Надеждност и време на живот на инверторите

[Mateev]

Отварям тази тема, защото е много актуална и по нея се пише във всички останали теми. Предлагам в бъдеще всички дискусии по надеждността на инверторите да се правят в тази тема.

[Mateev]

Всички знаят, че производителите на инвертори по света дават една и съща гаранция - 5 години. Близко до ума е, че от тази цифра не можем да си извадим никаква полезна информация за реалния живот на инвертора. Дефакто числото 5 се е наложило като стандарт и никой не смее да даде нещо друго. Ако даде по-малко, неговите инвертори няма да се купуват. Ако даде по-много - ще има допълнителни непредсказуеми разходи за уважаване на гаранциите. Следователно всички сегашни и бъдещи производители ще дават 5 години, пък какво ще се случи в действителност ще разберем в бъдещето.

Затова според мене е редно малко да поразсъждаваме и по пътя на логиката да си изясним каква е надеждността и какъв живот бихме могли да очакваме. За тази цел трябва да да анализираме какви компоненти има в един инвертор и какво е тяхното време на живот.

[Mateev]

Започваме с полупроводниковите елементи - транзистори и интегрални схеми. По принцип те са много надеждни и времето им на живот е десетки и стотици години. Най-големия проблем при тях е дебелината на базата на транзисторите. Всички знаят, че дифузията продължава и при стайна температура. Само че с много ниски темпове. Става въпрос за хиляди години. Но въпреки ниските темпове на дифузия, рано или късно тя ще доведе до много голямо утъняване на базата и до повреда на транзистора. В инвертора има милиони транзистори и само един от тях да се повреди - край с целия инвертор.

Най-застрашени в един инвертор са крайните мощни транзистори. При тях в процеса на работа кристала се нагрява до над 100 градуса, което означава, че дифузията работи с по-голяма скорост. И ако някога някой транзистор се повреди от самосебе си, то това вероятно ще е някой от крайните транзистори в AC моста.

Въпреки това, аз считам, че транзисторите са най-малкия проблем на инверторите. Дори и да започнат систематични повреди, то те ще са след стотици години. Няма смисъл да ги мислим повече, защото в инверторите има много по-ненадеждни компоненти, за които ще пиша в следващите постинги.

[Mateev]

За резистори, платки, изпълнение, дросели, трансформатори и кабели в инвертора няма смисъл да говорим. По принцип това са компоненти с огромно време на живот. И ако въобще нещо не е изпълнено както трябва (например мъртва спойка или лош контакт), то тогава инвертора ще даде отказ още в първите няколко месеца експлоатация. И ще бъде сменен гаранционно. Ако обаче инвертора безотказно работи една година, то тогава вече можем да сме сигурни, че повреда по изброените по-горе причини няма да възникне и в следващите 100 години.

Защо казвам 1 година?
Ами през тази година инвертора поне веднъж ще е подложен на много високи температури през лятото и поне веднъж - на много ниски през зимата. Тази температурна разлика ще предизвика температурни разширения и свивания. И ако някъде има мъртва спойка или лош контакт - то те ще се проявят.

Следователно изброените по-горе причини не са проблем. Или инвертора ще се повреди в гаранционния срок и ще бъде сменен, или ще изкара 100 години.

[Mateev]

Продължаваме със списъка и вече започваме да мислим за по-ненадеждните компоненти. На първо време започваме с варисторите на входа. Тяхната роля е да защитават инверторите от пренапрежения на входа. Такива пренапрежения възникват по време на светкавици, попаднали директно върху модулите или в непосредствена близост. При попадение на светкавица, в кабелите се индуктира напрежение с огромна стойност (хиляди и милиони волтове) и кратка продължителност (милисекунди). За такива огромни напрежения няма изолатори. Няма и как да се направи електронна защита. Единствения начин е да жертваме някой компонент и варисторите изпълняват именно тази роля. Те окъсяват входа и по този начин пречат на разпространението на дъгата вътре в електрониката. Но върху тях се отделят огромни мощности и те изгарят. И трябва да бъдат сменени. Не струват кой знае колко, но сложете и командировката на специалиста на СТС Солар и работното време и си става един разход, който е неприятен. Освен това ако на всяка една буря сменяте варисторите - къде ще му излезе края.

