Mikroinwertery umożliwiają niezależną pracę paneli, ale robią to kosztem niższej sprawności. Zalety i wady mikrofalowników oraz wyniki testów w artykule.
Optymalizator mocy – czy warto?

Optymalizator mocy zamontowany pod panelem fotowoltaicznym umożliwia zwiększenie produkcji energii elektrycznej na skomplikowanym dachu.
Jeśli posiadasz dach, który ma wiele połaci, wykusze, komin, antenę, itp. to prawdopodobnie będzie trudno zbudować instalację fotowoltaiczną z klasycznym falownikiem łańcuchowym. W takiej sytuacji pomocne mogą się okazać optymalizatory mocy.
Zobacz, ile kosztuje instalacja fotowoltaiczna do Twojego domu
Co to jest optymalizator mocy?
Systemy fotowoltaiczne z optymalizatorami mocy oferują rozwiązanie pośrednie pomiędzy klasycznymi falownikami łańcuchowymi (wyposażonymi w algorytmy MPPT umożliwiające pracę paneli fotowoltaicznych w punkcie mocy maksymalnej) a mikroinwerterami. Montuje się na ogół jeden optymalizator mocy na moduł fotowoltaiczny (w większych instalacjach, jeden optymalizator przypada na dwa lub cztery panele). Gdy panel fotowoltaiczny produkuje energię elektryczną, optymalizator mocy dopasowuje jego parametry pracy do pozostałych modułów PV. Optymalizator mocy nie jest falownikiem – musi zostać skomunikowany – sparowany – z falownikiem centralnym, który steruje jego pracą.
Każdy optymalizator pracuje niezależnie od pozostałych i jeden optymalizator steruje na ogół jednym modułem fotowoltaicznym. Z tego powodu, optymalizatory bardzo dobrze sprawdzają się na skomplikowanych dachach, lub na takich, gdzie występuje dużo obiektów zacieniających (komin, wykusz, antena, itp.).
Klasyczne falowniki łańcuchowe mogą obsługiwać dachy z dwoma lub maksymalnie trzema połaciami. Jeżeli połaci dachowych, na których będą zamontowane moduły solarne jest więcej, klasyczny falownik łańcuchowy sobie nie poradzi.
Gdy na dachu są obiekty rzucające cień, optymalizator mocy może spowodować większą produkcję prądu z modułu PV w porównaniu z instalacją z klasycznym falownikiem łańcuchowym.
Co to jest łańcuch (string) paneli fotowoltaicznych?
W klasycznym systemie fotowoltaicznym, panele solarne są połączone w tzw. łańcuchy (z ang. string). Łańcuch składa się z połączonych ze sobą szeregowo paneli fotowoltaicznych.
Prąd przepływa przez wszystkie połączone ze sobą moduły. Gdy jeden z paneli ulegnie zacienieniu, zmniejszy się przepływ prądu przez zacieniony panel, oraz przez pozostałe panele.
Można to porównać do przepływu wody w wężu ogrodowym. Częściowo zacieniony panel to nadepnięcie na wąż. Za miejscem, gdzie nadepnęliśmy na wąż, popłynie mniej wody.
Co to jest dioda bocznikująca
Pojedynczy panel fotowoltaiczny do instalacji PV na domu jednorodzinnym składa się na ogół z 60 lub 72 ogniw fotowoltaicznych albo w wersji z ogniwami połówkowymi (half-cut) z 120 / 144 półogniw fotowoltaicznych. Prąd płynie przez szeregowo połączone ogniwa.
Prąd płynący przez moduł solarny, musi przejść przez każde ogniwo, zanim dotrze do drugiego końca modułu. A zatem, nawet jeśli tylko jedno ogniwo jest zacienione, prąd będzie ograniczony we wszystkich pozostałych ogniwach.
