SMA Shade Fix

Geresnis energijos optimizavimo modelis

Tyrimo SANTRAUKA
Šioje ataskaitoje pateikiama Pietų Danijos universitete vykdyto tyrimo rezultatų apžvalga, kurioje lyginama SMA pažangi optimizavimo technologija su kitomis optimizavimo formomis esant šešėliams ir be jų. Pagrindiniuose rezultatuose pateikiamos išvados apie generuojamą galią, eksploatavimo laikotarpiu gautą energiją, patikimumą ir techninę priežiūrą bei priešgaisrinę ir montuotojų saugą. Dokumente taip pat nurodomi regioniniai skirtumai tarp pirmenybinio išjungimo ir saugos bei kaip sprendžiamos šios problemos Šiaurės Amerikoje ir Europoje, taip pat nagrinėjami SMA siūlomi sprendimai abiejuose regionuose.

Galios optimizavimo būsena
Daugumai FV sistemų savininkų saulės energija yra reikšminga investicija, iš kurios tikimasi finansinės grąžos. Ši grąža priklauso nuo kelių pagrindinių veiksnių, įskaitant atiduodamąją galią (našumą) ir per tam tikrą laiką sukuriamą galią (eksploatavimo laikotarpiu gautą energiją). Saulės energijos specialistai daugiau nei 30 m. šiems kriterijams skyrė pagrindinį dėmesį, siekdami pateikti klientams aukščiausios kokybės FV sprendimus.
Dauguma fotovoltinių sistemų įprastai konstruojamos taip, kad šviesa jas galėtų pasiekti nekliudoma ir netemdoma šešėlių, tačiau jų pasitaiko. Buvo skiriama nemažai laiko, pastangų ir inovacijų siekiant sušvelninti nepageidaujamą šešėlių poveikį fotovoltinėms sistemoms. Nors joks sprendimas negali paversti šešėlio šviesa, esama būdų įgalinančių išgauti maksimalią šešėlio nepaveiktų fotovoltinių modulių galią ir sumažinančių neigiamą šešėlio poveikį jėgainės segmentams.
Šešėlių poveikio švelninimo strategijos visame pasaulyje skiriasi ir jos gali priklausyti nuo įvairių veiksnių. Dažniausiai naudojamas metodas JAV fotovoltinių įrenginių privačių būstų rinkoje – mėginimas optimizuoti energijos gamybą kiekviename FV modulyje naudojant kompleksinę komponentų jungtį.
Šis metodas buvo pranašesnis už senąją nuoseklaus jungimo fotovoltinių modulių segmento technologiją. SMA optimizavimo metodas pagerino energijos išgavimą, drastiškai apkarpant komponentų skaičių ir sistemos sudėtingumą, tuo mažindamas statistinių gedimų kiekį ir didindamas sistemos patikimumą.

Dabartinės prielaidos
Buvo manoma, kad sumontavus nedidelius įrenginius po kiekvienu sistemos FV moduliu, bus optimizuota energijos gamyba. Tam naudojami srovės optimizatoriai arba kitaip modulio lygio galios elektronikos įrenginiai (MLGI). Jie veikia konvertuodami arba keisdami energiją – padidindami arba sumažindamiįtampą ir srovę kiekvienam FV moduliui. Tai pagerina energijos išgavimą ypač nepalankioms oro sąlygoms, pavyzdžiui, kai ant FV modulių yra metamas didelis šešėlis. Vis dėlto, kiekvienas sprendimas turi atitinkamą kainą. Minėtam sprendimui reikalingi sudėtingi komponentai ir nuolatinė priežiūra; jis įgyvendinamas nepalankiomis prietaisų montavimo, eksploatavimo ir priežiūros sąlygomis.

LUSSERIO DĖSNIS
Lusserio dėsnis – tai sistemų inžinerijos koncepcija. Jis teigia, kad komponentų patikimumas yra lygus atskirų komponentų patikimumo sandaugai. Lusserio dėsnis dažnai apibūdinamas kaip idėja, kai grupinė sistema yra silpnesnė nei jos silpniausia grandis, kadangi komponentų grupės patikimumas gali būti mažesnis nei mažiausios vertės komponento.

