Kategorie

Co to jest falownik (inwerter) fotowoltaiczny?

Co to jest falownik (inwerter) fotowoltaiczny?

Co to jest falownik (inwerter) fotowoltaiczny?

Co to jest falownik (inwerter) fotowoltaiczny?

Inwerter, zwany także falownikiem lub przemiennikiem częstotliwości, to serce każdej instalacji fotowoltaicznej. Od jego jakości zależy nie tylko skuteczność przetwarzania energii elektrycznej, ale i bezpieczeństwo domowej instalacji. Co warto wiedzieć o inwerterach przed montażem własnej instalacji PV?

Jak działa inwerter?

Zadaniem falownika w instalacji fotowoltaicznej jest przetworzenie i przekształcenie energii wytwarzanej w panelach PV. Fotony padające na moduły fotowoltaiczne wytwarzają prąd stały (DC), natomiast do zasilenia domowej sieci elektrycznej potrzebny jest prąd przemienny (AC), czyli ten dostępny w gniazdkach. Inwerter zamienia i reguluje częstotliwość, napięcie oraz natężenie w taki sposób, by uzyskać użytkowy prąd przemienny 230V/400V 50 Hz. Im lepszy falownik, tym mniejsze straty mocy oraz bardziej stabilna sinusoida prądu.

Jak działa inwerter?
Inwerter fotowoltaiczny – jak działa?

Rola nowoczesnych inwerterów nie kończy się jednak na przetwarzaniu napięcia. Odpowiadają one również za synchronizację instalacji fotowoltaicznej z siecią elektryczną, co jest niezbędne w najpopularniejszych instalacjach on-grid. Zadaniem falowników jest też rejestrowanie danych eksploatacyjnych, monitorowanie wyników produkcji prądu oraz komunikacja z zewnętrznym systemem zarządzania, np. aplikacją na smartfona. Dzięki niej użytkownik może zdalnie zarządzać oprogramowaniem fotowoltaiki, kontrolować na bieżąco produkcję prądu oraz sprawdzać archiwalne dane na temat uzysku.

Budowa inwertera

Inwerter złożony jest z prostownika, stopnia pośredniego (złożonego z kondensatorów), stopnia końcowego (złożonego z tranzystorów), a także systemu sterowania i zabezpieczenia. Odpowiednie przełączniki i wyłączniki awaryjne są niezbędne zwłaszcza po niebezpieczniejszej, stałoprądowej stronie instalacji. Wysokiej klasy inwerter współpracujący z instalacją fotowoltaiczną wyposażony jest m.in. w zabezpieczenie przepięciowe, zintegrowany rozłącznik DC, zabezpieczenie przeciwzwarciowe oraz przeciwprzepięciowe AC i DC typu II, a także monitoring parametrów, przebicia oraz zwarcia doziemnego.

W układzie wejściowym współczesnych falowników można znaleźć układ śledzenia MPPT (ang. Maximum Power Point Tracking), odpowiadający za śledzenie maksymalnego punktu mocy, w zależności od nasłonecznienia i temperatury. Regulatory ładowania MPPT zwiększają wydajność instalacji fotowoltaicznej nawet o 20% względem starych falowników. Dzięki nim instalacja pracuje efektywnie zarówno w dni słoneczne, jak i pochmurne.

Układ wyjściowy stanową filtry przeciwzakłóceniowe zwane dławikami. Ich zadaniem jest ograniczenie prąd przemiennego bez strat mocy, zapobieganie skokom natężenia i zabezpieczenie kabli oraz urządzeń podpiętych do domowej instalacji elektrycznej przed uszkodzeniem.

Rodzaje inwerterów

W domowych mikroinstalacjach fotowoltaicznych można zastosować różnego rodzaju falowniki, w zależności od typu instalacji PV. Podstawowy podział inwerterów wyróżnia:

Jakie są rodzaje inwerterów?
Jakie są rodzaje inwerterów (falowników)?
  • Inwertery on-grid (sieciowe) – najpopularniejszy typ falowników, przystosowany do współpracy z siecią elektryczną. W takim układzie nadwyżki energii oddawane są do sieci, która w systemie opustów pełni rolę „magazynu energii”. Dzięki temu użytkownik może wykorzystać 80% lub 70% (instalacje powyżej 10 kWp) wyprodukowanej energii w późniejszym czasie.
  • Inwertery off-grid (wyspowe) – stworzone z myślą o systemie zamkniętym, wykorzystującym magazyny energii. Nadwyżki energii nie są wówczas oddawane do sieci, a magazynowane w baterii akumulatorów. Część wytworzonej energii może być również przechowywana w formie ciepła.
  • Inwertery hybrydowe – najbardziej zaawansowane falowniki, łączące funkcje on-grid i off-grid. Mogą korzystać z zewnętrznych lub wbudowanych magazynów energii. Po naładowaniu magazynów do pełna, reszta energii wędruje do sieci. To najwydajniejsze i najbezpieczniejsze, ale przy tym najdroższe rozwiązanie.
Inwertery hybrydowe do magazynów energii
Inwertery hybrydowe do magazynów energii – Hybrydowy układ fotowoltaiczny

Inwertery fotowoltaiczne dzielą się również ze względu na inne kryteria. Można wyróżnić inwetery jednofazowe, dopasowane do instalacji o mocy kilku kilowatopików, a także inwertery trójfazowe, dostarczające prąd również poprzez gniazdko siłowe (400V). Inny podział falowników uwzględnia obecność lub brak transformatora. Falowniki beztransformatorowe cechują się lżejszą konstrukcją, większą sprawnością w szerokim zakresie obciążenia, ale mają bardziej skomplikowaną budowę.