Aby zmniejszyć wpływ zacienienia, panele fotowoltaiczne posiadają diody bocznikujące (diody bocznikujące, zwane również bypasowymi). Gdy ogniwa fotowoltaiczne są zablokowane przez cień, prąd zamiast przez te zacienione ogniwa, popłynie przez diodę, omijając ogniwa. Bez diody bocznikującej, prąd mógłby przestać płynąć przez zacienione ogniwo i produkcja prądu z modułu spadłaby do zera.
Trzy diody bocznikujące pozwalają na wyłączanie sekcji 1/3 modułu, zamiast całego modułu. Prąd popłynie przez diodę, natomiast napięcie modułu oraz jego moc ulegną zmniejszeniu o 1/3. Natężenie przepływu prądu pozostanie na tym samym poziomie, dzięki czemu pozostałe panele w szeregu (stringu) nie zmniejszą swojej produkcji.
Problem może się pojawić, gdy cień jest zbyt mały, aby aktywować diodę bocznikującą. W takiej sytuacji, zmniejsza się moc modułu. Spadek natężenia przepływu prądu w zacienionym panelu powoduje spadek przepływu prądu również w pozostałych panelach.
A zatem, diody bocznikujące pomagają w ograniczonym zakresie. Czas od pojawienia się cienia na module, do załączenia się diody bocznikującej, jest czasem, w którym przewagę uzyskują systemy z optymalizatorami. Gdy dioda się załączy, nie ma znaczenia, czy pod modułem znajduje się optymalizator mocy, czy nie.
Dodatkowo, nowoczesne falowniki wyszukują punkt mocy maksymalnej łańcucha paneli, powodując załączenie diody bocznikującej. Dzięki temu ograniczone zostają straty wywołane cieniem.
Zalety optymalizatorów mocy
W internecie można znaleźć gorące dyskusje na temat zalet i wad systemów wyposażonych w optymalizatory mocy. Poniżej zalety optymalizatorów mocy.
Monitoring na poziomie modułu
Optymalizatory mocy pozwalają na monitoring pracy poszczególnych modułów fotowoltaicznych. Dzięki temu można zobaczyć nie tylko, ile produkują poszczególne moduły. Można również wykryć uszkodzoną diodę bocznikującą.
Uszkodzenie diody bocznikującej może być poważnym problemem, ponieważ może doprowadzić do powstania tzw. hot-spotu, a w konsekwencji nawet do powstania ognia. Dlatego większość producentów paneli fotowoltaicznych wyłącza działanie gwarancji, gdy moduły są zamontowane w miejscach zacienionych.
Hot-spot, po polsku gorący punkt, oznacza wzrost temperatury na powierzchni ogniwa fotowoltaicznego. Zjawisko to jest zwykle wywoływane zacienieniem, i ma miejsce, gdy część panelu PV znajduje się w cieniu lub opada na nią mniej światła słonecznego w porównaniu z pozostałą częścią panelu.
Łatwa rozbudowa systemu fotowoltaicznego
Dodając po jakimś czasie więcej modułów do instalacji fotowoltaicznej, nie trzeba się przejmować parametrami nowych modułów, ponieważ optymalizator mocy dopasuje ich parametry pracy do pozostałych modułów w szeregu. Aby jednak można było rozbudować instalację o kolejne panele, falownik musi posiadać rezerwę mocy, podobnie jak w klasycznych rozwiązaniach.
Możliwość zmniejszenia napięcia na panelach do poziomu bezpiecznego
Systemy w pełni wyposażone w optymalizatory mocy, pozwalają na obniżenie napięcia na modułach fotowoltaicznych nawet do 0 woltów (w zależności od producenta). Warunkiem jest jednak wyposażenie wszystkich modułów solarnych w optymalizatory. Stosując optymalizację selektywnie, na wybranych panelach, system zachowuje się podobnie jak klasyczne instalacje i nie ma możliwości redukcji napięcia.
Większa produkcja prądu z częściowo zacienionych paneli fotowoltaicznych
Jak opisaliśmy w tekście powyżej, do momentu załączenia diody bocznikującej, systemy z optymalizatorami generują na ogół większą moc z łańcucha modułów solarnych. Jeżeli cień występuje na większej ilości paneli, to montaż optymalizatorów mocy pod tymi modułami umożliwi uzyskanie większej produkcji prądu.