Teiginį galima pavaizduoti šia formule:
(Sistemos patikimumas = 1 komponento patikimumas x 2 komponento patikimumas...)

1 pavyzdys. Sistema su dviem komponentais Rs = 0,90 x 0,80 = 0,72

2 pavyzdys. Sistema su 1, 2, 10, 100 komponentų
Arba, jei laikoma, kad visi komponentai turi tokį patį patikimumą (0,99), gaunamas sistemos patikimumas

1 komponento: Rs = 0,99
2 komponentų: Rs = 0,99 x 0,99 = 0,98
10 komponentų: Rs = 0,99 ^10 = 0,90 100 komponentų: Rs = 0,99^100 = 0,37

PALYGINAMASIS UNIVERSITETO TYRIMAS
SMA sukūrė optimizavimo modelį, kuris buvo ištobulintas taikant šiuolaikinius metodus, švelninančius šešėlių poveikį ir padidinančius energijos gamybą su daug mažesniu sistemos komponentų skaičiumi. Kuo svarbus komponentų skaičius? Sistemos sudėtingumas ir sistemos sutrikimų rodikliai turi tiesioginį ryšį. Sumažinus sistemos sudėtingumą ir komponentų skaičių, sumažės ir bendras sutrikimų rodiklis. Atsižvelgiant į tai, SMA sukūrė galios optimizavimo metodą, kuris esant daugumai aplinkos sąlygų, leidžia išgauti daugiau galios nei naudojant įprastus optimizatorius. Jis taip pat padidina viso saulės jėgainės gyvavimo metu išgautos energijos kiekį.

Neseniai šį energijos gamybos modelį Pietų Danijos Universitete išbandė universiteto inžinieriai; jie patikrino tris skirtingas sistemas. Dvi sudarė pažangūs modulio lygio nuolatinės srovės optimizatorių sprendimai, o trečioji buvo pagrįsta SMA patentuotu, fotovoltinių modulių nuoseklaus jungimo segmento lygio optimizavimu „ShadeFix“. Atlikus tyrimą, buvo pateiktos tokios išvados:

  • „ShadeFix“ optimizavimo poveikis buvo efektyvesnis nei įprastas modulio lygio optimizatorių panaudojimas nesant šešėliui.
  • „ShadeFix“ optimizavimas buvo efektyvesnis nei įprastas modulio lygio optimizatorių naudojimas esant mažam ir vidutiniam šešėliui. Šešėliuotos sąlygos atsiranda tada, kai dangų aptraukia debesys arba  esant kliūtims ant stogo, pavyzdžiui: medžių šakoms, kaminams, ventiliacijos vamzdžiams,  mansardos langams ar kt. Buvo pastebėta, kad šiais atvejais įprasti nuolatinės srovės optimizatoriai suvartojo daugiau energijos, nei galėjo padėti sugeneruoti.
  • Debesuotomis dienomis nesant papildomų kliūčių, metančių šešėlį ant modulio „ShadeFix“ optimizavimas buvo geresnis, nei įprastas modulio lygio optimizatorių, nes modulio lygio prietaisai suvartojo daugiau energijos, nei laipsniškai pagamino.
  • Įprastų modulio lygio optimizatorių naudojimas leido pagaminti daugiau energijos tik tuo atveju, kai tame pačiame fotovoltinių modulių nuoseklaus jungimo segmente esantys moduliai visą dieną buvo apšviečiami nevienodai. Tai apėmė atvejus, kai moduliai buvo visiškai užgožti, kai moduliai toje pačioje eilėje buvo apšviesti skirtingomis kryptimis ir kitus reikšmingus neatitikimus, pvz.: prasto modulių išdėstymo projekto pasekmes. 
  • Dienos darbinės energijos nuostoliai naudojant įprastus modulio lygio optimizatorius lyginant su SMA „ShadeFix“ optimizavimo sprendimu lėmė mažesnį bendrą energinį našumą.

