Instalacja fotowoltaiczna - przewymiarowanie mocy paneli fotowoltaicznych w stosunku do mocy inwertera. Czy warto i czy można?

Czy można zamontować więcej mocy w panelach fotowoltaicznych niż ma inwerter? Czy coś złego się stanie jak przewymiarujemy instalację fotowoltaiczną? Na co zwracać uwagę podczas doboru mocy paneli i inwertera? Co się stanie z nadmiarem mocy, jaka pojawi się w instalacji w słoneczny, wiosenny dzień? Od czego zależy rzeczywista moc paneli? Jak wycisnąć maksimum z inwertera i kiedy pracuje on z największą sprawnością? Kiedy instalacja fotowoltaiczna produkuje najwięcej energii elektrycznej?

To tylko niektóre z pytań, które ja sobie zadawałem, kiedy projektowałem swoją instalację fotowoltaiczną. Jak pojawiły się pytania, to zacząłem szukać na nie odpowiedzi i zdobywać potrzebną wiedzę. Dzisiaj mogę napisać, że mam inwerter o mocy 5 kW a w panelach mam 8,96 kWp. Instalacja pracuje poprawnie i nic złego się nie dzieje, nawet w słoneczne dni.

01.03.2021 r. – Uwaga, mała aktualizacja

Po 1,5 roku korzystania z instalacji dołożyłem jednak drugi inwerter, o mocy 4 kW ponieważ sporo kWh straciłem przez mniejszą moc inwertera i musiałem trochę dopłacić za prąd zużyty przez ogrzewanie elektryczne. Szczegóły rozbudowy opisałem na blogu – Rozbudowa instalacji fotowoltaicznej – czy warto?

Boom na fotowoltaike w Polsce trwa od 2019 roku, kiedy to rząd wprowadził ulgę termomodernizacyjną i dopłaty do instalacji z programu „Mój prąd”. Programy te pozwalają na zmniejszenie kosztu zakupu instalacji nawet o 50%. Na dachach wielu polskich domów pojawiły się panele fotowoltaiczne, które w dzień produkują energię elektryczną.

Zdarza się, niestety, że niektóre instalacje są niepoprawnie zaprojektowane, niechlujnie zamontowane i nie działają tak dobrze, jak powinny. Spotkałem się nawet z panelami zamontowanymi na północnej połaci dachu, z których pożytek żaden.

Sam na początku swojej przygody z fotowoltaiką wysłałem zapytanie do kilku firm i poprosiłem o wycenę instalacji jaka mnie interesowała. Wszystkie oferty jakie otrzymałem wyglądały mniej więcej tak, że na dachu miałbym zamontowane np. 5 kWp mocy paneli a inwerter miałby moc 5 kW. Na moje pytanie, a co gdybym chciał rozbudować instalację, otrzymywałem odpowiedź:

– Dokupi pan panele, wymieni inwerter na mocniejszy albo dokupi drugi i powiększy instalację.

Zacząłem czytać, szukać informacji i okazało się, że wcale nie musiałbym wymieniać inwertera jeśli chciałbym dołożyć kilka dodatkowych paneli. Postanowiłem, że sam zamontuje sobie instalację i przewymiaruję moc paneli w stosunku do mocy inwertera.

Jak dobrałem moc inwertera?

Na początku sprawdziłem ceny różnych inwerterów i zauważyłem, że każdy 1 kW mocy inwertera to koszt około 1000 zł. Czyli za falownik o mocy 5 kW trzeba zapłacić około 5000 zł a za urządzenie o mocy 10 kW około 10000 zł. Postanowiłem ograniczyć budżet na falownik.

W kolejnym kroku policzyłem, jaką moc pobieram z sieci energetycznej, kiedy włączę kilka najbardziej prądożernych urządzeń równocześnie. Grzałka w bojlerze – 2 kW, kuchenka indukcyjna, 2-4 kW, piekarnik- 2 kW, zmywarka, pralka to około 1 kW. Później zweryfikowałem pory, w jakich pracują te urządzenia i doszedłem do wniosku, że więcej jak 5 kW w jednej chwili z sieci pobieram rzadko. W słoneczne dni taką moc powinna pokrywać instalacja fotowoltaiczna. Dlatego wybór padł na inwerter o mocy 5 kW.

A dlaczego wybrałem falownik firmy Huawei?

Poczytałem, poszukałem informacji i okazało się, że dla inwertera bardzo ważne są maksymalne napięcie wejściowe i maksymalny prąd wejściowy. Tych wartości nie można przekroczyć ponieważ grozi to uszkodzeniem falownika. Trzecim ważnym parametrem jest maksymalna moc podłączonych do inwertera paneli fotowoltaicznych. I z kilku wytypowanych inwerterów, model który wybrałem miał te parametry w zakresie, jaki mi odpowiada.

