Centrálne, reťazcové a mikromeniče

Prvé solárne fotovoltické systémy sa spoliehali na centrálne meniče, ktoré spájali viacero reťazcov solárnych panelov a premieňali jednosmerný prúd na striedavý prúd na pripojenie k sieti. I keď centrálne meniče vykazovali nízke náklady, mali aj svoje obmedzenia. Ak by centrálny menič zlyhal, celý fotovoltický systém by prestal fungovať.

To viedlo k vzniku reťazcových, tzv. string meničov, ktoré premieňajú výstup jedného reťazca fotovoltických panelov na striedavý prúd. Reťazcové meniče poskytujú modularizáciu a redundanciu v porovnaní s centrálnym dizajnom, čo umožňuje záložnú kapacitu meniča. To znamená, že ak jeden menič zlyhá, fotovoltický systém môže ďalej fungovať. Umožňujú rozdeliť fotovoltické pole na viacero menších podpolí, čím sa zvyšuje spoľahlivosť.

Veľkou novinkou je vývoj mikromeničov, ktoré premieňajú energiu na úrovni jednotlivých solárnych panelov. Mikromeniče maximalizujú produkciu energie z každého panelu a poskytujú maximálnu redundanciu tým, že zmierňujú problémy so zatienením a zašumením. Ak je ovplyvnený jeden panel, bude ovplyvnený iba výstup mikromeniča pripojeného k tomuto panelu.

V súčasnosti centrálne a viacfázové reťazcové meniče dominujú v segmente služieb a vo veľkých komerčných segmentoch, zatiaľ čo mikromeniče rýchlo získavajú podiel v rezidenčnom sektore vďaka svojej flexibilite a schopnosti optimalizácie na úrovni panelov. Pokračujúce inovácie sa zameriavajú na vylepšenia, ako je integrované ukladanie energie a podporné funkcie inteligentnej siete naprieč všetkými architektúrami meničov.

Vyššia účinnosť a výkonová hustota

Výrobcovia meničov sa zamerali hlavne na zvýšenie výkonovej hustoty, čo umožňuje vyrábať väčší výkon z menšieho a ľahšieho zariadenia. To sa dosahuje zlepšením topológie spínania a polovodičových materiálov. Tranzistory boli primárne vyrobené z kremíkových MOSFET (polovodičový tranzistor s polovodičovým poľom) a IGBT (bipolárny tranzistor s izolovaným hradlom). V posledných rokoch sa však pre ich viaceré výhody, ako je vyššia účinnosť a prevádzková teplota, stalo bežnejším používanie zmesových polovodičov, ako je nitrid gália a karbid kremíka.

Tieto polovodičové materiály majú vynikajúce vlastnosti v porovnaní s tradičnými tranzistormi na báze kremíka a umožňujú vysokofrekvenčnú a vysokonapäťovú prevádzku. Začlenením týchto pokrokových materiálov môžu teraz meniče pracovať s účinnosťou viac ako 99 %, čo je významný skok v porovnaní s účinnosťou 95 – 96 %, ktorú dosahovali predchádzajúce komerčné produkty. Vyššia účinnosť znižuje straty elektriny počas inverzie z jednosmerného na striedavý prúd, čo umožňuje dodávať do siete viac slnečnej energie.

Pokročilé možnosti meničov

Zavádzané funkcie inteligentných meničov zahŕňajú reguláciu napätia, riadenie rýchlosti rampy a pokročilé riadenie jalového výkonu. To umožňuje meničom poskytovať stabilizáciu siete, ktorá tradične prebieha v elektrárňach na fosílne palivá, ako je napríklad dynamická úprava výstupu na udržanie optimálnej úrovne napätia a frekvencie.

Napríklad integráciou funkcií regulácie napätia môžu meniče autonómne upravovať výstup jalového výkonu na základe miestnych meraní napätia. Funkcia riadenia volt-watt umožňuje meniču znížiť skutočný výstupný výkon, keď napätie stúpne príliš vysoko. Možnosti prechodu umožňujú solárnym elektrárňam stabilizovať poruchy siete tým, že zostanú pripojené, keď napätie alebo frekvencia kolíšu mimo normálneho rozsahu. Tieto funkcie inteligentných meničov sú rozhodujúce pre zmiernenie dosahu zvýšeného prieniku obnoviteľnej energie na stabilitu siete.

