19 855
Co to jest falownik fotowoltaiczny?
Falownik do paneli fotowoltaicznych (inaczej inwerter fotowoltaiczny) to urządzenie, które przekształca prąd z paneli w prąd przemienny, którego można użyć do zasilania urządzeń domowych lub przekazać do sieci energetycznej. Inwerter fotowoltaiczny składa się zaledwie z kilku podstawowych części: prostownika, stopnia pośredniego i końcowego. Nad pracą urządzenia czuwa układ sterowania, a całość jest chroniona modułami zabezpieczającymi.
Jak przebiega proces konwertowania prądu stałego na przemienny?
Znajdujący się w inwerterze prostownik, zgodnie z nazwą, prostuje napięcie zmienne (prąd zmienny) i zamienia w prąd stały konieczny do zasilania inwertera. W stopniu pośrednim prąd jest wygładzany i stabilizowany. W stopniu końcowym prąd stały ulega przekształceniu w prąd przemienny. Jego parametry są dopasowane do wymagań sieci elektroenergetycznej: napięcie wynosi 230V lub 400V, a częstotliwość 50Hz.
Jakie funkcje pełni inwerter fotowoltaiczny w instalacji solarnej?
Zmiana prądu stałego na prąd przemienny to najważniejsza, ale nie jedyna funkcja, którą pełni inwerter fotowoltaiczny. Równie istotne są pozostałe zadania falownika.
Synchronizacja instalacji fotowoltaicznej i sieci energetycznej
Zadaniem jest synchronizacja przepływów prądu pomiędzy instalacją fotowoltaiczną i siecią energetyczną. Falownik monitoruje pracę całego systemu fotowoltaiki np. w gospodarstwie domowym. To właśnie dzięki niemu możesz monitorować procesy zachodzące w instalacji – do tego celu służy wyświetlacz LCD lub aplikacja na smartfonie (monitoring zdalny). Najważniejsza jest informacja, ile energii produkuje Twoja instalacja fotowoltaiczna w skali roku.
Jeżeli potrzebujesz więcej informacji na temat funkcjonowania, optymalnej wielkości czy kosztów związanych z inwestycją w PV, pobierz bezpłatny poradnik. Znajdziesz w nim odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania o produkcję prądu ze słońca na własne potrzeby.
Śledzenie punktu mocy maksymalnej (MPPT)
Układ MPTT (ang. Maximum Power Point Tracking, śledzenie punktu mocy maksymalnej) to funkcja inwertera, która w istotny sposób wpływa na zwiększenie produkcji prądu. Aktualna wartość mocy maksymalnej zależy od natężenia światła słonecznego, które pada na panele. Inwerter może mieć z góry zadany poziom mocy lub reagować elastycznie na jej wahania.
Starszego typu inwertery PWM (ang. Pulse Width Modulation, modulacja szerokości impulsów) ucinają nadmiarowe napięcie. Natomiast inwerter MPPT konwertuje prąd o wysokim napięciu do poziomu możliwego do wykorzystania. Dzięki temu można uzyskać nawet do 20% energii więcej niż przy użyciu inwerterów PWM.
Automatyczne wyłączanie inwertera
Inwertery są wyposażone w liczne moduły odpowiedzialne za monitoring pracy i zabezpieczenie na wypadek sytuacji awaryjnych. Do najważniejszych należą zabezpieczenia przed odwróconą polaryzacją, ochrona przeciwzwarciowa i przeciwprzepięciowa, śledzenie przebicia prądu, kontrola parametrów sieci i wiele innych.
Zadaniem opisanych zabezpieczeń jest natychmiastowe, automatyczne wyłączenie prostownika w sytuacjach awaryjnych. Dzięki temu można zapobiec ewentualnym uszkodzeniom instalacji fotowoltaicznej.
Automatyzacja procesów zarządzania energią
Falownik do fotowoltaiki działa w czasie rzeczywistym – automatycznie i bezobsługowo. Dostosowuje na bieżąco moc energii powstałej w instalacji fotowoltaicznej do potrzeb zasilania urządzeń i ładownia akumulatorów. Automatyzuje procesy przekazywania nadwyżek energii do sieci i pobierania prądu w okresach niedoborów produkcji własnej.
