27 lat temu w austriackim regionie Vorarlberg uruchomiono 30 egzemplarzy Fronius Sunrise, pierwszego falownika z logo Fronius. Od 1999 roku tworzą rdzeń niezwykłej instalacji PV połączonej z konstrukcją elewacji. To ewenement, albowiem statystyki pokazują, że przeciętna żywotność falowników fotowoltaicznych jest o połowę krótsza. Jak to się dzieje, że niektóre urządzenia starzeją się wolniej od innych? Jakie czynniki mają tu znaczenie i jak można podnieść żywotność falownika? O tym wszystkim przeczytasz tutaj.
Pod koniec lat 90. dwóm siostrzanym firmom doma vkw Energietechnik i Ernst Schweizer GmbH udało się coś absolutnie wyjątkowego. Jako wykonawca instalacji PV, a obecnie partner Fronius, firma doma vkw Energietechnik w 1999 roku samodzielnie uruchomiła instalację PV o mocy 49 kWp, zintegrowaną z elewacją budynku, w którym mieści się jej siedziba. Sercem systemu jest ponad 30 falowników, które po 27 latach nadal dostarczają tanią energię słoneczną. I to pomimo faktu, że przeciętna żywotność falownika to zaledwie 10–15 lat.
Tylko dwie awarie falowników fotowoltaicznych w ciągu 27 lat
Martin Frick, dzisiejszy dyrektor zarządzający doma vkw, opowiada: „Świadomie wybraliśmy Froniusa. Sunrise był wtedy jeszcze bardzo młodym produktem, ale jakość przekonywała nas na przestrzeni lat. W sumie przez 27 lat awarii uległy dwa falowniki. Ale nie było to wielkim problemem. Trzy kupiliśmy w rezerwie. Trzeci zapasowy falownik nadal wisi niepodłączony i czeka, aż zastąpi jeden z pozostałych falowników”.
Wymienne falowniki są dziś przestarzałą koncepcją. Zamiast tego renomowani producenci oferują bardziej zrównoważone, nadające się do naprawy rozwiązania. Ale z czego wynika odporność falowników zainstalowanych w Vorarlbergu? Jedno jest pewne: to nie jest zwykły przypadek. Jakie środki można podjąć u siebie w domu, aby poprawić żywotność falownika? Oto pięć praktycznych wskazówek naszych ekspertów.
1. Zadbaj o odpowiednią temperaturę, by wydłużyć żywotność falownika
Jednym z najważniejszych czynników wpływających na żywotność falownika fotowoltaicznego jest temperatura. Ogólnie rzecz biorąc, falowniki lubią chłód. Wynika to z wrażliwości układów elektronicznych mocy: kondensatory i tranzystory są wrażliwe na zmiany temperatury. Ciepło przyspiesza reakcje chemiczne wewnątrz urządzenia, natomiast umiarkowana temperatura wydłuża żywotność podzespołów elektrycznych.
Zasada jest następująca:
+ 10°C = skraca życie podzespołów o połowę, natomiast –10°C = dwukrotnie wydłuża życie podzespołów
Prąd przepływający przez falownik wpływa na jego temperaturę pracy. Ponieważ przy każdej konwersji mocy – czy to z prądu stałego na prąd przemienny, czy odwrotnie — występują straty energii, która rozprasza się w postaci ciepła. Im wyższe obciążenie, tym wyższe straty, a przez to wyższa temperatura. Obudowa falownika przy pełnym obciążeniu potrafi nagrzać się do 70°C.
Temperatura otoczenia odgrywa również kluczową rolę dla żywotności falownika fotowoltaicznego i jego funkcjonowania. Wyższe temperatury utrudniają odprowadzanie ciepła przez otwory wentylacyjne, a jednocześnie zwiększają rezystancję elektryczną. I odwrotnie, niższa temperatura otoczenia ułatwia rozpraszanie ciepła odpadowego. Aby chronić swoje komponenty, wiele urządzeń automatycznie zmniejsza swoją moc przy temperaturze wewnętrznej około 50°C — jest to tak zwany derating, czyli redukcja mocy znamionowej. Falownik ogranicza swoją moc wyjściową, aby utrzymać temperaturę wewnętrzną na umiarkowanym poziomie i chronić elektronikę.
