Aurinkovoimalan keskitetyn ja hajautetun invertteriratkaisun teknistaloudellinen analyysi

Abstract

Tässä työssä tutkitaan sähköenergian kaupallista tuotantoa aurinkopaneelien avulla. Työ keskittyy suuremman mittaluokan aurinkopaneelikenttien invertteriratkaisuihin. Solarigo Systems OY ehdotti tämän aiheen tutkimista kandidaatintyössä. Heiltä saadaan työhön tarpeelliset voimalatiedot, jotka auttavat ylläpitämään tarkastelussa käytettyjen komponenttien vertailukelpoisuutta. Aurinkopaneelikentän tuottama teho voidaan muuntaa vaihtosähköksi joko yhdessä invertterissä tai hajauttaa useampaan invertteriin. Tämä työ tarkastelee invertteriratkaisun vaikutuksia voimalan tuotantoon, rakenteeseen sekä lopulliseen taloudelliseen tuottoon. Teknistaloudellinen analyysi toteutetaan konstruoimalla hajautettuun ja keskitettyyn invertteriratkaisuun perustuvat skaalautuvat mallivoimalat. Konstruoidut mallivoimalat perustuvat Solarigon esimerkkivoimaloiden invertteri- ja komponenttiratkaisuihin sekä invertteritopologioille tyypillisiin rakenteisiin. Mallivoimalat konstruoitiin alkuperäisen (2 MW) kentän lisäksi laajennetuille (4 MW, 6 MW, 8 MW) voimaloille. Mallivoimaloiden toimivuutta ja keskinäistä paremmuutta tutkittiin vertailemalla niiden kumuloituneen nettotuoton nykyarvoa. Nettotuottoja verrattiin nykyarvolaskennan avulla 5-9% tuottovaatimuksilla vaihtoehtoisen sähköenergian hankintakustannukseen. Työn tulosten perusteella keskitetty invertteriratkaisu on täysin ideaalisessa ja ympäristöolosuhteiltaan homogeenisessä voimalassa yleensä teknistaloudellisesti paras ratkaisu. Ilmaston epävarmuus, komponenttien kuluminen sekä toteutuksen epäsymmetria aiheuttavat tehontuoton häviöitä, jotka vaikuttavat invertteritopologiaan. Hajautettu ratkaisu antaa kentän rakentamiseen enemmän modulaarisuutta ja mahdollistaa epäideaalisista olosuhteista johtuvien tehohäviöiden minimoimisen. Aurinkosähkövoimalan invertteriratkaisuun vaikuttavat myös puhtaasti käytännölliset syyt kuten invertterikomponenttien saatavuus, toimitusajat, hinta, aiemmat toimintatavat sekä liiketaloudelliset toimitussopimukset ja kumppanuudet. Näin aurinkosähkövoimalan invertteriratkaisu voi olla lukuisien teknisten ja taloudellisten kompromissien tulos.