Соларни микроинвертори

Соларните микроинвертори имат същото предназначение като стринговите и централни инвертори, но за разлика от тях са конструирани да преобразуват напрежението от един или малко на брой PV модули. Монтират се до панела или в него, с което двете устройства образуват самостоятелен енергиен възел с мощност няколкостотин вата. Това съответства на концепцията за разпределено захранване (Distributed Power Management), при която енергията, необходима за даден обект, се генерира не от един, а от множество възли.

Обикновено фотоволтаичните панели са свързани заедно в серия вериги, като използват едно централно устройство за инвертор. Това означава, че един инвертор контролира десетки или стотици соларни панели, като възприема всички панели като една единица. Така при проблем в един от панелите се намалява цялата мощност на системата. Този подход намалява общата ефективност на системата и ограничава наличната информация за състоянието на отделения панел. Микроинверторните системи поддържат оптимална ефективност на следящата система (МРРТ) за максимална мощност поотделно за всеки панел.

Така дори при различни работни условия на панелите всеки осигурява максимално възможната си мощност и я отдава в мрежата. В съвременните микроинверторни системи реалната стойност на тази мощност е по-малка от теоретически максималната само с няколко десети от %. Към това съществено предимство се прибавят други, свързани с монтажа и експлоатацията. На първо място не е нужен подбор на панели с еднакви параметри, а и всеки от тях може да се монтира с различен наклон, за да се осигури по-добър ъгъл на падане на слънчевите лъчи и, съответно, по-голяма мощност. Това предимство води до отпадане на сегашното реално ограничение за монтаж на панелите само на южен склон. Освен това, микроинверторите осигуряват работата на своя панел в МРР независимо от температурата му, което не е възможно в класическите РV системи. Аналогичен е проблемът със замърсяването на част от панелите - единственият ефект при микроинверторните системи е слабо намаляване на максималната доставяна мощност.

Същевременно повредата на панел не изключва цялата система, както е при класическите, а само намалява максималната мощност. Поради това ремонтът дори не е спешен, а може да се направи по време на периодичната профилактика на системата.

Чрез микроинверторите се избягва необходимостта от осигуряване на място за големия инвертор и отпадат неудобствата при неговата експлоатация. Нещо повече, към съществуващата система винаги и практически без затруднения могат да бъдат прибавени нови панели за увеличаване на мощността й.

Монтажът на микроинверторна система изглежда по-лесен и бърз, тъй като не съществуват особеностите на постояннотоковата връзка между панелите и централния инвертор. Свързването на микроинверторите към панелите е просто, тъй като тяхното напрежение обикновено е 20 - 40 V и не надхвърля 60 V. Независимо от това много производители предлагат към микроинверторите специални кабели със свързващи елементи за допълнително ускоряване на монтажа и улесняване на ремонта.

Външното монтиране на микроинверторите ги прави по принцип по-уязвими към електромагнитните полета, предизвикани от атмосферни пренапрежения. От друга страна, свързващите проводници към панела са много по-къси и индуцираните в тях напрежения - по-малки. Поради това микроинверторите нямат сложните защити на централния инвертор в класическите РV системи и обикновено работата им се гарантира при импулсни напрежения на входа им до 6 kV. Съществена особеност е, че обикновено конструкцията на микроинверторите не позволява ремонтирането им - при повреда те се заменят с нови.

Както всяко устройство, така и микроинверторите, имат недостатъци. Общият коефициент на полезно действие на микроинверторните системи е с няколко (обикновено 2-3) процента по-малък от този на класическите РV системи, а цената им е по-висока. Техният експлоатационен срок е определен на базата на теоретични изчисления и ускорени тестове, а не на основата на статистика от продължителна работа. Поради по-тежките работни условия на микроинверторите е възможно да се получат неочаквани повреди. И не на последно място, микроинверторните системи засега не се използват за мощност над 6 kW на фаза.

Микроинверторите са с типична мощност между 100 и 400 W с вход напрежение от един панел и изход с мрежово напрежение. Поради сравнително малката мощност естественото им охлаждане обикновено е достатъчно и те не се нуждаят от вграден вентилатор. Понастоящем техният експлоатационен срок е между 5 и 20 години (по-малък от този на фотоволтаичните панели) и по време на работата на системата може да се наложи замяна на микроинвертор.

