Оптимизаторы мощности — электронные устройства, установленные на фотоэлектрических модулях или в распределительных коробках модулей, задача которых состоит в том, чтобы обеспечить работу каждой солнечной панели в солнечной станции в точке максимальной мощности. Солнечный оптимизатор это DC-DC преобразователь. Модули со встроенными оптимизаторами мощности еще называются смарт-модулями.

Использование оптимизаторов мощности позволяет добиться большей производительности электроэнергии от солнечных станций — от нескольких до даже нескольких десятков процентов. Особенно оптимизаторы мощности выгодны при несоответствии напряжения на фотоэлектрических модулях.

Предпосылки к установке солнечных оптимизаторов мощности

Несоответствие может возникать не только при частичном затенении солнечной панели, но также из-за следующих факторов:

  • Допуск тока по напряжению, применяемый производителями. Предполагается что уровень электрического несоответствия модулей уже в новых солнечных батареях составляет 3-7%.
  • Неравномерное старение отдельных фотоэлементов в солнечных модулях.
  • Частичное загрязнение некоторых участков солнечных панелей.
  • Неравномерный нагрев модулей и ячеек в модуле.
  • Отражение или преломление солнечных лучей от остекления соседних зданий на некоторые участки солнечной электростанции.
  • Поврежденные шунтирующих диодов или других элементов в фотоэлектрическом модуле.

Кроме того, поскольку большинство производителей не оснащает свои инверторы более чем двумя MPPT контроллерами применение солнечных оптимизаторов хорошо подходят к фотоэлектрическим станциям имеющим много разнонаправленных массивов солнечных батарей. В этом случае возможно применение более дешевого инвертора с одним MPPT входом.

Принцип работы оптимизатора мощности

Оптимизаторы мощности осуществляет поиск максимальной точки мощности на уровне отдельного фотоэлектрического модуля. Сам принцип этого процесса может отличаться у разных производителей. Если на солнечном модуле возникает тень, то ток, который способен генерировать фотоэлектрический модуль, уменьшится. Если этот модуль соединен последовательно с другими модулями, падение тока в затененном модуле приведет к падению тока во всей цепи модулей, или модуль будет «отключён» шунтирующим диодом. Оптимизатор же отслеживает точку максимальной мощности независимо на каждом солнечном модуле.

Солнечный оптимизатор мощности — пример работы

Чтобы понять преимущества установки на основе смарт-модулей, давайте проанализируем производительность системы, состоящей из 10 модулей номинальной мощностью 260 Вт, один из которых затенен примерно на 15%. Все модули объединены в один последовательный стринг.

Использование солнечных оптимизаторов на стринге солнечной электростанции

Каждый из незатененных модулей имеет вольт-амперную характеристику, как показано на графике A. В свою очередь, затененный модуль имеет вольт-амперную характеристику, как показано на графике B.

Вольт-амперная характеристика солнечные оптимизаторы

В случае классической системы инвертор принимает рабочие параметры на уровне тока 7,2 А, достигая 30,8 В, но более мощные фотоэлектрические модули адаптируют свой ток к более слабому модулю. В этом случае все модули будут работать с мощностью около 222 Вт каждый, а вся система будет иметь мощность около 2 220 Вт, то есть примерно на 14,5% меньше номинальной мощности. Если инвертор с системой MPPT сдвигает точку максимальной мощности в сторону более низкого напряжения — около 30,6 В и более высокого тока — около 8,5 А — которое может быть получено из незатененных модулей, при этом шунтирующие диоды «отключат» затененный модуль, от которого мощность будет равна 0. Z в свою очередь, незатененные модули смогут работать с номинальной мощностью 260 Вт, а вся система будет иметь мощность около 2340 Вт, то есть примерно на 10% меньше номинальной мощности.

При использовании смарт-модулей с оптимизаторами мощности, затененный модуль будет генерировать 222 Вт, не влияя на хорошо освещенные модули, которые смогут генерировать 260 Вт каждый. Следовательно, вся система сможет генерировать 2562 Вт, что всего на 1,5% меньше номинальной мощности.

Таким образом применение оптимизаторов для солнечных модулей может способствовать повышению выработки электроэнергии всей солнечной станции в независимости от применяемого инвертора.