Домашних солнечных электростанций становится всё больше, и очевидно, что одним из главных вопросов, которым делятся владельцы - у кого длиннее больше генерация.

Самый простой метод, который позволяет генерировать больше, при той же мощности инвертора (которая ограничивалась законом в 30 кВт), это простое увеличение солнечного поля. О том, как лучше это сделать и что можно получить, и пойдет речь дальше

В прошлой статье я лишь частично затронул эту тему. Теперь пришёл черёд раскрыть её полностью, по мере накопления как статистики, так и опыта. 

Изначально, свои СЭС я построил с 30 кВт инвертором, и послушав советов с 33,5 кВт “полем” солнечных панелей. Тогда я еще волновался, а не многовато ли панелей я поставил, и чем это закончится. 

Первое же лето расставило всё на свои места.

Итого, домашняя станция, расположенная не в самом жарком регионе, генерировала на 20 % меньше, чем общая мощность солнечных панелей.

Да, солнечные панели по нынешним временам смотрятся уже не так топово - поликристалл, 5BB. Но это панели от производителя ТОП3 Tier1, и имели одни из лучших характеристик на то время.

Эти наблюдения и сподвигли меня, на дальнейший апгрейд. Изначально, на двух соседних станциях и подключённых к одной подстанции, был проведён годовой натуральный эксперимент. 

Он продлился 11,5 месяцев, так что данные за 1 месяц я частично экстраполировал.

Также, по верхнему графику видно, что станция 39,5 кВт имеет небольшое утреннее затенение, которое в целом приводит к 0,5% потерь в год по сравнению с эталонной станцией.

Я сильно переживал, что обрезание пиковой мощности, приведёт к большим годовым потерям, но это оказалось не так.

Разница в годовой генерации составила 43675 кВт*ч vs 50379 кВт*ч. 

Потери между теоретическим максимумом, и практикой составили всего 2,2%, из которых 0,5% я бы отнёс на затенение.

Да, были дни и месяцы, в которых разница достигала и больших значений, но в общегодовом зачёте вышло именно так.

В целом, я был удовлетворён полученным результатом, но оказывается, если поработать с калькулятором окупаемости СЭС, можно прийти к цифрам, что оптимальное соотношение массива солнечных панелей к мощности инвертора составляет 1,5!

То есть, с учетом затрат на инфраструктуру, максимальная эффективность вложения денег наблюдается именно на коэффициенте DC/AC rate близкому к 1,5.

Потери от обрезания пиковой мощности при этом растут, и в зависимости от расположения солнечных панелей, могут варьироваться от 3 до 6%. 

Это постепенно идет в массы и владельцы проводят модернизацию уже построенных СЭС, для увеличения рентабельности.  Главное делать это с умом.

Но не все овощи одинаково полезны инверторы могут выдержать такую нагрузку, поэтому, и если Вас это заинтересовало, перейдем к математической и нормативной части.

Если нет - смело прыгайте в конец рассказа.

Переконфигурация и расчёт стрингов

В документации любого инвертора обязательно указано количество МРРТ трекеров, их максимальный ток и максимальное напряжение, на которое рассчитан инвертор.

Для рассмотрения можно взять параметры одной из самых популярных 30 кВт моделей.

Ток 26А на МРРТ трекер, максимум 1100В, 4 МРРТ трекера.

В теории, мы можем на него ”навесить” 26*1100*4 > 100 кВт панелей, но это за гранью добра любого разумного экономического обоснования и только в теории. Еще, ряд производителей указывает, максимальный размер “солнечного поля”, и порой он может быть сильно ограничен (1,1 - 1,3 максимум), поэтому стоит обращать внимание и на этот пункт при выборе инвертора.

Итого, в данном случае нам нужно распределить 45 кВт панелей по 4-рем МРРТ трекерам. В идеальном варианте, нам нужно составить цепочки из солнечных панелей, которые работают близко к максимальному КПД инвертора, который составляет 600 В. 

В реальности, эти кривые сдвигаются в зависимости от входного напряжения, и с учётом будущей деградации панелей, лучше рассчитывать на +-700 В _рабочего напряжения_.

Начинаем считать

Зависимость основных показателей любой солнечной панели отображает довольно простой график

по которому видно, насколько сильно может меняться напряжение холостого хода (Voc) в зависимости от температуры. Поэтому им категорически пренебрегать нельзя. 

