Tεχνική Πληροφορία Διαδικασία Derating για Sunny Boy και Sunny Tripower Με τη διαδικασία Derating, ο μετατροπέας μειώνει την απόδοσή του, ώστε να προστατεύσει τα εξαρτήματα από υπερθέρμανση. Αυτό το έγγραφο επεξηγεί πώς ρυθμίζεται η θερμοκρασία στον μετατροπέα, ποιες είναι οι πιθανές αιτίες ενεργοποίησης της διαδικασίας Derating και ποια μέτρα μπορούν να ληφθούν για την αντιμετώπισή τους. Temp-Derating-TI-el-13 Έκδοση 1.3 ΕΛΛΗΝΙΚΑ
1 Τι είναι η διαδικασία Derating; SMA Solar Technology AG 1 Τι είναι η διαδικασία Derating; «Derating» σημαίνει ελεγχόμενη μείωση της ισχύος του μετατροπέα. Σε κανονική λειτουργία, οι μετατροπείς λειτουργούν στο σημείο μέγιστης ισχύος, το λεγόμενο σημείο Maximum Power Point. Σε αυτό το σημείο, η σχέση ανάμεσα στη φωτοβολταϊκή τάση και το φωτοβολταϊκό ρεύμα είναι ρυθμισμένη έτσι, ώστε να προκύπτει η μέγιστη ισχύς. Η θέση του σημείου μέγιστης ισχύος (ΜΡΡ) μεταβάλλεται συνεχώς, π.χ. σε συνάρτηση με την ηλιακή ακτινοβολία και τη θερμοκρασία των φωτοβολταϊκών μονάδων. Η διαδικασία Derating εξυπηρετεί στην προστασία των ευαίσθητων ημιαγωγών του μετατροπέα από υπερθέρμανση. Αν στα επιτηρούμενα εξαρτήματα επιτευχθεί η μέγιστη επιτρεπτή θερμοκρασία, τότε ο μετατροπέας μετατοπίζει προς τα κάτω το σημείο λειτουργίας σε μια περισσότερο μειωμένη ισχύ. Έτσι μειώνεται σταδιακά η ισχύς. Σε ακραίες περιπτώσεις ο μετατροπέας απενεργοποιείται εντελώς. Μόλις η θερμοκρασία των εξαρτημάτων που κινδυνεύουν πέσει κάτω από την κρίσιμη τιμή, ο μετατροπέας ενεργοποιεί ξανά το ιδανικό σημείο λειτουργίας. Εικόνα 1: Παράδειγμα μείωσης ισχύος κατά τη διαδικασία Derating Η διαδικασία Derating μπορεί να παρουσιαστεί για διαφορετικούς λόγους, μερικοί εκ των οποίων αναφέρονται στη συνέχεια: Εάν από τις συνθήκες εγκατάστασης εμποδίζεται η απαγωγή θερμότητας του μετατροπέα. Εάν οι μετατροπείς λειτουργούν υπό απευθείας ηλιακή ακτινοβολία ή οι υψηλές θερμοκρασίες του περιβάλλοντος δεν επιτρέπουν πλέον την απαγωγή θερμότητας. Εάν η Φ/Β γεννήτρια και οι μετατροπείς είναι προσαρμοσμένα μεταξύ τους με ιδιαίτερα δυσμενή τρόπο (ισχύς της Φ/Β γεννήτριας προς την ισχύ του μετατροπέα). Εάν το σημείο εγκατάστασης του μετατροπέα βρίσκεται σε δυσμενές υψόμετρο (π.