Jak zwiększyć zwrot z inwestycji w komercyjne systemy fotowoltaiczne?

Fotowoltaika stała się w ostatnich latach główną siłą napędową rozwoju OZE w Polsce. Moc zainstalowana w źródłach generujących energię elektryczną z promieniowania słonecznego wyniosła na koniec lipca 2022 roku 10,6 GW. Regulacje stymulujące rozwój rynku OZE w Polsce poprzez cele wyznaczone w Krajowym planie na rzecz energii i klimatu czy w unijnym planie RePowerEU, determinowane obecnymi wyzwaniami energetycznymi, klimatycznymi i polityczno-geograficznymi, każą optymistycznie patrzeć na przyszłość polskiego rynku systemów PV.

Wraz ze wzrostem tempa oddawania do użytku komercyjnych systemów PV, przy jednoczesnym dojrzewaniu obecnych systemów, rynek widzi w nich coś więcej niż tylko źródło czystej energii. Systemy fotowoltaiczne są obecnie postrzegane jako inwestycje długoterminowe, którymi należy precyzyjnie zarządzać w celu zwiększania zwrotu z inwestycji i wyników finansowych. W przypadku komercyjnych systemów fotowoltaicznych, podobnie jak w innych tego typu inwestycjach, kluczem do zwiększenia opłacalności jest maksymalizacja przychodów (produkcji energii) przy jednoczesnej minimalizacji kosztów obsługi (eksploatacji systemu PV). Przyjrzyjmy się bliżej, jak można tego dokonać w zakresie komercyjnych instalacji PV.

Możliwości zwiększenia rentowności inwestycji w instalację PV

Standardową metodą oceny wydajności komercyjnej instalacji fotowoltaicznej jest współczynnik PR (ang. Performance Ratio). Mierzy on różnicę między rzeczywistą a potencjalną obliczeniową wydajnością systemu fotowoltaicznego. Miarą jest procentowy udział bieżącej produkcji systemu PV w odniesieniu do jego teoretycznej potencjalnej produktywności obliczonej na podstawie pomiaru natężenia promieniowania słonecznego i temperatury. Działania w zakresie eksploatacji i utrzymania (O&M – ang. Operating and Maintenance) prowadzone są w celu przybliżenia rzeczywistej wydajności do teoretycznie możliwej do osiągnięcia w danych warunkach efektywności systemu. 

Działania mające na celu zwiększenie produkcji energii przez system PV należy podjąć już na etapie koncepcji i projektu. Analizując dostępne na rynku rozwiązania techniczne, projektanci i inwestorzy powinni wybrać takie, które umożliwi maksymalne wykorzystanie dostępnej przestrzeni montażowej, z uwzględnieniem wszelkiego rodzaju przeszkód mogących negatywnie wpłynąć na pracę instalacji PV.

Większość oferowanych na rynku rozwiązań dla systemów PV opiera się na kilku sztywnych zasadach projektowania narzucających ograniczenia dotyczące liczby modułów fotowoltaicznych w układzie oraz ich rozmieszczenia. Tego typu systemy są również wrażliwe na wszelkiego rodzaju zakłócenia w pracy modułu, tj. zacienienie, zabrudzenie czy mikropęknięcia. Rozwiązanie, które nie jest obarczone wszystkimi wymienionymi ograniczeniami, pozwala zwiększyć rentowność inwestycji już na etapie jej kalkulacji.

Innym kluczowym sposobem poprawy wydajności instalacji fotowoltaicznej jest całkowite zredukowanie strat spowodowanych niedopasowaniem termicznym modułów i ich tolerancją mocy oraz nierównomiernym starzeniem się modułów PV, a tym samym zwiększenie produkcji systemu. Właściciele systemów i projektów EPC (ang. Engineering, Procurement and Construction, czyli kontraktów „pod klucz”), podejmując świadomą i przemyślaną decyzję już na etapie wyboru technologii, mogą zadbać o zoptymalizowanie kosztów komponentów, projektowania, realizacji i eksploatacji systemu PV oraz zapewnić najwyższy możliwy poziom bezpieczeństwa.

Może Cię zainteresuje: Fotowoltaika pomaga spółce Agora w obniżaniu kosztów energii

Technologia MLPE (ang. Module-Level Power Electronics), czyli elektronika na poziomie modułu, gwarantuje maksymalizację uzysku energii w każdym przypadku. Dzięki obecności optymalizatorów mocy przy każdym module śledzenie punktu pracy mocy maksymalnej (MPPT) odbywa się na poziomie pojedynczego modułu, a nie jak w przypadku tradycyjnych falowników szeregowych na poziomie całego łańcucha modułów. Przewagą optymalizacji jest fakt, że każdy moduł w instalacji PV pracuje niezależnie od innych, z maksymalną w danych warunkach wydajnością. W przypadku połączenia szeregowego „najsłabsze ogniwo” decyduje o wydajności całego łańcucha. Optymalizatory mocy w porównaniu do tradycyjnych rozwiązań pozwalają projektować dłuższe łańcuchy oraz instalować w ramach jednego systemu moduły różnej mocy, o różnym nachyleniu i orientacji – bez wpływu na wydajność całej instalacji. Dodatkowo większego wyzwania nie stanowią potencjalne awarie wiążące się z wymianą modułów.