Maksymalne napięcie wejściowe – 1100 V

Maksymalny prąd wejściowy – 11 A

Maksymalna moc przyłączonych paneli fotowoltaicznych – 10,25 kWp

Tak, dobrze czytasz. Do falownika o mocy 5 kW można podłączyć ponad 10 kWp mocy w panelach. Czyli wcale nie muszę zmieniać inwertera, kiedy będę chciał podłączyć kilka dodatkowych paneli. To była bardzo dobra wiadomość, bo zamierzałem instalację budować „na raty”, dokładając co kilka tygodni kolejne panele.

Dodatkowo, falownik charakteryzuje się wysoką sprawnością, pasywnym chłodzeniem i maksymalną mocą wyjściową na poziomie 5,5 kW. To oznacza, że falownik o mocy 5 kW daje na wyjściu maksymalnie 5,5 kW.

Sprzęt Huawei-a wybrałem jeszcze z dwóch powodów. Po pierwsze, ma złącze, w które kiedyś będę mógł wpiąć magazyn energii elektrycznej, jeśli te urządzenia będą bardziej dostępne cenowo, a po drugie, ma ważne zabezpieczenie, które wykrywa łuk elektryczny w instalacji i kiedy go wykryje to odłącza obwód prądu stałego. A to zabezpiecza przed powstaniem pożaru w instalacji fotowoltaicznej.

Prawie każda firma, która montuje instalacje fotowoltaiczne, proponuje taką moc inwertera, ile mocy w panelach. A według mnie to błąd. W takiej instalacji inwerter będzie pracował z maksymalną mocą i wydajnością przez kilkanaście, no, może kilkadziesiąt godzin w roku. W pozostałym czasie instalacja będzie produkowała mniej energii, niż powinna. Dlaczego tak się dzieje?

Moc paneli fotowoltaicznych podawana przez producentów, to moc jaką uzyskał panel w warunkach laboratoryjnych (STC), kiedy miał temperaturę 25 stopni Celsjusza, nie było wiatru a światło padało na ogniwa pod kątem prostym z natężeniem 1000 W/m². Takie warunki rzadko kiedy będą osiągane w realnych okolicznościach przyrody, w których pracuje nasza instalacja. Rzeczywista moc paneli zależy od ich temperatury, kąta, pod jakim są zamontowane i natężenia padającego światła. Co więcej, napięcie a więc i moc paneli zależy od ich temperatury. Zimą, przy odpowiednim kącie nachylenia instalacji, w mroźny, słoneczny dzień, panel o mocy 300 W może generować moc nawet 330 W. Za to latem, ten sam panel, w gorący dzień może dawać tylko 250 W. Im cieplej, tym mniejsza moc ogniw, czyli całej instalacji.

Każdy szanujący się producent inwerterów dopuszcza podłączenie większej mocy paneli niż wynosi moc inwertera. Uważam, że każda instalacja fotowoltaiczna może być z powodzeniem przewymiarowana o około 20%, czyli do inwertera o mocy np. 5 kW podłączamy panele o mocy około 6 kWp. Jeśli montujemy panele na połaciach wschodniej i zachodniej i mamy miejsce na dachu, to moc paneli powinna być większa nawet o 50% w stosunku do mocy inwertera. Pozwoli to na wykorzystanie instalacji w jak największym stopniu.

Moja instalacja fotowoltaiczna.

Ja mam panele fotowoltaiczne zamontowane na dachu, na połaciach południowej i zachodniej. Kąt nachylenia dachu to 30 stopni. Na południowej połaci mam panele o mocy 4,2 kWp a na zachodniej panele o mocy 4,76 kWp. Wszystko to spięte w dwa stringi i podłączone do inwertera o mocy „tylko” 5 kW.

Dzięki rozłożeniu paneli na dwóch połaciach dachowych, wydłużam znacznie czas pracy instalacji. W marcu, w słoneczny dzień, instalacja uruchamia się około 6:00 rano a wyłącza około 18:00. Daje to 12 godzin produkcji energii elektrycznej. W bezchmurny dzień z inwertera „wyciskam” pełną moc, 5,5 kW przez około 5-6 godziny dziennie. Pozostały czas to praca instalacji z mocą odpowiednio niższą, zależną od nasłonecznia. Dziennie, w marcu, instalacja może wyprodukować ponad 40 kWh energii elektrycznej.

Jaką moc generują moje panele w słoneczny dzień?

Jak już wiesz, mam panele o mocy 8,96 kWp rozłożone na dwóch połaciach dachu i podłączone do inwertera o mocy 5 kW, który może generować moc maksymalną 5,5 kW. W słoneczne marcowe dni nie zdarzyło się jeszcze, żeby na wejściu inwertera było więcej jak 5,63 kW. Na wyjściu było wtedy równe 5,5 kW, czyli inwerter pracował z maksymalną mocą i największą sprawnością. Im będzie cieplej, tym napięcie na panelach będzie niższe a tym samym moc całej instalacji będzie niższa. Obniżenie mocy będzie zrekompensowane przez długi czas pracy instalacji.