EKSPLOATAVIMO LAIKOTARPIO GAMYBA, PATIKIMUMAS IR PRIEŽIŪROS SĄNAUDOS


  • Dėl didelio komponentų skaičiaus įprasti MLGI turi santykinai didelę gedimo sistemoje riziką. Tyrime, dėl numatomų gedimų, neekstrapoliuojami energijos nuostoliai, tačiau nurodoma, kad tai darys poveikį eksploatavimo metu sukauptai energijai. Tyrime buvo prieita prie išvados, kad daugumoje FV sistemų SMA „Shade- Fix“ optimizavimo rezultatai bus geres- ni nei įprasto modulio lygio nuolatinės srovės optimizavimo rodikliai. Kasmet per numatomą sistemos eksploatavimo laikotarpį bus pagaminta  daugiau  energijos.  Išskiriamas ir kitas „ShadeFix“ optimizavimo privalumas - daug mažiau komponentų. Įprastame 50 kW komerciniame įrenginyje SMA sistemoje gali būti maždaug 2000 elektroninių komponentų. Jie visi yra nuo aplinkos poveikio apsaugotame korpuse, todėl juos lengva prižiūrėti ir pakeisti.

Vieno komponento gedimas =

  • Prieiga prie stogo
  • Jungčių demontavimas
  • Tvirtinimo elementų demontavimas
  • FV modulių pašalinimas
  • Jungčių, tvirtinimo elementų ir modulių pakartotinis montavimas

Palyginimui: 50 kW sistema, kurioje naudojami įprasti modulio lygio optimizatoriai, gali turėti daugiau nei 60000 elektroninių komponentų. Dauguma šių dalių yra sumontuoti po FV moduliais, kurie yra veikiami drėgmės ir temperatūros pokyčių. Tai apsunkina jų priežiūrą.

Kai sugenda viena iš modulio detalių, neretai tenka apsilankyti pas klientą, sudaryti saugią prieigą ant stogo dirbantiems darbuotojams, pašalinti jungtis, nuimti FV modulius ir tvirtinimo detales, o po to jas vėl tinkamai sumontuoti, kitaip tariant, praleisti daug laiko ant stogo. Dėl papildomų dalių ir jungčių skaičiaus gali padidėti gedimų ir gaisro rizika. Išsamiau tai bus nagrinėjama tolesniuose skyreliuose. Montuotojo veikloje priežiūros poreikiai yra neprognozuojamo dažnio, o tai apsunkina darbų planavimą, logistiką ir darbo jėgos sąnaudas.
Rinkose, kur pagal reikalavimus MLGI prietaisai yra privalomi atjungimo funkcijai atlikti, SMA naudoja „SunSpec“ sertifikuotus greito atjungimo prietaisus.

Juose nėra energijos konvertavimo funkcijų, todėl, lyginant su įprastais modulio lygio optimizatoriais, MLGI komponentų sumažėja iki 50 proc. Grįstos SMA „ShadeFix“ optimizavimu, šios sistemos pagamina daugiau energijos, daugiau jos sukaupia eksploatavimo laikotarpiu bei pasižymi mažesnėmis techninės priežiūros išlaidomis.

Taikant palaikantį standartą, eksploatavimo laikotarpiu sukaupta energija dar padidinama „ShadeFix“ modelyje. Remdamasis įprastu energijos gamybos modulio lygio optimizavimu, montuotojas greičiausiai turės dažniau vykti pas klientą gedimų šalinimui. Kiekvienas gedimas sistemos savininkui lemia energijos nuostolius, o prižiūrinčio specialisto siuntimas sugedusiems įtaisams pakeisti yra neefektyvus ir brangiai kainuoja. Paprastai montuotojai įprastus optimizatorius turi keisti grupėmis, tai reiškia, kad bėgant laikui energijos nuostoliai didėja ir tai daro įtaką visoms montuotojo prižiūrimoms sistemoms. Ši priežiūros strategija taip pat kelia riziką sistemos savininkui, nes tampa sudėtinga rasti suderinamas atsargines dalis. Gamintojai dažnai atnaujina savo patentuotas technologijas, todėl naudojant senesnius modelius atsiranda montavimo ir eksploatavimo problemų.

