Panele fotowoltaiczne do falownika wyspowego: dobór

Właściwe panele fotowoltaiczne do falownika wyspowego wyznacza jego okno napięcia wejścia PV, a nie napięcie baterii czy moc AC. Każdy wyspowy falownik z ładowarką podaje maksymalne napięcie PV (od 145 do 500 V zależnie od modelu), zakres pracy MPPT oraz maksymalną moc generatora PV — a string paneli musi mieścić się we wszystkich trzech limitach przy skrajnych temperaturach w Twojej lokalizacji.

Falowniki wyspowe dostępne na rynku dzielą się na trzy architektury PV. Klasa decyduje o tym, ile standardowych paneli domowych (400–460 W, napięcie obwodu otwartego około 39 V) można połączyć w szereg:

Ta sama marka często sprzedaje wszystkie trzy klasy obok siebie pod niemal identycznymi nazwami. Growatt SPF 5000 ES przyjmuje stringi do 450 V, a SPF 5000TL HVM kończy się na 145 V — string rutynowy dla jednego niszczy drugi. Zawsze ustalaj klasę z karty katalogowej, nigdy z nazwy modelu ani ceny.

Falowniki wyspowe nazywa się od szyny baterii: 12 V, 24 V lub 48 V. Kusi wniosek, że „falownik 48 V” potrzebuje „paneli 48 V”. Tak nie jest — szyna baterii i wejście PV to osobne obwody połączone regulatorem ładowania MPPT, który przetwarza napięcie paneli w dół, do poziomu ładowania baterii.

Dlatego dwa urządzenia 48 V mogą mieć zupełnie różne okna PV: Growatt SPF 3000TL LVM-48P przyjmuje z paneli najwyżej 145 V, a EASUN SMG II 6.2KW-48V — stringi do 500 V. Same panele domowe są ustandaryzowane: nowoczesny moduł 54-ogniwowy ma około 39 V napięcia obwodu otwartego i 32–33 V w punkcie pracy niezależnie od mocy — „domowy panel 48 V” w głównym nurcie rynku po prostu nie istnieje.

Napięcie baterii ma za to znaczenie dla mocy całkowitej: szyna 24 V ogranicza prąd ładowania, dlatego urządzenia 24 V mają niskie limity mocy PV. Ale liczba paneli, które można połączyć w szereg, to kwestia napięcia — decydują o niej wyłącznie parametry wejścia PV.

Znajdź w karcie katalogowej falownika tabelę opisaną zwykle jako „PV input”, „Solar charger” lub „PV module array”. O wszystkim decyduje pięć liczb:

1. Maks. napięcie wejściowe PV (limit Voc)

   Absolutny pułap. Napięcie obwodu otwartego stringu w najzimniejszy poranek roku musi pozostać poniżej niego — przekroczenie uszkadza ładowarkę i unieważnia gwarancję.

2. Zakres napięcia MPPT

   Zakres, w którym tracker faktycznie pracuje podczas ładowania. Napięcie robocze stringu (Vmp) musi mieścić się w tym oknie w letnim upale, a najlepiej także w zimowym mrozie.

3. Napięcie startu

   Minimalne napięcie, przy którym ładowarka budzi się rano — zwykle ustawione nieco powyżej minimum MPPT.

4. Maks. moc generatora PV

   Największa moc paneli, jaką ładowarka realnie wykorzysta. W falownikach wyspowych bywa niższa niż moc AC — to pułapka opisana niżej.

5. Maks. prąd wejściowy PV

   Pułap prądu na jedno wejście MPPT. Nowoczesne panele wielkoformatowe osiągają 14 A — więcej, niż przyjmują niektóre budżetowe urządzenia.

Napięcie paneli rośnie, gdy temperatura spada. Voc z etykiety obowiązuje przy temperaturze ogniw 25 °C; w pogodny zimowy poranek ogniwa są tak zimne jak powietrze, a napięcie rośnie o współczynnik temperaturowy — około −0,25 %/°C dla paneli TOPCon — za każdy stopień poniżej 25 °C.

Weź typowy panel 430 W: Voc = 39,1 V, TC_Voc = −0,25 %/°C. W mroźny poranek przy −20 °C:

Sprawdź to na niskonapięciowym Growatt SPF 3000TL LVM-48P (maks. PV 145 V, MPPT 60–115 V): trzy panele dają 3 × 43,5 = 130,5 V — bezpiecznie poniżej pułapu 145 V. Czwarty panel odpada: 4 × 39,1 = 156,4 V przekracza limit już przy +25 °C, zanim zimowy wzrost napięcia w ogóle się zacznie. Twarde maksimum to 3 panele w szeregu.