Modele transformatorowe są za to mniej awaryjne, bezpieczniejsze w użytkowaniu (mają izolację galwaniczną DC i AC) i zapewniają wyższą jakość napięcia. Coraz większą popularnością cieszą się również mikoinwertery, obsługujące tylko jeden panel PV. Ich zaletą jest to, że pozwalają produkować prąd już przy niewielkim nasłonecznieniu.

Jak dobrać moc inwertera?

Dobór mocy falownika do instalacji fotowoltaicznej początkowo może wydawać się nieintuicyjny. Zalecana moc inwertera powinna bowiem wynieść ok. 80-95% całkowitej mocy instalacji PV. Podyktowane jest to zmaksymalizowaniem wydajności falownika, który przez większość czasu i tak będzie pracował z niższą mocą generowaną przez panele. Sprawność falowników do instalacji fotowoltaicznych jest największa wówczas, gdy są one obciążone maksymalną energią ze słońca.  Niewielka strata podczas kilku słonecznych dni zostanie jednak odrobiona poprzez dłuższy okres działania fotowoltaiki w ciągu pozostałych, mniej słonecznych dni.

Wybór nieco mniejszej mocy falownika sprawi, że przez większość czasu będzie pracował w optymalnym zakresie mocy. Maksymalna produkcja energii w panelach PV i tak zdarza się rzadko, a niewielkie przeciążenie falownika nie sprawia żadnego kłopotu. W przypadku instalacji fotowoltaicznych wschód-zachód zalecane jest jeszcze większe przewymiarowanie mocy paneli PV względem falownika, nawet w zakresie 160%. Szczegółowy dobór mocy falownika powinien być jednak poprzedzony szczegółową oceną warunków dla danej lokalizacji.

Gdzie zamontować inwerter?

Falownik obsługujący instalacje fotowoltaiczną powinien być umiejscowiony w miejscu bezpiecznym, zacienionym i niedostępnym dla dzieci oraz zwierząt. Choć większość modeli ma ochronę IP65, falownik powinien być osłonięty od deszczu i śniegu. Należy przy tym pamiętać, że inwerter powinien być zamontowany możliwie blisko paneli fotowoltaicznych, by kable wysokiego napięcia DC były jak najkrótsze. Jednocześnie urządzenie musi mieć zapewnione odpowiednie chłodzenie, gdyż podczas pracy generuje sporą ilość ciepła.

Inwertery dzielą się na wewnętrzne oraz zewnętrzne. Te pierwsze stosowane są głównie w najpopularniejszych instalacjach fotowoltaicznych montowanych na dachu budynku. Najczęściej wybieranym miejscem na montaż inwertera jest pomieszczenie gospodarcze, garaż lub kotłownia. Układ chłodzenia inwertera może być głośny, dlatego nie zaleca się montażu urządzenia na ścianach sąsiadujących z sypialniami. Złym wyborem jest także pralnia (wysoka wilgotność), kotłownia z kotłem węglowym (wysokie zapylenie) czy korytarz. Ze względu na wysoką temperaturę, falownika nie wolno ukrywać w pawlaczach, szafach oraz zabudowach.

W przypadku gruntowych instalacji fotowoltaicznych falownik najczęściej montowany jest tuż pod panelami. Panele gwarantują urządzeniu zacienienie oraz ochronę przed deszczem oraz śniegiem. Należy jednak się upewnić, że inwerter ma klasę ochrony IP65, a stelaż pod urządzenie jest stabilny. Sam inwerter powinien być zamontowany pionowo. Maksymalne odchylenie wynosi ok. 15%.

Jak podłączyć inwerter fotowoltaiczny do sieci?

Po wykonaniu kompletnej instalacji fotowoltaicznej wraz z falownikiem on-grid konieczne jest podłączenie jej do sieci. Wymaga to prac zarówno po stronie prądu zmiennego, jak i prądu stałego. Jeśli falownik nie jest wyposażony w automatyczny rozłącznik DC, konieczne jest zainstalowanie zewnętrznego. Instalacja musi mieć także wyłącznik różnicoprądowy i organiczniki przepięć. Przed podłączeniem instalacji do sieci należy jeszcze wykonać jej uziemienie.

Aby podłączyć mikroinstalację do sieci przesyłowej, należy złożyć wniosek przyłączeniowy. Wymagana jest niezbędne dokumentacja, w skład której wchodzą: schemat instalacji elektrycznej, dane właściciela, parametry techniczne instalacji PV, a w przypadku przedsiębiorstw – wypis z CEIDG lub KRS. Każdy operator dostarczający energię elektryczną dysponuje własnym wzorem wniosku, w którym należy zawrzeć wszelkie potrzebne informacje.

Operator ma 30 dni na weryfikację wniosku. Po pozytywnym rozpatrzeniu dokumentów operator podłącza mikroinstalację do licznika. Jeśli w budynku znajduje się licznik jednokierunkowy, zostaje on wymieniony na dwukierunkowy. Od tego momentu instalacja fotowoltaiczna może zacząć działać, a nadwyżki energii oddawane będą do sieci energetycznej. Użytkownik zyskuje natomiast miano prosumenta. Warunki odzysku wyprodukowanej energii określone są umową z operatorem.