χ. υψόμετρα στην περιοχή του μέγιστου υψομέτρου λειτουργίας πάνω από τη μέση στάθμη θάλασσας βλ. κεφάλαιο «Τεχνικά χαρακτηριστικά» στις οδηγίες χρήσης του μετατροπέα). Έτσι ενισχύεται η διαδικασία Derating, επειδή όσο αυξάνεται το υψόμετρο μειώνεται η πυκνότητα του αέρα και επομένως μειώνεται η ψυκτική δράση του αέρα. Εάν στον μετατροπέα υπάρχει μια σταθερά υψηλή τάση DC (U_MPP). Δεδομένου ότι και η εκάστοτε τάση λειτουργίας DC έχει μια αξιόλογη επίδραση στη συμπεριφορά Derating του μετατροπέα, είναι σκόπιμη για καλύτερη κατανόηση, η παρουσίαση διαφόρων τάσεων λειτουργίας μέσω της πορείας θερμοκρασίας (βλ. εικόνα 2). Η απεικόνιση της πορείας της διαδικασίας Derating σε συνάρτηση με την τάση λειτουργίας DC ενός μετατροπέα SMA πραγματοποιείται σύμφωνα με τις τρέχουσες επιταγές των προτύπων (π.χ. DIN EN 50524), δηλαδή κάθε φορά στην ελάχιστη τάση DC (U_MPP_Min), στην ονομαστική τάση DC (U_ονομ) και στη μέγιστη τάση DC (U_MPP_Max). 2 Temp-Derating-TI-el-13 Tεχνική Πληροφορία
SMA Solar Technology AG 1 Τι είναι η διαδικασία Derating; Εικόνα 2: Παράδειγμα για τη συμπεριφορά Derating ενός μετατροπέα SMA σε διάφορες τάσεις λειτουργίας Στην παρακάτω εικόνα (εικόνα 3) φαίνονται ενδεικτικά διάφορα σημεία λειτουργίας μιας Φ/Β εγκατάστασης (Αυστραλία, Alice Springs, 140 % υπερδιαστασιολόγηση) σε συνάρτηση με την αντίστοιχη θερμοκρασία περιβάλλοντος και την εκάστοτε τάση λειτουργίας DC, που ρυθμίζεται στη Φ/Β γεννήτρια. Στην αριστερή περιοχή της χαρακτηριστικής καμπύλης είναι δυνατή μια αδιάκοπη λειτουργία με πλήρη ισχύ. Στην εικόνα φαίνεται, ότι δεν επιτρέπεται να υπερεκτιμάτε η επίδραση υψηλών τάσεων λειτουργίας DC στη συμπεριφορά θερμοκρασίας. Η τάση λειτουργίας DC μειώνεται για παράδειγμα όσο αυξάνεται η θερμοκρασία από τα 800 VDC στους 15 C στα 720 VDC στους 40 C. Η μέγιστη τάση DC του μετατροπέα απεικονίζει επομένως περισσότερο ένα τεχνικό όριο παρά μια κανονική διαδικασία λειτουργίας. Δεν υπάρχει κανένα σημείο λειτουργίας της Φ/Β γεννήτριας, στο οποίο θα ήταν απαραίτητο, να πρέπει ο μετατροπέας να τροφοδοτεί με πλήρη ισχύ σε θερμοκρασίες άνω των 31 C (στα 800 V). Εικόνα 3: Σημεία λειτουργίας μιας Φ/Β εγκατάστασης και χαρακτηριστική καμπύλη του εύρους λειτουργίας, στο οποίο ο μετατροπέας μπορεί να τροφοδοτεί με πλήρη ισχύ (τοποθεσία της Φ/Β εγκατάστασης: Αυστραλία, Alice Springs, 140% υπερδιαστασιολόγηση) Το Derating δεν έχει κατά κανόνα αρνητικές επιδράσεις στον μετατροπέα. Όταν ο μετατροπέας βρίσκεται στην κατάσταση λειτουργίας «Derating», το γεγονός αυτό εμφανίζεται μέσω ενός αναμμένου LED και μιας προειδοποίησης στην οθόνη του μετατροπέα. Ο μετατροπέας δείχνει αυτή την προειδοποίηση, μέχρι να απενεργοποιηθεί όταν πέσει σκοτάδι. Tεχνική Πληροφορία Temp-Derating-TI-el-13 3
