Wszyscy w przypadku inwestycji w instalacje PV podkreślają, że ważny (w zasadzie najważniejszy) jest wybór dobrych modułów PV, czasami zapominając o dużej roli inwertera w zakresie poprawnej pracy całej instalacji PV. Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów inwerterów, a wybór tego odpowiedniego jest niezwykle istotny i nie zawsze łatwy. Na co wobec tego zwrócić uwagę, wybierając inwerter? Czy wybierać na podstawie marki inwertera? Kierować się jego sprawnością, czy udzielaną przez producenta gwarancją? Istotnym też pytaniem jest jak technologia inwerterów będzie się zmieniać w najbliższych latach?
Rynek inwerterów fotowoltaicznych na świecie
Analiza przeprowadzona przez Wood Mackenzie pokazuje, że globalny popyt na inwertery wzrósł w 2019 roku o 18%. Dziesięciu największych dostawców falowników reprezentowało 76% światowego handlu. Przewiduje się, że rynek ten osiągnie wartość ponad 3 mld USD w 2023 roku [3][8].
Rynek sprzedaży inwerterów PV na świecie – Źródło Wood Mackenzie, * dane szacunkowe [3]
Rynek jak widać na wykresie powyżej się konsoliduje. Pandemia nieco osłabiła rozwój, ale tylko minimalnie. Wiele firm zdecydowało się opuścić biznes PV, sprzedać swoje aktywa, a kilka innych skorzystało z okazji, aby rozszerzyć lub wejść na nowe rynki geograficzne. Firmy konsultingowe szacują, że rynek inwerterów fotowoltaicznych będzie rosnąć jak cała branża PV przy założonej rocznej stopie wzrostu na poziomie 5,6% licząc od 2020 do 2027 r [7][8].
Kryteria wyboru inwertera w instalacji PV
Inwerter stanowi obecnie „mózg” a może i „serce systemu PV. Musimy sobie zdawać sprawę, że założenia: „iż i tak wymienimy go pewnie za 10 lat” i „nie opłaca się przepłacać” oraz „długo nad tym elementem instalacji PV zastanawiać się nie trzeba” nie jest podejściem najbardziej słusznym. Jakie są zatem tutaj kryteria, które powinniśmy przeanalizować i które są najważniejsze? [1][2][4].
Za najważniejsze kryterium w przypadku wyboru inwertera wydaje się jego marka i doświadczenie firmy instalacyjnej, która będzie potrafiła wykorzystać potencjał tego konkretnego urządzenia dla wykonywanej instalacji PV. Wieloletnie doświadczenie w branży solarnej i międzynarodowe osiągnięcia wdrażania swoich innowacji powinny przekonać inwestora do określonej marki i rozwiązania inwertera. Redukuje to problemy przy późniejszej eksploatacji instalacji PV. Przygotowując się do tego artykułu podjąłem decyzję, że nie będę rozpisywał się w zakresie szczegółowych parametrów inwerterów ponieważ w tym zakresie indywidualnym doborem powinien zająć instalator. To on odpowiada za dobór wysokiej jakości inwertera do Twojego systemu, niezależnie od tego, czy będzie to urządzenie tego czy innego typu. Jest kilka kluczowych zasad w tym zakresie, ale instalacja PV nawet na bardzo zbliżonych obiektach może różnić pod względem indywidualnych parametrów doborowych i oczekiwań inwestora. Generalizowanie tutaj tylko powoduje zamieszanie i skróty myślowe [4][6][7].
Rozmawiając w tej kwestii z instalatorami widzimy, że najczęściej firmy te wybierają najczęściej kilka marek do zaoferowania swoim klientom. Zostają one wybrane na podstawie ich jakości, trwałości, wydajności i obsługi. Firmy instalacyjne najczęściej wybierają więc do swojej oferty takie marki producentów inwerterów, które działają w branży od dłuższego czasu i cieszą się dobrą opinią w zakresie obsługi klienta i mają stabilność finansową, aby utrzymać swoje gwarancje. Ich szczegółowe parametry i rodzaje w naszej instalacji powinny być wybrane na bazie indywidualnej analizy obiektu, do którego dobieramy instalację PV [4][6].
Poza marką inwertera, wiedzą i doświadczeniem instalatora podobnie jak w przypadku modułów PV coraz częściej możemy zweryfikować jakość inwerterów w ogłaszanych corocznie wynikach testów PVEL. Instytut PV Evolution Lab już od ponad 10 lat poddaje badaniom panele fotowoltaiczne (o czym pisano już w tym blogu), a od niedawna bada też inwertery PV. Warto zatem poza marką mieć na uwadze te doniesienia [6][7].
