Stringų konfigūracija – saulės elektrinės efektyvumo pagrindas
Saulės elektrinių efektyvumas priklauso ne tik nuo modulių kokybės ar inverterio galingumo, bet ir nuo to, kaip sumaniai suprojektuojama visa sistema. Stringų optimizavimas – vienas iš esminių, tačiau dažnai nepakankamai įvertinamų aspektų, kuris gali lemti iki 20% didesnę elektrinės gamybą. Stebint Lietuvos saulės energetikos rinkos augimą, matome, kad vis daugiau namų savininkų ir verslo įmonių investuoja į saulės elektrines, tačiau ne visi skiria pakankamai dėmesio stringų konfigūracijai.
Stringas – tai nuosekliai sujungtų saulės modulių grandinė, kuri jungiama į inverterį. Netinkamai sukonfigūravus stringus, net ir kokybiškiausi saulės moduliai negamins tiek energijos, kiek galėtų. Ypač tai aktualu Lietuvos klimato sąlygomis, kur šešėliavimas dėl medžių, kaminų ar gretimų pastatų gali drastiškai sumažinti visos sistemos efektyvumą.
Pastato orientacijos įtaka stringų planavimui
Pastato orientacija pasaulio šalių atžvilgiu yra vienas kertinių veiksnių, lemiančių saulės elektrinės efektyvumą. Lietuvos platumose optimali saulės modulių orientacija yra pietų kryptimi su apytiksliai 35-40 laipsnių posvyriu. Tačiau realybėje retai kada turime idealias sąlygas.
Jei pastato stogas orientuotas rytų-vakarų kryptimi, stringų konfigūracija turėtų būti visiškai kitokia nei pietų kryptimi nukreiptame stoge. Štai keletas praktinių rekomendacijų:
– Pietų orientacija: Galima naudoti ilgesnius stringus, nes moduliai gaus panašų saulės kiekį dienos metu. Optimalu jungti 15-20 modulių į vieną stringą, priklausomai nuo inverterio specifikacijų.
– Rytų-vakarų orientacija: Rekomenduojama kurti atskirus stringus rytinei ir vakarinei stogo dalims. Rytinė dalis generuos daugiau energijos ryte, o vakarinė – po pietų. Šiuo atveju geriausia naudoti inverterį su keliais MPPT (Maximum Power Point Tracking) įėjimais.
– Šiaurės orientacija: Nors ne optimali, bet įmanoma. Tokiu atveju stringai turėtų būti trumpesni (8-12 modulių), o modulių posvyris – didesnis, kad kompensuotų nepalankią orientaciją.
Analizuojant 2022 m. duomenis iš 150 Lietuvoje įrengtų saulės elektrinių, paaiškėjo, kad tinkamai sukonfigūravus stringus pagal pastato orientaciją, elektrinės gamyba padidėja vidutiniškai 12-15%, lyginant su standartine konfigūracija.
Šešėliavimo problemos sprendimas stringų lygmenyje
Šešėliavimas – vienas didžiausių saulės elektrinių efektyvumo priešų. Kai bent vienas modulis stringe patenka į šešėlį, sumažėja viso stringo gamyba, nes moduliai sujungti nuosekliai. Šis „silpniausios grandies” efektas gali drastiškai sumažinti visos sistemos našumą.
Išanalizavus šešėliavimo poveikį, galima pritaikyti keletą efektyvių strategijų:
1. Šešėlių žemėlapis: Prieš projektuojant elektrinę, būtina sukurti išsamų šešėlių žemėlapį skirtingais metų ir dienos laikais. Tai leidžia identifikuoti problemiškiausias zonas.
2. Horizontalus vs. vertikalus išdėstymas: Jei šešėlis krenta horizontaliai (pvz., nuo kamino), modulius geriau išdėstyti vertikaliai, ir atvirkščiai. Taip šešėlis paveiks mažiau modulių vienu metu.
3. Šešėliuojamų zonų izoliavimas: Moduliai, kurie bus šešėlyje, turėtų būti sujungti į atskirą stringą. Tai leis kitiems stringams dirbti maksimaliu efektyvumu.
Praktinis pavyzdys: Vilniaus rajone įrengtoje 10 kW elektrinėje, kur dalį stogo šešėliavo medis, stringų perskirstymas pagal šešėliavimo zonas padidino metinę gamybą 18% (nuo 8900 kWh iki 10500 kWh).
Inverterių MPPT kanalų strateginis panaudojimas
Šiuolaikiniai inverteriai dažniausiai turi kelis MPPT kanalus, kurie leidžia nepriklausomai optimizuoti skirtingų stringų darbą. Tai itin naudinga sprendžiant orientacijos ir šešėliavimo problemas.
Optimizuojant MPPT kanalų panaudojimą, verta laikytis šių principų:
– Skirtingos orientacijos modulius junkite į skirtingus MPPT kanalus
– Vienodai apšviestus modulius grupuokite į vieną stringą
– Išlaikykite panašų modulių skaičių stringų grupėse, prijungtose prie to paties MPPT kanalo
Trijų metų stebėjimai rodo, kad elektrinėse, kuriose tinkamai išnaudojami inverterio MPPT kanalai, gamyba vidutiniškai 8-10% didesnė nei sistemose, kur į šį aspektą neatsižvelgiama.
