Érvek és ellenérvek a napelemes kiserőművek invertereinek kiválasztásával kapcsolatosan. Napjainkban gomba módra szaporodnak a napelemes kiserőművek (50 kVA és 50 MVA közötti teljesítménnyel) és a háztartási méretű kiserőművek (0-50kVA). A 2011. évi hazai támogatási rendszer örvendetes változásai miatt nálunk is megjelentek már a háztartási méretű kiserőműveknél (HMKE) nagyobb teljesítményű rendszerek. A szakterület újdonsága miatt azonban sokakban felmerül a dilemma: a kiserőműben ugyanazon fotovoltaikus invertereket kell használni, mint a családi házas rendszerekben, vagy esetleg mást?
A világ más országaiban megvalósult kiserőművekben vagy a központi, azaz centrális invertert, vagy a decentralizált struktúra szerinti invertereket alkalmazzák. Hogy mikor melyik a célszerű, és hogy milyen mértékben célszerű felosztani a teljesítményt az egyes inverterek között, az alábbiakban taglaljuk. Segítségünkre van számos nemzetközi referencia, amelyet anyacégünk, a SIEL - SIAC Európa számos országában már megvalósított.
Sajnos a tisztánlátást károsan befolyásolja, hogy a magyar piacon sok magát szaktekintélynek gondoló „pancser” van, akik számos szakmailag téves állítást, ostobaságot mondanak és írnak. A saját termékeiket agresszíven kínáló kereskedők még az Ohm-törvényt sem ismerik, és tisztelik! Gondolom mindenki találkozott már olyannal, hogy: „…én 20 év garanciát vállalok mindenre…” „…a nálam vásárolt napelemes rendszer sokkal több energiát fog neked termelni…” stb. Mindenki döntse el saját maga, hogy mennyire veszi komolyan az ilyen „szakembereket”, cégeket, amelyek akár már „több hónapja” is léteznek, és borítékolható, hogy egy-két év múlva már nem lesznek megtalálhatók, tehát a garancia lehet, hogy már egy-két év múlva sem lesz érvényesíthető.
Hiába van mondjuk pl. egy inverterre vagy egy napelemre nemzetközi gyártói garancia, annak érvényesítéséhez szükséges az eredeti gyári garanciajegy, a külföldön vásárlást igazoló számla, stb. Nyilvánvaló, hogy a magánimportban (csomagtartóban, hátsó ülésen stb.) behozott eszközökre ezek a dokumentumok nem fognak rendelkezésre állni. Továbbá ha mégis megvannak a garancia érvényesítéséhez szükséges dokumentumok, akkor is a gyári garancia csak a gyártónál, vagy annak képviseletén (esetleg Németországban, Spanyolországban, Taiwanon, Kínában, stb.) érvényes, így az oda-vissza szállítás nem kis költsége is a hiszékeny Megrendelőt terheli! Az alábbiakban megpróbáljuk tehát összeszedni a leggyakrabban felmerülő kérdéseket.
1. A megfelelő „szakértő” kiválasztása
Ha egy olyan gyártót – forgalmazót kérdezünk meg, akinek a palettáján csak kizárólag kisteljesítményű (pld. 20 kW alatti) inverterek szerepelnek, a válaszuk borítékolható: minden napelemes rendszert kizárólag a kisteljesítményű inverterek sokaságával kell megvalósítani! Például: 1 MW-os erőműhöz használjunk fel 60 db 17 kW invertert. Ha lenne a palettájukon nagyobb teljesítményű egység, bizonyára ők is azt javasolnák elsősorban, de mivel nincs, kénytelenek utólag megideologizálni a kereskedelmileg talán korrekt (hiszen a sok kis inverter többe kerül, így „többet is lehet rajta keresni”), de mérnöki szempontból hátborzongató ajánlatot. A mi esetünkben az elfogultság teljesen kizárható, mivel a mi termékpalettánkon 1,5 kW-tól 500 kWig terjedő tartományban rendelkezünk inverterekkel. A megfelelő inverter méretezésében tehát nálunk nincsenek a termékpaletta szűkösségéből adódó korlátok. Lássuk, miket állítanak tehát a kisméretű inverterek alkalmazásának hívei, sőt bajnokai?