Odwrotna awaria jest cichsza. Latem temperatura ogniw sięga 60–70 °C, a napięcie robocze (Vmp) spada o 10–12%. Jeśli napięcie stringu zejdzie poniżej minimum MPPT, ładowarka przestaje śledzić punkt mocy i produkcja się załamuje — panele są sprawne, okablowanie też, ale uzysk zamiera w najlepszych godzinach dnia.

Nasz panel 430 W ma Vmp = 32,4 V. Przy temperaturze ogniw 65 °C oddaje około 32,4 × 0,88 = 28,5 V. Na falowniku Deye SUN-5K-OG (MPPT 150–425 V) pięć paneli daje 5 × 28,5 = 142,5 V — poniżej minimum 150 V, więc ładowanie staje dokładnie wtedy, gdy słońce świeci najmocniej. Realne minimum to sześć paneli (171 V na gorąco), choć przy 25 °C pięć wygląda na papierze dobrze: 5 × 32,4 = 162 V.

Napięcie startu dodaje poranne ograniczenie: ten sam Deye potrzebuje 125 V, żeby ładowarka w ogóle się obudziła. Stringi dobrane tuż przy minimum MPPT każdego dnia startują późno i kończą wcześnie. Jeśli karta katalogowa podaje zakres zalecany, celuj w jego środek.

W falownikach sieciowych generator PV rutynowo przekracza moc AC o 20–50%. Falowniki wyspowe odwracają tę zasadę: ładowarka solarna jest dobrana do ładowania baterii, a nie do pełnego zasilania odbiorników AC — i limit PV bywa niższy niż moc wyjściowa AC. Trzy realne przykłady z naszej bazy:

12-kilowatowy Growatt potrafi przekazać do odbiorników 12 kW z baterii lub agregatu, ale jego dwie ładowarki MPPT przyjmą łącznie najwyżej 7 kW paneli. Planuj generator PV wokół limitu PV — liczba po stronie AC nie mówi nic o fotowoltaice.

Nasz kalkulator kompatybilności dopuszcza stosunek DC/AC do 2,0 dla falowników wyspowych (wobec 1,5 dla sieciowych falowników stringowych), bo nadwyżka mocy DC ładuje baterię, zamiast być ucinana. Ale maksymalna moc generatora PV z karty katalogowej pozostaje twardym limitem, który zawsze wygrywa z każdą regułą stosunku mocy.

Konstrukcje wyspowe dzielą się na dwie filozofie prądowe. Urządzenia wysokonapięciowe przyjmują jeden string szeregowy na tracker MPPT i umiarkowany prąd — zwykle 13–27 A. Niskonapięciowa klasyka oczekuje kilku krótkich stringów równolegle i przyjmuje 50–120 A (Growatt SPF 3000TL LVM-24P: 50 A; SPF 6000T HVM-G2: 120 A) — za cenę grubej miedzi między dachem a falownikiem.

Cicha pułapka czeka po stronie wysokonapięciowej: nowoczesne panele z ogniwami 182 mm o mocy 420–460 W mają prąd zwarciowy około 14 A. Ładowarka z limitem 13 A na wejście (seria Anern AZURE) będzie po prostu pracować z takim panelem na własnym pułapie — bez uszkodzeń w poprawnie zaprojektowanym urządzeniu, ale każdy panel przez cały rok zachowuje się jak nieco słabszy. Część kart katalogowych podaje dodatkowo maksymalny prąd zwarciowy, którego nie wolno przekroczyć w ogóle.

Stringi równoległe mnożą prąd, nie napięcie: dwa stringi paneli 14 A podają 28 A na jedno wejście. To w porządku dla niskonapięciowego urządzenia 80 A i poza limitem dla wysokonapięciowego 27 A — dlatego karty wysokonapięciowych falowników wyspowych zwykle przewidują jeden string na tracker.

Najtańsze falowniki z ładowarką i wiele starszych urządzeń używa regulatora ładowania PWM zamiast MPPT. PWM nie przetwarza napięcia — łączy panel niemal bezpośrednio z baterią, ściągając punkt pracy panelu do napięcia baterii.

