Mikroinwerter - fakty i mity

Zasadnicza różnica leży w zastosowaniu - zamiast podłączać jeden falownik do całej instalacji, każdy panel fotowoltaiczny otrzymuje swój własny mikroinwerter solarny. Ma to wiele zalet oraz kilka wad.

Przykładowe marki mikroinwerterów to Enphase, Hoymiles i APSystems (Altenergy).

Kiedy mikroinwertery i optymalizatory mocy mają sens?

Najważniejsze fakty:

1. Mikroinwertery chronią instalację przed cieniem

Cień nie dość, że zmniejsza wydajność instalacji, to jeszcze poważnie skraca żywotność modułów. Mikroinwertery znacznie poprawiają tę sytuację. Chronią moduły oraz zmniejszają o 1/3 straty związane z zacienieniem¹.

2. Mikroinwertery umożliwiają rozbudowę instalacji

Instalacja fotowoltaiczna podpięta do jednego inwertera powinna składać się z modułów tej samej mocy. Ponadto pod wielkość instalacji dobiera się wielkość inwertera. Zatem oddanej do użytku instalacji nie można później rozbudować o kilka dodatkowych modułów. Z mikroinwerterami jest to możliwe i proste.

3. Mikroinwertery zwiększają bezpieczeństwo

Mikroinwertery są jednym z rozwiązań ograniczających rozprzestrzenianie się pożaru i ułatwiających prowadzenie akcji gaśniczej. Ich stosowanie jest wymagane dla instalacji powyżej 6,5 kWp. Ponadto mikroinwertery ograniczają też ryzyko wystąpienia pożaru, chociaż w przypadku porządnie zrobionych instalacji tak czy inaczej jest ono niskie.

4. Na temat mikroinwerterów krążą przesadzone opinie

Niektórzy twierdzą, że bez mikroinwerterów jeden zacieniony moduł niemal wyłączy całą instalację. Inni mówią, że mikrofalowniki znacząco poprawiają wydajność instalacji, nawet bez cienia. Z kolei jeszcze inni insynuują, że moduły fotowoltaiczne często się psują, zatem trzeba monitorować ich działanie. Każde z tych twierdzeń to zdrowa przesada.

Wniknijmy w temat.

Jak działają mikroinwertery?

Normalne inwertery zmieniają prąd stały, produkowany przez całą instalację, w prąd przemienny, który mamy w gniazdku. Mikroinwertery zmieniają prąd stały, produkowany przez pojedynczy moduł fotowoltaiczny w prąd przemienny.

Po co inwestować w kilkanaście-kilkadziesiąt skrzyneczek z elektroniką i wrzucać je na dach, gdzie zimą jest zimno, latem gorąco, pada deszcz i hula wiatr, skoro tę samą robotę może robić jedno urządzenie schowane bezpiecznie w garażu? I które w dodatku jest tańsze?

Tradycyjny inwerter (z lewej) i mikroinwerter (z prawej)

Otóż mikroinwertery sprawiają, że każdy moduł pracuje osobno, co oznacza, że:

• można monitorować każdy z modułów osobno
• można zdalnie wyłączać moduły u samego źródła
• słabszy moduł nie obniża wydajności tych mocniejszych

Panele mogą mieć nieco słabszą moc od reszty z szeregu różnych powodów (które zaraz omówimy), ale zdecydowanie najważniejszym z nich jest cień. Ponieważ mikroinwertery sprzedaje się jako "odporne na cień", spróbujmy teraz oddzielić ziarna od plew.

Mikroinwertery chronią przed cieniem - ale inaczej niż głoszą niektórzy

Cień to wróg modułów fotowoltaicznych - więcej szkód może narobić tylko niedoświadczony instalator, dokręcający śruby z siłą niedźwiedzia i bez klucza dynamometrycznego. Niestaranny montaż może spowodować uszkodzenia natychmiast. Cień wywołuje usterki po latach. Ale jak i dlaczego?