Co się dzieje z nadmiarem mocy z instalacji fotowoltaicznej, jaka pojawia się na wejściu inwertera?

Jak już pisałem, do inwertera dobrej jakości można podłączyć nawet 2 razy więcej mocy w panelach, niż ma sam falownik. Do inwertera, z którego korzystam, o mocy 5 kW mogę podłączyć panele o mocy maksymalnej 10 kWp. Oczywiście, gdyby wszystkie panele były skierowane na południe, to nie odważyłbym się na tak duże przewymiarowanie instalacji, ale, że panele mam rozłożone na dwa kierunki, południowy i zachodni, to pozwoliłem sobie na tak duże przewymiarowanie instalacji.

W godzinach, kiedy słońce świeci najmocniej, na wejściu inwertera pojawia się nadmiar mocy. Niewielki, ale jednak jest. Niewielka jej część jest przez kilka godzin tracona.

Dni słonecznych, kiedy na niebie nie ma ani jednej chmury jest w Polsce kilkanaście, może kilkadziesiąt w całym roku. I w takie dni część energii jest tracona. Jednak dni pochmurnych, kiedy słońce przesłaniane jest przez chmury, jest znacznie więcej. I w takie dni większa moc paneli pozwala na większą produkcję energii elektrycznej.

Na wykresie przedstawiony jest przebieg produkcji energii elektrycznej w jednym ze słonecznych dni marca 2020 roku. Czarna kreska to moc wejściowa, wyprodukowana przez panele fotowoltaiczne a czerwona, to energia jaką inwerter wysyłał do sieci. To, co jest pomiędzy kreskami to energia tracona. Część z tej energii tracona jest na pracę inwertera, a część po prostu nie jest przetwarzana przez inwerter. Około 10:00 na wyjściu inwertera pojawiła się moc maksymalna i była ona utrzymana przez około 5 godzin. Po prostu inwerter nie pobierał i nie przetwarzał więcej niż jego moc maksymalna.

Kiedy przewymiarujemy moc paneli w stosunku do mocy inwertera, ale nie przekroczymy wartości maksymalnej, określonej przez producenta urządzenia, to z falownikiem nic złego się nie stanie. W słoneczne, bezchmurne dni przetworzy on tyle energii, ile może, a resztę utracimy. Dzięki większej mocy paneli, w dni z mniejszą ilością słońca nasza przewymiarowana instalacja wyprodukuje więcej energii elektrycznej.

Praca z maksymalną mocą to dla inwertera praca z maksymalną wydajnością, czyli z najmniejszymi stratami na samym falowniku. Najlepiej widać to na poniższym wykresie.

Jak widzisz, inwerter przez prawie cały okres pracy pracował ze sprawnością bliską 100% (czerwona linia na wykresie). Oznacza to, że prawie cała moc jaką do falownika dostarczały panele była przetworzona na prąd przemienny i wysłana do sieci energetycznej.

Inne wpisy na blogu, w których poruszam tematy związane z fotowoltaiką:

Krótkie podsumowanie.

Jak widzisz, na przykładzie mojej, działającej instalacji fotowoltaicznej, rozsądne przewymiarowanie mocy paneli w stosunku do mocy inwertera nie wpływa negatywnie na jej pracę. Wręcz przeciwnie, sprawia, że instalacja fotowoltaiczna może w ciągu całego roku wyprodukować znacznie więcej energii elektrycznej. Jeśli zamontujesz inwerter o mocy 5 kW i panele o mocy 5 kWp to twoja instalacja będzie mogła w ciągu roku wyprodukować około 5000 kWh energii elektrycznej. Ale jeśli do tego samego inwertera podłączysz o 3 panele więcej (ok 1 kWp), to instalacja wyprodukuje o około 1000 kWh energii elektrycznej więcej. Niewielki dodatkowy koszt a wydajność instalacji zauważalnie większa. Idąc odwrotnym tokiem myślenia, do większej mocy paneli możesz bezpiecznie podłączyć inwerter o nieco mniejszej mocy, tańszy, co pozwoli na obniżenie kosztów całej instalacji. Nie należy ulegać namowom firm i kupować inwertera o dużej mocy, do którego podłączymy mniej paneli. No chyba, że planujemy w przyszłości rozbudowę instalacji. Jeśli niczego takiego nie mamy w planach, nie decydujmy się na droższy i mocniejszy inwerter, bo jak dołożymy do niego panele „na styk”, jeśli chodzi o moc, to instalacja rzadko kiedy będzie z pełną mocą pracowała.

Jeśli uważasz, że ten wpis jest ciekawy i wartościowy, to doceń moją pracę i postaw mi kawę. Kwota symboliczna, a dla mnie będzie to motywacja do dalszej pracy nad wartościowymi wpisami.