Badania jakość inwerterów w PV Evolution Lab – źródło www.pvel.com/inverter-scorecard
W następnej kolejności w zakresie optymalnego wyboru inwertera PV będą czynniki związane ze sprawnością inwertera oraz udzielaną gwarancją. Gwarancja inwertera różni się od gwarancji, która obejmują panele fotowoltaiczne, zazwyczaj jest ona zdecydowanie krótsza. Najczęściej producenci inwerterów oferują tylko 5-letnią ochronę swoich produktów, warto więc wybrać firmę, która w ramach usługi zakupu i montażu instalacji fotowoltaicznej proponuje rozszerzenie tej standardowej gwarancji. A są już firmy które rozszerzają ją nawet na okres 15 lat i więcej [4][5][6].
Mniej istotne dla użytkownika powinny być aspekty związane z funkcjami i parametrami takimi jak zarządzanie zdalne, stopień ochronności IP, czy tzw. maksymalna uzyskiwana sprawność. Cena urządzenia jest tutaj kryterium „środkowym”. Na pewno nie jest najważniejsza wśród wymienionych kryteriów, jak też nie może uznać uznana za pomijalną, biorąc pod uwagę, że inwerter stanowi około 30% wartości mikroinstalacji PV.
Innowacyjne rozwiązania w inwerterach – trendy rozwojowe
Falowniki stały się w ostatnich latach bardzo uniwersalnymi urządzeniami, używane nie tylko do przekształcania prądu stałego w prąd przemienny, ale także do analizowania i kontrolowania instalacji fotowoltaicznych, a także magazynów energii, rozwiązań z zakresu energii do ogrzewania i inteligentnych domów. Do najważniejszych trendów rozwojowych w technologii inwerterów możemy zaliczyć również rozwój systemów zapewniających bezpieczeństwo instalacji PV [4][6][8].
Biorąc pod uwagę zagrożenie pożarowe od łuku elektrycznego wiodące firmy inwerterów takie jak Huawei proponują wspomaganą przez sztuczną inteligencję aktywną ochronę instalacji przed występowaniem łuku elektrycznego. Nowoczesne inwertery potrafią już precyzyjnie rozpoznawać miejsca występowania łuku elektrycznego w instalacji PV [5].
Precyzyjne rozpoznawanie miejsca występowania łuku elektrycznego dzięki sztucznej inteligencji w inwerterach Huawei [5]
Integracja sztucznej inteligencji i fotowoltaiki ułatwi wzajemne wykrywanie i wzajemne połączenia między urządzeniami w instalacji PV oraz poprawi efektywność wytwarzania energii i wydajność obsługi i konserwacji poprzez współpracę w zakresie optymalizacji. Techniki sztucznej inteligencji mogą niedługo zaoferować nowe możliwości dla systemów PV [10]:
- – aktywna identyfikacja błędów modułów PV i urządzeń za pomocą algorytmów diagnostycznych;
- – optymalizacja algorytmów systemów nadążnych (trackery) z wykorzystaniem danych z chmury i systemów uczących się;
- – wspomaganie sztuczną inteligencją systemów magazynowania energii z PV w celu automatycznej optymalizacji zysków z produkcji z PV.
W przyszłości branża PV będzie zdigitalizowana i będzie obejmować interfejsy do komunikacji cyfrowej. Umożliwi to powszechne łączenie z systemami zarządzania energią, oraz elektromobilnością. Inwertery zawdzięczają swoją rosnącą wszechstronność przede wszystkim właśnie cyfryzacji, co otwiera nowe pola zastosowań. Wiele wskazuje na to, że systemy PV będą w przyszłości zorientowane na inwerter, a jego cyfryzacja i „inteligencja” będą coraz bardziej się rozwijać.
Zastosowanie systemów magazynowania energii w branży PV będzie dalej napędzać ewolucję inwerterów jako centrów zarządzania energią dla elektrowni fotowoltaicznych. Prognozy wskazują, że do 2025 r. Odsetek systemów fotowoltaicznych z magazynowaniem energii przekroczy 30% [9][10].
Biorąc pod uwagę szybki rozwój powstających technologii informacyjno-komunikacyjnych (ICT) – takich jak sztuczna inteligencja, przetwarzanie w chmurze, duże zbiory danych i 5G szacuje się potencjalny zapas zwiększenia efektywności produkcji energii z przyszłościowych systemów PV szacuje się nawet na 20% [9][10].
