W niektórych krajach w Europie można kupić moduły fotowoltaiczne i mikroinwertery jako gotowe, wtykowe systemy montowane do balustrad balkonowych. Zawarte w nich komponenty zostały pierwotnie opracowane do użytku w dużych instalacjach fotowoltaicznych. W imieniu SRF Kassensturz laboratorium fotowoltaiczne na Uniwersytecie Nauk Stosowanych (BFH) w Bernie sprawdziło wydajność energetyczną takich elektrowni balkonowych, a także oceniło, czy gwarantowane jest bezpieczeństwo funkcjonalne.
Ze względu na niedobór energii elektrycznej systemy fotowoltaiczne typu plug & play – znane również jako balkonowe systemy fotowoltaiczne – cieszą się obecnie dużym zainteresowaniem. Gospodarstwa domowe, które nie posiadają własnego domu, a mimo to chciałyby mieć własną instalację fotowoltaiczną, mogą korzystać z systemów PV typu plug & play. Korzystanie z takich systemów jest dozwolone w Szwajcarii, jeśli przestrzegane są określone zasady bezpieczeństwa użytkowania, jednak nie ma jeszcze ostatecznych uregulowań prawnych.
W okresie od października 2022 r. do stycznia 2023 r. pragmatycznie przeanalizowano i porównano ze sobą siedem systemów fotowoltaicznych plug & play w laboratorium systemów fotowoltaicznych BFH pod kątem instalacji, bezpieczeństwa i obsługi. Systemy zostały sprawdzone w aspekcie przydatności do użytku na podstawie pomiarów w laboratorium i próbie terenowej oraz zbadane pod kątem bezpieczeństwa.
W laboratorium wykonano następujące pomiary:
- Pomiar krzywej prądowej i innych parametrów modułów fotowoltaicznych sprawdzający wiarygodność danych zawartych w karcie produktu.
- Pomiar elektroluminescencji modułów PV w celu oceny stanu modułów.
- Zachowanie systemu w przypadku zwarcia doziemnego na linii DC plus i DC minus.
- Zachowanie systemu po wyciągnięciu wtyczki sieciowej.
W teście terenowym wzięto pod uwagę następujące aspekty: montaż poszczególnych elementów, instalacja systemu, działanie, demontaż całości.
Ogólnie oceniono następujące kryteria: obsługę, jakość, bezpieczeństwo, dane techniczne i zgodność z normami, specyfikacje poszczególnych elementów systemu.
Wyniki
Przez cały grudzień 2022 r. systemy przechodziły testy operacyjne. W tym celu wszystkie systemy fotowoltaiczne typu plug & play zostały zainstalowane na dachu laboratorium fotowoltaicznego na balustradzie, która została zbudowana na potrzeby przedmiotowej analizy porównawczej. Dane produkcyjne rejestrowano przez cały miesiąc za pomocą liczników energii, a następnie oceniano. Oczekiwane koszty wytwarzania energii elektrycznej obliczono również na podstawie rocznej ekstrapolacji danych dotyczących produkcji.
Dane produkcyjne można również zbadać pod kątem nieprawidłowości w działaniu. Trzy falowniki wykazywały nietypowe zachowanie. Wszystkie trzy falowniki miały izolowane krótkie przedziały czasowe w zakresie małej mocy, w których nie było sprzężenia zwrotnego lub było ono ograniczone, podczas gdy inne systemy działały doskonale w tym samym okresie. O zmierzchu zawsze jeden falownik włączał się zauważalnie później niż pozostałe urządzenia. Ten sam falownik również wcześniej niż inne systemy ograniczył swoją produkcję i regularnie pobierał niewielką ilość energii (kilka Wh) z sieci domowej.