2. Wybieraj komponenty fotowoltaiczne wysokiej jakości
Jest zrozumiałe, że produkty nastawione na długowieczność i starannie produkowane są bardziej odporne niż te, które mają jedynie przynosić maksymalny zysk producentowi. Jeden tani element, taki jak kondensator, wystarcza do znacznego obniżenia żywotności falownika fotowoltaicznego. Z tego powodu decyduje ogólnie wysoki poziom świadomości jakości i porządne wykonanie na poziomie podzespołów. Obok kompleksowych testów wytrzymałościowych kluczem do wysokiej żywotności falownika są trwałe kondensatory, solidne półprzewodniki i wysokiej jakości transformatory.
Nasza przykładowa instalacja w Vorarlbergu z ponad trzydziestoma falownikami Fronius Sunrise pokazuje, że inwestowanie w wysokiej jakości komponenty fotowoltaiczne zwraca się na kilka sposobów. Instalacja ta nie tylko dostarcza energię elektryczną od 27 lat, ale otrzymała nawet nagrodę European Solar Prize. Dyrektor zarządzający Martin Frick jest przekonany: „Nasz system elewacyjny w połączeniu z falownikami Fronius Sunrise był wówczas bardzo innowacyjnym rozwiązaniem. Dzisiaj także chcemy oferować naszym klientom zawsze najlepsze, najnowsze, najbardziej innowacyjne produkty. Dlatego bardzo mocno polegamy na marce Fronius”.
Często mniej znaczy więcej: kto oszczędnie korzysta ze złożonych układów elektronicznych mocy, rzadziej pada ofiarą awarii. Wyjaśnienie jest proste: mniej elementów oznacza mniej potencjalnych źródeł usterek. Czy wiesz, że instalacje PV z optymalizatorami wydajności są bardziej podatne na usterki? To kolejny powód, dla którego producenci tacy jak Fronius odradzają stosowanie systemów optymalizujących. Możesz dowiedzieć się więcej na ten temat w tym wpisie na blogu.
3. Zadbaj o optymalne użytkowanie falownika fotowoltaicznego
To, jak ciężko musi pracować falownik fotowoltaiczny, wpływa na jego temperaturę pracy, a tym samym na jego przewidywaną żywotność. Im więcej energii przepływa i jest przekształcane przez falownik, tym więcej ciepła odpadowego powstaje przez straty konwersji i ogrzewa układy elektroniczne mocy.
Ale nie tylko stałe moce szczytowe powodują obciążenie urządzenia, a tym samym przekładają się na skrócenie żywotności falownika. Także stałe wahania mocy mają negatywny wpływ na jego stan. Dlaczego tak się dzieje? Robert Reinbrech, ekspert w dziedzinie energii słonecznej z Fronius International, wyjaśnia: „Jeśli obciążenie falownika gwałtownie wzrasta i spada, automatycznie zmienia się temperatura pracy. W rezultacie podzespoły stale się rozszerzają i kurczą — i to jest główna przyczyna zużycia. W pewnym momencie dochodzi do zmęczenia materiału, czego objawem są na przykład mikropęknięcia”.
Z chmurami, które zasłaniają słońce i wpływają na stopień wykorzystania instalacji, nie da się nic zrobić. Posiadacz instalacji PV może jednak odpowiednio zaprojektować system. Ogólna zasada brzmi: maksymalna moc modułów nie powinna przekraczać 150% mocy falownika. W przypadku falownika o mocy 10 kWp powinno się zamontować moduły o łącznej mocy 15 kWp. Jeśli moc generatora fotowoltaicznego przekracza ten poziom, w słoneczne dni falownik pracuje stale pod dużym obciążeniem, co w dłuższej perspektywie może źle na niego wpływać.
Ponadto zmniejszenie do minimum cienia padającego na moduły zainstalowane na dachu ułatwia pracę falownika fotowoltaicznego i wydłuża jego żywotność. Dzieje się tak, ponieważ cień padający na poszczególne moduły zmienia charakterystykę wydajności całego systemu. Falownik musi okresowo określać idealny punkt napięcia, aby optymalizować wytwarzanie energii. W przypadku niektórych falowników nie stanowi to problemu. Dotyczy to również falowników Fronius z systemem Dynamic Peak Manager, który pozwala w pełni wykorzystać możliwości systemu bez względu na cień. Natomiast inne urządzenia mogą nie być w stanie znosić zwiększonego obciążenia cieplnego i elektrycznego przez dłuższy czas.
