Солнечные панели в идеальном мире.

Обзор оптимизаторов Maxim. Maxim Integrated – моя свежайшая находка. Maxim – это бренд оптимизаторов для солнечных панелей, который бросает вызов обычным оптимизаторам. В данном обзоре я, в первую очередь, объясню, зачем нужны оптимизаторы, какие модели оптимизаторов сейчас доступны и, наконец, почему оптимизаторы Maxim представляют собой следующее поколение уникальной технологии под названием модульная силовая электроника (Module Level Power Electronics – MLPE).

Оптимизаторы Maxim предохраняют ваши панели от затенения. Тенеустойчивые солнечные панели? Это серьезно? Для начала объясню, насколько сильно затенение влияет на производительность солнечных панелей.

СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ В ИДЕАЛЬНОМ МИРЕ

(Если вы ненавидите математику, то просто прочтите нижеприведенную цитату курсивом.)

Солнечные панели разработаны так, чтобы работать группой. Когда мы устанавливаем на доме 20 панелей, 10 из них у нас последовательно подключаются в одну «цепь», а остальные 10 – в другую. Мы называем это «2 ряда по 10 панелей».

В обеденное время в солнечный день стандартные 250-ваттные панели будут работать с напряжением около 33 вольт и силой тока 7,6 ампера. Если умножить 33 на 7,6, получается около 250 ватт (вольты x амперы = ватты).

При последовательном подключении десяти панелей, умножаем 33 вольта на 10 панелей и получаем 330 вольт. При этом сила тока остается неизменной – 7,6 ампера. Если умножить 330 вольт на 7,6 ампера, получается 2500 ватт.

Два ряда панелей дают нам 5000 Вт мощности.

Это данные для обеденного времени в ясный день. В 8 часов утра, когда солнце еще не столь ярко светит, напряжение будет все равно около 33 вольт на каждую панель, но силу тока мы получим (к примеру) лишь 3 ампера. А 33 вольта x 3 ампера x 10 панелей = 990 ватт.

Таким образом, утреннее напряжение не отличается от дневного, однако сила тока утром меньше, и соответственно мощность также будет меньшей.

Сила тока 1 панели равна силе тока 10 панелей в ряду. 

ПРОБЛЕМА РЕАЛЬНОГО МИРА

Теперь введем в нашу историю «отрицательного персонажа» – тень. Предположим, что в 8 часов утра одна из панелей частично затенена деревом. Если на панель попадает меньше солнечного света, у нас будет меньшая силы тока: вместо 3 ампер в 8 утра мы уже получим лишь 2 ампера.

Проблема последовательного подключения панелей в ряду заключается в том, что при затенении одной панели и ее работе с силой тока 2 ампера все панели в ряду будут давать силу тока 2 ампера.

Поскольку одна панель затенена, у нас весь ряд будет работать с силой тока 2 ампера (вместо 3 ампер). 2 ампера x 330 вольт = лишь 660 ватт. Таким образом, при частичном затенении всего одной 250-ваттной панели мы теряем 330 ватт мощности! И, чтобы вернуть свои законные 990 ватт, нам нужно срубить треклятую ветку соседского дерева, снести соседнее здание или сдвинуть стоящую рядом гору, ведь одна затененная панель уменьшает мощность всего ряда панелей.

Даже если рядом нет дерева или строения, такая потеря мощности на целом ряду панелей может произойти, если одна панель окажется грязнее остальных. Аналогичная ситуация может возникнуть, если одна из панелей дает более низкую мощность, чем остальные, из-за разной степени износа или производственных отличий.

Поскольку сила тока одной солнечной панели равна силе тока 10 панелей в ряду, частичное затенение всего одной 250-ваттной панели (и, как результат, снижение на ней силы тока) дает нам потерю 330 ватт или 1/3 мощности такого ряда из 10 панелей.

РЕШЕНИЕ

Необходимо обеспечить, чтобы каждая панель работала независимо от остальных. Есть разные методы разрешения проблемы затенения, и эти методы постоянно совершенствуются. Подобные решения собирательно называются «модульной силовой электроникой» (MLPE). Другими словами, мы решаем данную проблему с помощью устанавливаемой на солнечных панелях электроники. Модульная силовая электроника может давать ряд преимуществ:

1. Она обеспечивает, чтобы каждая панель работала независимо от остальных. При этом одна грязная, затененная или технически отличающаяся панель не влияет на следующие панели в ряду.
2. Она дает больше гибкости при разработке системы солнечного энергоснабжения в целом. К примеру, если нам нужно установить 3 панели на северном скате крыши и 7 на восточном, мы можем это сделать только с помощью MLPE-устройства.
3. Она позволяет мониторить работу каждой панели отдельно. Так, если одна из панелей частично затенена, загрязнена или неисправна, мы можем это дистанционно отследить и своевременно устранить проблему.
4. Она обеспечивает большую степень безопасности за счет возможности выключения самой панели на крыше вместо отключения инвертора, который установлен на земле. Это огромное преимущество в случае пожара.

