Aurinkovoimalan tuottohäviöt osa 1.2

Aurinkovoimala tuottaa sähköenergiaa yhteensä auringon säteilyn määrän, josta vähennetään järjestelmän itsensä häviöt. Häviöissä on valtavia eroja, joista tässä blogisarjassa kerrotaan. Raloksen visio ja strategia on aina ollut minimoida aurinkovoimalan häviöitä ja sitä kautta parempaan tuottoon. Tuotto vaikuttaa investoinnin kanssa voimalan takaisinmaksuaikaan. Kannattaa siis panostaa häviöiden minimoimiseen. Voimalan häviöit jaetaan karkeasti kolmeen eri kategoriaan; Säteilynvoimakkuudesta johtuvat häviöt, tasasähköjärjestelmän häviöt ja vaihtosähköjärjestelmän häviöt. Blogisarja ei keskity pelkästään osoittamaan ongelmakohtia, vaan tarjoamaan myös ratkaisuja.

SOPIMATTOMUUSHÄVIÖT

Sopimattomuushäviöt (mismatch losses) kuuluvat aurinkovoimalan tasasähköjärjestelmän häviöihin. Muita tasasähköjärjestelmän häviöitä ovat toleranssihäviöt, piikiteen vanhenemisesta johtuvat häviöt (LID), liitoksista johtuvat häviöt, tuottoeroista johtuvat häviöt ja kaapeloinnista johtuvat häviöt.

Sopimattomuushäviöllä tarkoitetaan häviöitä, jotka johtuvat pienistä tuottoeroista asennettujen aurinkopaneelien tuotossa. Vaikutus näkyy kun tarkastellaan kokonaista paneeliketjua yhden aurinkopaneelin sijasta. Häviöt ovat suuremmat mitä suuremmat paneelien tuottoerot ovat. 

Tuottoeroja syntyy ympäristöstä johtuen esimerkiksi varjostumista, lämpötilaeroista, roskista, liasta tai vain paneelien toleranssieroista (kts. häviöt toleranssieroista). Paneelien tuottoeroja syntyy myös LID-häviöiden sekä paneelien yksilöllisen ikääntymisen seurauksena. Epäsopivuushäviöitä ilmenee myös string-invertteriketjujen erimittaisten kaapelinpituuksien vuoksi. Toisessa ketjussa voi kaapelin pituus olla 200 metriä ja toisessa vain 100. Vaikka molempien ketjujen teho on sama, muodostuu jännitteenaleneman vuoksi toiseen ketjuun enemmän häviöitä. Myös paneelien eri asennussuunnat vaikuttavat tuottoeroihin.​

Kun yhden MPPT-säätöpiirin rinnankytkettyjen ketjujen tuottoerot eroavat toisistaan, laskee invertterin MPPT-säätöpiiri parasta tuottoa keskiarvon mukaan. Keskiarvo on perinteisellä algoritmilla puolesta välistä molempia ääripäitä. Tällöin MPPT-säätöpiirin teho ei ole optimitasolla vaan toimii keskiarvolla. 

Kuten ylläolevasta esimerkistä nähdään, valaisintolppa varjostaa viittä paneelia. Paneelien nimellisteho ilman valaisintolppaa olisi 1100 W (29 V x 7,59 A x 5 kpl). Tolpan varjostaessa varjostetut paneelit tuottavat vain 424 W. Tolpan varjot aiheuttavat pelkästään näille viidelle paneelille 61 % tuottohäviön. 

Kyseisessä installaatiossa paneeleja on kytketty 14 kappaletta samaan ketjuun. Ketjusta 9 paneelia käy täydellä teholla ja kyseiset viisi varjon vuoksi hieman huonommalla. Optimitilanteessa kaikkien paneelien käydessä täydellä teholla (3081 W) verrattuna viiden paneelin tuottamaan häviöön, muiden yhdeksän käydessä täydellä teholla (2404 W) on ero huima 22 %.

HÄVIÖT
Sopivuushäviöitä voi olla kaapeloinnin ja muiden olosuhteiden vuoksi 0,3...3 %. Alan käytetty vakio häviöille on 2 %. Varjostetulla alueella häviöt tietysti kasvavat. Mikroinverttereitä käytettäessä sopivuushäviöt ovat 0 %. Tämä johtuu siitä, että moduulitason tehoelektroniikka käyttää maksimitehoseurantaa jokaiseen paneeliin erikseen, joihin ne ovat kytketty. ​​

HÄVIÖIDEN POISTAMINEN TAI VÄHENTÄMINEN
Häviöitä paneeliketjuissa ja kokonaisissa järjestelmissä voidaan vähentää paneelikohtaisella MPPT-säätöpiirillä. Jokaisessa mikroinvertterissä on oma MPPT-säätöpiiri, joka optimoi jokaisen paneelin ulostuloa riippumatta muista paneeleista. ​