągły generować wysokie napięcia, co nie tylko pogarsza sytuację pożarową, ale także ogranicza działania ratownicze i gaśnicze strażaków.

3. Efekt gorących punktów: Niektóre obszary paneli fotowoltaicznych mogą nie działać prawidłowo z powodu zacienienia, wad lub usterek. Może to prowadzić do przegrzewania się tych obszarów, tworząc gorące punkty i potencjalnie powodując pożary.

4. Efekt PID: Potencjalnie indukowana degradacja (PID), znana również jako zabójca wydajności słonecznej, to niepożądane pogorszenie wydajności wywołane przez wysokie napięcie, które może znacznie zmniejszyć moc wyjściową modułów fotowoltaicznych i wpłynąć na wydajność systemu.

Wymagania i regulacje dotyczące bezpieczeństwa systemów fotowoltaicznych

Wiele krajów na całym świecie ustanowiło normy dotyczące bezpieczeństwa systemów fotowoltaicznych, takie jak Stany Zjednoczone, Kanada, Tajlandia, Filipiny, Niemcy, Australia i inne. Specyficzne normy obejmują National Electrical Code (NEC) w Stanach Zjednoczonych, Canadian Electrical Code 2021, Thailand Electrical Code: Solar Rooftop Power Supply Installations 2022, Philippines PEC 690.12, a także inne kraje wymagają, aby moduły fotowoltaiczne były instalowane z wyłącznikiem szybkiego wyłączania, a w ciągu 30 sekund po uruchomieniu urządzenia szybkiego wyłączania napięcie w zakresie granicznym (matryca PV 305 mm) musi zostać zredukowane do poniżej 80V. Ponadto, VDE-AR-E 2100-712 (Niemcy) i AS/NZS 5033 (Australia) stanowią, że w systemach fotowoltaicznych należy dodać urządzenie wyłączające. Jeśli inwerter zostanie wyłączony lub sieć energetyczna ulegnie awarii w systemie fotowoltaicznym, urządzenie szybkiego wyłączania musi zapewnić, że napięcie DC zostanie zredukowane do poniżej 120V, aby zminimalizować ryzyko systemowe.

Rozwiązania MLPE dla systemów fotowoltaicznych

Aby sprostać powyższym wyzwaniom, PROJOY wprowadził na rynek produkty fotowoltaiczne z zakresu elektroniki mocy na poziomie modułu (MLPE), w tym przełączniki szybkiego wyłączania, optymalizatory, mikroinwertery, które mają na celu zwiększenie bezpieczeństwa i wydajności systemów fotowoltaicznych, zapewniając ochronę bezpieczeństwa systemów PV.

Obecnie MLPE oferuje głównie następujące trzy rozwiązania:

1. Inwerter szeregowy + Szybkie wyłączanie

To rozwiązanie zwiększa bezpieczeństwo systemu i ułatwia konserwację w oparciu o połączenie szeregowe modułów fotowoltaicznych. Zalety są następujące:

① Szybkie wyłączanie: W sytuacjach awaryjnych szybkie odłączenie połączeń między modułami fotowoltaicznymi może znacznie zmniejszyć ryzyko porażenia prądem. Seria PROJOY PEFS-PL umożliwia wyłączenie za pomocą dedykowanej skrzynki sterującej lub odłączenia zasilania AC. W ciągu 1 sekundy może odciąć prąd stały między każdym modułem, zapewniając bezpieczne środowisko ratownicze dla strażaków.

②Łatwa konserwacja: Urządzenie szybkiego wyłączania pozwala operatorom na szybkie i bezpieczne wykonywanie konserwacji bez wyłączania całego systemu fotowoltaicznego. Rozwiązanie szybkiego wyłączania PROJOY charakteryzuje się prostym układem kabli, wymagającym mniejszej wiedzy od personelu na miejscu, co zmniejsza koszty i czas instalacji.

③ Lokalizowana izolacja: W przypadku wystąpienia usterki, obszar usterki może zostać odizolowany, aby zapewnić, że inne moduły mogą nadal generować energię. Szybkie wyłączanie PROJOY jest wyposażone w zaawansowaną funkcję bypassu. Po wykryciu usterki urządzenie może szybko odizolować obszar usterki bez wpływu na inne moduły, poprawiając niezawodność i stabilność systemu.

