Opóźniony start falowników - cichy pożeracz zysków w elektrowniach PV

Kiedy liczniki milczą, choć słońce już świeci

Operatorzy instalacji fotowoltaicznych od lat uczą się rozpoznawać typowe źródła strat - zabrudzone moduły, degradację ogniw czy niedopasowanie elementów w łańcuchach paneli. Znacznie rzadziej mówi się jednak o zjawisku, które badacze z Uniwersytetu Campinas w Brazylii postanowili dokładnie prześwietlić: falowniki, które po wschodzie słońca po prostu zwlekają z uruchomieniem. Problem brzmi niepozornie, ale jak pokazują wyliczenia, może kosztować instalację nawet blisko 2 proc. całorocznej produkcji energii.

Co wykazały dane z 30-megawatowej farmy

Punktem wyjścia do analizy były dane operacyjne z 2023 roku zebrane na elektrowni słonecznej o mocy 30 MW, działającej w zachodniej części brazylijskiego stanu Sao Paulo. Instalacja wykorzystuje jednostronne moduły zamontowane na trackerach jednoosiowych, a konwersją energii zajmuje się osiem falowników centralnych. Dzięki rejestracji danych w rozdzielczości 15-minutowej badacze mogli precyzyjnie wyłapać momenty, w których urządzenia nie podejmowały pracy, mimo że promieniowanie słoneczne docierało już do paneli.

Rezultaty okazały się zaskakujące. Aż 6,09 proc. wszystkich pomiarów mocy AC wykazało brak produkcji w warunkach, które teoretycznie powinny pozwalać na pracę falownika. Po przeliczeniu na realne straty energii wyszło 1,88 proc. rocznej produkcji całej farmy. W najbardziej skrajnych sytuacjach falownik ruszał dopiero cztery godziny po wschodzie słońca.

Co to oznacza w praktyce

• Pierwsze 90 minut po wschodzie słońca to okres, w którym koncentruje się ponad 55 proc. wszystkich strat - przy średnim napromienieniu poniżej 300 W/m².
• Najbardziej dotkliwa luka między produkcją potencjalną a rzeczywistą pojawiała się między 60. a 75. minutą po wschodzie słońca.
• Straty mają wyraźny charakter sezonowy - 68,8 proc. rocznego ubytku energii przypadło na pierwszą połowę roku, co może wiązać się z porą deszczową i podwyższoną wilgotnością.
• Falowniki z tej samej serii produkcyjnej zachowywały się skrajnie różnie - miesięczne straty poszczególnych urządzeń wahały się od 0,14 proc. do 5,02 proc. ich własnej produkcji.

Wilgoć na podejrzanej liście

Zespół badawczy wysunął hipotezę, że za opóźnionym startem może odpowiadać przejściowy spadek rezystancji izolacji po stronie DC, spowodowany poranną rosą lub wilgocią osiadającą na modułach, przewodach i złączach. W takim wariancie falownik wstrzymywałby podłączenie do sieci do czasu, aż parametry izolacji wrócą do normy - to rozwiązanie zabezpieczające, ale generujące wymierne straty finansowe.

Naukowcy zaznaczają jednak, że nie udało się jednoznacznie potwierdzić tej zależności przyczynowo-skutkowej. Wśród innych możliwych czynników wymienia się wahania napięcia w sieci dystrybucyjnej, specyfikę algorytmów sterujących falownikiem, temperaturę otoczenia oraz tempo wzrostu nasłonecznienia w godzinach porannych. Warto przy tym pamiętać, że falownik z zasady nie uruchamia się natychmiast po pierwszych promieniach słońca - musi najpierw zweryfikować parametry bezpieczeństwa oraz warunki sieciowe po stronie DC.

Jak oszacować straty bez nowego osprzętu

Jednym z praktycznych rezultatów badania jest metoda szacowania strat związanych z opóźnionym startem, która nie wymaga instalowania dodatkowych czujników. Potrzebne są jedynie dane o mocy czynnej AC z poszczególnych falowników oraz informacja o godzinie wschodu słońca dla danej lokalizacji. Utraconą energię wylicza się, porównując produkcję w badanych przedziałach czasowych ze średnią produkcją w tych samych godzinach w dniach, gdy falownik pracował bez zarzutu.

Metoda ta ma swoje słabe punkty - zmienne zachmurzenie może zaburzać wyniki, a zbyt mała liczba dni referencyjnych z prawidłową pracą urządzenia prowadzi do niedoszacowania rzeczywistej skali strat. W takich sytuacjach autorzy zalecają sięgnięcie po bardziej rozbudowane modele statystyczne.

Dlaczego operatorzy farm PV powinni to zauważyć

Zdaniem badaczy opóźniony start falowników nie zasługuje na status ciekawostki technicznej ani jednorazowej anomalii - to systematyczny i mierzalny mechanizm strat, który warto uwzględniać w planach monitoringu, harmonogramach konserwacji oraz prognozach finansowych instalacji. Dla pojedynczej farmy różnica rzędu 2 proc. rocznej produkcji może wydawać się drobna, jednak w portfelu kilkudziesięciu elektrowni przekłada się na konkretne, policzalne kwoty. Co istotne, identyfikacja tego problemu nie wymaga nowych inwestycji w sprzęt - wystarczy odpowiednia analiza danych, które operatorzy i tak już gromadzą na co dzień.