2 Σχεδιασμός εγκατάστασης και διαδικασία Derating SMA Solar Technology AG 2 Σχεδιασμός εγκατάστασης και διαδικασία Derating Στον σωστό σχεδιασμό μιας φωτοβολταϊκής εγκατάστασης δεν χρειάζεται να αποκλείεται εντελώς η διαδικασία Derating. Οι φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις βελτιστοποιούνται με γνώμονα τη συνολική ενεργειακή απόδοση. Η ισχύς που είναι διαθέσιμη στην έξοδο του μετατροπέα προκύπτει από την ισχύ που παρέχει η φωτοβολταϊκή γεννήτρια και τον βαθμό απόδοσης του μετατροπέα. Σημασία έχει επομένως να είναι όσο το δυνατό μεγάλο το γινόμενο αυτών των δύο συντελεστών. Στην εικόνα 4 παρουσιάζεται ενδεικτικά στην περιοχή Freiburg im Breisgau της Γερμανίας πόση ενέργεια κατά τη διάρκεια του έτους είναι διαθέσιμη σε ποιες περιοχές του εύρους ισχύος της Φ/Β γεννήτριας. Η συχνότητα με την οποία εμφανίζονται οι εκάστοτε τιμές ισχύος απεικονίζεται στο διάγραμμα. Οι μειωμένες τιμές ισχύος στην κάτω περιοχή μερικού φορτίου συμβάλλουν σημαντικά στη συνολική ισχύ, επειδή προκύπτουν πολύ συχνά. Εικόνα 4: Προσφορά ενέργειας σε σχέση με το εύρος ισχύος της Φ/Β γεννήτριας (παράδειγμα Freiburg im Breisgau, Γερμανία) Από την πορεία του βαθμού απόδοσής του εξαρτάται πόσο αποτελεσματικά εφαρμόζει ο μετατροπέας την εκάστοτε διαθέσιμη ισχύ της Φ/Β γεννήτριας. Για να αποφύγετε τη διαδικασία Derating σε υψηλές τιμές ισχύος της φωτοβολταϊκής γεννήτριας, μπορείτε να επιλέξετε μετατροπέα με ονομαστική ισχύ μεγαλύτερη του 100% της ισχύος της γεννήτριας. Σε αυτή την περίπτωση όμως το μεγαλύτερο μέρος των αποδόσεων μερικού φορτίου θα βρίσκονται σε περιοχή στην οποία ο μετατροπέας έχει σχετικά μικρό βαθμό απόδοσης. Οι απώλειες στην περιοχή μερικού φορτίου θα ήταν μεγαλύτερες από το όφελος από την πλήρη αξιοποίηση των κορυφαίων τιμών ισχύος (πρβ. εικόνα 6). Εικόνα 5: Βαθμός απόδοσης και ισχύος εισόδου και εξόδου του μετατροπέα, όταν η ονομαστική ισχύς του μετατροπέα είναι 90% έως 100% της ισχύος της γεννήτριας 4 Temp-Derating-TI-el-13 Tεχνική Πληροφορία
SMA Solar Technology AG 2 Σχεδιασμός εγκατάστασης και διαδικασία Derating Εικόνα 6: Βαθμός απόδοσης και ισχύος εισόδου και εξόδου του μετατροπέα, όταν η ονομαστική ισχύς του μετατροπέα είναι μεγαλύτερη από 100% της ισχύος της γεννήτριας Με ιδανική προσαρμογή της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης, η διαδικασία Derating προκύπτει μόνο σπάνια. Μια υποδιαστασιολόγηση του μετατροπέα σε σχέση με τη Φ/Β γεννήτρια μπορεί να είναι η αιτία για συχνό Derating (αιτίες για συχνή διαδικασία Derating βλ. κεφάλαιο 1, σελίδα 2). Μπορείτε να βρείτε τον ιδανικό σχεδιασμό της φωτοβολταϊκής σας εγκατάστασης με τη βοήθεια του λογισμικού σχεδιασμού «Sunny Design». Μπορείτε να κατεβάσετε δωρεάν το Sunny Design από τη διεύθυνση www.sma-solar.com. Tεχνική Πληροφορία Temp-Derating-TI-el-13 5