Wady optymalizatorów mocy
Optymalizatory mocy posiadają również kilka wad.
Optymalizator mocy potrzebuje energii do pracy własnej
Optymalizatory mocy, jak każde urządzenie elektroniczne potrzebują energii do pracy. Na ogół, energia ta jest pobierana przez cały czas, niezależnie od tego, czy moduł jest zacieniony, czy nie.
Producenci twierdzą, iż sprawność optymalizatora wynosi 99%, ale zwykle nie wspominają, iż jest to sprawność maksymalna. Średnia sprawność może wynosić 96% – 97%, jak wynika z badań przeprowadzonych na Uniwersytecie w Winterthur w Szwajcarii.
Każde dodatkowe urządzenie to ryzyko usterki
Im więcej urządzeń, tym większe szanse na wystąpienie awarii. Z badań przeprowadzonych na Uniwersytecie w Bern w Szwajcarii, wynika że, w systemach z optymalizatorami mocy dochodzi do usterki dwukrotnie częściej niż w systemach bez optymalizacji. Oczywiście prawdopodobieństwo usterki rośnie wraz ze wzrostem liczby optymalizatorów.
Wymiana uszkodzonego optymalizatora może być kosztowna. Producenci optymalizatorów wypłacają instalatorom zryczałtowaną stawkę, za wymianę optymalizatora mocy, ale często nie pokrywa ona kosztów serwisu, dlatego, należy się spodziewać, iż po upływie okresu gwarancyjnego, taka usterka może być dodatkowo płatna (pomimo, iż sam optymalizator może mieć bardzo długą gwarancję).
Czy optymalizatory mocy zwiększają bezpieczeństwo instalacji PV?
Zgodnie z zaleceniami stowarzyszenia Polska PV, należy ograniczać liczbę połączeń, szczególnie w obwodach prądu stałego (czyli w obwodach z optymalizatorami). Z badań dotyczących przyczyn powstawania pożarów w instalacjach fotowoltaicznych wynika, iż główna przyczyna to złączki umożliwiające łączenie m. in. modułów fotowoltaicznych i optymalizatorów. Optymalizatory mocy wymagają dużej ilości dodatkowych łączeń, więc należy je wykonać poprawnie – należy zawsze stosować szybkozłącza tego samego producenta.
Zatem, im mniej połączeń, tym mniejsze ryzyko pożaru.
Wydajność instalacji fotowoltaicznych z optymalizatorami – wyniki badań
Poniżej wyniki testów porównujących wydajność instalacji fotowoltaicznych z optymalizatorami (ew. mikrofalownikami – oba systemy działają na zbliżonych zasadach) oraz z klasycznymi falownikami łańcuchowymi.
Badania na Uniwersytecie w Zurychu
Na uniwersytecie ZHAW w Zurychu (Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften) przeprowadzono badania dla różnych wariantów zacienienia paneli fotowoltaicznych bez optymalizatorów, z optymalizatorami jedynie pod modułami zacienianymi, oraz z optymalizatorami zamontowanymi pod wszystkimi panelami fotowoltaicznymi.
Wyniki uzyskane w różnych warunkach zacienienia oferują praktyczne wskazówki:
Brak zacienienia lub lekkie zacienienie
W sytuacjach z niewielkim zacienieniem lub jego brakiem, takich jak pojedynczy komin rzucający niewielki cień, konwencjonalny falownik łańcuchowy zazwyczaj działa równie dobrze lub nawet lepiej od instalacji z optymalizatorami.
Różnica wydajności (średnio) instalacji fotowoltaicznej z klasycznym falownikiem w porównaniu do instalacji z optymalizatorami wacha się od -1,0% do +1,0%, czyli praktycznie nie ma różnicy, jeśli chodzi o wielkość produkcji energii.