Затова горещо препоръчваме на всички да не подценяват изискванията за гръмотводна инсталация. Дори и ако тези изисквания не са задължителни според ЗУТ. Направата на гръмотводна инсталация не струва кой знае колко, но за сметка на това ще ви спести много бъдещи проблеми.

Имайте в предвид и следния факт - изгорели варистори не се признават даже и в периода на гаранцията. Те просто са консуматив. Затова положете усилия варисторите ви да не изгарят.

[Mateev]

Следващия още по-ненадежден компонент са електролитните кондензатори. В процеса на работа те изсъхват и си намаляват капацитета. Особенно ако работят при високи температури.

Електролитните кондензатори според мене са най-ненадеждния компонент на инверторите. Ние имаме наблюдения от нашия ИТ отдел, който поддържа компютрите във фирмата. И даже се наложи да назначим специален човек, който сменя електролитните кондензатори на захранванията и по дъната. И као във фирмата се повреди компютър - значи е за смяна на кондензаторите.

Трябва обаче да се знае, че има кондензатори и кондензатори. Имаме маркови сървъри, които вече работят 5-6 години и няма никакви проблеми с кондензаторите. В същото време на евтините работни станции кондензаторите издържат по 2-3 години. И се налага смяната им.

Следователно колко дълго ще издържат инверторите без повреда зависи от това с какви кондензатори за направени. И аз горещо се надявам известните западни фирми да не правят никакви компромиси с кондензаторите и да слагат качествени такива. За да могат инверторите да издържат поне 10 години без ремонт.

За съжаление обаче нямаме никакъв шанс да разберем с какви кондензатори е зареден даден инвертор. И след няколко години някой ще пропищи.

Склонен съм да си мисля, че SMA и MASTERVOLT зареждат инверторите с хубави кондензатори. Най-малкото защото тези фирми имат дългогодишни традиции и ако имаха такива проблеми, досега щяхме да разберем. Но ако заговорим за някоя нова и неизвестна фирма - то тогава аз бих бил безкрайно предпазлив. Даже направо бих се отказал, независимо колко евтин инвертор ми предлагат.

И последно - дори и при хубави кондензатори пак ще имаме откази след около 10 години. И ще се наложи подмяна на инверторите. Но това няма да стане от веднъж. Вероятно още от 7-та или 8-мата година ще започне да се поврежда един или друг инвертор. Бум на повредите ще има през 12-тата до 15-тата година, а някои инвертори сигурно ще издържат и 20 години. Но така или иначе при направата на бизнесплан трябва да се планира подмяна на инверторите средно веднъж на 12-15 години. Добрата новина е, че след 10 години инверторите вероятно ще са значително по-евтини от сега. Може даже направо да има микро-инверторчета за 1 модул.

[Mateev]

И последния и най-ненадежден компонент - ВЕНТИЛАТОРИТЕ.

Каквото и да си приказваме - вентилаторите имат движещи се части. Които автоматично ги правят силно ненадежден компонент. Тука пак се базираме на нашите наблюдения за компютрите. Един вентилатор рядко издържа повече от 2-3 години. И едва ли някъде по света има вентилатори, които да издържат повече от 5-6 години.

Не знам с какви модели вентилатори са оборудвани инверторите. Горещо се надявам да са сложени някакви по-надеждни модели. Но дори и да е така - то пак тези вентилатори ще се повредят след няколко години. Освен ако нямат перфектна лагеруваща система, в което горещо се съмнявам.

Тука трябва да се добави и набиването с прах и пепел на вътрешността на инвертора и задръстването на входните защитни филтри.

Има инвертори на SMA, които са без вентилатори. При тях вместо вентилатори има големи външни радиатори. Този тип инвертори гарантирано ще имат много по-дълъг живот. За съжаление обаче такива инвертори се правят с малки мощности и най-големия от тях е SB 5000TL HC Multi-String.