Dobrym przykładem jest tutaj system firm Ernst Schweizer GmbH i doma vkw Energietechnik. Instalator zwracał uwagę na idealne warunki naświetlenia i unikał cienia.
4. Wybierz odpowiednią lokalizację dla falownika fotowoltaicznego
Nie każda lokalizacja jest w równym stopniu odpowiednia do umieszczenia falownika. Jak wspomnieliśmy w punkcie 1, konwersja energii elektrycznej wytwarza ciepło odpadowe, które musi zostać rozproszone. Aby wydłużyć żywotność falownika, lepiej umieścić go w chłodnym pomieszczeniu. Idealne miejsce powinno być również suche i dobrze wentylowane. Klasa ochronności IP urządzenia informuje, czy falownik fotowoltaiczny toleruje kurz i wilgoć. „IP” to skrót od „Ingress Protection”, co oznacza ochronę przed czynnikami zewnętrznymi. Począwszy od klasy ochronności IP 65, urządzenia są chronione przed kurzem i strumieniami wody pod każdym kątem i nadają się do montażu na zewnątrz.
Do takich urządzeń zalicza się falowniki niektórych producentów, w tym firmy Fronius. Tylko w bezpośrednim świetle słonecznym wydajność prawie wszystkich falowników spada i następuje redukcja mocy znamionowej opisana na wstępie. Wyjątkiem jest falownik Fronius Verto przeznaczony do domów wielorodzinnych oraz małych i średnich przedsiębiorstw. Osłona przeciwsłoneczna i aktywne chłodzenie sprawiają, że jest on odporny na tego rodzaju zjawiska. To przede wszystkim zasługa wbudowanych wentylatorów, które celowo odprowadzają ciepłe powietrze na zewnątrz.
Falowniki Fronius Sunrise w naszej pokazowej instalacji w Vorarlbergu nie posiadają tak zaawansowanego systemu chłodzenia. Pochodzą one z czasów, gdy standardem było chłodzenie pasywne. „Rozpraszanie ciepła zapewnia naturalna konwekcja, czyli wznoszenie się ciepłego powietrza i opadanie chłodnego powietrza. W przypadku braku miejsca i ciasnego rozmieszczenia falowników, zwłaszcza jednego nad drugim, może to prowadzić do akumulacji ciepła. Temperatura pracy wzrasta i cierpi na tym trwałość urządzeń” — wyjaśnia Robert Reinbrech z firmy doma vkw, ale jego projekt jest przykładem przewidującego rozmieszczenia falowników Fronius Sunrise: pomiędzy poszczególnymi urządzeniami jest wystarczająco dużo miejsca, aby zapewnić swobodną cyrkulację powietrza.
5. Zadbaj o odpowiednią konserwację
Dobra wiadomość jest taka, że falowniki nie wymagają częstej konserwacji. Wykonują swoją pracę przez wiele lat bez konieczności poświęcania im większej uwagi. Jednak żywotność falownika wydłuży się, jeżeli będziemy pamiętać o zaledwie kilku prostych czynnościach.
Robert Reinbrech, jako specjalista od energii słonecznej, ma kilka przydatnych wskazówek: „Podobnie jak w przypadku wszystkich urządzeń elektronicznych, warto od czasu do czasu sprawdzać wentylatory i otwory wentylacyjne oraz w razie potrzeby czyścić je z kurzu. Ułatwia to falownikowi odprowadzanie ciepła. Ważne jest, aby postępować ostrożnie. W razie wątpliwości lepiej pozostawić konserwację profesjonalistom”, albowiem falowniki zawierają wrażliwe elementy. Zakazane jest na przykład stosowanie agresywnych środków czyszczących. Kolejne zalecenie mające związek z kontrolowaniem temperatury, to sprawdzanie wszystkich połączeń. Trzeba jednak pamiętać, że musi to być wykonane przez specjalistę, w przeciwnym razie istnieje ryzyko śmiertelnego porażenia prądem. „Podczas konserwacji sprzętu instalator krótko sprawdza, czy wszystkie kable na spodzie lub z tyłu urządzenia są dobrze i bezpiecznie podłączone. Luźne połączenia są źródłem oporu elektrycznego i przyczyniają się do wytwarzania ciepła” — mówi ekspert firmy Fronius.