W standardowej instalacji fotowoltaicznej wszystkie ogniwa są połączone szeregowo. Cała wyprodukowana energia przechodzi, niczym pociąg po torach, przez wszystkie ogniwa. Pociąg sunie z dużą prędkością i bez problemów, jeśli wszystkie ogniwa działają z tą samą mocą. A tu niestety na jedno z ogniw narobił ptak. To ogniwo jest zasłonięte i działa dużo słabiej niż inne. Dla naszego pociągu to jak gdyby w pewnym momencie włączyć wszystkie hamulce. Powstaje opór, a z oporem powstaje temperatura - tym wyższa, im szybszy pociąg i mocniej zaciągnięty hamulec. Na dodatek cały pociąg jedzie wolniej - to znaczy cała instalacja wytwarza mniej energii.

Standardowe moduły radzą sobie z tym na dwa sposoby. Po pierwsze są raczej twarde. Wysoka temperatura w danym miejscu nie powoduje początkowo żadnych szkód. Drobne różnice temperatur w ogóle nie robią na nich wrażenia.

Po drugie, diody bocznikowe, niczym dawni zawiadowcy, gdy widzą zagrożenie, kierują nasz pociąg na bezpieczne tory.

Diody bocznikowe to bohaterowie fotowoltaiki

MIT: Jeśli jeden panel fotowoltaiczy jest zacieniony, bo narobi na niego ptak albo spadnie liść, wszystkie pozostałe będą działać słabiej! Tylko mikroinwertery mogą Cię uratować!

FAKT: Panele słoneczne SĄ od siebie zależne, ale świetnie radzą sobie z okazjonalnym zacienieniem dzięki diodom bocznikującym. Dzięki nim zepsuty lub zacieniony moduł nie kładzie na łopatki całej instalacji.

Diody bocznikujące dzielą panel pionowo na trzy części. Tak naprawdę więc, z punktu widzenia szeregu, każdy moduł składa się z trzech "pętli". Jeśli cokolwiek złego dzieje się z jedną pętlą - jest zepsuta, zabrudzona ptasim guanem lub zacieniona - diody bocznikujące odcinają tę pętlę i przestaje ona wpływać na resztę układu.

Działanie diód bocznikowych

• Normalna praca
  Diody nieaktywne
  100% mocy
• Ptasie guano
  1 dioda aktywna
  66% mocy
• Cień
  2 diody aktywne
  33% mocy

Stąd instalacja bez mikroinwerterów nie jest wcale bezbronna wobec cienia - to mit.

Skoro diody bocznikowe robią tak znakomitą robotę, to po co mikroinwertery?

Otóż diody bocznikowe mają ograniczoną żywotność. Bez problemu radzą sobie z okazjonalnymi zabrudzeniami modułów, ale jeśli będą musiały codziennie się włączać i wyłączać, to w końcu się poddadzą. A to jest, bez większej przesady, początek końca. Zepsuta dioda bocznikowa będzie albo stale włączona albo stale wyłączona. Stale włączona po prostu oznacza, że nie działa 1/3 modułu. Stale wyłączona to prosta droga do przepalenia folii i korozji lub co gorsza zwarcia łukowego. Dodajmy że raczej nie chcesz zwarcia łukowego na swoim dachu, bo chociaż lepsze inwertery szeregowe (Huawei, Fronius, SMA) wykrywają zwarcia, to po co kusić licho.

Z mikroinwerterami każdy moduł produkuje prąd zupełnie osobno. Przez ogniwa nie przepływa moc całej instalacji, tylko moc pojedynczego modułu. Stąd nawet gdy moduł będzie zacieniony, to temperatura nie wzrośnie znacząco, a diody bocznikowe będą miały mniej roboty.

Oznacza to niższą awaryjność i niższe straty związane z cieniem - o około 30%.

Stąd jeśli nie możesz uniknąć zacienienia na instalacji, zrobisz mądrze inwestując w mikroinwertery.

Czy można zatem powiedzieć, że mikroinwertery dadzą Ci wyższą wydajność?