Ocena danych dotyczących energii wykazała, że wszystkie systemy w okresie testowym charakteryzowały się wydajnością produkcyjną wystarczającą lub bardzo dobrą przy grudniowych wartościach nasłonecznienia poniżej średniej. Cztery systemy wykazały wystarczający/dobry uzysk energii elektrycznej, podczas gdy trzy systemy wykazały bardzo dobry uzysk energii. Żaden system zasadniczo nie odbiegał od średniej wartości otrzymanych wyników. Najniższa wydajność właściwa, skorygowana o napromieniowanie do wartości poszczególnych miesięcy w roku, wyniosła 722 kWh/kWp/rok, a najwyższa 860 kWh/kWp/rok.
Uwzględniono również wskaźnik wydajności (PR). Okres pomiarowy w grudniu 2022 r. jest dobrym punktem wyjścia do oceny oczekiwanej rocznej wydajności energetycznej systemów na podstawie PR. Ze względu na krótki okres pomiarowy wyniki zostały sprawdzone pod kątem wiarygodności dwoma kolejnymi pomiarami: wyniki wydajności 10 dni stycznia oraz wartości wydajności przy stabilnym, słonecznym czasie w najbardziej produktywnym dniu grudnia.
Te kontrole wiarygodności pokazują, że prognozowane roczne uzyski przy użyciu innych metod pomiarowych są podobnego rzędu wielkości. Systemy tego typu mają stosunkowo niższą wydajność, gdy jest mało nasłonecznienia (zwykle w pochmurne dni).
Wykazano duże różnice w kosztach wytwarzania energii elektrycznej przez poszczególne badane systemy. Najniższa cena energii za kWh energii elektrycznej plug & play wyniosła 10,3 Rp/kWh, a najwyższa 32,0 Rp/kWh. Kalkulacja opiera się na stopie procentowej 2,0% i żywotności systemu 20 lat. Koszty operacyjne zostały pominięte.
Wnioski
Wszystkie testowane systemy można było zainstalować na balustradzie balkonowej przy odrobinie posiadanych umiejętności manualnych. Były łatwe w uruchomieniu i dlatego w większości mogą być obsługiwane bezpośrednio przez użytkowników. Jednak w większości przypadków ocenia się, że bezpieczeństwo montażu wymaga poprawy. Zespół testowy rekomenduje dodatkowe, stałe zabezpieczenie modułu w postaci zabezpieczenia linowego. Jeśli chodzi o bezpieczeństwo elektryczne, w żadnym systemie fotowoltaicznym plug & play nie stwierdzono niebezpiecznych zachowań. Nie wszystkie złącza i punkty połączeń odpowiadają oczekiwanej ochronie IP. W tym zakresie niektórzy dostawcy musieliby szukać trwałego rozwiązania. W przypadku dwóch systemów falowniki stykały się na stałe z tylną częścią modułu. Może to prowadzić do przetarć w punktach kontaktowych, a w konsekwencji do uszkodzenia systemu. Dostarczone dokumenty instalacyjne zwykle nie stwierdzają, że między falownikiem a folią na tylnej stronie modułu musi być zachowany odstęp. Zespół testowy zaleca instalację falownika bez kontaktu z folią na tylnej stronie modułu. Z wyjątkiem jednego urządzenia, testowane falowniki posiadają izolację galwaniczną pomiędzy stroną AC i DC, dzięki czemu zapewniają naturalną ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym po stronie DC. Jednakże, ponieważ nie ma standardów testów bezpieczeństwa dla wtykowych falowników fotowoltaicznych, ostateczne określenie bezpieczeństwa nie jest możliwe. W przypadku dwóch falowników brak jest informacji o podłączeniu istniejących przewodów ochronnych.
Laboratorium fotowoltaiczne na Uniwersytecie Nauk Stosowanych w Bernie nadal zajmuje się kwestiami bezpieczeństwa, niezawodności i wydajności systemów fotowoltaicznych typu plug & play. W szczególności zespół testowy nadal pracuje nad nierozwiązanymi kwestiami dotyczącymi bezpiecznego podłączenia do sieci i bezpieczeństwa osobistego, które mają zostać wyjaśnione w toku trwających prac.
Oprac. M. Grabania
Zdjęcie: New Tech Store
Źródło: Uniwersytet Nauk Stosowanych w Bernie