2. „Ha központi nagy invertert választunk, túl hosszú és vastag lesz a stringek DC kábelezése, emiatt sokkal többe fog kerülni a kábelezés, mintha decentralizált kis invertereket választanánk.”
Cáfolat: Az elektronika egyik alaptörvénye az Ohm törvény: R=U/I.
Mint látható a képlet végeredményét nem befolyásolja az, hogy egyenáramról (DC) vagy váltakozó áramról (AC) van-e szó. (Eltekintve itt a kizárólag nagyobb frekvenciákon érvényesülő Skin hatástól). A rézerű DC és AC oldali kábelek keresztmetszetének méretezése elsősorban az áramerősségtől, illetve a kábelhosszúságtól függ. Egy 10 kW-os inverter bemeneti DC feszültsége pl. 330-700 V, a bemeneti árama pedig 500V-os munkaponti feszültségnél 20A, kimeneti feszültsége pedig 3 x 400V 50 Hz, árama pedig fázisonként 13,8A. Az inverter bemeneti DC oldalon 3 erű (+,-,GND), kimenetén pedig 4 erű (L1,L2,L3,GND) vezetéket kell csatlakoztatni. Mivel a 10 kW inverter hatásfoka 96%, az inverter bemeneti és kimeneti összes teljesítménye között csak 4% eltérés van. A konkrét példánál maradva, ha a napelemek és a csatlakozási pont között 100m kábel szükséges, akkor:
- DC kábelezés esetén 3x25mm2 kábel szükséges, amelyen 0,56% a feszültség esés
- AC kábelezés esetén 4x16mm2 kábel szükséges, amelyen 0,76% a feszültség esés
Ebből következik, hogy az összes réz keresztmetszetet érdemben nem befolyásolja, hogy az AC, vagy a DC kábelezés lesz hosszabb! A napelemek munkaponti feszültségét növelve, pl. 600V esetén még kedvezőbb lehet a DC oldali kábelezés, a kisebb áram miatt. A kábelezésben tehát jelentős eltérés nem lesz, az eredeti állítás tehát hamis!
3. „ Ha központi invertert választunk, akkor annak meghibásodása esetén az egész rendszer leáll, míg a sok kis inverter közül egy meghibásodás még nem okoz rendszer leállást.”
Cáfolat: A fenti mondatot nem vitatjuk, de nézzük meg, hogy mi a meghibásodás valószínűsége? Az inverterek meghibásodási gyakoriságára megadott gyári MTBF érték 100.000 óra (10 év felett). Ebből következik, hogy ha a fenti példánál maradva (1 MW kiserőműben) egy megfelelően méretezett, szakszerűen üzemeltetett inverter 10 év alatt várhatóan egyszer fog meghibásodni, akkor 2 db centrális 500 kW inverter esetében 10 év alatt két meghibásodásunk várható, míg a 60 db 17 kW-os inverter esetében 10 év alatt legalább 60 meghibásodásra számíthatunk! (Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy már az első 10 évben is átlagosan kéthavonta kell valamilyen problémával szembenézni, amely minden esetben helyszíni emberi beavatkozást igényel (tehát rendkívül költséges). Ráadásul egy nagy inverter rövid MTTR idővel modulárisan javítható a helyszínen, a kis inverter kompaktsága miatt általában csak a készülék cserével javítható, aminek az MTTR (javítási átlagidő) értéke is nyilvánvalóan hosszabb lesz. Továbbá a jelenleg is hatályos Villamosenergia Törvény (VET) szerint egy fázisra asszimetrikusan maximum 5kW-os inverteres csatlakoztatás lehetséges. Ez egyben azt is jelenti, hogy az asszimetria még nagyobb rendszerek esetében sem lehet nagyobb 5kW-nál. Tehát ha egy kis inverterekből összeállított rendszerben akár egy darab 17kW-os inverter is leáll, akkor minimum a másik két fázison is le kellene állnia egy-egy inverternek, vagy ha ez nem megvalósítható, akkor az egész rendszernek. A centrális inverteres rendszer rendelkezésre állása (dependability) és energia termelési képessége tehát sokkal nagyobb lesz, mint a kis inverteres rendszeré, az eredeti állítás hamis!