Na poziomie O&M zapewnienie szybkiej reakcji na wszelkie źródła powodujące spadek produkcji jest kolejnym ważnym czynnikiem poprawiającym czas pracy systemu. Obsługa i konserwacja mogą być bardzo kosztownym przedsięwzięciem przy wydłużonym czasie reakcji. Jednak wraz z pojawieniem się systemów monitorowania na poziomie modułu możliwe stało się śledzenie wydajności oraz wielu innych parametrów pracy każdego z modułów w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Dane historyczne oraz ocena wydajności dostępne w zasięgu kilku kliknięć z poziomu chmury umożliwiają precyzyjne, zdalne wykrywanie i rozwiązywanie problemów z dowolnego miejsca. Na podstawie informacji uzyskanych z monitoringu personel terenowy obsługujący instalacje PV wie dokładnie, gdzie i z jakim wyzwaniem ma do czynienia. Obecność optymalizatorów mocy pozwala zaoszczędzić nawet 25% kosztów związanych z utrzymaniem systemu.

Może Cię zainteresuje: Rola dofinansowań w rozwoju fotowoltaiki

Kolejnym elementem analizy rozwiązań z zakresu obsługi i konserwacji jest odróżnienie od siebie dwóch rodzajów działań – prewencyjnych i korygujących. Konserwacja prewencyjna ma na celu utrzymanie systemu PV w najwyższym stanie pracy i ograniczenie jego przestojów. Wymaga to zazwyczaj corocznej wizyty na miejscu inwestycji, w celu dokładnej oceny elementów systemu PV i sprawdzenia jego stanu. W przypadku standardowych systemów każdy moduł musi być sprawdzony w celu potwierdzenia jego prawidłowego działania. Jest to procedura uciążliwa, kosztowna i nieefektywna. W niektórych dużych obiektach może nawet wymagać użycia do kontroli dronów. Naraża ponadto personel serwisu na niebezpieczne warunki pracy, takie jak wysokie napięcia czy wysokości.

Podczas konserwacji zapobiegawczej pracownicy często odkrywają ukryte problemy, które spowodowały, że system przez dłuższy czas ograniczał produkcję energii. Może to się wiązać z koniecznością przeprowadzenia konserwacji korygującej. Jest ona przeprowadzana po wykryciu problemu i obejmuje rzeczywisty proces naprawy. 

Istnieje jednak również opcjonalny typ konserwacji – konserwacja selektywna. Dzięki zaawansowanym systemom monitorowania, w szczególności na poziomie modułu, możliwe jest zbieranie i analiza alertów dotyczących problemów z systemem w celu zmniejszenia liczby wizyt i czasu spędzanego na miejscu. Ten rodzaj monitoringu umożliwia dostawcom usług O&M przeprowadzenie analizy miejsca instalacji dla systemów DC instalacji i wysyłanie personelu w teren tylko wtedy, gdy ma to sens. Przykładowo jeśli jednostka ma wadliwą diodę, dostawca usług O&M jest w stanie na podstawie analizy danych z monitoringu zidentyfikować ten problem. Moduł można łatwo namierzyć, a jego producent może otrzymać zrzut ekranu do roszczenia gwarancyjnego. Oznacza to, że podczas następnej wizyty dostawca usług O&M może wymienić moduł, który uległ awarii, bez konieczności wyjazdu w teren, oszczędzając budżet.

Ten rodzaj monitorowania wymaga MLPE, który zazwyczaj nie jest oferowany przez podmioty zewnętrzne. Co ważniejsze, każdy rodzaj usługi monitorowania innej firmy spowoduje wzrost kosztów, co negatywnie wpłynie na zwrot inwestycji w system. Technologia SolarEdge oferuje tu holistyczne podejście do bezpieczeństwa PV – od poziomu modułu do systemu. Zapewnia kompleksowy pakiet rozwiązań bezpieczeństwa, który obejmuje następujące mechanizmy i środki: SafeDC™, Rapid Shutdown, wykrywanie zwarcia łukowego, ciągłą kontrolę stanu technicznego zacisków AC/DC z wbudowanym monitorowaniem temperatury, monitorowanie i zarządzanie systemem z różnymi poziomami dostępu serwisowego

Optymalizacja przychodów i kosztów może być związana bezpośrednio z pierwotnym wyborem falownika. W ostatnich latach proces wyboru falowników stał się znany ze względu na wpływ na koszty BoS (ang. Balance of System), ale obecnie związany jest bezpośrednio z produkcją systemu i wydatkami na obsługę i konserwację. Dzieje się tak, ponieważ falownik zarządza 100% produkcji systemu i może kontrolować koszty O&M. Na przykład rozwiązanie falownikowe SolarEdge zoptymalizowane pod kątem produkcji prądu stałego oferuje oparte na chmurze monitorowanie na poziomie modułu bezpłatnie przez 25 lat. Nie tylko eliminuje to koszty inwestycyjne, ale także zmniejsza bieżące koszty konserwacji i pomaga wydłużyć czas pracy systemu. Korzystając z selektywnej konserwacji, zakład O&M wymaga poświęcenia mniej czasu na miejscu i mniejszej liczby wyjazdów. Przy rosnących kosztach pracy selektywne i zdalne rozwiązywanie problemów, które jest możliwe dzięki monitorowaniu na poziomie modułu, może radykalnie obniżyć długoterminowe koszty obsługi i konserwacji. Ponadto tego typu rozwiązania monitorujące oferują raporty dotyczące wydajności paneli uwzględniające ich degradację, co jest często wymagane przez inwestorów, banki, zakłady energetyczne czy przedsiębiorstwa użyteczności publicznej.

Ze względu na te czynniki wybór falownika jest postrzegany jako coraz bardziej istotny dla bieżącej kondycji i produkcji systemu fotowoltaicznego. Falownik może w największym stopniu poprawić wskaźnik wydajności systemu. Dlatego planując dużą inwestycję, taką jak system fotowoltaiczny, ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób falowniki mogą zwiększać przychody z systemu i obniżać koszty przez cały okres jego eksploatacji.