Сонячна енергетика у ідеальному світі.

Огляд оптимізаторів Maxim. Maxim Integrated - моя найсвіжіша знахідка. Maxim - це бренд оптимізаторів для сонячних панелей, який кидає виклик звичайним оптимізаторам. У цьому огляді я, в першу чергу, поясню, навіщо потрібні оптимізатори, які моделі оптимізаторів зараз доступні і, нарешті, чому оптимізатори Maxim є наступним поколінням унікальної технології під назвою модульна силова електроніка (Module Level Power Electronics - MLPE).

Оптимізатори Maxim оберігають ваші панелі від затінювання. Тіньостійкі сонячні панелі? Це серйозно? Спершу поясню, наскільки сильно затінювання впливає на продуктивність сонячних панелей.

Сонячна енергетика у ідеальному світі.

(Якщо ви ненавидите математику, то просто прочитайте нижчеприведену цитату курсивом.)

Сонячні панелі розроблені так, щоб працювати групою. Коли ми встановлюємо на будинку 20 панелей, 10 з них у нас послідовно підключаються в один "ланцюг", а інші 10 - в іншу. Ми називаємо це "2 ряди по 10 панелей". Обідньої пори в сонячний день стандартні панелі 250-ватів працюватимуть з напругою близько 33 вольт і силою струму 7,6 ампера. Якщо помножити 33 на 7,6, виходить близько 250 ватів (вольти x ампери = вати).

При послідовному підключенні десяти панелей, множимо 33 вольти на 10 панелей і отримуємо 330 вольт. При цьому сила струму залишається незмінною - 7,6 ампера. Якщо помножити 330 вольт на 7,6 ампера, виходить 2500 ватів. Два ряди панелей дають нам 5000 Вт потужності.

Це дані для обіднього часу в ясний день. О 8 годині ранку, коли сонце ще не так яскраво світить, напруга буде все одно близько 33 вольт на кожну панель, але силу струму ми отримаємо (приміром) лише 3 ампери. А 33 вольти x 3 ампери x 10 панелей = 990 ватів.

Таким чином, уранішня напруга не відрізняється від денної, проте сила струму ранком менше, і відповідно потужність також буде меншою.

Сила струму 1 панелі дорівнює силі струму 10 панелей в ряду.

ПРОБЛЕМА РЕАЛЬНОГО СВІТУ

Тепер введемо в нашу історію "негативного персонажа" - тінь. Припустимо, що о 8 годині ранку одна з панелей частково затінена деревом. Якщо на панель потрапляє менше сонячного світла, у нас буде менша сили струму : замість 3 ампер в 8 ранку ми вже отримаємо лише 2 ампери.

Проблема послідовного підключення панелей в ряду полягає в тому, що при затінюванні однієї панелі і її роботі з силою струму 2 ампери усі панелі в ряду даватимуть силу струму 2 ампери.

Оскільки одна панель затінена, у нас увесь ряд працюватиме з силою струму 2 ампери (замість 3 ампер). 2 ампери x 330 вольт = лише 660 ватів. Таким чином, при частковому затінюванні всього однієї панелі 250-вата ми втрачаємо 330 ватів потужності! І, щоб повернути свої законні 990 ватів, нам треба зрубати трикляту гілку сусідського дерева, знести сусідню будівлю або зрушити варту поруч гори, адже одна затінена панель зменшує потужність усього ряду панелей.

Навіть якщо поруч немає дерева або будови, така втрата потужності на цілому ряду панелей може статися, якщо одна панель виявиться брудніша за інших. Аналогічна ситуація може виникнути, якщо одна з панелей дає нижчу потужність, ніж інші, із-за різної міри зносу або виробничих відмінностей.

Оскільки сила струму однієї сонячної панелі дорівнює силі струму 10 панелей в ряду, часткове затінювання всього однієї панелі 250-вата (і, як результат, зниження на ній сили струму) дає нам втрату 330 ватів або 1/3 потужності такого ряду з 10 панелей.

РІШЕННЯ

Необхідно забезпечити, щоб кожна панель працювала незалежно від інших. Є різні методи вирішення проблеми затінювання, і ці методи постійно удосконалюються. Подібні рішення збирально називаються "Модульною силовою електронікою" (MLPE). Іншими словами, ми вирішуємо цю проблему за допомогою встановлюваної на сонячних панелях електроніки. Модульна силова електроніка може давати ряд переваг:

1. Вона забезпечує, щоб кожна панель працювала незалежно від інших. При цьому одна брудна, затінена або технічно така, що відрізняється панель не впливає на наступні панелі в ряду.
2. Вона дає більше гнучкості при розробці системи сонячного енергопостачання в цілому. Приміром, якщо нам треба встановити 3 панелі на північному схилі даху і 7 на східному, ми можемо це зробити тільки за допомогою MLPE- пристрою.
3. Вона дозволяє мониторить роботу кожної панелі окремо. Так, якщо одна з панелей частково затінена, забруднена або несправна, ми можемо це дистанційно відстежити і своєчасно усунути проблему.
4. Вона забезпечує велику міру безпеки за рахунок можливості виключення самої панелі на даху замість відключення інвертора, який встановлений на землі. Ця величезна перевага на випадок пожежі.