4. „A kis inverter sokkal olcsóbb, mint a nagy inverter”
Cáfolat: Persze, 1 db 17 kW-os inverter nyilván olcsóbb, mint 1 db 500 kW-os inverter. Ha azonban a szakmában szokásos EUR/W hányadost nézzük, akkor a kis inverterek fajlagos költsége akár a duplája is lehet a nagy centrális invertereknek. A centrális inverteres rendszer alkalmazása tehát sokkal gazdaságosabb, mint a kis inverteres rendszeré, az eredeti állítás hamis!
5. „ A kis inverterek mind külön munkapont követést tesznek lehetővé, nem csak egyet, tehát az összes hatásfokuk így jobb lesz”
Cáfolat: Ezzel az állítással nem teljes egészében vitatkozunk, ez részben igaz. Ezért mi is azt mondjuk, hogy legyen több munkapont követés (MPPT) egy rendszeren belül. A SOLEIL 400 kW és 500 kW inverterek önmagukban két munkapontot követnek, tehát 2 db központi inverterrel már 4 munkapont követésünk van. Ha azonban a kiserőmű domborzati viszonyai nem szélsőségesek, és a napelem táblák tájolása, dőlésszöge egységes, a stringenkénti külön 60 db inverteres munkapontkövetés nem jár előnnyel, az eredeti állítás tehát hamis.
6. „ A kis inverterekhez nem kell túlfeszültség védelem, mert azokban ez benne van, a nagy inverterekhez pedig kell, és ez drága”
Cáfolat: Mint ismeretes, egy jó túlfeszültség védelem több fokozatú. A kis teljesítményű, jellemzően egyfázisú kimenetű inverterben általában a III. utolsó fokozat, az ún. finomvédelem van beépítve. Ennek levezető képessége erősen korlátozott, maximum 1-1,5kA. Egy kívülről érkező komolyabb tranzienst ez nem tud levezetni, a beépített kisméretű túlfeszültség levezető ilyen esetben az inverterrel együtt tönkre fog menni. Ez esetben természetesen egyetlen gyártó vagy forgalmazó sem fogja garanciálisan kijavítani/kicserélni az invertert, mivel láthatóan a meghibásodást túlfeszültség okozta. Nem szabad spórolni a több fokozatú túlfeszültség védelem kiépítésével az inverterek DC és AC oldalán sem. Éppen ebből az adódik, hogy kis inverterek esetében a fenti példánál maradva sokkal több túlfeszültség védelmi eszközre lesz szükség minden egyes inverternél. 60 db külön elhelyezett inverternél ez 60 db AC és 60 db (több (n) munkaponkövető bemenetű inverter esetében pedig n x 60 db!!!) DC túlfeszültség levezető eszközt jelent, még a 2 db 500kW-os inverter esetében 4 db DC és egy darab AC oldali levezető szükséges. Ez még tovább drágítja a „sok kis inverteres megoldást”, az eredeti állítás tehát hamis.
