Vælg den rigtige inverter (vekselretter)

Dette er forholdsvis nemt at udregne: Vælger man en 3,3 kW inverter til 18 stk. solcellemoduler a 190W = 3420W, ja så skulle man tro, at inverteren har nok at lave.

Men NEJ! Lad os kikke lidt på, hvor meget en inverter egentlig 'laver' her i DK. Hvor tit vil en inverter arbejde ved fuld effekt? Vi skal huske, at inverteren er en dyr enhed, så den skal helst lave så meget som muligt og i så lang tid som muligt.

Figure 1.

Generelt kikker man på, hvor godt en inverter udnytter effekten fra solcellerne. Alle fabrikanter oplyser max. virkningsgrad (her oplyst til 96%) - men det er langt mere relevant at kikke på EU Efficiency, som her er 94,8%. Men selv EU Efficiency kan være misvisende!

Effektiviteten er opgivet ved en bestemt DC spænding og effekt. Nu bruger vi for det meste monokrystalinske solcellemoduler, da de er de bedste til prisen. De har størst ydelse og fylder derfor mindst arealmæssigt.

 

Figure 2.

Hvis vi kigger på et 3 kWp anlæg (DC anlæg) kræver det 16 stk. 190W solcellemoduler.  Max. Power Voltage er 35,8V * 16 = 576V i arbejdsspænding (belastet), men hvis de ikke er belastede (= afgiver strøm til inverteren), er 'Open-Circuit-Voltage' spændingen 44,6V ved 25°C, ved -25°C er den ca. 48V, altså 48V * 16 = 768V! Inverteren skal altså have en arbejdsspænding på 576V og skal kunne klare en max spænding på 768V. Det er der ikke mange 3 kW invertere, der kan. Så vi kobler solmodulerne i parallelforbindelse og får herved den halve spænding og den dobbelte strøm: 35,8V * 8 = 286V og en maximal spænding på 48V * 8 = 384V og en max strøm på 2 * 5,31A = 10,6A.

Vi prøver nu at sammenligne 2 invertere med transformator. Delta Solivia 3,0 og SMA SUNNY BOY 3000HF. Det er 2 meget anerkendte invertere på markedet.

Der findes transformatorbaserede invertere og transformerløse invertere. Hvad skal man vælge og hvorfor?
Transformator beskriver om DC siden på inverteren, altså strømmen på solcellesiden, er adskildt fra AC-siden (vekselstrøm), = strømmen i stikkontakten. Da man ikke kommer til at røre ved ledningeren på taget, har det ikke den store praktiske betydning, men skulle uheldet være ude, og en ledning kommer i klemme på taget, kan rammen på solcellemodulerne blive strømførende, eller hvis man på anden måde kan komme i berøring med anlægget. Hvis man skal bruge inverteren til tyndfilm-moduler er det meget vigtigt, at den er med transformator, da man her skal kunne jorde enten + eller - siden på solcellerne, ellers vil cellerne have en væsentlig hurtigere nedbrydningstid. Læs mere her. Hvis I kikker lidt på DC området, som en inverter kan arbejde indenfor, så vil I opdage, at modeller med transformator for det meste kan gå længere ned i DC spænding, og det betyder, at anlægget ikke er så følsomt over for skygge på cellerne. Det mest sikre er at vælge en inverter med transformator, men det koster ca. 1,5% i virkningsgrad, men har tll gengæld længere drifttid. Man kan altså ikke sammeligne invertere med og uden transformator.

Figur 3

Her er data fra en Delta Solivia 3,0. Som man kan se kan den MAX klare 540V, så anlægget skal deles op i 2 strenge.
På kurven til højre kan man aflæse virkningsgraden ved 286V til ca. 95%.

Figur 4

Figur 5

Her er det data fra en SMA 3000HF, og som det kan ses, så er MAX DC=700V, den kan altså heller ikke klare 768V, så her er det også 2 strenge.
Til højre kan man aflæse virkningsgraden ved 286V. Den er ikke højere end ved Solivia 3.0, selv om SMA oplyser bedre data.

Figur 6

Så vi er nødt til at regne på, hvilket arbejdsområde en inverter rent faktisk skal arbejde i, før vi kan forstå, hvor god en inverter egentlig er. Ifølge EU og MAX virkningsgraderne, så skulle SMA være bedre med sine 95,5% mod Delta med 94,8%, men i den virklige verden er dette ikke tilfældet, her er Deltaen faktisk bedre.

Skygge på solcellerne

Noget andet, der også er meget vigtigt for forståelsen af inverternes arbejdssituation, er inverternes MPP Voltage Range. Hermed menes der det spændingsområde, hvor inverteren kan hente energien fra solcellerne. Vi ved nu, at vi har cellerne i 2 strenge a 8 moduler, vi har altså 8 celler i serie a 35,8V ved 25°C, og ved 47°C, som er cellemes arbejdstemperatur, er spændingen kun ca. 33V * 8 celler = 264V.
SMA har min. MPP på 210V, hvilket betyder, at den mindst skal have 7 moduler i serie for at have spænding nok til at MPPT trackeren går i gang. Altså reelt kun et modul i overskud.
Delta har en min. MPP på 150V, hvilket svarer til 5 moduler, Deltaen har altså et overskud på 3 moduler.