Czy mikroinwertery dadzą Ci wyższą wydajność?

Krótko mówiąc - bez cienia nie zauważysz różnicy, a cień zawsze oznacza pewne straty w wydajności.

Stąd w Stanach Zjednoczonych średni stosunek mocy DC (dostarczanej przez moduły) do mocy AC (otrzymywanej z inwerterów) wynosi dla mikroinwerterów 1,16 (tak samo dla optymalizatorów). Dla zwykłych inwerterów szeregowych stosunek DC-AC wynosi 1,11 czyli te są bardziej wydajne, zapewnie po prostu dlatego, że montowane w korzystniejszych warunkach²

Mikroinwertery nie tyle podnoszą wydajność, co ograniczają straty, a to, jak wysokie ponosisz straty, zależy od okoliczności. Mogą więc zapewniać wyższe uzyski, ale tylko w wyjątkowo sprzyjających - a raczej niesprzyjających - okolicznościach. Zobaczmy przykład.

Mikroinwertery ograniczają straty.

• Normalna praca
  100% mocy
  Nie jest ograniczany
• Lepsza sztuka
  103% mocy
  Nie jest ograniczany
• Brudny moduł
  90% mocy
  Nie ogranicza
• Cień
  60% mocy
  Nie ogranicza

Omówmy, w jaki sposób to robią.

Mikroinwertery fotowoltaiczne a nierównomierne zabrudzenie

Różnego rodzaju pyły i dymy latające w powietrzu powoli i nieustannie brudzą powierzchnie instalacji pv. Zakłada się, że cała instalacja powinna brudzić się mniej więcej w takim samym stopniu, jednak nie zawsze tak jest. Na przykład panele położone niżej są narażone na nieco większą ilość zanieczyszczeń.

W takim wypadku mniej zabrudzone moduły bedą miały taką samą wydajność, jak te bardziej zabrudzone, chyba że każdy panel będzie miał swój mikroinwerter fotowoltaiczny.

Mikrofalowniki, a lepsze / gorsze sztuki

Wszystkie panele mają podaną moc z pewną tolerancją, zwykle dodatnią. Oznacza to, że panel 300Wp uzyska w określonych warunkach minimum300 Wp, ale może nieco więcej. Jeśli chcesz się dowiedzieć więcej na ten temat, przeczytaj nasz wyczerpujący artykuł o panelach fotowoltaicznych.

NREL szacuje straty związane z niedopasowaniem modułów na 2%¹. Stosując mikroinwertery nie będziesz miał tych strat.

2% to nie jest bardzo dużo, w mojej skromnej ocenie. Różnica może być sporo większa, jeśli kupisz bardzo tanie i byle jakie moduły z Aliexpress niepewnego źródła. Ale nie ma żadnego sensu kupno niepewnych modułów, tylko po to, by ratować sytuację mikroinwerterami.

Trzeba dodać, że z czasem moduły fotowoltaiczne tracą wydajność i mogą ją tracić z różną intensywnością, stąd po 20 latach różnica między lepszymi a słabszymi sztukami będzie wyższa, niż w pierwszym roku i mikroinwertery tę różnicę pokażą.

Mikroinwertery same w sobie mają zwykle niższą sprawność

Zwykle im większy inwerter, tym ma większą sprawność, to znaczy tym lepiej przetwarza prąd stały na prąd przemienny. Statystyczny inwerter o mocy 8 kW ma wyższą sprawność ważoną niż statystyczny mikroinwerter.

Poza tym więcej sprzętu po prostu zużywa więcej prądu, prawda? Kilkanaście mikroinwerterów to więcej sprzętu niż jeden inwerter.

Posłużmy się danymi z kalifornijskiego instytutu CEC:

Sprawność ważona mikroinwerterów i inwerterów szeregowych.

Różnica nie jest duża - ale jest.

Jeśli nie masz cienia, nie zobaczysz wyraźnej różnicy w mocy instalacji, z mikroinwerterami czy bez nich.