W przypadku montażu optymalizatorów, występuje jednak zwiększone ryzyko usterki instalacji PV (szczególnie, jeśli optymalizatory montowane są pod każdym modułem PV), z powodu znacznie większej ilości komponentów. To może spowodować późniejszy wzrost kosztów eksploatacji instalacji.
Umiarkowane zacienienie
Gdy zacienienie jest nieco większe, jak w przypadku obecności dodatkowej rury wentylacyjnej w pobliżu komina lub lukarny zacieniającej moduły fotowoltaiczne, optymalizatory stosowane selektywnie mogą zapewnić optymalną wydajność. Optymalizatory zamontowane pod wybranymi panelami mają przewagę nad instalacjami wyposażonymi w pełną optymalizację, z powodu strat energii w optymalizatorach, które znajdują się pod niezacienianymi modułami PV.
W przypadku umiarkowanego zacienienia, różnica w wydajności może wynosić od +1,0% do +2,0% na korzyść instalacji PV z optymalizatorami.
Silne zacienienie
W przypadku znacznego zacienienia, takiego jak lukarna rzucająca cień na moduły PV oraz dodatkowe zacienienie z sąsiednich budynków, zainstalowanie optymalizatora pod każdym modułem może zwiększyć wydajność instalacji fotowoltaicznej. Taki sposób jest szczególnie korzystny w porównaniu do sytuacji bez zacienienia, gdzie wydajność w skali roku może spaść nawet o 10% lub więcej.
Przy silnym zacienieniu, wydajność instalacji fotowoltaicznej z optymalizatorami może być większa o 2,0% do 4,2% w porównaniu z instalacją z klasycznym falownikiem łańcuchowym.
Rekomendacje dotyczące stosowania optymalizatorów
Badacze zaproponowali następujące zasady stosowania optymalizatorów, w zależności od zacienienia:
Rodzaj zacienienia | Klasyczny falownik | Optymalizatory pod zacienianymi modułami | Optymalizatory pod wszystkimi modułami |
---|---|---|---|
brak zacienienia | ![]() | ![]() | ![]() |
słabe zacienienie | ![]() | ![]() | ![]() |
średnie zacienienie | ![]() | ![]() | ![]() |
silne zacienienie | ![]() | ![]() | ![]() |
Dla sytuacji, gdy występuje zacienienie sugerowane jest zwiększenie częstotliwości wyszukiwania punktu mocy maksymalnej (algorytmy MPP wbudowane w falownikach, mają na ogół możliwość regulacji częstotliwości wyszukiwania punktu pracy maksymalnej).
Badacze z Zurychu zwracają jednocześnie uwagę, iż instalacje fotowoltaiczne z optymalizatorami charakteryzują się krótszym czasem, do wystąpienia usterki, zgodnie z zasadą, iż im więcej komponentów, tym większe prawdopodobieństwo awarii.
Badania na Uniwersytecie Południowej Danii
W 2019 r. na Uniwersytecie Południowej Danii przeprowadzono testy porównujące wydajność instalacji fotowoltaicznej z klasycznym falownikiem, oraz instalacji PV z optymalizatorami.
Wyniki testów w tym badaniu są zbliżone do wyników uzyskanych na Uniwersytecie w Zurychu. Zastosowanie optymalizatorów na ogół nie poprawia uzysków z instalacji PV, a w wielu sytuacjach nawet je zmniejsza. Tak się dzieje nawet, gdy występuje zacienienie. Duńczycy podkreślają również ryzyko usterki optymalizatorów, co wydarzyło się nota bene podczas testów – optymalizator się zepsuł i trzeba było go wymienić.