Każdy, kto korzysta z narzędzi do monitorowania dostępnych w aplikacji, może łatwo zidentyfikować wszelkie zmiany i problemy w instalacji PV i odpowiednio im przeciwdziałać. Jeśli pomimo nasłonecznienia system nagle wytwarza znacznie mniej energii słonecznej niż zwykle, można skonsultować się z instalatorem, aby dotrzeć do sedna problemu. Dzięki regularnej kontroli eksperta można zagwarantować bezpieczeństwo instalacji. Przy okazji wskazane jest omówienie możliwości optymalizacji instalacji lub (w razie potrzeby) rozbudowy pod kątem magazynowania energii elektrycznej, elektromobilności lub systemów ogrzewania.
To, co można zrobić samodzielnie z niektórymi falownikami, głównie za pośrednictwem aplikacji, to aktualizacja oprogramowania. Ważne jest, aby robić to w odpowiednim czasie, aby zapewnić funkcjonalność i bezpieczeństwo urządzenia.
Jak jeszcze można wydłużyć żywotność falownika? Warto zachować uważność: nietypowe dźwięki i zapachy oraz lampki ostrzegawcze są wyraźnym sygnałem, że coś jest nie tak. W takich przypadkach należy zawsze skonsultować się z wykwalifikowanym elektrykiem — między innymi po to, aby zapobiec ewentualnym uszkodzeniom i awariom systemu.
Oczywiste jest, że firma doma vkw korzysta tutaj z ogromnej przewagi, jaką jest bezpośredni dostęp do własnej instalacji. Jakie falowniki fotowoltaiczne można lepiej konserwować i utrzymywać w dobrym stanie niż te, które wykonują swoją pracę w siedzibie instalatora fotowoltaiki?
Podsumowanie: Jak przedłużyć żywotność falownika? Praktyczne wskazówki w pigułce
Żaden falownik nie będzie działał wiecznie, ale dzięki starannemu doborowi produktu, kilku drobnym sztuczkom i odrobinie uwagi można znacznie podnieść jego żywotność.
Falowniki fotowoltaiczne pracują najwydajniej w chłodnym i dobrze wentylowanym otoczeniu. Dzieje się tak, ponieważ zbyt wysoka temperatura w pomieszczeniu obciąża ich wrażliwe układy elektroniczne mocy, zmniejsza wydajność i na dłuższą metę szkodzi urządzeniu. Równie ważny jest wybór odpowiedniego falownika. Jeśli moduły wytwarzają więcej energii słonecznej niż można przekształcić, prowadzi to do przeciążenia, a tym samym do wysokich temperatur pracy falownika. Jeśli instalacja PV jest wyposażona w kilka falowników, należy je umieścić w odpowiedniej odległości od siebie. W przeciwnym razie może dojść do akumulacji ciepła, skutkiem czego jest przegrzanie urządzenia.
Jeśli wentylatory i otwory wentylacyjne będą czyste, kable i zaciski dobrze podłączone, a oprogramowanie urządzenia aktualne, w dłuższej perspektywie wpłynie to dobrze na kondycję falownika.
Ostatnia rada: cały wysiłek pójdzie na marne, jeśli zaniedbamy istotny czynnik, jakim jest jakość. Powiedzenie „kto kupuje tanio, ten kupuje drogo” rzadko kiedy okazuje się trafniejsze niż przy wyborze falownika. Jednokrotnie większa inwestycja, pozwalająca korzystać z własnej energii słonecznej przez kilka lat dłużej bez obaw i przy niewielkiej konserwacji, jest zawsze warta zachodu. Dyrektor zarządzający Martin Frick z doma vkw również o tym wie: „Temat zrównoważonego rozwoju jest oczywiście bardzo ważny w naszym przedsiębiorstwie. To bardzo ważne, abyśmy myśleli nie tylko o dniu dzisiejszym i jutrzejszym, ale także o tym, co nadejdzie później”. Dlatego szukamy zrównoważonych partnerów, na których będziemy mogli polegać przez lata i dekady. A firma Fronius jest wśród nich numerem 1”.