Instalacje z mikrofalownikami są niezwykle elastyczne

Jeden mikrofalownik w ogóle nie potrzebuje drugiego falownika i nie jest z nim w żaden sposób powiązany. Dlatego też te instalacje są bardzo elastyczne. To główna przewaga mikrofalowników nad optymalizatorami mocy.

Rozbudowa instalacji to skomplikowany i złożony temat, o ile korzystasz ze inwertera łańcuchowego lub optymalizatorów. W końcu panele powinny być tej samej mocy, a przecież z czasem ulegają degradacji. Poza tym powinny być tego samego producenta. Poza tym zwiększając moc instalacji, musisz zwiększyć moc inwertera. Poza tym... rozumiesz, że to kłopot?

Z mikroinwerterami możesz w każdej chwili rozbudować instalację, nie martwiąc się o niedopasowanie mocowe, inne marki ogniw, inną markę mikroinwerterów itp.

Rozbudowa instalacji to może być interesująca opcja z kilku powodów.

Po pierwsze, panele z każdym rokiem tracą moc. Po 10 latach mają około 90% mocy początkowej, a po 25 - 80%. Oznacza to, że albo na początku Twoja instalacja będzie przewymiarowana i będziesz produkował więcej energii, niż zużywał, albo po 20 latach będziesz produkował za mało i część prądu ciągnął z elektrowni.

Po drugie, zawsze może wzrosnąć Twoje zapotrzebowanie na prąd.

Wiąże się z tym kolejna myśl.

Mikroinwertery na wymagające dachy

MIT: Zwykły inwerter nie radzi sobie z instalacjami wschód - zachód! Tylko mikrofalowniki mogą Cię uratować!

FAKT 1: Zwykły inwerter z dwoma MPPT poradzi sobie z instalacją wschód - zachód. Nie stanowi to problemu.
FAKT 2: Ponieważ z mikroinwerterami poszczególne panele są od siebie niezależne, możesz je układać zupełnie dowolnie względem siebie. Straty będą zerowe.

Standardowy dach dwuspadowy wschód-zachód nie wymaga korzystania z mikroinwerterów. Jeśli jednak Twój dach jest bardziej skomplikowany i składa się z kilku paneli w różnych kierunkach i pod różnymi kątami, mikroinwertery są jedyną bezstratną opcją.

Optymalizatory w takim wypadku mogą powodować straty, bo te najlepiej pracują, gdy wszystkie moduły z danego szeregu są na jednej płaszczyźnie. Dla mikroinwerterów orientacja innych mikroinwerterów i moc innych modułów nie ma żadnego znaczenia.

Mikrofalowniki zwiększają bezpieczeństwo

Obecnie w Polse instalacje powyżej 6,5 kWp powinny mieć jakieś rozwiązanie techniczne ograniczające rozprzestrzenianie się pożaru i ułatwiające przeprowadzenie akcji gaśniczej. Mikroinwertery spełniają tę funkcję w standardzie.

Jeśli Twój dom z jakiegoś powodu zacznie się palić, straż pożarna wyłączy dopływ prądu do domu. Wówczas inwerter przestanie działać, ale moduły nie przestaną, a przewody między instalacją o inwerterem będą pod napięciem. Mikroinwertery sprawiają, że pod napięciem jest wyłącznie króciutki przewód od modułu do mikroinwertera. Poza tym jest to napięcie bardzo niskie.

Tyle jeśli chodzi o ograniczanie rozprzestrzeniania się pożaru. Ale mikroinwertery ograniczają też ryzyko wystąpienia pożaru.

W standardowej instalacji na dachu masz prąd stały o wysokim napięciu, który jest dużo bardziej skłonny do zapalania łuku elektrycznego od normalnego prądu przemiennego znanego nam z gniazdek. Jeśli zatem Twój instalator wybrał nieprofesjonalne przewody, nie zabezpieczył ich przez działaniem promieni UV, podziurawił je przy montażu lub źle zarobił wtyczki - może to doprowadzić do powstania łuku.

