Erilaisten inverttereiden vaikutus teollisen aurinkovoiman sähköntuotantoon

Abstract

Tämän opinnäytetyön aiheena oli vertailla erilaisten inverttereiden vaikutusta teollisen aurinkovoiman sähköntuotantoon. Vertailua suoritettiin inverttereiden tehohäviöiden kautta, jotta vertailusta saadaan suhteellisen selkeä. Inverttereiden hintaerot on otettu huomioon lopputuloksia käsiteltäessä. Inverttereiden vertailu suoritettiin käyttämällä eri kokoisia kuvitteellisia aurinkosähköjärjestelmiä. Käytettyjä kuvitteellisia aurinkosähköjärjestelmiä oli yhteensä viisi, joille suoritettiin vertailu sekä ylimitoituksella että ilman ylimitoitusta.

Työn toimeksiantaja oli Sitema Oy, joka tekee suunnittelu- ja asiantuntijatyötä aurinkovoimahankkeiden parissa suomalaisille ja ulkomaalaisille yrityksille. Toimeksiantaja koki tarpeelliseksi erilaisten inverttereiden vertailun, koska aurinkovoiman käytön lisääntyessä on tärkeää, että käytössä ovat oikenlaiset invertterit. Oikeanlaisella invertterillä ja mahdollisella virran optimoijalla saavutetaan tehokas ja pitkäikäinen järjestelmä.

Inverttereiden tärkein tehtävä on muuntaa aurinkopaneeleiden tuottama tasavirta käyttökelpoiseksi vaihtovirraksi. Tällä hetkellä yleisin Suomessa käytettävä invertteri on stringi-invertteri, joka voi olla 1- tai 3-vaiheinen. Stringi-inverttereiden lisäksi tässä työssä on käsitelty keskusinverttereitä, mikroinverttereitä, hybridi-inverttereitä sekä hiukan virran optimoijia. Nimensä mukaisesti 1-vaiheinen invertteri on kytketty verkon yhteen vaiheeseen ja 3-vaiheinen verkon jokaiseen kolmeen vaiheeseen. Useimmat invertterit ovat nykyään 3-vaiheisia, koska useimmissa tilanteissa niiden avulla saavutetaan parempi hyöty. 1-vaiheiset invertterit ovat pääosin käytössä alle 3 kWp järjestelmissä sekä sellaisissa talouksissa, missä on 1-vaiheinen sähköliittymä. 1-vaiheinen invertteri on pakollinen 1-vaiheisissa sähköliittymissä.

Vertailuita tehdessä huomattiin, että korkeammilla jännitteillä stringi-invertterit ovat paras vaihtoehto sekä teollisissa kiinteistöissä että aurinkopuistoissa. 50 kW teollisissa kiinteistöissä matalammilla jännitteillä hybridi-invertterit ovat hyvä vaihtoehto, mutta aurinkosähköjärjestelmän koon noustessa yli 100 kW on järkevintä käyttää stringi-invertteriä halvempien kulujen vuoksi. Aurinkopuistoissa keskusinvertterit ovat tehohäviöllisesti parempia kuin stringi-invertterit, kun aurinkosähköjärjestelmän jännite on alle 1050–1100 V, riippuen inverttereiden mitoituksista. Aurinkopuistojen kohdalla täytyy myös miettiä invertteriä valitessa erilaiset olosuhteet, kuten esimerkiksi varjostukset. Toinen invertteri voi siis olla tehohäviöllisesti parempi vaihtoehto, mutta aurinkopuiston olosuhteiden takia on siitä huolimatta järkevää käyttää muuta invertteriä.