Przy baterii 12 V ładowanej napięciem około 14 V standardowy panel domowy, zaprojektowany do pracy przy 32–33 V, oddaje na PWM mniej niż połowę mocy znamionowej. Właśnie dlatego istnieją „panele 12 V”: moduły 36-ogniwowe z Vmp około 18 V, tworzone do pary z regulatorami PWM. Na MPPT standardowy panel nie traci natomiast nic — tracker przetwarza 33 V na 14 V niemal przy pełnej mocy.

Każdy model wymieniony w tym artykule używa MPPT. Ale w ogłoszeniach marketplace'ów wśród „falowników solarnych” wciąż kryją się urządzenia PWM — jeśli specyfikacja pokazuje napięcie PV ledwie wyższe od napięcia baterii i nigdzie nie wspomina o MPPT, załóż PWM i albo kup panele 36-ogniwowe, albo wybierz inny falownik.

Oto pełna procedura w kolejności, która najszybciej odsiewa złych kandydatów:

1. Wypisz blok wejścia PV

   Z karty falownika: maks. napięcie PV, zakres MPPT, napięcie startu, maks. moc generatora PV, maks. prąd wejściowy. Z karty panelu: Voc, Vmp, Isc oraz współczynnik temperaturowy Voc.

2. Ogranicz string zimowym Voc

   Oblicz Voc_cold dla rekordowo niskiej temperatury w Twojej lokalizacji. Maksymalna liczba paneli w szeregu = maks. napięcie PV ÷ Voc_cold, zaokrąglone w dół.

3. Ustal minimum letnim Vmp

   Oblicz Vmp przy temperaturze ogniw 65 °C. Minimalna liczba paneli w szeregu = minimum MPPT ÷ Vmp_hot, zaokrąglone w górę. Jeśli minimum przekracza maksimum, taka para jest niemożliwa — zmień panel albo falownik.

4. Sprawdź moc i prąd

   Liczba paneli × moc znamionowa nie może przekroczyć maks. mocy generatora PV, a Isc panelu (razy liczba stringów równoległych, jeśli są) — maks. prądu wejściowego.

5. Celuj w środek okna

   Spośród dopuszczalnych liczb wybierz taką, przy której Vmp stringu wypada blisko środka zakresu MPPT — system startuje wcześniej, kończy później i zachowuje zapas na spadki napięcia w pochmurne dni.

Historie awarii, które do nas trafiają, powtarzają tę samą garść błędów:

1. Dobieranie paneli do napięcia baterii

   „To falownik 48 V, więc potrzebuję 48 V z paneli” — decyduje okno wejścia PV, a nie szyna baterii. Maszyna 48 V może oczekiwać z dachu od 60 do 500 V.

2. Liczenie Voc przy 25 °C

   String, który mieści się w limicie w październiku, może przekroczyć pułap w pogodny styczniowy poranek. Zawsze licz z Voc_cold przy rekordowo niskiej temperaturze.

3. Za mało paneli dla ładowarki wysokonapięciowej

   Dwa panele na ładowarce z minimum MPPT 120–150 V nigdy jej nie obudzą. Wysokonapięciowe falowniki wyspowe są budowane pod stringi od 5 paneli wzwyż.

4. Ignorowanie limitu mocy PV

   Nawyk przewymiarowania znany z hybryd tutaj się nie przenosi: wiele falowników wyspowych przyjmuje mniej mocy PV, niż wynosi ich moc AC, a panele ponad limitem nie zarabiają nic.

5. Dzielenie jednego MPPT na dwie połacie dachu

   Większość falowników wyspowych poniżej 8 kW ma jeden tracker. Panele wschodnie i zachodnie na jednym trackerze gonią dwa maksima mocy naraz i tracą 10–25%. Jeśli dach wymusza dwie orientacje, wybierz model z dwoma trackerami (Growatt SPF 6000 ES Plus, EASUN SMG II 11KW, Deye SUN-6K-OG).

Nasza baza zawiera 279 wyspowych falowników z ładowarką — Growatt SPF, EASUN, Anern, Anenji, Must, PowMr, Deye SUN-OG i inne — z oknami PV, limitami mocy i prądu uzupełnionymi z oficjalnych kart katalogowych. Kalkulator kompatybilności wykonuje testy zimowego Voc, okna MPPT, prądu i stosunku DC/AC dla dowolnej pary panel–falownik, według tych samych wzorów co ten artykuł.

Masz już panele i wybierasz falownik? Odwróć wyszukiwanie: matcher przefiltruje falowniki, które przyjmą dokładnie Twój panel w wybranej liczbie.