To dobry moment, żeby dodać, że wybór dobrego instalatora jest absolutnie kluczowy i chętnie Ci w tym pomożemy.

Jeśli masz mikroinwertery, to po dachu płynie dokładnie taki prąd, jaki masz w gniazdku, mniej skłonny do wywoływania pożarów.

Mikroinwertery ograniczają zarówno ryzyko wystąpienia pożaru, jak i rozprzestrzenianie go, ale to nie jedyny dostępny na rynku środek zaradczy. Najważniejszym środkiem bezpieczeństwa jest zawsze porządne wykonanie instalacji bez cięcia kosztów.

Mikrofalowniki - niezawodność

Moduły fotowoltaiczne to dość proste konstrukcje, mogą działać spokojnie przez 25 lat. Z inwerterami i mikroinwerterami jest inaczej. To bardziej skomplikowane i złożone twory. Nie powinieneś liczyć na to, że w ciągu 25 lat nie wydasz nic na serwis lub naprawy.

Ale jak wypada tu porównanie mikroinwerterów i inwerterów szeregowych? Oceńmy

• Awaryjność
• Co się dzieje w wypadku awarii

Awaryjność mikroinwerterów

Jeden mikroinwerter NA PEWNO jest o niebo bardziej niezawodny od pojedynczegoinwertera szeregowego - bo operuje znacznie mniejszym prądem, mniej się rozgrzewa i jest mniej skomplikowany. Ale czy 10 mikroinwerterów jest bardziej niezawodnych od jednego inwertera łańcuchowego? A 20? Cóż, im większa instalacja, tym statystyka jest bardziej niekorzystna.

Trzeba też pamiętać, że mikroinwertery różnią się jakością. Są tu marki premium oferujące 25 lat gwarancji, a są też marki oferujące 10 lat gwarancji, chociaż czasami można tę gwarancję przedłużyć.

Enphase - marka premium mikroinwerterów - podaje roczną awaryjność na poziomie 0,05%. Oznacza to, że:

Prawdopodobieństwo, że nie zepsuje się ani 1 mikroinwerter Enphase wynosi:
Ilość mikroinwerterów:	W ciągu 10 lat	W ciągu 25 lat
9 (~ 3kWp)	95,50%	88,75%
18 (~ 6 kWp)	91,00%	77,50%
27 (~ 9 kWp)	86,50%	66,25%
(gwarancja Enphase wynosi 25 lat)

To naprawdę niezły wynik, w dodatku w okresie gwarancji!

Inwertery szeregowe pułapu premium (SMA, Fronius) też mogą działać przez 25 lat, jednak na pewno będą wymagać odpowiedniego serwisowania i związanych z tym kosztów.

Co się dzieje w wypadku awarii

Gdy zepsuje się inwerter szeregowy, to przyjeżdża do niego serwisant i albo go naprawia, albo demontuje i wysyła do remontu. Proste. Niestety gdy nie ma inwertera, instalacja nie działa, a przysłanie zamiennika może potrwać z tydzień czy dwa. Niektórzy instalatorzy czy producenci wysyłają zapasowy inwerter na czas remontu starego.

Wymiana zepsutego mikroinwertera nie jest taka prosta, bo pracownik musi wejść na dach, wypiąć kilka paneli, uważać żeby czegoś nie uszkodzić itp. Dobre marki mikroinwerterów (znów Enphase) wymagają tylko jednej wizyty technika, bo są w stanie zdalnie powiedzieć, kiedy uszkodził się mikroinwerter, a kiedy moduł do niego podpięty, nie ma więc potrzeby przyjeżdżać na diagnostykę. Inne marki mogą wymagać dwóch wizyt i dwa razy tyle zachodu.

To problem, bo gwarancja zwykle nie pokrywa kosztów transportu i wymiany serwisowej. I te koszty mogą być większe w przypadku mikroinwerterów. Od tej zasady są wyjątki, na przykład Enphase pokrywa koszt transportu i instalacji przez pierwsze 2 lata od instalacji.