ЕВОЛЮЦІЯ MLPE
Модульна силова електроніка постійно розвивається. От як я бачу етапи її еволюції.

РІШЕННЯ 1: БАЙПАСНІ ДІОДИ Байпасні діоди встановлювалися на сонячних панелях із самого початку, і вони є практично на кожній панелі. Якщо, приміром, одна з панелей повністю затінена деревом, її просто обходять при підключенні за допомогою діода, неначе її зовсім немає в ряду. Тобто, якщо ви накинете на одну з панелей покривало, інші дев'ять панелей нормально працюватимуть. Проблема, проте, в тому, що байпасні діоди задіюються лише при глибокому затінюванні однієї третини або більше за площу панелі. Тоді як тінь іноді може повністю "виводити з ладу" одну з панелей, технічні невідповідності, знос або забруднення впливають на продуктивність панелей лише частково, а байпасні діоди ніяк не допоможуть розібратися із забрудненням, технічними відмінностями в панелях, легким або частковим затінюванням.

РІШЕННЯ 2: МІКРОІНВЕРТОРИ
Щоб розв'язати проблему, що розглядається нами, хтось дуже розумний вигадав мікроінвертори. Замість послідовного підключення 10 сонячних панелей і відправки напруги в 330 вольт на один підвішений на стіні інвертор, почали робити десять маленьких інверторів і встановлювати їх позаду кожної панелі. Таким чином, панелі більше не залежали один від одного, і проблема вирішилася. Додатковою перевагою мікроінверторів стало те, що тепер кожну панель можна контролювати окремо. Так, якщо одна з ваших панелей працює з потужністю, меншою на 10 відсотків, чим інші панелі, ви відразу розумієте, що виникла проблема затінювання або забруднення, або ж (з меншою вірогідністю) вашу панель необхідно замінити по гарантії.

Проблеми, що виникають з мікроінверторами, досить складні, і я їх обговорив в статті "Обмеження мікроінверторів Enphase". Двома словами, установка мікроінверторів частенько призводить до обмежень в дизайні системи енергопостачання в цілому, що знижує її загальне енерговироблення. Крім того, неважко припустити, що установка безлічі електронних пристроїв на нагрітому даху менш надійна, чим установка такого устаткування в одному затіненому місці ближче до землі.

Проте, за певних умов мікроінвертори можуть забезпечити найкращий дизайн системи за прийнятною ціною. Якщо це рішення вам підходить, настійно рекомендуємо зупинити свій вибір на мікроінверторах Enphase, які вигідно відрізняються від продуктів-конкурентів.

РІШЕННЯ 3: ОПТИМІЗАТОРИ ПЕРШОГО ПОКОЛІННЯ

Оптимізатори вирішують проблему за допомогою розділення інвертора : частина інвертора розміщується на даху, а інша частина залишається на землі. Стандартний інвертор для систем сонячного енергопостачання, як правило, складається з двох частин - MPPT- контроллера і самого інвертора.

• Контроллер MPPT (Maximum Power Point Tracker - "отслеживатель максимальної потужності") - це прилад, який відстежує коливання напруги і силу струму, що швидко міняється, і коригує їх для забезпечення максимального енерговироблення сонячних панелей.
• Інвертор перетворює постійний струм в змінний (240 вольт), щоб його можна було використати для живлення наших електроприладів.

Щоб уникнути необхідності установки на даху безлічі приладів і пристроїв, такі компанії як SolarEdge і Tigo застосовують так звану "оптимізацію панелей". Замість розміщення усього інвертора на даху, вони встановлюють там лише MPPT- контроллер, залишаючи сам інвертор на землі.

Оптимізацію забезпечують декілька виробників, у тому числі компанії SolarEdge і Tigo, з якими я вважаю за краще співпрацювати.

• SolarEdge пропонує комплексне рішення по системі в цілому. Компанія продає оптимізатори, які встановлюються за кожною сонячною панеллю, і простий інвертор SolarEdge без MPPT- контроллера. У стандартну модифікацію системи входить індивідуальний моніторинг кожної панелі. Крім того, SolarEdge забезпечує високий рівень безпеки : у разі аварії або іншої надзвичайної ситуації панелі автоматично відключаються до безпечної напруги.
• Tigo продає тільки оптимізатори і не турбується про інвертори. Іншими словами, у поєднанні з їх продукцією можна використати інвертор будь-якого бренду. При цьому, якщо ви виберете облаштування Tigo TS4, і якщо лише декілька панелей у вас затінені, вам можна буде купити тільки декілька оптимізаторів, тим самим скоротивши загальні витрати на свою систему енергопостачання. У них це називається вибірковим розміщенням. А щоб витрати стало ще менше, індивідуальний моніторинг панелей і спеціальну ізоляцію постійного струму можна виключити як опції.

Обоє описані вище рішення приголомшливі. Продукція SolarEdge дорожча і краща. Продукція Tigo доступніша, якщо ви віддасте перевагу вибірковому розміщенню оптимізаторів, а також виключите індивідуальний моніторинг панелей і ізоляцію постійного струму.