ЭВОЛЮЦИЯ MLPE

Модульная силовая электроника постоянно развивается. Вот как я вижу этапы ее эволюции.

РЕШЕНИЕ 1: БАЙПАСНЫЕ ДИОДЫ

Байпасные диоды устанавливались на солнечных панелях с самого начала, и они есть практически на каждой панели. Если, к примеру, одна из панелей полностью затенена деревом, ее просто обходят при подключении с помощью диода, как будто ее вовсе нет в ряду. То есть, если вы набросите на одну из панелей покрывало, другие девять панелей будут нормально работать. Проблема, однако, в том, что байпасные диоды задействуются лишь при глубоком затенении одной трети или более площади панели. В то время как тень порой может полностью «выводить из строя» одну из панелей, технические несоответствия, износ или загрязнение влияют на производительность панелей лишь частично, а байпасные диоды никак не помогут разобраться с загрязнением, техническими различиями в панелях, легким или частичным затенением.

РЕШЕНИЕ 2: МИКРОИНВЕРТОРЫ

Чтобы решить рассматриваемую нами проблему, кто-то очень умный выдумал микроинверторы. Вместо последовательного подключения 10 солнечных панелей и отправки напряжения в 330 вольт на один подвешенный на стене инвертор, начали делать десять маленьких инверторов и устанавливать их позади каждой панели. Таким образом, панели больше не зависели друг от друга, и проблема разрешилась. Дополнительным преимуществом микроинверторов стало то, что теперь каждую панель можно контролировать отдельно. Так, если одна из ваших панелей работает с мощностью, меньшей на 10 процентов, чем остальные панели, вы сразу понимаете, что возникла проблема затенения или загрязнения, или же (с меньшей вероятностью) вашу панель необходимо заменить по гарантии.

Проблемы, возникающие с микроинверторами, достаточно сложны, и я их обсудил в статье «Ограничения микроинверторов Enphase». В двух словах, установка микроинверторов зачастую приводит к ограничениям в дизайне системы энергоснабжения в целом, что снижает ее общую энерговыработку. Кроме того, нетрудно предположить, что установка множества электронных устройств на нагретой крыше менее надежна, чем установка такого оборудования в одном затененном месте поближе к земле.

Тем не менее, при определенных условиях микроинверторы могут обеспечить наилучший дизайн системы по приемлемой цене. Если данное решение вам подходит, настоятельно рекомендуем остановить свой выбор на микроинверторах Enphase, которые выгодно отличаются от продуктов-конкурентов.

РЕШЕНИЕ 3: ОПТИМИЗАТОРЫ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Оптимизаторы решают проблему посредством разделения инвертора: часть инвертора размещается на крыше, а остальная часть остается на земле. Стандартный инвертор для систем солнечного энергоснабжения, как правило, состоит из двух частей – MPPT-контроллера и самого инвертора.

• Контроллер MPPT (Maximum Power Point Tracker – «отслеживатель максимальной мощности») – это прибор, который отслеживает колебания напряжения и быстро меняющуюся силу тока и корректирует их для обеспечения максимальной энерговыработки солнечных панелей.
• Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный (240 вольт), чтобы его можно было использовать для питания наших электроприборов.

Во избежание необходимости установки на крыше множества приборов и устройств, такие компании как SolarEdge и Tigo применяют так называемую «оптимизацию панелей». Вместо размещения всего инвертора на крыше, они устанавливают там лишь MPPT-контроллер, оставляя сам инвертор на земле.

Оптимизацию обеспечивают несколько производителей, в том числе компании SolarEdge и Tigo, с которыми я предпочитаю сотрудничать.

• SolarEdge предлагает комплексное решение по системе в целом. Компания продает оптимизаторы, которые устанавливаются за каждой солнечной панелью, и простой инвертор SolarEdge без MPPT-контроллера. В стандартную модификацию системы входит индивидуальный мониторинг каждой панели. Кроме того, SolarEdge обеспечивает высокий уровень безопасности: в случае аварии либо иной чрезвычайной ситуации панели автоматически отключаются до безопасного напряжения.
• Tigo продает только оптимизаторы и не беспокоится об инверторах. Другими словами, в сочетании с их продукцией можно использовать инвертор любого бренда. При этом, если вы выберете устройство Tigo TS4, и если лишь несколько панелей у вас затенены, вам можно будет купить только несколько оптимизаторов, тем самым сократив общие затраты на свою систему энергоснабжения. У них это называется выборочным размещением. А чтобы затраты стали еще меньше, индивидуальный мониторинг панелей и специальную изоляцию постоянного тока можно исключить как опции.

Оба описанные выше решения потрясающи. Продукция SolarEdge дороже и лучше. Продукция Tigo более доступна, если вы предпочтете выборочное размещение оптимизаторов, а также исключите индивидуальный мониторинг панелей и изоляцию постоянного тока.