④Sterowanie DC24V: Jako pionier w branży w zastosowaniu technologii sterowania DC24V w urządzeniach szybkiego wyłączania, szybkie wyłączanie PROJOY może skutecznie eliminować problemy z zakłóceniami i poprawiać ogólną wydajność systemu w zakresie odporności na zakłócenia.

Inwertery szeregowe w połączeniu z urządzeniami wyłączającymi oferują ekonomiczne rozwiązanie, co czyni je idealnymi dla komercyjnych i przemysłowych elektrowni, które wymagają równowagi między kosztem a bezpieczeństwem. Jest to szczególnie popularne w krajach z obowiązkowymi regulacjami, takich jak Stany Zjednoczone, Kanada, Tajlandia, Filipiny, Niemcy, Australia itp.

2. Inwerter szeregowy + Optymalizator

Oprócz funkcji szybkiego wyłączania, to rozwiązanie umożliwia również monitorowanie na poziomie modułu, aby szybko lokalizować usterki i zwiększać produkcję energii w systemie fotowoltaicznym. Zalety są następujące:

①Śledzenie maksymalnego punktu mocy (MPPT): Indywidualne śledzenie mocy dla każdego modułu w celu poprawy efektywności wytwarzania energii. Maksymalna moc optymalizatora PROJOY serii PEOP może osiągnąć 1400W i obsługuje dwa moduły o mocy 700W.

②Diagnostyka usterek: Wyposażony w możliwości monitorowania i diagnostyki, optymalizator PROJOY serii PEOP umożliwia szybką identyfikację problemów. Zintegrowany z inteligentną platformą chmurową PROJOY, zapewnia monitorowanie w czasie rzeczywistym na poziomie modułu, precyzyjne alerty o ryzyku i lokalizację usterek dla elektrowni. Dodatkowo, obsługuje zdalne wyłączanie i ochronę przed przegrzaniem, zapewniając natychmiastowe odłączenie w razie potrzeby.

④ Wysoka elastyczność: dostosowuje się do nieregularnego układu modułów i zmniejsza straty wydajności. Warto wspomnieć, że maksymalna odległość komunikacji optymalizatora PROJOY wynosi 150 metrów, co jest wygodne do wdrożenia na miejscu i dostosowuje się do głównych modułów na rynku. Zapewnia to przewagę odległości, która przewyższa większość podobnych produktów na rynku. Produkt oferuje opcjonalne metody montażu za pomocą zacisków lub otworów na śruby, umożliwiając elastyczny montaż na miejscu w zależności od konkretnych wymagań. Ta elastyczność zwiększa wydajność, sprawiając, że instalacja i konserwacja są wygodniejsze i przynoszą klientom znaczne korzyści.

Ponieważ optymalizator integruje MPPT, koszt tego rozwiązania jest stosunkowo wyższy niż rozwiązania z przełącznikiem wyłączania. Obecnie jest on najczęściej stosowany w złożonych systemach fotowoltaicznych na dachach, elektrowniach o złożonych układach (np. instalacje wielokierunkowe, moduły o wielu specyfikacjach), w środowiskach o wysokiej temperaturze lub wysokiej wilgotności, w projektach I&C oraz w renowacji starych systemów itp.

3. Mikroinwerter

Mikroinwerter przyjmuje w pełni równoległą konstrukcję obwodu i nie ma nakładania się napięć między modułami, co zasadniczo eliminuje ryzyko wysokiego napięcia związane z systemami szeregowymi. Zalety są następujące:

① Wysokie bezpieczeństwo: Zasadniczo eliminuje ryzyko pożaru spowodowanego wysokim napięciem DC. Mikroinwerter serii PROJOY PSOL może połączyć do sześciu paneli słonecznych. W szczególności PSOL-MS3300 ma zakres napięcia roboczego od 16 V do 60 V, maksymalne napięcie wejściowe 60 V i maksymalny prąd wejściowy 18 A. Charakteryzuje się maksymalną mocą wyjściową 3,3 kW i maksymalnym prądem wyjściowym 16,5 A.

