Naukowcy ze Szwajcarii obserwowali grupę starych falowników PV i optymalizatorów mocy, aby sprawdzić, jak długo falowniki pracują do pierwszej awarii (TTF). Odpowiedzi na to pytanie szukają specjaliści ze szwajcarskiego Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Bernie na podstawie wyników przeprowadzonej ankiety dotyczącej trwałości i wydajności domowych falowników fotowoltaicznych i optymalizatorów mocy w okresie 15 lat. Wraz z elektronikami z Japonii opracowują nowy, światowy standard testowy falowników PV.
Falowniki fotowoltaiczne to prawdziwe konie robocze każdego systemu fotowoltaicznego. Falowniki przetwarzają prąd stały generowany przez moduły PV na prąd przemienny o parametrach użytkowych (sieci) do wykorzystania przez urządzenia elektryczne i eksportu do sieci. Wykonują to zadanie każdego dnia w najróżniejszych, często trudnych warunkach środowiskowych. Ponieważ jest to najbardziej obciążony element systemu fotowoltaicznego, falownik jest również tym urządzeniem, które najprawdopodobniej ulegnie awarii jako pierwsze. O ile kupowanie tańszych, ale dobrej jakości modułów fotowoltaicznych nie budzi zastrzeżeń, o tyle niedopilnowanie wyboru dobrej jakości falownika może prowadzić do negatywnych skutków.
Podczas gdy 25-letnie gwarancje na moduły PV stają się coraz bardziej powszechne, standardowe gwarancje oferowane na falowniki PV są znacznie krótsze, nawet te udzielane przez producentów najlepszych marek. Przykładowo jednym z producentów najwyższej jakości falowników jest Fronius, którego urządzenia są objęte tylko 10-letnią gwarancją na produkt (5 lat pełnej + 5 lat tylko na części)*.
Jak długo bezawaryjnie działają falowniki?
Odpowiedź na to pytanie nie jest taka oczywista i prosta. Badania Szwajcarów z Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Bernie, szukających odpowiedzi na to pytanie, objęły 1195 systemów fotowoltaicznych składających się z 2121 falowników i 8542 optymalizatorów PV zainstalowanych w Szwajcarii. Większość falowników objętych tymi badaniami pochodziła od następujących producentów: Fronius, Huawei, Kostal, SMA, SolarEdge. Na podstawie wnikliwej analizy ankiet internetowych naukowcy ustalili do tej pory, że 65% falowników objętych badaniem nie miało usterki związanej z wydajnością do 15. roku ich eksploatacji.
Jeden z głównych wniosków naukowców sformowanych na podstawie badania mówi, że czas do pierwszej awarii (TTF) był zależny od różnych czynników niezwiązanych z ogólną jakością wiążącą się z danym producentem. Przykładowo falowniki umieszczone na zewnątrz miały krótszy czas TTF niż te zamontowane wewnątrz obiektu. Innym interesującym odkryciem było to, że w systemach, w których zastosowano optymalizatory mocy, pierwsza awaria zwykle pojawia się wcześniej niż w systemach fotowoltaicznych bez optymalizatorów mocy – więc niektóre awarie prawdopodobnie nie były związane z falownikiem. Chociaż gwarancje na optymalizatory są zwykle znacznie dłuższe niż na falowniki, w przypadku awarii należy taki optymalizator wymienić, a to jest kłopotliwą czynnością. W badaniu wspomniano, że ogólna niezawodność systemu fotowoltaicznego znacznie wzrasta wraz ze zmniejszeniem liczby elementów energoelektronicznych.
Najstarsze falowniki w badaniu pochodzą z wczesnych lat 90. XX wieku, ale większość uruchomiono w latach 2008–2013. Rok 2008 to niemal starożytność, jeśli chodzi o energię elektryczną z fotowoltaiki, a technologia falowników/optymalizatorów ciągle ewoluowała. W badaniu wykorzystano estymator Kaplana-Meiera**. Badanie z pewnością ma swoje ograniczenia, ale wskazuje, że jeśli dokona się wyboru falownika dobrej jakości, to powinien on działać znacznie dłużej, niż wynosi okres gwarancji na produkt. Jednym z najlepszych działań, jakie można podjąć, aby zmaksymalizować żywotność falownika, jest zainstalowanie go z dala od bezpośredniego wpływu środowiska. W rzeczywistości jest to często wymóg gwarancyjny.
Falownik jest sercem systemu PV. W przypadku wystąpienia usterki w sieci elektroenergetycznej falownik musi zareagować prawidłowo, np. wyłączając się. Staje się to coraz ważniejsze ze względu na rosnącą liczbę systemów fotowoltaicznych podłączonych do sieci na całym świecie. Kiedyś kraje lub nawet sami operatorzy sieci elektroenergetycznych określali zasady, według których działały falowniki PV. Jednak w związku z tym, że falowniki są obecnie produkowane, sprzedawane i instalowane na całym świecie, istnieje potrzeba zastosowania jednolitych norm międzynarodowych. Aby sprawdzić, czy falownik działa zgodnie z wymaganiami, należy go przetestować zgodnie ze znormalizowaną procedurą. Nowy standard badań jest opracowywany w celu uregulowania tej procedury w przyszłości.
Naukowcy z Laboratorium Systemów Fotowoltaicznych Uniwersytetu Nauk Stosowanych BFH w Bernie współpracują z grupą japońskich ekspertów od elektroniki w ramach projektu mającego na celu opracowania nowego, pierwszego międzynarodowego standardu testowego dla podłączenia falowników fotowoltaicznych do sieci. – Współpraca z ekspertami z Japonii jest cenna również pod tym względem, że japońskie i szwajcarskie sieci energetyczne stoją przed podobnymi wyzwaniami – mówi Christof Bucher, kierownik laboratorium fotowoltaicznego. – Dzięki wymianie, którą będziemy kontynuować w przyszłości, jesteśmy w stanie skuteczniej szukać rozwiązań – dodaje.
* SOARQUOTES
** Estymator Kaplana-Meiera – używany w statystycznej analizie przeżycia. Jest to estymator prognozujący funkcję przeżycia. W badaniach medycznych może być użyty np. do przewidywania frakcji pacjentów, którzy przeżyją określony czas po operacji. Ekonomista może szacować czas, przez jaki ludzie pozostają bezrobotni po utracie pracy. Inżynier może mierzyć czas do awarii urządzenia.
Oprac. M. Grabania
Źródła: SOLARQUOTES Peacock Media Group, Uniwersytet Nauk Stosowanych w Bernie
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