А теперь перейдем к еще одному существующему на сегодня решению.

РЕШЕНИЕ 4: ПАНЕЛИ MAXIM INTEGRATED

Будь на то моя воля, я бы устанавливал на всех крышах, где есть проблемы с затенением, комплексные системы Tigo & Fronius или SolarEdge. В любом случае оптимизация увеличивает энерговыработку солнечных панелей, а то, что мы можем мониторить работу каждой панели отдельно и отключать панели в случае пожара, приводит меня в полный восторг. Но в солнечной энергетике также важен возврат инвестиций. Именно поэтому мы включили в перечень возможных решений и более доступные солнечные панели Maxim Integrated.

ЧТО ТАКОЕ MAXIM?

Продукция Maxim – это второе поколение оптимизаторов для солнечных панелей. Это простое и финансово выгодное решение, которое идеально обеспечивает оптимизацию работы солнечных панелей. В то время как Enphase, SolarEdge и Tigo предлагают опцию индивидуального мониторинга панелей и более высокий уровень безопасности, компания Maxim сосредоточена на главной проблеме – на том, что не все панели в ряду постоянно дают одинаковую силу тока.

ЧТО ДЕЛАЮТ УСТРОЙСТВА MAXIM?

Компания Maxim просто-напросто убирает из панелей устаревшие байпасные диоды и заменяет их «волшебными» чипами Maxim. Мой ум вряд ли способен глубоко разобраться, как эти чипы устроены, но я могу вам рассказать, что они делают. Они увеличивают силу тока в затененной панели до силы тока, достигаемой другими панелями в ряду, а обеспечивается это путем снижения напряжения в панелях. Если бы напряжение не снижалось, маленький «волшебный» чип сам бы вырабатывал электроэнергию, а мы знаем, что на такое способна лишь волшебная палочка феи Динь-Динь из сказки про Питер Пэна, но я в эту фею не верю.

Данное решение изысканно и доступно по цене. Не нужно увеличивать число устанавливаемых на крыше устройств, поэтому меньше компонентов системы могут давать сбои. При этом, к примеру, я могу продолжать пользоваться инвертором Fronius, который, хоть и не обеспечивает индивидуальный мониторниг панелей, отлично мониторит работу ряда панелей и регулирует нагрузку на систему с помощью счетчика-контроллера Fronius Smart Meter, упоминаемого в данной статье.

НО У MAXIM ЕСТЬ И ДРУГИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА!

Я уже говорил, что устройства Maxim наилучшим образом предохраняют солнечные панели от затенения, и вот почему.

Микроинверторы и оптимизаторы первого поколения работают на уровне панелей в целом. Если, к примеру, птичка загрязнит один фотоэлемент, снизится производительность всей панели. Но панели всегда разделены на три группы рядов фотоэлементов. Как упоминалось ранее, каждый ряд фотоэлементов защищен байпасными диодами. Поскольку компания Maxim убирает эти 3 диода и заменяет их своими «волшебными» чипами, Maxim работает на уровне ряда фотоэлементов или же одной трети панели. Если птичка загрязнит один из таких фотоэлементов, то это отразится не на панели в целом, а лишь на одной ее трети. Таким образом, панели Maxim работают более эффективно, чем микроинверторы или оптимизаторы SolarEdge.

РЕАЛЬНА ЛИ «ВОЛШЕБНАЯ» ТЕХНОЛОГИЯ MAXIM?

По специальности я не электронщик, но после ознакомления с докладом об оптимизаторах Maxim я настолько ими проникся, что заказал контейнер этих «волшебных» панелей своему местному оптовому торговцу. Ожидаю доставки 7 долгих месяцев, и как только она придет, установлю комплект панелей на крыше своего склада, чтобы убедиться, что они работают так, как описано в докладе. Если нет, я верну их поставщику и буду тихо плакать. Но если окажется, что продукция Maxim работает согласно описанию (а я уверен, что так и будет), мы непременно представим ее на австралийском рынке в качестве следующего этапа эволюции оптимизаторов для солнечных панелей.

Дополнено позднее. На испытания у меня ушло полгода, но результаты были получены! Ознакомьтесь с результатами испытаний панелей Мaxim, чтобы узнать, что у нас получилось. Кстати, теперь мы постоянно занимается установкой панелей Maxim.

ВЫВОД

Солнечная энергетика – весьма захватывающая отрасль. Проблемы затенения уже эффективно решаются компаниями Enphase, SolarEdge и Tigo. Если для вас критичен индивидуальный мониторинг панелей, то вам лучше потратиться на вышедшую ранее продукцию Enphase, Tigo или SolarEdge. Но если вам важнее лучшая оптимизация работы панелей и экономия затрат, то оптимизаторы Maxim будут для вас наилучшим предложением по доступной цене.

Что вы думаете о Maxim в сравнении с другими MLPE-решениями? Оставьте комментарий и поделитесь своим опытом.