Og hvilken betydning har det så?

Når vi skal montere moduler på taget eller jorden kan der forekomme skygger på modulerne, enten fra siden eller fra en flagstang, som vil skygge for et enkelt modul eller flere. Se mere her. Ved SMA 3000HF må der MAX være skygge på 1 modul ud af 8 moduler, før effekten vil falde på hele strengen; derimod ved en Delta Solivia 3,0 må der være skygge på 3 moduler ud af 8 moduler, dvs. over en trediedel må være i skygge, før inverterens MPPT tracker ikke kan hive nok effekt fra de moduler, der ikke er i skygge. Det betyder i den virkelige verden en betydelig større effektivitet og ydelse og i tillæg en længere daglig produktionstid.

Tomgangsforbrug

Som det ses på figur 4 og 6, skal en 3 kW inverter have ca. 200W fra solcellerne, før den afgiver effekt; man kan se på kurven, figur 4 & 6, at de begge falder hurtig ved lav effekt. Det har måske ikke den store betydning, men hvor mange timer drejer det sig om årligt, at solcellerne ligger under 5% ydelse her i Danmark?

Figur 7

På figur 7 kan vi aflæse tiden, inverteren arbejder under danske forhold. I 42% af tiden arbejder inverteren mellem 0-10% af fuld ydelse, i 16% af tiden er det mellem 10-20% af fuld ydelse. Hvis vi antager, at vi har ca. 4500 timer årligt, hvor solen er oppe, er det faktisk 1890 timer årligt, at inverteren ikke er i standby, men kun arbejder under 10% ydelse, er det under 5%, hvor en 3 kW inverter vil bruge det meste til egen drift.

Effekt Ydelse tiden i Timer Wh
150W 5% 3% 135 timer 20250Wh
120W 4%% 3,5% 157 timer 18840Wh
90W 3% 3,8% 171 timer 15390Wh
60W 2% 4% 180 timer 10800Wh
30W 1% 7% 315 timer 9450Wh
      Total 74,7kWh

Som det kan ses her til højre, vil et 3 kW anlæg arbejde ved 5% ydelse i 3% af drifttiden, svarende til 135 timer, svarende til ca. 20 kWh årligt. 

Hvis man nøjes med én inverter, og lægger effekten fra alle solpanelerne på den, får vi ca. en merproduktion på 74 kWh årligt.

Et 3 kW anlæg kan lave ca. 2.800 kWh årligt, så det svarer til 2,6% af årsydelsen, som vi mister, fordi vi ikke kan udnytte effekten i grå-vejr.

Hvad taber vi så i den høje ende.

Kurven her under viser tabet i % i forhold til over-belægningen på DC siden. Vi skal også huske at trække inverterens virkningsgrad fra først. Hvis vi tager Deltaen i figur 4 aflæser vi ca. 95,2% ved max ydelse, hvor Deltaen også begrænser den optagnene effekt fra solcellernen. Altså et tab på 4,8%.

Vi ved, at vi kan spare 2,6% af årsydelsen, hvis vi sparer én inverter. 2,6% aflæser jeg til ca. 137% herunder.

Vi skal dertil lægge inverterens tab på 4,8%, så vi kommer op på en faktor 1,43, som vi bør have på solcellesiden, før det kan betale sig at montere en større eller extra inverter.

Hvis vi tager f.eks. en Delta Solivia 3,3, som kan levere 3,3 kW på AC siden, skal vi altså ligge 1,43 mere på solcellesiden = 4.738 Wp, svarene til 25 stk. 190 W paneler!

Ved 4 kW er der mange, som ville sige, man skulle have 2 stk 2,5 kW invertere. Ja, det ville give det samme i årsydelse, MEN:

En inverter mere koster ca. 8.000 kr. 

En større inverter, eller en inverter mere, koster altså en del penge, som solcelleanlæget gerne skulle tjene hjem igen. F.eks. 10 år á 3 kr./kWh, så det svarer til 333 kWh, anlægget skal kunne producere mere pr år, svarene til 8% af den årlige produktion.

Vi går igen ind på kurven ved 143% og går 8% + 3,5% længere op og ser, at vi skal ligge en faktor 1,85 over, hvad vi har på AC siden.

Spændende tanke, at økonomisk set passer en Delta Soliva 3,3 til 6105 Wp på solcellerne. Altså 32 paneler á 190W. Først ved yderligere solceller bør man vælge 2 stk Delta Solivia 2,5 invertere.

Anker Mardal, Service tekniker.