Integrované úložisko

Párovanie meničov s batériovým úložiskom je novým trendom, najmä keď náklady na lítiovo-iónové batérie klesajú. Meniče integrujú pokročilé regulátory nabíjania batérie, ktoré umožňujú akumuláciu solárnej energie na použitie počas neslnečných hodín. Uložená solárna energia sa potom môže podľa potreby bez prerušenia plynule premeniť na striedavý prúd. V prípade rezidenčných systémov umožňuje integrácia akumulácie so solárnou energiou domácnostiam spotrebúvať vlastnú solárnu energiu, čím sa zvyšuje vlastná spotreba a znižujú sa účty za energie. Prebytočná solárna energia môže nabíjať batérie namiesto toho, aby sa predávala za nízke výkupné sadzby. Uložená energia potom môže večer napájať spotrebiče v domácnosti. To poskytuje záložnú energiu počas výpadkov siete a zároveň znižuje závislosť od siete.

V prípade verejných služieb pomáha distribuované skladovanie riadiť rastúce prenikanie obnoviteľných zdrojov do siete presunutím výroby solárnej energie do špičky dopytu. Je to nákladovo efektívnejšie ako napríklad výstavba nových elektrární. Integrované úložisko tiež umožňuje riadenie rýchlosti nábehu na zmiernenie variability fotovoltických systémov. Batérie sa môžu nabíjať, keď solárny výkon rýchlo stúpa, a vybíjajú sa, keď je nedostatok slnečného svitu.

Inteligentné komunikačné schopnosti

Moderné meniče sú teraz vybavené inteligentnými komunikačnými technológiami, ktoré umožňujú diaľkové monitorovanie, riadenie a odstraňovanie porúch meničov a pripojených fotovoltických systémov. Platformy založené na cloude dokážu analyzovať údaje o výkone na zistenie porúch, predpovedanie potrieb údržby a identifikáciu príležitostí na optimalizáciu. Inteligentné funkcie, ako je rýchle vypnutie, umožňujú diaľkové ovládanie bezpečnostných funkcií. Integrácia údajov meniča s umelou inteligenciou a algoritmami strojového učenia sa využíva aj na zlepšenie diagnostiky a prevádzkovej efektívnosti.

Vysoké komunikačné schopnosti sú charakteristickým znakom najnovšej generácie meničov. Často obsahujú niekoľko digitálnych prepínacích výstupov, LAN porty, integrované WiFi rozhranie a digitálne rozhrania ako Modbus TCP a SG-ready. To poskytuje mnoho výhod – od jednoduchého uvedenia do prevádzky a konfigurácie systému, pripojenia k inteligentnému meraču na meranie a vizualizáciu vlastnej spotreby, rýchlej výmeny monitorovacích údajov až po integráciu ďalších spotrebičov, ako sú klimatizácie, tepelné čerpadlá a vykurovacie telesá.

Nová úroveň využitia solárnej energie

Solárne meniče sú neoddeliteľnou súčasťou fotovoltických systémov, ktoré sú zodpovedné za premenu slnečného svetla na využiteľnú elektrinu. Za posledné desaťročie technologické vylepšenia zvýšili účinnosť a inteligenciu meničov s cieľom zvýšiť využitie solárnej energie na optimálnu úroveň. Zvyšovaním podielu solárnej energie zohrávajú meniče čoraz dôležitejšiu úlohu pri udržiavaní stability siete, integrácii skladovania a využívaní decentralizovaných energetických sietí. Preto sú pokračujúce inovácie meničov zamerané na prispôsobenie a digitalizáciu rozhodujúce pre podporu siete založenej na obnoviteľných zdrojoch.

Zdroj

[1] Optimising Power: Advancements in solar inverter technology. Renewable-Watch. [online]. Publikované 29. 2. 2024. Citované 21. 5. 2024. 

[2] Easy-to-use, Flexible and Interconnected – The Versatility of Modern Inverters. Intersolar. [online]. Publikované 18. 1. 2024. Citované 21. 5. 2024. 

-pev-