„ShadeFix“ optimizavimo strategija yra pagrįsta paprastesniais prietaisais, atliekančiais mažiau elektroninio darbo, todėl padidėja eksploatavimo laikotarpiu sukauptos energijos kiekis. Siekiant dar labiau supaprastinti priežiūros darbus, „ShadeFix“ panaudotos „SMA Smart Connected“ automatinės funkcijos žymiai sumažina priežiūros poreikį. „Smart Connected“ nuolat stebi inverterio būklę, įspėja montuotojus apie problemas ir automatiškai pateikia taisymo rekomendacijas arba netgi atsiunčia atsarginius prietaisus. Taip sumažinamas diagnostinių vizitų kiekis, taupomas laikas bei kuro sąnaudos.

Sauga naudojant „SunSpec“
„SunSpec Alliance“ – tai prekybos organizacija, kurią sudaro daugiau kaip 100 saulės energijos ir saugo- jimo sektorių įmonių iš Šiaurės Amerikos, Europos ir Azijos. Jos tikslas – nustatyti standar- tus, kad savaiminio diegimo sistemos būtų suderinamos.

KODEKSO REIKALAVIMŲ LAIKYMOSI SKIRTUMAI PASAULYJE

Paprastai, be energijos gamybos, įprasti modulio lygio prietaisai atlieka išjungimo arba saugos funkciją. Tačiau šios funkcijų pritaikomumas Šiaurės Amerikoje, Europoje ir kituose pasaulio regionuose skiriasi, todėl nuolat vyksta derybos, kokį poveikį tai turi saugai ir gaisrų rizikai bei sistemos našumui ir patikimumui. Svarbu įvertinti šios funkcijos numatomą rezultatą ir jos poveikį su sistema susiduriantiems asmenims.
Svarstant, ar naudoti moduliu pagrįstus išjungimo prietaisus, paprastai kalbama apie pirmųjų gedimą pastebėjusių asmenų saugą. Jei atsiranda atvirų laidų pavojus ar grėsmė susidurti su įtampa, tampa svarbu neutralizuoti sistemą. Remiantis gerąja gaisrų gesinimo praktika, patariama būti labai atsargiems ir vengti bet kokių savarankiškų veiksmų, kai gaisrai yra susiję su FV sistema.
Naudodami „SunSpec“ ryšio standartą ir „SunSpec“ sertifikuotą greito išjungimo prietaisą, SMA sukūrė sprendimą, kuris sumažina elektronikos prietaisų kiekį ant stogo bei, daugeliu atvejų, riziką kylančią asmenims, pirmiesiems susiduriantiems su gedimais ir gaisrais.
„SunSpec“ greito išjungimo signalas – tai paprastas impulso perdavimas nuolatinės srovės maitinimo linijomis. FV modulyje esantis imtuvas – tai nedidelis įrenginys, leidžiantis apsaugoti asmenis nuo sistemos gedimo padarinių. Kitaip nei įprasti optimizatoriai, nuolat aktyviai konvertuojantys ir vartojantys energiją, kuriantys šilumą ir nusidėvintys, „SunSpec“ veikia pasyviai. Todėl „SunSpec“ įrenginys nusidėvi minimaliai, o jo energijos sąnaudos yra mažos. Prietaisą galima iš anksto sumontuoti ant žemės, taip panaikinant poreikį montuotojui lipti ant stogo. Galiausiai pagal „SunSpec“ signalą veikiantis prietaisas yra suderinamas su kitomis sistemomis, o tai reiškia, kad tiekėjui pasitraukus iš rinkos, montuotojas galės nekliudomai prižiūrėti arba pakeisti patentuotą sprendimą.