Podsumowanie
Przedstawione trendy rozwojowe w technologii inwerterów są powiązane z podstawowymi celami branży PV na świecie w zakresie: redukcji kosztów, poprawy wydajności i inteligentnych aktualizacji – z których wszystkie zapewniają możliwość obniżenia wskaźnika LCOE (Levelized Cost of Electricity – koszt energii wytwarzanej przez cały okres eksploatacji systemu PV – relacja wydatków inwestycyjnych i kosztów związanych z utrzymaniem do całkowitej produkcji energii) i przyspieszenia integracji instalacji PV z sieciami elektroenergetycznymi.
Producenci w następnych latach poza ulepszeniami w technologii inwerterowej będą starali się „ustawić” inwerter PV w centralnym miejscu systemu energetycznego domu mieszkalnego. Inwerter już robi o wiele więcej niż tylko zamienia prąd stały na zmienny. Zarządza bowiem: produkcją energii słonecznej, magazynowaniem wytworzonej energii, interakcją z siecią i jej zużyciem. Realizując to wszystko jest już idealnie przygotowany, aby stać się scentralizowanym inteligentnym „menedżerem energii”, który kontroluje również inteligentne urządzenia w całym domu: ładowanie pojazdów elektrycznych, podgrzewanie wody czy współpraca z pompą ciepła jako układ nadzorujący. W ostatnich latach dokonuje się bowiem rewolucja energetyczna prowadząca do przejścia z systemu opartego o rozdzielność funkcji w energetyce do tzw. połączonego systemu energetycznego. Przedstawiono to na poniższym rysunku.
Transformacja energetyczna prowadząca do elektryfikacji z systemu opartego o rozdzielność funkcji w energetyce do połączonego systemu energetycznego
Jeśli ostatnia dekada na rynku PV czegoś nas nauczyła, to tego, że jest to dynamiczna, szybko rozwijająca się branża. Rynki się zmieniają, dotacje wygasają, gracze rynkowi dostosowują się lub znikają z rynku. Przy obecnej presji rynkowej i czynnikach typu Covid należy spodziewać się, że następne dziesięć lat przyniesie jeszcze więcej wyzwań.
Wraz z rozszerzaniem się funkcjonalności inwerterów ich producenci będą dywersyfikować swoją działalność oferując jednocześnie swoje systemy magazynowania energii i systemy zarządzania energią oraz zarządzanie inteligentnymi urządzeniami w domach z wykorzystaniem odpowiedniego oprogramowania i sztucznej inteligencji [9].
Pozwalając sobie na dalsze wybiegnięcie w przyszłość wdrażanie sztucznej inteligencji zastąpi niedługo inżynierów obsługi i utrzymania w wielu funkcjach diagnostycznych i decyzyjnych systemów PV. Rozwój instalacji PV będzie następował. Zapomnijmy przy tym, że są to instalacje bezobsługowe! Nigdy takimi nie były i nie będą! Inspekcja dronów i automatyczna obsługa i konserwacja oparta na robotach w przemyśle 4.0 poradzą sobie z trudnymi i powtarzalnymi pracami obsługowymi i konserwacyjnymi instalacji PV, które wymagają stałej wysokiej dokładności. Elementem, który będzie zarządzał tymi pracami będzie prawdopodobnie inwerter.
Źródła:
- [1] Flizikowski J. Mroziński A.: Inżynieria instalacji fotowoltaicznych. Monografia pod redakcją A. Mrozińskiego. Wydawnictwo Grafpol. ISBN: 978-83-64423-40-6, Bydgoszcz 2016
- [2] Mroziński A.: Poradnik dobrych praktyk wdrażania instalacji odnawialnych źródeł energii. Wydawnictwo 1studio.pl Arkadiusz Bartnik, ISBN 978-83-943206-0-7, Bydgoszcz 2015
- [3] pv-magazine.com/2020/04/29/huawei-sungrow-and-sma-dominate-global-inverter-market
- [4] cleanenergyreviews.info/solar-inverter-comparison
- [5] huawei.com/pl/FusionSolarResidential
- [6] pv-tech.org/pv-evolution-labs-publishes-first-pv-inverter-scorecard/
- [7] pvel.com/wp-content/uploads/PVEL_2019-PV-Inverter-Scorecard.pdf
- [8] grandviewresearch.com/industry-analysis/pv-inverters-market
- [9] pv-tech.org/the-future-of-inverter-companies
www.pv-magazine.com/2020/06/25/predicting-the-future-for-smart-pv