А тепер перейдемо до ще одного існуючого на сьогодні рішення.

РІШЕННЯ 4: ПАНЕЛІ MAXIM INTEGRATED

Будь на те моя воля, я б встановлював на усіх дахах, де є проблеми із затінюванням, комплексні системи Tigo & Fronius або SolarEdge. У будь-якому разі оптимізація збільшує енерговироблення сонячних панелей, а то, що ми можемо мониторить роботу кожної панелі окремо і відключати панелі на випадок пожежі, приводить мене в повний захват. Але в сонячній енергетиці також важливе повернення інвестицій. Саме тому ми включили в перелік можливих рішень і доступніші сонячні панелі Maxim Integrated.

ЩО ТАКЕ MAXIM?

Продукція Maxim - це друге покоління оптимізаторів для сонячних панелей. Це просте і фінансово вигідне рішення, яке ідеально забезпечує оптимізацію роботи сонячних панелей. Тоді як Enphase, SolarEdge і Tigo пропонують опцію індивідуального моніторингу панелей і більш високий рівень безпеки, компанія Maxim зосереджена на головній проблемі - на тому, що не усі панелі в ряду постійно дають однакову силу струму.

ЩО РОБЛЯТЬ ОБЛАШТУВАННЯ MAXIM?

Компанія Maxim попросту прибирає з панелей застарілі байпасні діоди і замінює їх "чарівними" чіпами Maxim. Мій розум навряд чи здатний глибоко розібратися, як ці чіпи влаштовані, але я можу вам розповісти, що вони роблять. Вони збільшують силу струму в затіненій панелі до сили струму, що досягається іншими панелями в ряду, а забезпечується це шляхом зниження напруги в панелях. Якби напруга не знижувалася, маленький "чарівний" чіп сам би виробляв електроенергію, а ми знаємо, що на таке здатна лише чарівна паличка феї Динь-Динь з казки про Пітер Пэна, але я в цю фею не вірю.

Це рішення вишукано і доступно за ціною. Не треба збільшувати число встановлюваних на даху пристроїв, тому менше компонентів системи можуть давати збої. При цьому, приміром, я можу продовжувати користуватися інвертором Fronius, який, хоч і не забезпечує індивідуальний мониторниг панелей, відмінно мониторит роботу ряду панелей і регулює навантаження на систему за допомогою лічильника-контроллера Fronius Smart Meter, що згадується в цій статті.

АЛЕ У MAXIM Є І ІНШІ ПЕРЕВАГИ!

Я вже говорив, що облаштування Maxim якнайкраще оберігають сонячні панелі від затінювання, і ось чому.

Мікроінвертори і оптимізатори першого покоління працюють на рівні панелей в цілому. Якщо, приміром, пташка забруднить один фотоелемент, знизиться продуктивність усієї панелі. Але панелі завжди розділені на три групи рядів фотоелементів. Як згадувалося раніше, кожен ряд фотоелементів захищений байпасними діодами. Оскільки компанія Maxim прибирає ці 3 діоди і замінює їх своїми "чарівними" чіпами, Maxim працює на рівні ряду фотоелементів або ж однієї третини панелі. Якщо пташка забруднить один з таких фотоелементів, то це відіб'ється не на панелі в цілому, а лише на одній її третині. Таким чином, панелі Maxim працюють ефективніше, ніж мікроінвертори або оптимізатори SolarEdge.

РЕАЛЬНА ЛИ "ЧАРІВНА" ТЕХНОЛОГІЯ MAXIM?

За фахом я не електронщик, але після ознайомлення з доповіддю про оптимізатори Maxim я настільки ними перейнявся, що замовив контейнер цих "чарівних" панелей своєму місцевому оптовому торговцеві. Чекаю доставки 7 довгих місяців, і як тільки вона прийде, встановлю комплект панелей на даху свого складу, щоб переконатися, що вони працюють так, як описано в доповіді. Якщо ні, я поверну їх постачальникові і тихо плакатиму. Але якщо виявиться, що продукція Maxim працює узгоджено опису (а я упевнений, що так і буде), ми неодмінно представимо її на австралійському ринку в якості наступного етапу еволюції оптимізаторів для сонячних панелей.

Доповнено пізніше. На випробування у мене пішло півроку, але результати були отримані! Ознайомтеся з результатами випробувань панелей Мaxim, щоб дізнатися, що у нас вийшло. До речі, тепер ми постійно займається установкою панелей Maxim.

ВИСНОВОК

Сонячна енергетика - дуже захоплююча галузь. Проблеми затінювання вже ефективно вирішуються компаніями Enphase, SolarEdge і Tigo. Якщо для вас критичний індивідуальний моніторинг панелей, то вам краще витратитися на продукцію Enphase, що вийшла раніше, Tigo або SolarEdge. Але якщо вам важливіше краща оптимізація роботи панелей і економія витрат, то оптимізатори Maxim будуть для вас найкращою пропозицією за доступною ціною.

Що ви думаєте про Maxim порівняно з іншими MLPE- рішеннями? Залиште коментар і поділіться своїм досвідом.