Все параметры берём с документации. Для этого нам понадобятся Iкз (Isc, ток короткого замыкания), Uхх (Voc, напряжение холостого хода) и Temperature Coefficient of Voc (температурный коэффициент Uхх)

Исходя из графика, зимой, в холодный и солнечный день, наша панель способна выдать намного больше вольтажа. Это является первым главным параметром, который нам нужно проверить.

Зная максимальную температуру зимой, в вашем регионе, можно произвести расчёты максимального напряжения на цепочке солнечных панелей. Например, такая ситуация может возникнуть , если солнце неожиданно выглянуло зимой из-за туч .

Vmax = Voc * (1 - TCvoc*(Tзимой + 25)/100), и при минус 20 зимой, получаем

Vmax = 51*(1-(-0.29)*45*100) =  57.65 В теоретический максимум, на который следует ориентироваться, проводя все расчёты, для выбранной солнечной панели.

И по правильному, лучше производить расчёты на 1000 В, так мы попадём в оптимальный диапазон КПД, и оставим себе небольшой запас, на всякий случай.

С учётом теплового коэффициента, мы можем поставить 1000/57,65 = 17 панелей в цепочку (округляем до ближайшего меньшего целого). 

И тогда, в реальных условиях, согласно документации да и практики, (смотрим теперь табличку NMOT, которая отвечает за условия, приближённые к реальным) напряжение на цепочке панелей будет Vmpp * 17 = 38.8*17 = 659.6 В, что крайне близко к идеалу, а с учетом поднятия напряжения в сети, можно считать его идеальным.

Иногда это правило игнорируют, что в лучшем случае может приводить к временному простою солнечной станции, пока панели не прогреются, либо к пробою изоляции в самом неожиданном месте, т.к. большинство компонентов тестируют именно на 1000 В.

В одном из обследований я видел рабочее напряжение 932 В, что превышает как все правила безопасности, так и любые КПД инвертора, что делать категорически не стоит. В этом случае, вероятность что инвертор, да и вся солнечная станция, не переживут и нескольких зим, крайне высока.

Проверка по току

Обычно, при переконфигурации, аналогичные панели уже не достать, и приходится уплотнять старые, освобождая МРРТ трекер для новых.

При этом обязательно проводим проверку по току. 

Ток солнечных панелей практически не зависит от температуры, поэтому просто смотрим максимальный ток короткого замыкания и сравниваем его с рабочим током МРРТ трекера инвертора.

В нашем случае Iкз составляет 12,5А, а допустимый ток на трекере 26А, что позволяет без проблем разместить 2 цепочки солнечных панелей на одном МРРТ трекере. 

Не забываем, что на каждый трекер устанавливаем панели не только с одинаковыми характеристиками, но и одинаковым углом и азимутом установки.

Исходя из расчётов, имея всего один свободный МРРТ трекер, мы сможем установить на него 17*2*500 Вт = 17 кВт солнечных панелей, чего обычно с головой хватает для модернизации существующей станции.

Некоторые владельцы переживают, что такое соотношение панелей к мощности инвертора приведет к его перегреву, и цепляют дополнительное охлаждение.

Вопрос является дискуссионным, но хуже от этого точно не будет. Но, если инвертор расположен по всем правилам, проблем быть не должно и без дополнительного охлаждения. По крайней мере, так заявляет производитель.

Выводы:

Экстенсивное увеличение солнечного поля уже неоднократно проверено, как в теории так и на практике, и отзывы владельцев только положительные. В годовом зачёте, станции имеющие по 45 кВт солнечных панелей и построенные на 30 кВт инверторе, генерируют практически в полтора раза больше, чем станции построенные на “минималках“ с 30 кВт солнечного поля. Потери от “обрезания” в годовом эквиваленте не превышают 4-5%. Окупаемость при этом приближается к 4-м годам, при существующем “зелёном тарифе”. Хочу подчеркнуть, что не стоит путать окупаемость с прибыльностью. До конца "зелёного тарифа" осталось не так много, и именно прибыль от домашней СЭС уже намного ниже.

Рассмотрен самый простейший метод модернизации домашней солнечной электростанции “в лоб” и только на Юг, и многие читатели возразят, а как же трекеры, оптимизаторы и прочие современные методы увеличения генерации?

Именно про эти методы и сравнение их с методом простого наращивания “солнечного поля” в плоскости Юга и пойдет речь в следующей части.

И как всегда - добро пожаловать на форум, который поможет с ответами на основные вопросы. Буду рад ответить на вопросы как тут, так и на форуме.