DISKUSIJOS DĖL GAISRŲ RIZIKOS EUROPOJE

Svarbu nustatyti priežastis, kodėl pasaulinės rinkos nepriėmė panašių nuostatų.
Regionuose, kuriuose modulių lygio išjun- gimas neprivalomas, nurodomos trys pa- grindinės šio sprendimo priežastys: rizika montuotojams, klaidingas saugumo pojūtis ir padidėjęs gaisro pavojus.
Montuodami modulio išjungimo prietaisus montuotojai daugiau laiko praleidžia ant stogo, todėl jiems kyla pavojus nukristi. 2018 m. DSSA duomenimis, „Pagrindi- nės privataus sektoriaus darbuotojų mirčių priežastys statybos sektoriuje buvo: kritimai, smūgiai įvairiais daiktais, elektros iškrova ir įstrigimas.“ Dėl kritimo statybos sektoriuje buvo registruota 33,5 % mirties atvejų.
Viena vertus, montuojant įrenginius turinčius apsaugoti pirmuosius su gedimu susiduriančius asmenis kyla pavojus montuotojams nukristi nuo stogo. Kita vertus, montuotojai apsaugo pastaruosius įvykus realiam sistemos gedimui ar degimui. Kita reali grėsmė – sisteminių elektronikos prietaisų gausa, kuri didina gedimo bei gaisro riziką.

AUKŠTO LYGIO KOMERCINIAI GEDIMAI

Įprastuose FV moduliuose yra dvi nuolatinės srovės jungtys. Kiekviename pridedame MLGI prietaise yra dar keturios papildomos jungtys. Patrigubinus kabelių ir kontaktų skaičių, kurie bėgant laikui gali atsilaisvinti arba būti kitaip pažeisti dėl skirtingų gamintojų dalių nesuderinamumo, vandens, klimato ir laukinės gamtos poveikio, atitinkamai padidėja gedimų ir gaisro rizika.
Ši problema neseniai iškilo plačiai JAV nušviestame ginče tarp mažmeninės prekybos giganto „Walmart“ ir saulės energijos sistemų diegėjo „Tesla“. „Walmart“ pateikė „Tesla“ ieškinį už 240 parduotuvėse įrengtų FV sistemų pašalinimą po kelių gaisrų. Apie šią bylą buvo pranešama žiniasklaidoje. Prekybos tinklas „Walmart“ buvo kaltinamas dideliu aplaidumu. Jungtys ant stogo buvo įvardijamos vienu pagrindinių gaisrų kaltininku.
Nors byla buvo išspręsta neteisminiu būdu, o abi šalys neigė savo kaltę, šis ieškinys parodė, kaip svarbu mažinti detalių su jungtimis skaičių ant stogo. Mažiau jungčių, kabelių ir elektronikos komponentų ant stogo - mažesnė ir gedimų bei gaisro rizika.
Skirtingos pasaulio rinkos šią problemą sprendžia nevienodai, SMA „ShadeFix“ saugos funkcijas užtikrina naudodama modelį, atitinkantį kodekso reikalavimus, padidinantį energijos gamybą ir eksploatavimo laikotarpiu sukauptos energijos kiekį bei sumažinantį eksploatavimo riziką.

GERESNIS ENERGIJOS OPTIMIZAVIMO MODELIS
Nors  įprastas  modulio  lygio  optimizavimas  pašalino  tam  tikras  ankstesnių  FV  sistemų  problemas,  dabar pažangi optimizavimo technologija padidino ir sistemos galią, eksploatavimo laikotarpiu sukauptą energiją, pagerino montuotojo saugumą ir sumažino sistemos priežiūros rizikas. Montuotojai apie SMA „ShadeFix“ ir „SunSpec“ sertifikuotus išjungimo prietaisus daugiau  gali sužinoti apsilankę www.SMA.de, www.SMA-America.com arba kreipdamiesi į vietinį SMA atstovą.