3 Απαγωγή θερμότητας των μετατροπέων SMA Solar Technology AG 3 Απαγωγή θερμότητας των μετατροπέων Οι μετατροπείς της SMA διαθέτουν σύστημα ψύξης προσαρμοσμένο στην ισχύ και στον τύπο κατασκευής της συσκευής. Οι μετατροπείς με παθητική ψύξη εκπέμπουν μέσω ψυκτικών σωμάτων θερμότητα στον αέρα του περιβάλλοντος. Οι συσκευές ενεργητικής ψύξης με σύστημα OptiCool ψύχονται επιπρόσθετα. Μόλις η συσκευή αρχίζει να παράγει περισσότερη θερμότητα από όση μπορεί να μεταδοθεί μέσω του περιβλήματος, ενεργοποιείται ένας εσωτερικός ανεμιστήρας, ο οποίος δημιουργεί ένα ρεύμα αέρα μέσα από τα κανάλια ψύξης του περιβλήματος. Ο ανεμιστήρας είναι ελεγχόμενων στροφών, δηλαδή αυξάνει τον αριθμό των στροφών του όσο αυξάνεται η θερμοκρασία. Το πλεονέκτημα του ενεργού εξαερισμού είναι ότι ο μετατροπέας μπορεί να τροφοδοτεί με τη μέγιστη ισχύ του ακόμη και με αυξανόμενη θερμοκρασία. Η διαδικασία Derating προκύπτει μόνο, όταν δεν επαρκεί πλέον η ψύξη. Οι μετατροπείς με ενεργή ψύξη έχουν επομένως πρόσθετα αποθέματα ισχύος, σε σύγκριση με τις συσκευές με παθητική ψύξη. Εξασφαλίστε κατά την εγκατάσταση μετατροπέων μια επαρκή απαγωγή θερμότητας, έτσι ώστε να αποφύγετε τη διαδικασία Derating: Εγκαθιστάτε τους μετατροπείς σε δροσερά σημεία, δηλαδή καλύτερα στο υπόγειο από ό,τι στη στέγη. Επιλέγετε σημεία με επαρκή ανανέωση αέρα. Φροντίζετε ενδεχομένως για πρόσθετο εξαερισμό. Μην εκθέτετε τους μετατροπείς σε απευθείας ηλιακή ακτινοβολία. Κατά την εγκατάσταση σε υπαίθριους χώρους, εκμεταλλευτείτε τη σκιά που υπάρχει ή τοποθετήστε τους μετατροπείς κάτω από στέγαστρο. Τηρείτε τις ελάχιστες αποστάσεις από παρακείμενους μετατροπείς ή άλλα αντικείμενα, σύμφωνα με τις οδηγίες εγκατάστασης. Αυξήστε τις αποστάσεις, αν αναμένετε ότι στο σημείο εγκατάστασης θα υπάρχουν υψηλές θερμοκρασίες. Τοποθετήστε τους μετατροπείς έτσι, ώστε ο ένας να μην απορροφά θερμό αέρα άλλων μετατροπέων. Οι μετατροπείς με παθητικό σύστημα ψύξης τοποθετούνται υπό γωνία, ώστε η θερμότητα των ψυκτικών σωμάτων να μπορεί να διαφεύγει προς τα επάνω. Εικόνα 7: Διάταξη μετατροπέων με παθητικό σύστημα ψύξης για βελτιστοποίηση της απαγωγής θερμότητας: Sunny Boy 1300, Sunny Boy 1600, Sunny Boy 2100TL Στους μετατροπείς με ενεργό σύστημα ψύξης η ιδανική διάταξη εξαρτάται από τη θέση των ανοιγμάτων εισόδου και εξόδου αέρα. Στη συνέχεια παρατίθενται κάποια παραδείγματα. 6 Temp-Derating-TI-el-13 Tεχνική Πληροφορία