Podsumowanie rezultatów testów w tabeli poniżej:
Falownik łańcuchowy SMA | Falownik SMA + optymalizatory TIGO | SolarEdge | |
---|---|---|---|
Brak zacienienia | |||
Bezchmurne niebo | 100,0% | 99,6% | 99,8% |
Zachmurzenie | 100,0% | 98,9% | 99,3% |
Inny kierunek jednego modułu PV | |||
Bezchmurne niebo | 100,0% | 102,6% | 101,4% |
Zachmurzenie | 100,0% | 101,5% | 100,3% |
Zacienienie od słupa | |||
Bezchmurne niebo | 100,0% | 98,0% | 98,7% |
Silne zachmurzenie | 100,0% | 103,1% | 104,2% |
Zachmurzenie | 100,0% | 99,6% | 98,3% |
Łącznie | |||
Dane dla całego roku | 100,0% | 97,55% | 99,95% |
Interesujące, iż nawet wówczas, gdy jeden z modułów fotowoltaicznych jest zamontowany w innym kierunku niż pozostałe, różnice w wydajności na korzyść instalacji z optymalizatorami są stosunkowo niewielkie.
Badania Międzynarodowej Agencji Energetycznej
Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA – International Energy Agency), założona w 1974 roku, jest autonomiczną instytucją w ramach Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (OECD). IEA posiada w swoich strukturach ustanowiony w 1993 r. program dedykowany fotowoltaice – Photovoltaic Power Systems Programme (IEA PVPS) – w ramach którego przeprowadzono testy porównawcze instalacji PV z optymalizatorami mocy i bez optymalizatorów, które opublikowano w listopadzie 2024 r.
Autorzy piszą w raporcie, iż konwencjonalne falowniki łańcuchowe mogą osiągać większą wydajność niż systemy z optymalizatorami mocy, gdy moduły fotowoltaiczne są częściowo zacienione. Dotyczy to na przykład niewielkiego zacienienia pochodzącego od komina, rury wentylacyjnej, czy lukarny, jeśli moduły nie są umieszczone zbyt blisko zacieniającego obiektu.
W przypadku średniego lub silnego zacienienia, optymalizatory mocy stosowane jedynie pod zacienianymi modułami PV mogą przynieść korzyści. Autorzy sugerują jednocześnie, iż zastosowanie paneli fotowoltaicznych z 4 diodami bocznikującymi pozwoli uzyskać efekt zbliżony do zamontowania optymalizatorów (obecnie jednak nie udało mi się znaleźć producenta oferującego moduły z 4 diodami). Co ciekawe, montaż optymalizatorów pod każdym panelem fotowoltaicznym spowoduje spadek wydajności w porównaniu z klasycznym falownikiem, z powodu strat energii jakie powstają w optymalizatorach. Raport przedstawia dane, z których wynika, iż produkcja energii w takiej sytuacji ulegnie zmniejszeniu średnio o 2% rocznie.
Silne zacienienie występuje, gdy np. moduły są umieszczone zbyt blisko lukarny lub jeśli kilka paneli fotowoltaicznych jest zacienionych przez sąsiedni budynek lub duże drzewo.
Porównanie wydajności instalacji fotowoltaicznych z klasycznym falownikiem łańcuchowym, selektywnie zamontowanymi optymalizatorami pod zacienianymi modułami, oraz pełną optymalizacją znajduje się w tabeli:
Stopień zacienienia | Typ modułu PV | Klasyczny falownik | Optymalizatory pod zacienianymi modułami | Optymalizatory pod wszystkimi modułami |
---|---|---|---|---|
Niewielkie zacienienie | standardowy – 3 diody | + | + | – |
Niewielkie zacienienie | 4 diody bocznikujące | + | + | – |
Średnie zacienienie | standardowy – 3 diody | 0 | + | + |
Średnie zacienienie | 4 diody bocznikujące | + | + | + |
Silne zacienienie | standardowy – 3 diody | – | 0 | + |
Silne zacienienie | 4 diody bocznikujące | 0 | + | + |
Autorzy raportu zwracają jednocześnie uwagę, iż nie należy zapominać o możliwych dodatkowych kosztach wymiany optymalizatorów na dachu domu, wynikających z wyższego ryzyka spowodowanego większą liczbą komponentów w instalacji PV.