7. „ Nem kell leválasztó transzformátor a nagyobb rendszerek esetében sem”
Magyarországon egyenlőre (mivel nagyon kevés napelemes rendszer van) nincs semmilyen előírás az áramszolgáltatók részéről a napelemes rendszerek kimeneti transzformátoros leválasztására vonatkozóan. Más országokban - ahol már sokkal több napelemes villamosenergia termelő rendszer működik – szintem mindenütt előírás a kimeneti leválasztó transzformátor használata általában már 20kW felett. Az egyfázisú és a kisebb teljesítményű háromfázisú napelemes inverterekben (egy-két kivételtől eltekintve) általában nincs leválasztó transzformátor. Ha tehát egy 50kW-os vagy 100-200kW-os rendszert akarunk megvalósítani transzformátor nélküli kis inverterekből, akkor (legalábbis más országokban) a rendszer kimenetére kell csatlakoztatni egy leválasztó transzformátort, amely még tovább drágítja a sok kis inverterből álló rendszert. Magyarországon ugyan erre egyenlőre még nincs előírás, de ahogy egyre nagyobb mértékben terjednek a napelemes rendszerek, előbb-utóbb itt is foglalkozni fognak ezzel a problémakörrel, és előírás lesz a leválasztó transzformátor. Már most is van olyan kikötés az Elosztói szabályzatban, hogy annak ellenére, hogy nem előírás a transzformátor, ha a későbbiekben az áramszolgáltatónak (Elosztói Engedélyesnek) bármilyen problémája adódik a hálózatán, akkor jogosult utólag is műszaki módosításokat előírni a napelemes kiserőmű üzemeltetőjének. Ez azt jelenti, hogy ha most valaki épít egy 50kW-os napelemes rendszert, és olyan invertereket alkalmaz, amelyekben nincs transzformátor, akkor előfordulhat, hogy egy-két, esetleg három év múlva (amikor már sok ilyen erőmű lesz a hálózaton) az áramszolgáltató előírja neki utólag is a transzformátor beépítését, amely jelentős többletköltséget fog jelenteni. A SIEL SOLEIL háromfázisú invertereiben 20kW-tól minden esetben benne van a kimeneti leválasztó transzformátor! Az eredeti állítás ugyan jelenleg még igaz, de csak rövid idő kérdése, hogy ez az állítás se állja meg majd a helyét. Aki ténylegesen 25-30 évre épít egy naperőművet, annak érdemes mérlegelni, mert utólag kellemetlen meglepetés érheti.
8. „ A nagy invertert külön épületbe, vagy konténerbe kell telepíteni, a kis invertert pedig nem”
Cáfolat: Természetesen a telepített inverterek megóvása az időjárás szélsőségeitől nem kötelező. De ha hallgatunk a józan eszünkre, elhihetjük-e, hogy a -20 és +60 C fok közötti hőmérsékleten, a szél, az eső, a hó, a jégeső csapásainak kitett szabadtéri kis inverter ugyanolyan megbízhatóan, és ugyanolyan várható élettartammal fog üzemelni, mint az időjárásálló, szellőztetett vagy klímatizált konténerbe, vagy épületbe telepített centrális inverter?? Amennyit megspórolunk tehát az inverterek környezeti védelmén, annak többszörösét fizetjük majd ki a szerviz költségekre! Az eredeti állítás tehát hamis. Végezetül vegyünk két hasonló, és szemléletes példát a műszaki élet más területeiről. Központi vagy asztali kis UPS? A szünetmentes tápegységek megjelenésekor az 1990-es évek elején még voltak olyan tervezők és rendszergazdák, akik egy 500 munkahelyes irodaházban a szünetmentes áramellátást is asztalonként külön-külön telepített kis UPS-ekkel akarták megvalósítani a központi szünetmentes ellátás helyett, szinte szó szerint a fenti érveket sorakoztatva fel. Ugye, ma már mosolygunk ezen? Ma már minden új, vagy felújított épületben (Irodaházakban, bankközpontokban, kórházakban, stb.) természetes dolog, hogy egy központi szünetmentes hálózatot építenek ki, és azt egy megfelelő teljesítményű központi szünetmentes tápegységgel látják el. Továbbá az eddigi több, mint 20 éves tapasztalatunk azt mutatja (gyártótól függetlenül) hogy a nagyteljesítményű (központi) szünetmentes tápegységek megbízhatósága messze meghaladja a kis teljesítményű szünetmentes tápegységek megbízhatóságát. Kisteherautó, vagy kamion? A nagytávolságú tömegáru szállításban A és B pont között vajon a sok kisteherautót, vagy a 20 tonnás kamionokat használják? Összegezve tehát elmondhatjuk, hogy mindig az adott rendszerhez legmegfelelőbb inverter(eke)t válasszuk ki, és ne hallgassunk elfogult kereskedőkre! Ne engedjük becsapni magunkat! Gondoljunk, és számoljunk utána az elsőre igaznak tűnő, de valójában téves és hamis állításoknak. Reméljük, hogy a fenti gondolatok elősegíthetik a tisztánlátást, és a hosszú éveken át kifogástalanul működő kiserőművek megvalósítását.
Forrás: SIEL-Inczédy és Társa Kft.