SMA Solar Technology AG 3 Απαγωγή θερμότητας των μετατροπέων Εικόνα 8: Διάταξη μετατροπέων με ενεργητικό σύστημα ψύξης (Sunny Boy) για βελτιστοποίηση της απαγωγής θερμότητας Εικόνα 9: Διάταξη μετατροπέων με ενεργητικό σύστημα ψύξης για βελτιστοποίηση της απαγωγής θερμότητας: Sunny Tripower Για μετατροπείς τύπου Sunny Tripower, δεν υπάρχουν ιδιαίτερες απαιτήσεις για τη διάταξη σε περίπτωση τοποθέτησης σε πολλές σειρές, χάρη στο εξελιγμένο σύστημα ψύξης. Tεχνική Πληροφορία Temp-Derating-TI-el-13 7
4 Χειρισμός της διαδικασίας Derating SMA Solar Technology AG 4 Χειρισμός της διαδικασίας Derating Οι μετατροπείς της SMA είναι κατασκευασμένοι έτσι, ώστε να μην υπάρχει υπέρβαση της επιτρεπόμενης θερμοκρασίας περιβάλλοντος σε περίπτωση σωστού σχεδιασμού της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης και σε κατάλληλες συνθήκες του περιβάλλοντος. Αν παρόλα αυτά προκύψει διαδικασία Derating λόγω της θερμοκρασίας, ενδέχεται να οφείλεται στα εξής: Ο μετατροπέας δεν μπορεί να απάγει επαρκή θερμότητα στον αέρα του περιβάλλοντος, επειδή τα ψυκτικά σώματα ή τα πλέγματα του ανεμιστήρα είναι λερωμένα ή δεν λειτουργούν οι ανεμιστήρες. Καθαρίστε τα σχετικά εξαρτήματα, όπως περιγράφεται στις οδηγίες εγκατάστασης του εκάστοτε μετατροπέα. Έχετε επιλέξει ισχύ μετατροπέα πολύ μικρή σε σχέση με την ισχύ της φωτοβολταϊκής γεννήτριας. Αυτό το είδος διαστασιολόγησης μπορεί να είναι σκόπιμο σήμερα για οικονομικούς λόγους και εφαρμόζεται συχνά στην πράξη. Σε ακραίες κλιματικές συνθήκες, π.χ. σε πολύ έντονη ηλιακή ακτινοβολία σε συνδυασμό με χαμηλές θερμοκρασίες των φωτοβολταϊκών μονάδων, μπορεί όμως η ισχύς της φωτοβολταϊκής γεννήτριας να υπερβεί την ονομαστική ισχύ του μετατροπέα, ακόμα με σωστό σχεδιασμό της εγκατάστασης. Το περιβάλλον εγκατάστασης του μετατροπέα δεν προσφέρει τις απαραίτητες κλιματικές συνθήκες (βλέπε κεφάλαιο «Τεχνικά χαρακτηριστικά» στις οδηγίες εγκατάστασης του εκάστοτε μετατροπέα). Ο μετατροπέας θα πρέπει να εγκατασταθεί από εξειδικευμένο προσωπικό σε πιο κατάλληλο σημείο. Φροντίστε ώστε να τηρούνται οι προτεινόμενες αποστάσεις ανάμεσα στις συσκευές. Αν η εγκατάσταση βρίσκεται σε σημείο με υψηλές θερμοκρασίες, αυξήστε και άλλο τις αποστάσεις. Εγκαθιστάτε τις συσκευές εκτός του ρεύματος θερμού αέρα των άλλων μετατροπέων (βλ. κεφάλαιο 3, σελίδα 6). Φροντίστε ενδεχομένως για πρόσθετη ψύξη του μετατροπέα. Σε περίπτωση περισσότερων μετατροπέων, φροντίστε ώστε το ρεύμα αέρα να ψύχει ομοιόμορφα όλες τις συσκευές. 8 Temp-Derating-TI-el-13 Tεχνική Πληροφορία