Ако искате надеждна централа, използувате инвертори без вентилатори.

[Lupus]

Следващия още по-ненадежден компонент са електролитните кондензатори. В процеса на работа те изсъхват и си намаляват капацитета. Особенно ако работят при високи температури.

Електролитните кондензатори според мене са най-ненадеждния компонент на инверторите. ...

Ще се опитам да продължа разсъжденията за кондензаторите, от моите лични наблюдения и опит.
Три са възможните начини да дефектира един електролитен кондензатор:
1. Пробив по напрежение - получава се, когато работното и максималното напрежение не са разчетени правилно или се появи свръхнапрежение, много по-високо от планираното.
2. Ликаж (ток на утечка) - получава се както от дефекти в технологията, така и в следствие на естествения процес на стареене.
3. Изсъхване на електролита - получава се както поради стареене, така и поради постоянна работа при високи температури и натоварвания.
И докато при пробив повредата на инвертора се проявява веднага, то при стареенето и изсъхването процеса е бавен и продължава с години, преди да се усети забележимо. На особено тежък режим на работа са подложени електролитните кондензатори през лятото - поради високата околна температура и силната слънчева радиация, която кара инверторите да работят почти в граничен режим на натоварване.
При съхненето на електролита се намалява капацитета на кондензатора и от там способността му да натрупва енергия (Q=C*V), а това се отразява пряко на КПД на инвертора. Поради това бавно с годините пада и ефективността цялата централа. Това намаляване трудно може да се усети в къс период (година - две), но в рамките на периода на изплащане на инвестицията (7-9г) може да доведе до съществени загуби.
Какво може да се направи за да се избегнат?
1. При профилактика, поне веднъж на две години да се прави точно замерване на параметрите на инвертора при съпоставими условия и от там да се види дали няма мамаление на КПД.
2. След изтичане на гаранционния срок, примерно на 6-тата година от работата да се замерят директно капацитетите и ликажа на основните електролитни кондензатори, да се сравнят с тези, гарантирани от производителя и при видимо влошаване, кондензаторите да се подменят.

[Mateev]

Има и още 2 метода за детектиране на потенциални проблеми:

СРАВНЕНИЕ НА ДВА ЕДНАКВИ ИНВЕРТОРА
Обикновено големите централи имат много на брой еднакви инвертори. Вярно е, че на тези инвертори могат да се случат стрингове с различна мощност, но още първата година вие ще получите данни за производството на тези стрингове + инвертори. Тази първа година може да се използува като еталон и всяка следваща да се сравнява с нея. Трябва обаче да се използуват не абсолютните данни от производството, а отношенията между отделните инвертори. Тези отношения трябва да остават стабилни във времето. Ако някое отношение започне да се променя, то това означава проблем или в инвертора или в модулите. По-вероятната причина обаче е в инвертора. Защото дори и да има някакво стареене на модулите, то ще е по-малко от 0.5% на година. А един евентуален проблем в някой инвертор ще даде много по-голям спад.
Този метод обаче изисква да имате перфектни данни за производството. Тоест задължително трябва да имате Data Logger.

СРАВНЕНИЕ С ДАННИТЕ ЗА СЛЪНЧЕВАТА РАДИАЦИЯ
Когато инвертора е само един, нуждаем се и от данни за слънчевата радиация. Пак използуваме първата година като еталонна и сравняваме всички следващи с нея. Но този метод освен Data Logger задължително изисква и радиационен датчик.

[Mateev]

Между другото и в момента нашият холдинг притежава специалисти в ИТ отдела, които се занимават със смяна на кондензаторите на повредените компютри. И няма да е никакъв проблем СТС Солар в бъдеще да предлага услугата "Смяна на електролитните кондензатори" или "Смяна на вентилаторите". С една такава смяна живота на инвертора практически се удвоява. Тоест след 10 години клиента ще може да си прецени дали да си купи нов инвертор по тогавашните цени или да си смени кондензаторите и вентилаторите и да изкара още 10 години. Ако дотогава цените на инверторите не поевтинеят значително, по-изгодна ще е смяната.