Aha, jeszcze jedno - zepsuty mikroinwerter nie spowoduje spadku uzysku całej instalacji. Reszta modułów działa, jak gdyby nigdy nic.

Końcowa opinia

Mikroinwertery premium wydają się niemal tak niezawodne jak inwertery szeregowe premium. Jednak inwerter szeregowy gorszej jakości, gdy zacznie się psuć po kilku-kilkunastu latach, można po prostu wyrzucić i kupić nowy, bez większego problemu. Z kolei gorszej jakości mikroinwertery, które zaczynają się po kolei psuć, a każda awaria wiąże się z kosztownym wchodzeniem na dach - to bardzo nieprzyjemny scenariusz.

Czy kupujesz inwerter szeregowy, czy mikroinwertery, zalecamy zainwestowanie w markowy sprzęt.

Monitoring na poziomie modułu - fajny, ale czy potrzebny?

Ponieważ jeden mikrofalownik podpięty jest do jednego lub kilku modułów, można łatwo sprawdzać, jak działają poszczególne moduły.

Pytanie po co?

No jak to po co? Po to, żeby szybko znaleźć zepsute moduły!

Ale rzecz w tym, że moduły fotowoltaiczne to dość prosta "kanapka" krzemu, folii i szkła. Jeśli te elementy zostały porządnie złączone i zabezpieczone, a same moduły zamontowane zgodnie ze sztuką, to tam nie ma co się psuć - chyba że wystawiasz je na cień lub podobne przykrości. Z kolei mikroinwertery (i optymalizatory) to raczej złożone elementy elektroniczne.

Nie mam niestety dostęþu do większych statystyk, lecz z mojego doświadczenia, monitoring mikroinwerterów i optymalizatorów najczęściej wykrywa wady właśnie mikroinwerterów i optymalizatorów.

Jeśli ktoś chwali się, że dzięki monitoringowi szybko wykrył wadliwe moduły, to możesz mu pogratulować, ale w sercu pamiętaj, że najpewniej kupił moduły bardzo niskiej jakości lub zostały źle zamontowane.

Monitoring nie powinien być głównym powodem kupna mikroinwerterów, ale owszem, to bardzo miły dodatek.

Mikroinwertery - cena i opłacalność

Instalacja z kilkoma mikroinwerterami jest wyraźnie droższa od instalacji z jednym standardowym inwerterem.

W Stanach Zjednoczonych mikroinwertery są około dwa razy droższe w przeliczeniu USD/W od instalacji z jednofazowymi inwerterami szeregowymi².

W mikroinwertery nie należy inwestować ze względów finansowych. Są droższe i nie są wyraźnie bardziej wydajne. Jeśli chcesz je kupić, kup je dla innych zalet, przede wszystkim ochrony przed cieniem i zwiększonym bezpieczeństwem.

Podsumowanie

Podsumujmy naszą wiedzę.

Główne powody zakupu mikroinwerterów:

• Chronią moduły przed cieniem i ograniczają straty
• Zwiększają bezpieczeństwo
• Umożliwiają bezproblemową rozbudowę instalacji
• Jedyne rozwiązanie na bardzo (ale to bardzo) skomplikowane dachy

Dodatkowe zalety:

• Monitoring na poziomie modułu
• W pewnych warunkach mogą nieco zwiększać uzyski

Wady mikrofalowników:

• Ich wymiana serwisowa może być bardziej kosztowna
• Droższe w zakupie

Nie sposób prorokować, ale wszystko wskazuje na to, że mikroinwertery fotowoltaiczne dalej będą zdobywały popularność.

Bibliografia, najważniejsze źródła

1. Sara MacAlpine and Chris Deline, Modeling Microinverters and DC Power Optimizers in PVWatts, opublikowane przez NREL

2. David Feld man, Vignesh Ramasamy, Ran Fu, Ashwin Ramdas, Jal Desai i Robert Margolis, U.S. Photovoltaic System and Energy Storage Cost Benchmark: Q1 2020, opublikowane przez NREL