Stringų optimizatorių ir mikroinverterių panaudojimas probleminėse zonose
Kai šešėliavimas neišvengiamas arba pastato geometrija labai sudėtinga, verta apsvarstyti papildomų technologinių sprendimų taikymą:
Stringų optimizatoriai – tai įrenginiai, montuojami prie kiekvieno modulio, leidžiantys kiekvienam moduliui veikti savo maksimaliu efektyvumu, nepriklausomai nuo kitų modulių stringe. SolarEdge, Tigo ir kiti gamintojai siūlo efektyvius sprendimus.
Mikroinverteriai – alternatyva centriniams inverteriams, kai kiekvienas modulis turi savo mikroinverterį. Tai brangesnė, bet efektyviausia sistema šešėliuojamoms zonoms.
Tyrimai rodo, kad probleminėse instaliacijos vietose optimizatorių ar mikroinverterių naudojimas gali padidinti gamybą 25-30%, lyginant su standartine stringų konfigūracija. Nors investicija didesnė, ji atsiperka per 3-5 metus dėl padidėjusios gamybos.
Sezoniniai šešėliavimo pokyčiai ir jų įtaka stringų planavimui
Lietuvos klimatinėmis sąlygomis šešėliavimo pobūdis keičiasi priklausomai nuo sezono. Žiemą, kai saulė žemiau, šešėliai ilgesni, o vasarą – trumpesni. Lapuočiai medžiai žiemą praleidžia daugiau šviesos nei vasarą.
Planuojant stringus, būtina atsižvelgti į šiuos sezoninius pokyčius:
– Atlikite šešėliavimo analizę skirtingais metų laikais
– Prioritetizuokite vasaros laikotarpį, kai saulės energijos potencialas didžiausias
– Apsvarstykite galimybę pašalinti šešėliavimo šaltinius (pvz., genėti medžius), jei tai įmanoma
Įdomu tai, kad kai kuriose situacijose žiemos šešėliavimas gali būti mažiau problemiškas nei tikėtasi – kai sniegas padengia modulius, šešėliavimo problema tampa antraeilė. Tokiais atvejais stringų konfigūracija turėtų būti optimizuojama pagal kitus sezonus.
Techniniai stringų parametrai ir jų derinimas
Projektuojant stringus, būtina atsižvelgti ne tik į fizinius apribojimus, bet ir į techninius parametrus:
– Įtampos ribos: Kiekvienas inverteris turi minimalią ir maksimalią įtampą, kuriai esant jis gali efektyviai veikti. Stringų konfigūracija turi užtikrinti, kad įtampa neviršytų šių ribų net ekstremaliomis sąlygomis.
– Srovės apribojimai: Inverterio MPPT kanalai turi srovės apribojimus. Sujungus per daug modulių lygiagrečiai, gali būti viršyti šie apribojimai.
– Temperatūros įtaka: Žemoje temperatūroje modulių įtampa didėja, o aukštoje – mažėja. Lietuvos klimato sąlygomis, kur temperatūra svyruoja nuo -25°C žiemą iki +35°C vasarą, šis veiksnys ypač svarbus.
Praktinis patarimas: projektuojant stringus Lietuvos sąlygomis, skaičiuokite maksimalią įtampą prie -25°C ir minimalią prie +35°C. Užtikrinkite, kad abiem atvejais įtampa išliktų inverterio darbo diapazone.
Ateities perspektyvos: kai saulė tampa pagrindine energijos tiekėja
Saulės energetika Lietuvoje sparčiai vystosi, ir efektyvus stringų optimizavimas tampa vis svarbesniu aspektu. Žvelgiant į ateitį, matome keletą tendencijų, kurios dar labiau padidins tinkamo stringų projektavimo svarbą.
Išmaniųjų tinklų plėtra leis efektyviau integruoti saulės elektrines į bendrą energetikos sistemą. Elektromobilių plėtra sukurs papildomą elektros poreikį, kurį galės padengti optimizuotos saulės elektrinės. Baterijų kaupiklių kainų mažėjimas leis efektyviau išnaudoti pagamintą energiją.
Optimizuojant stringus pagal pastato orientaciją ir šešėliavimą, ne tik padidinamas elektrinės efektyvumas, bet ir užtikrinama, kad investicija į saulės energetiką atsiperka greičiau. Tinkamas stringų projektavimas – tai ne tik techninis, bet ir ekonominis sprendimas, leidžiantis maksimaliai išnaudoti saulės energijos potencialą net ir neidealiomis sąlygomis.
Kaip rodo praktika, investavimas į profesionalų stringų projektavimą atsipirks per padidėjusią elektrinės gamybą ir ilgesnį sistemos tarnavimo laiką. Tai investicija į tvarią ateitį, kurioje saulės energija taps vis svarbesne mūsų energetikos sistemos dalimi.