Нещо повече. Смяна на кондензаторите и вентилаторите може да се прави няколко пъти подред. И по този начин инвертора може да бъде поддържан във великолепно състояние неограничено дърго време.

[Lupus]

Методите със сравнения са твърде косвени, а данните се влияят от много фактори, за да се улови разлика от 2-3% спад в КПД на инвертора. Такава промяна ще е в рамките на статистическата грешка. Прякото измерване на параметрите предполага един несложен стенд с възможност за промяна на напрежението и тока в определени граници (промяна на ВАХ), измерване на отдаваната в мрежата енергия и пресмятане на КПД за различни точки на ВАХ.

[elektromer]

Според мен, проблемите с кондензаторите и вентилаторите не е такъв, какъвто се описва. Има апарарути, които работят по 20 години и имат вентилатори и електролитни кондензатори в тях и не се е налагало да се сменят. В инверторите електролитните кондензатори са на такива места, че схемотехнически при проектирането е необходимо кондензатора да е по-голям от еди колко си микрофарада, а не точна стойност. При това производителя обикновено слага поне с 20% по висока стойност. Произвежданите нови кондензатори освен това са в горния край на толеранса и това означава, че има минимум 30% капацитет повече от нужния. При един нормално сериозен производител този въпрос изобщо не е за притеснение..., има да си работи доста повече от 10 години. С вентилаторите е същото, имайки предвид че досега не съм виждал постоянно включен вентилатор. А управлението през термосхема означава че през по-голямата част от годината няма да работи (в студено време и през ноща).
Специалистите, които сменят кондензатори в компютрите...., там е друга работа. Там цената е ниска, компютрите са китайски и за тези цени всичко е на ръба. Кондензаторите са със съответното качество и съответното презапасяване (по напрежение и капацитет), което е доста малко.
Едва ли такива се налага да сменяте кондензатрите на маркови компютри.
Когато инверторите станат по 200 лева от неизвестни китайски майстори на ниските цени, тогва може би ще имаме проблема с кондензаторите и и вентилаторите.

Единствения сериозен проблем, който съществува, това са пренапреженията. Те биват всякакви - атмосферни и огромен бвой мрежови. В мрежата се получават всякакви пренапрежения - комутационни, от преходни процеси и т.н. Тези пренапрежения се гасят без проблем от варисторите (ако ги има на АС страната). Единствените пренапрежения, които биха повредили варисторите това са мощни гръмотевични пренапрежения и тряйно повишаване на напрежението в мрежата (ако прекъсне нулата някъде в клона към който е вързан инвертора) В този случай, напрежението вместо 230 Волта може да достигне 400 и то не само за кратко. Това със сигурност би повредило варисторите (ако ги има) а ако ги няма - може да повреди инвертора.
Тези неща разбира се са предвидени и до голяма степен са взети мерки в сериозните инвертори, но доколкото борбата на пазара е цена и качество...., риск си съществува и инверторите се повреждат.

От гръмотевични пренапрежения - риска е най сериозен. За съжаление този проблем изобщо не се решава с направата на качествено заземление, както препоръча "Матеев". Даже напротив, това което каза той не само че не решава този въпрос, но в повечето случаи го задълбочава.
За защита от такива пренапрежения наистина въпросите са много интересни, има решение и подхода е друг. Но ако има интерес да задълбаваме в тази тема тогава ще го направим. Сега мисля, че поста ми стана прекалено дълъг и не искам да ви отегчавам повече.

[Mateev]

За пренапрежения препоръчвам гръмотводи, а не заземления. Много по-добре е светкавицата да падне върху гръмотвода, отколкото директно върху рамките и клетките на модулите.

Ако по някаква причина светкавицата падне директно върху модулите, то тогава ще стане мътна и кървава и никакъв варистор не би могъл да спаси инвертора. Просто вътре в кутията на инвертора всичко ще бъде опечено и ще остане само топка стопени и обгорени жици. Наблюдавал съм такава картинка в една моя аларма, която пое директна светкавица. Части от самата метална кутия бяха стопени, а вътре в кутията направо не можеше да се каже какво е имало. Части от платката с електрониката направо липсваха, сякаш бяха изпарени. Останалото беше една черна и обгорена топка.