② Wysoka wydajność: Niezależne MPPT zapewnia maksymalną moc wyjściową każdego modułu w różnych warunkach. Dzięki mikroinwerterom system fotowoltaiczny będzie nadal działał wydajnie, nawet jeśli jeden moduł nie wytwarza tyle samo energii elektrycznej co inne. Na przykład, wydajność mikroinwerterów PROJOY PSOL może osiągnąć 97,2%, a wydajność California Energy Commission (CEC) wynosi 96,7%.

③ Inteligentne monitorowanie: Monitoruj status modułu w czasie rzeczywistym, aby szybko wykrywać i rozwiązywać problemy. PROJOY oferuje system monitorowania w czasie rzeczywistym o nazwie M-cloud V2. Wystarczy pobrać aplikację M-cloud V2 na smartfona lub zalogować się do Portalu M-cloud V2 na komputerze, aby wizualnie porównać, jak każdy moduł działa niezależnie, i szybko zidentyfikować, czy dany panel lub mikroinwerter ulega awarii.

④ Elastyczna instalacja: Nadaje się do różnych rozproszonych systemów fotowoltaicznych, aby zmniejszyć ryzyko awarii systemu. Mikroinwertery PROJOY są mocowane z tyłu każdego modułu i maksymalizują moc wyjściową każdego modułu niezależnie od produkcji sąsiedniego modułu, co czyni je odpowiednimi do różnych warunków instalacji. Co więcej, jeśli rozważasz rozbudowę swojego systemu fotowoltaicznego na dachu w przyszłości, po prostu dodaj kolejną parę mikroinwerterów PROJOY do istniejącej instalacji słonecznej i to wszystko.

⑤ Wysoka niezawodność: W porównaniu z inwerterami szeregowymi, mikroinwertery mają ogólnie dłuższą żywotność. Na przykład, mikroinwertery PROJOY są zbudowane tak, aby działały do 25 lat, charakteryzują się wysokim poziomem pyłoszczelności i wodoodporności IP67, konstrukcją bez wentylatora i dobrym odprowadzaniem ciepła. Firma oferuje co najmniej 12-letnią gwarancję, w tym na moduł komunikacyjny.

⑥ Cicha praca i brak zakłóceń: Mikroinwerter ma konstrukcję bez wentylatora i działa bezgłośnie. Ponadto, jego kompatybilność elektromagnetyczna jest zgodna z normami dla urządzeń domowych, zapewniając harmonijne współistnienie z innymi urządzeniami oraz poprawiając bezpieczeństwo i niezawodność.

Ponieważ mikroinwerter może indywidualnie śledzić punkt maksymalnej mocy dla każdego modułu fotowoltaicznego, jest idealny do domowych systemów fotowoltaicznych na dachach, szczególnie na dachach z zacienieniem lub skomplikowanym układem. Ponadto, dobrze sprawdza się również w zastosowaniach przemysłowych i komercyjnych, poprawiając efektywność wytwarzania energii przez system i zapewniając monitorowanie w czasie rzeczywistym, co ułatwia zarządzanie i obsługę. Co więcej, działa dobrze nawet w środowiskach o wysokiej temperaturze i wysokiej wilgotności.

Chociaż mikroinwertery zazwyczaj nie są najdroższym komponentem instalacji systemu fotowoltaicznego, należy spodziewać się, że mikroinwertery o wyższej wydajności mogą wiązać się z wyższą ceną. Może to jednak być tego warte, ponieważ urządzenie jest bezpieczniejsze i bardziej elastyczne w użyciu, a także objęte dłuższą gwarancją, co czyni je znacznie bardziej opłacalnym. Obecnie mikroinwertery są szeroko stosowane w różnych scenariuszach na całym świecie, takich jak systemy fotowoltaiczne balkonowe w Niemczech i Włoszech, systemy fotowoltaiczne dachowe we Francji, Holandii i Stanach Zjednoczonych itp.

Wraz z ciągłym rozwojem i zastosowaniem elektroniki mocy na poziomie modułu (MLPE), branża fotowoltaiczna wkracza w głęboką innowację technologiczną. Szybkie wyłączanie, optymalizatory i mikroinwertery, jako rdzeń tej technologii, mogą nie tylko pomóc poprawić bezpieczeństwo i wydajność systemów fotowoltaicznych, ale także prowadzić branżę do stania się bardziej efektywną, inteligentniejszą i bardziej ekologiczną.