Специфична особеност на някои микроинвертори е, че не могат да работят самостоятелно, а трябва да са свързани към мрежата (което задължително е отбелязано в техническата им документация). Друга особеност е, че по-голямата част от тях са предназначени само за монофазни мрежи, а само някои - и за трифазни.

Сред техническите характеристики на микроинверторите са входна мощност (Recommended input power) най-често 200-300 W, максимално постоянно входно напрежение (Maximum DC input voltage) 50-80 V, граници на входното напрежение за работа на микроинвертора (Min./Max. start voltage), като долната е 20 V, а горната - 65 V, при отношение на двете между 1,5 и 2 и максимален входен ток (Maximum input current) 5 - 10 А. Те се използват за определяне към какви панели може да се свързва микроинверторът, въпреки че много производители препоръчват в каталога типовете панели и най-вече броя на клетките им.

Параметрите на изхода на инвертора включват номинална стойност на изходното напрежение (220 V) и границите, в които то може да е (Nominal voltage/range), номинален изходен ток (Nominal output current) между 0,7 и 1,8 А, максимална изходна мощност (Maximum output power), която най-често е от 170 до 210 W. Към тях се прибавя максималният брой микроинвертори, които могат да бъдат свързани към една фаза - типичните стойности са между 10 и 20. Именно това определя максималната мощност на микроинверторните РV системи, която за всяка фаза обикновено е между 2 и 6 kW. За повечето битови приложения това е достатъчно, а за по-големи мощности трябва да се използват класическите РV системи.

Микроинверторните системи предлагат възможност за контрол на получената от всеки инвертор енергия и на състоянието му, което позволява постоянна диагностика и своевременен ремонт. Комуникационният модул се поставя в контакт на електрическата мрежа и през определени интервали от време (5 - 15 минути) получава по нея данни от микроконверторите за моментната им мощност и доставената в интервала енергия, които се изписват на дисплея му.

Модулът има IP адрес и по локална мрежа предава тези данни и такива за състоянието на микроинверторите и панелите към рутера, а оттам - в уеб сървъра на доставчика. Така чрез Интернет достъп до него могат да се получат подробни данни за работата на системата, анализ и съобщения за функционални грешки и повреди. Без Интернет връзка данните могат да се получат и непосредствено от РС. Някои от предлаганите модели дават сведения и за спестеното от системата количество въглероден двуокис, както и графика на доставяната електроенергия в определен период от време. Описаната система за контрол не е единствената.

Обикновено производителите на микроинвертори създават свои системи с практически същия принцип на действие и различия само в някои подробности. Някои системи дават информация за свален панел или микроинвертор, например при кражба.

РV системите с микроинвертори имат своите особености в изграждането и експлоатацията. Обикновено производителите на микроинвертори дават в каталози или в специални приложения препоръки за реализацията на системите и тяхното свързване с електрозахранващата мрежа.

Паралелно свързаните изводи на микроинверторите с мрежово напрежение преминават през задължителната клемна кутия (Junction Box - JB), монтирана обикновено в единия край на носещата конструкция на панелите или в непосредствена близост до тях. В някои страни се изисква поставянето и на изключвател (Disconnect Switch - DW) в сградата преди свързването към неговата електрическа инсталация и, съответно, товарите.

Поставянето се препоръчва дори да не е задължително, за да може при нужда РV системата да се изключи от инсталацията на сградата по същия начин, както това се прави чрез таблото за прекъсване на връзката с външната електрическа мрежа. Препоръчва се DW да съдържа автоматични предпазители с ток на задействане с 25% по-голям от максималния на РV системата.

Не е маловажен и въпросът за сечението на проводниците между JB и DW, което трябва да съответства на доставяната мощност от системата. Самата РV система е свързана към съществуващата електрическа инсталация в сградата, а тя, от своя страна, през главното табло и електромера - към външната мрежа. Електромерът трябва да може да отчита не само консумираната от електрическата мрежа енергия, но и доставяната в нея от РV системата. Последното е особено характерно за топли слънчеви дни, когато са включени малко консуматори. Свързването на трифазна електрическа мрежа е аналогично, но е необходимо използване на подходящи микроинвертори.