Затова горещо препоръчвам гръмотводи. Те би трябвало да поемат светкавицата и да я отведат в земята. Но протичането на десетки и стотици хиляди ампери ток през гръмотвода ще създаде електромагнитен импулс, подобен на тези от атомните бомби. И в близката околност ще се индуктират вихрови токове във всичко, което е направено от метал. В това число и в свързващите AC и DC кабели на инверторите. И точно тези индуктирани токове ще създадат пренапрежения, които трябва да бъдат угасени от варисторите. Именно за този случай са сложени тези варистори. Те не могат да предпазят от директни светкавици. Те предпазват само от индуктираните токове и напрежения.

Би могло да се повиши защитата на входа от индуктирани вихрови токове, ако соларните кабели бяха екранирани и заземени само от едната си страна. Но това би ги оскъпило много. И вероятно поради тази причина кабелите не се екранират.

Така или иначе ние няма какво толкова да му мислим. Този проблем са го мислили хиляди проектанти по света и те са решили, че кабелите не трябва да се екранират. И че на входовете на инверторите трябва да имат варистори. И че трябва да има гръмотводни инсталации, които да отклоняват светкавиците по периферията на соларната централа.

[Mateev]

Направих кратка справка за светкавиците като природно явление. Ето накратко какво представляват:

Светкавицата е електрически искров разряд между два облака или между облак и земята. Този разряд се придружава от ярък блясък в областта на видимия спектър и се съпровожда от гръм (гръмотевица). Има и мощни излъчвания в широк диапазон от електромагнитния спектър.

Средната дължина на една светкавица е 2.5 км, но има наблюдавани светкавици с дължина до 20 км. Температурата в центъра на светкавицата надвишава 25 000 градуса и понякога достига до 36 000 градуса. Нас ни интересува тока. Оказва се, че той достига десетки и стотици хиляди ампери. Толкова огромен ток не може да бъде поет от сечението на гръмотвода. Но самата светкавица представлява нагорещена плазма, която създава йонизиран слой въздух около себе си, който също е добър проводник на ток. Следователно тока тече не само през гръмотвода, но и около него.

[elektromer]

Не си прав колега Матеев.
С гръмоотвода няма да спасш нищо, даже ще стане по лошо за фотоволтаичната система.
Гръмоотвода би опазил сградата, като прекарва нискоомна връзка от покрива до земята. Ако я няма тази връзка и падне гръмотевица на покрива може да се получи разряд през високоомна връзка (дъга), като това е предпоставказа пожар, защото високоомния елемент може да се запали.
Но гръмоотвода да пази електрониката - забрави.
Когато падне гръмотевица въврху гръмоотвода, потенциала на гръмоотвода няма да се различава от потенциала на панелите...., защото те не са изолиранеи един от друг и двете неща не са изолирани от сградата, конструкцията и т.н.
Да не говорим, че инвертора (корпуса му) ще има почти същия потенциал. А това ще постави под изпитание както променлвотоковите вериги, така и постояннотоковите вериги. Проблема е и още по-сериозен, защото и панелите ще пробията дори. Варисторите са последната от класовете защити. За външните вериги трябва да се погрижиш със съответния клас катодни отводители.
Защитата от пренапрежения си е цяла наука, където на съответните места се поставят съответните класове защити. В инвертора вътр производителя си е свършил работата и е поставил клас "D, или C".
Всичко останало обаче си е твоя работа, защото това не е свързано нито с инвертор, нито с конкретна апаратура. Това е свързано с електрозахранване и принципи на защита.
Проблема е даже още по-сериозен. Когато падне гръм, потенциала на локалната земя се повишава спрямо нулевия със стотици и хиляди волта. При това се получава повишено пренапрежение между фазите и неутралата и между неутралата и DC веригите.
Ако нямащш гръмоотвод риска за панелите и инвертора е по-малък, отколкото ако имаш.
С други думи гръмоотвода изобщо няма да защити фотоволтаичната инсталация.

Поздрави!