Fotovoltaický střídač - účinnost není vše

Ekonomická krize se plně projevila i v České republice a spousta lidí zvažuje, co udělat se svými disponibilními finančními prostředky. Jednou ze zajímavých možností je investovat peníze do fotovoltaické elektrárny a množství instalovaných megawatt fotovoltaického výkonu v posledním roce to potvrzuje.

Na trhu lze nalézt širokou škálu fotovoltaických technologií od nás i ze zahraničí a potenciální zákazník je konfrontován informacemi o tom, která technologie, panel nebo dodavatel je nejlepší. Vyznat se v tomto prostředí a porozumět všem aspektům fotovoltaiky ale není pro laika jednoduché. Vývoj pokročil velmi rázně kupředu a výrobci se předhánějí v novinkách a senzačních objevech.

Nutno ovšem podotknout, že laboratoř není střecha. Mnohé firmy této nepřehledné situace zneužívají a v nabídkách slibují velmi nereálné věci. Často jsou to pouze distributoři zahraničních technologií s minimem zkušeností a nabízejí produkty, o kterých toho sami moc nevědí. Určité potíže vyznat se v současných technologiích mají někdy i banky a moc jim situaci neulehčují ani energetičtí auditoři s "kulatým razítkem". Jejich práce je velmi často neprofesionální a dělaná na "objednávku investora". Výsledkem jsou pak nekvalitní projekty, které s danou technologií a ostatními parametry nemohou dosáhnout očekávaných cílů.

V poslední době se proto investoři obracejí spíše na osvědčené technologie zavedených výrobců, i když se celá řada neinformovaných (lépe řečeno dezinformovaných) zákazníků nechá zlákat podbízivou cenou. Mnohdy si ale neuvědomují, že koupě fotovoltaické elektrárny není investice na několik let. Elektrárna není auto, které lze za tři roky prodat do bazaru, ale bude svému majiteli sloužit několik desetiletí. V následujících řádcích je krátká úvaha o "srdci" fotovoltaické elektrárny - střídači, který může být při špatné volbě nejcitlivější položkou jinak nízkých provozních nákladů fotovoltaického systému.

Střídač

Střídač, někdy nazývaný měnič nebo invertor, slouží k přeměně stejnosměrného napětí vyráběného fotovoltaickými panely na střídavé napětí elektrorozvodné sítě. Střídač však může mít i celou řadu dalších doplňkových funkcí (monitoring sítě a provozních údajů, ochranné funkce atd.). Na trhu jsou dnes k dispozici desítky až stovky typů takových zařízení. Řadu z nich můžeme považovat za kvalitní, jiné konkurují především nízkou cenou. Zde ale obzvláště platí známé přísloví: nejsme přece tak bohatí, abychom si mohli kupovat levné věci. To, co investor potenciálně ušetří na počáteční investici, může několikanásobně zaplatit v následných opravách nebo sníženým výkonem elektrárny.

Nejde však jen o cenu zařízení, častým mýtem je například tvrzení, že nejdůležitějším faktorem střídače je jeho účinnost. Ve skutečnosti je důležitá kombinace několika faktorů, které mají vliv na množství dodané energie. A dodaná energie je to nejdůležitější, co investor od fotovoltaické elektrárny očekává. K čemu je investorovi střídač s největší účinností, když v průběhu krásného slunečného dne odmítne plnit svou funkci a není zde např. možnost rychlé opravy? Finanční ztráta u fotovoltaické elektrárny např. o výkonu 1MW může být za pouhý jeden den v rozsahu několika desítek tisíc korun (záleží na konfiguraci systému: použití jednoho či více centrálních střídačů nebo střídačů řetězcových). Obdobně můžeme uvažovat i finanční ztráty u malých systémů na rodinných domech, kde jsou prodělky v poměru k ceně investice ještě markantnější. Ztráty u levnějších střídačů (obvykle také střídače s nižší účinností) bez dostatečné záruky kvalitních servisních služeb pak mohou mít na ekonomiku a návratnost investice zásadní vliv. Selský rozum tedy velí hledat optimální poměr cena/výkon. Rozumný investor si tak nebude všímat jen účinnosti nebo ceny, ale také dalších faktorů, které mají na spolehlivý chod invertoru vliv. Zde jsou některé z nich:

1. Účinnost: na datových listech výrobců rozeznáváme obvykle účinnost maximální a evropskou (popř. kalifornskou, dle použitých hodnot záření při měření). Maximální účinnost se pohybuje v současnosti u střídačů v rozmezí 90 - 98 %, ale sama o sobě není úplně vypovídající charakteristikou. Vysoká hodnota maximální účinnosti rozhodně negarantuje vysoké energetické zisky, střídač v provozu totiž dosáhne této hodnoty jen za optimálních podmínek (zpravidla při jmenovitém DC napětí a středních hodnotách AC výkonu). Zajímavější hodnotou je pro naše zeměpisné šířky spíše účinnost evropská, která je měřena při měnících se klimatických podmínkách. Evropská účinnost je průměrem účinnosti při různých stupních zatíženích střídače (měří se při 5, 10, 20, 30, 50 a 100 % nominálního výkonu), její hodnoty jsou tedy reálnější vzhledem k provozním podmínkám střídače. Na druhou stranu je ale třeba zmínit, že se tato charakteristika měří při optimálním napětí na DC straně, které je v provozu silně ovlivněno teplotou. Ta se logicky v průběhu roku mění. Do hry tedy vstupují další faktory a na množství získané energie má vliv jejich vzájemná souhra. Můžeme říci, že pro množství získané energie je důležitá vysoká euroúčinnost v celém rozsahu možných bodů maximálního výkonu použitých fotovoltaických panelů (MPP - maximum power point) a přesnost MPP trackeru, tj. elektronického zařízení, které nastavuje pracovní bod střídače tak aby odpovídal aktuálnímu bodu maximálního výkonu použitých panelů.
   
   
   
   
   
2. Rozsah MPP: udává rozsah napětí, ve kterém by měl být střídač schopen optimálně pracovat. Jak již je výše uvedeno, vstupní napětí se mění a je důležité, aby si střídač držel vysokou účinnost konstantně v celém pracovním rozsahu, výkyvy v hodnotách jsou nežádoucí.
   
   
   
   
   
3. Účinnost přizpůsobení MPP: velmi důležitým faktorem je účinnost přizpůsobení MPP. Jedná se o parametr udávající, jak rychle dokáže střídač měnící se klimatické podmínky zaregistrovat a na změnu adekvátně a přesně reagovat. Čím delší je prodleva, tím horší jsou výsledky. Tuto funkci ve střídači obstarává tzv. MPP tracker. Jedná se o zařízení pro sledování bodu maximálního výkonu (MPP), které změnou vstupního odporu zajišťuje optimální chod střídače. Hodnota této charakteristiky u kvalitních střídačů neklesá pod 99%.
   
   
4. Střídač s transformátorem nebo bez něj? Střídače s největšími hodnotami absolutní účinnosti jsou obvykle střídače beztransformátorové. Jejich výhodou je logicky o něco vyšší účinnost, naopak nevýhodou je absence galvanického oddělení. Galvanické oddělení znamená maximální ochranu střídače před poškozením (oddělení stejnosměrné a střídavé strany) a je nezbytně nutné například u fotovoltaických systémů s tenkovrstvými panely (amorfní křemík, mikromorphy, CIS atd.). V některých zemích (např. Itálie) nejsou dokonce střídače bez galvanického oddělení povoleny.
   
   
   
   
   
5. Koncepce využívající větší počet výkonových dílů. Někteří výrobci mají ve svých střídačích zabudováno několik výkonových stupňů. To je důležité pro stálý chod střídače, jeho účinnost a prodloužení životnosti. Při částečném zatížení pracuje s vyšší účinností nižší výkonový stupeň (stupně), další se zapínají podle měnících se klimatických podmínek. Tato koncepce je důležitá zejména v oblastech s častou změnou klimatu (Česká republika), kde jsou střídače často díky oblačnosti a mlhám zatíženy pouze částečně. Sleduje se i hodinové využití jednotlivých výkonových stupňů a využívá se vždy ten nejméně "opotřebený" díl. Životnost střídače se tak prodlužuje, provozní náklady klesají. Navíc, při poruše výkonového dílu střídač pracuje i nadále, ostatní výkonové díly převezmou jeho práci a investor ani nemusí poznat výpadek ve výrobě. Stačí vyměnit chybný díl a střídač bude pracovat na plný výkon i v nadprůměrně slunečných dnech (jen v těchto dnech totiž hrozí, že by mohl vadný výkonový díl "ořezávat výkon" invertoru).
   