Inne badania
Pewna australijska firma instalacyjna – NRG Solar – porównała produkcję prądu z instalacji PV zbudowanych na mikroinwerterach Enphase oraz falowniku Fronius. Mikroinwertery, podobnie jak optymalizatory mocy mają za zadanie uniezależnić od siebie pracę poszczególnych modułów.
Różnica w produkcji prądu wyniosła od 1,26% przy bezchmurnym niebie do 4,53 % przy zachmurzonym niebie, na korzyść mikroinwerterów. W dalszej części testu, aby zasymulować pracę modułów o różnych parametrach (np. rozbudowa instalacji fotowoltaicznej po latach), uszkodzono jeden z nich za pomocą kija do krykieta, (uszkodzony panel pracuje mniej wydajnie). Okazało się, że rezultaty, nie dość, że porównywalne, to nieznacznie na korzyść Fronius.
Jaki optymalizator wybrać?
Przez wiele lat jedynym producentem systemów z optymalizatorami mocy był SolarEdge. W ostatnich latach pojawia się coraz więcej kolejnych producentów optymalizatorów, np. Huawei, czy Tigo.
Optymalizatory Tigo współpracują z każdym inwerterem, podczas gdy optymalizatory SolarEdge można montować jedynie z inwerterami SolarEdge. Optymalizatory Huawei, pracują jedynie z falownikiem Huawei.
W przypadku SolarEdge, wszystkie moduły muszą być wyposażone w optymalizatory, bez względu na to, czy są zacieniane, czy nie. Pozostałe firmy natomiast pozwalają na montaż selektywny. Więc, jeżeli tylko jeden moduł jest zacieniany przez komin, wystarczy zamontować tylko jeden optymalizator Tigo lub Huawei. W ten sposób można zaoszczędzić sporo pieniędzy.
Oprócz tego, producenci optymalizatorów mocy konkurują również z producentami mikrofalowników, m. in. Enphase, czy Hoymiles.
Czy w ogóle potrzebujesz optymalizatorów mocy?
Optymalizator mocy posiada zarówno zalety, jak i wady. System z pełną optymalizacją można zamontować nawet na prostym dachu, na którym nie ma w ogóle cienia. Z wcześniej przytoczonych badań wynika, że w takiej sytuacji korzyści ze zwiększonej produkcji są minimalne, a czasami nawet ich brak, natomiast koszt instalacji z optymalizatorami jest na ogół sporo większy niż bez optymalizatorów. Rozważając wybór, warto wziąć pod uwagę poniższe punkty:
- jeżeli posiadasz prosty dach z jedną (lub dwiema) połaciami bez cienia lub z niewielkim zacienieniem – raczej nie potrzebujesz optymalizacji;
- jeśli dach jest skomplikowany, z dużą ilością obiektów rzucających cień (drzewo, komin, wentylacja, itp.), wówczas optymalizatory mogą być dobrym pomysłem,
- jeśli zacienieniu ulega niewielka ilość modułów, wówczas wyposażenie jedynie tych zacienianych paneli w optymalizatory, może być ekonomicznym rozwiązaniem,
- wszystkie poprawnie zamontowane systemy fotowoltaiczne są bezpieczne. Jednak optymalizatory mocy wyłączają panele fotowoltaiczne w przypadku awarii, zwiększając bezpieczeństwo akcji gaśniczej. Z drugiej strony wymagają dużo większej liczby złączek, co z kolei może zwiększać ryzyko powstania ognia, jeżeli montaż będzie niezgodny z wytycznymi.

Policz oszczędności z instalacji fotowoltaicznej
Podsumowanie
- Optymalizatory mocy śledzą pracę optymalizowanego modułu solarnego i dopasowują jego parametry pracy do pozostałych modułów;
- Optymalizatory są przydatne przy montażu modułów na wielu płaszczyznach (więcej niż dwóch);
- Badania pokazują, że w sytuacji braku zacienienia, lub niewielkiego / średniego zacienienia, brak jest korzyści z zastosowania optymalizatorów.
Autor: Ryszard Jesionowski