   
6. Sběr a analýza dat. Investory často opomíjená, ale důležitá funkce. Zejména u větších instalací je sběr dat a analýza informací důležitá pro bezchybnou kontrolu chodu systému. Při změně výtěžnosti produkce musí mít investor v rukách nástroj, který ho na chybu upozorní a umožní mu neprodleně reagovat. Hledat svépomocí chybu často u několika desítek invertorů může být časově náročná a nákladná záležitost. Výrobci střídačů nabízejí celou řadu komunikačních a datových zařízení umožňující komfortní kontrolu výroby a sledování poruch. Stahování dat na počítače a zobrazování na displejích pomocí kabelových či bezdrátových technologií (např. bluetooth) je dnes standardem, stejně jako zasílání chybových hlášení pomocí sms nebo e-mailu. Známější výrobci nabízejí možnost sledovat data o vlastní výrobě také prostřednictvím centrálních serverů. Majitel elektrárny pak může sledovat a porovnávat výtěžnost odkudkoliv, kde má připojení k Internetu.
   
   
7. Chlazení a řízení teploty, venkovní či interiérové použití. Manipulace. Opět existuje celá řada technických řešení. Teplota střídače může poměrně citelně ovlivnit jeho účinnost. Základem je proto použití kvalitní elektroniky pracující bezchybně i při vysokých teplotách a dobrý systém chlazení či odvětrávání. Jako výhodné se jeví např. chlazení pomocí uzavřeného chladiče (obvykle trubice), kdy se chladící vzduch nedostane přímo do kontaktu se základní deskou a elektronikou. Prach a vlhkost tak zůstávají mimo vlastní střídač. Výhodou některých střídačů je také možnost napájet ventilátory chlazení z externího zdroje a není tedy nutné spotřebovávat vlastní vyrobenou elektřinu. O možném použití střídače "venku nebo uvnitř" nás informují stupně krytí IP (Internationl Protection), které znamenají odolnost zařízení proti vniknutí cizího tělesa či vniknutí kapalin. Většinu moderních střídačů je dnes možné samozřejmě instalovat uvnitř a při splnění určitých podmínek i ve venkovním prostředí. Zajímavým aspektem u střídačů je také variabilnost jejich instalace, manipulovatelnost a snadnost údržby. I přes snahu výrobců připomínají např. některé centrální střídače stále poměrně "těžké a velké krabice", jejichž oprava znamená často komplikovanou záležitost. Výhodu mají střídače s jednotlivými výkonovými stupni, jejichž oprava znamená pouze rychlou výměnu chybného dílu. Není tedy nutné rozebrat celé zařízení. U výkonově menších střídačů nabízí dnes většina výrobců poměrně snadnou manipulaci, nízkou hmotnost a různou variabilitu instalace.
   
   
8. Servis. Kvalitní a rychlý servis nebo dobře sepsaná servisní smlouva je vůbec základním předpokladem bezproblémové investice. Ačkoli je fotovoltaika v ČR poměrně mladým odvětvím, jsou již z praxe známy mnohé případy, kdy dodavatel nebyl schopen střídač v rozumné době opravit nebo alespoň vysvětlit důvod, proč se např. střídač několikrát za den odpojí ze sítě. Je zřejmé, že se často nemusí jednat o poruchu samotného střídače (na vině může být např. kolísání napětí sítě). Informační a technická podpora dodavatele ale často chybí a investor přichází zbytečně o peníze. Zmiňované případy se týkají jak "světových značek", tak střídačů levnější a méně známé provenience. Jednoznačnou výhodu tak mají výrobci střídačů, kteří mají v České republice obchodní zastoupení, servisní centrum nebo proškolenou síť partnerů. I ten nejlepší střídač je pouze sestava elektronických součástek a dříve nebo později se může porouchat. Každá taková porucha stojí investora peníze, a proto je třeba servisní smlouvě, garancím a dodavateli věnovat zvýšenou pozornost.

Výše uvedené aspekty patří jen k některým rozhodovacím kritériím pro koupi střídače, které by měl investor fotovoltaické elektrárny vzít v úvahu. Podmínkou dobré investice tedy není jen často proklamovaná vysoká účinnost invertoru nebo jeho cena, ale soubor několika provázaných faktorů, ke kterým patří zejména spolehlivý provoz, vysoká a stálá účinnost při měnících se klimatických podmínkách, technická koncepce střídače a zejména kvalitní technická podpora a servis.