Sprawność inwertera decyduje o efektywności pracy całego systemu fotowoltaicznego. Dlatego prawidłowy dobór mocy inwertera jest konieczny, aby uzyskać maksimum prądu z określonej liczby paneli słonecznych.
Więcej na temat roli poszczególnych komponentów fotowoltaiki przeczytasz w artykule: Fotowoltaika dla laika, czyli czym jest i jak działa?
Falowniki fotowoltaiczne – 3 rodzaje
Najczęściej stosowanym podziałem falowników jest podział, który uwzględnia rodzaj instalacji fotowoltaicznej. Dostępne są trzy rodzaje falowników (inwerterów): on-grid, off-grid i hybrydowe.
Inwertery on-grid (sieciowe)
Przeznaczone do instalacji fotowoltaicznych, które mogą pracować tylko po podłączeniu do sieci elektroenergetycznej. Gdy dochodzi do awarii sieci, instalacja PV typu on-grid również przestaje działać.
Sieciowe inwertery fotowoltaiczne sprawnie dostosowują parametry prądu do wymagań ogólnych. Jednak nie współpracują bezpośrednio z magazynami energii – nie odprowadzają do akumulatorów nadwyżek produkcji.
Inwertery off-grid (wyspowe)
Inwertery off-grid nie są w stanie przekazywać nadwyżek energii od sieci publicznej. Ich podstawowym zadaniem jest taka zmiana parametrów prądu produkowanego przez panele fotowoltaiczne, aby nadawał się do ładowania akumulatorów (banków energii).
Gdy siła promieni słonecznych jest duża, a zapotrzebowanie na energię niższe od aktualnej produkcji w instalacji PV, inwerter off-grid odprowadza nadwyżki do akumulatorów. Gdy pojawiają się niedobory, falownik przekształca prąd stały z akumulatorów na prąd przemienny, którego potrzebują domowe urządzenia elektryczne.
Cechy różnych typów instalacji PV omawiamy szczegółowo w artykule: Fotowoltaika off-grid czy on-grid – którą opcję wybrać?
Inwertery hybrydowe (sieciowo-wyspowe)
Modele hybrydowe łączą cechy inwerterów sieciowych i wyspowych. Mają odpowiednie moduły do współpracy z siecią elektroenergetyczną i do napełniania banków energii. To najbardziej uniwersalny typ inwertera fotowoltaicznego, który pozwala na elastyczne zarządzanie przepływami prądu. Inwerter hybrydowy działa nawet w czasie awarii sieci publicznej. Dzięki temu zapewnia użytkownikowi najwyższy poziom bezpieczeństwa energetycznego.
Inwertery hybrydowe są szczególnie użyteczne dla prosumentów, którzy rozliczają się w systemie net-metering (sprzedają nadwyżki do sieci i kupują prąd w czasie niedoborów). Użytkownik, który dysponuje wystarczająco dużym bankiem energii, może przekazywać nadwyżki do sieci tylko wtedy, gdy ceny prądu są najkorzystniejsze.
Szczegółowe informacje na temat autonomicznych instalacji PV znajdziesz w artykule: Czym jest fotowoltaika hybrydowa?
Czym różnią się inwertery centralne, falowniki łańcuchowe i mikroinwertery?
Bardzo ważnym parametrem jest moc inwertera. Należy ją dopasować do liczby i mocy paneli fotowoltaicznych. Dobór falownika zależy też od konfiguracji systemu – od tego, czy chcesz zastosować jedno urządzenie na całą instalację, czy wiele mniejszych inwerterów. Ze względu na oferowaną moc można wyróżnić trzy grupy falowników.
Mikroinwertery
Mikroinwertery to urządzenia niewielkiej mocy przeznaczone do obsługi jednego lub kilku paneli fotowoltaicznych. To rozwiązanie wymaga zakupu dużej liczby falowników. Koszt początkowy jest znaczny, lecz pozwala uzyskać duży wzrost wydajności. W przypadku zacienienia (np. zabrudzenia czy zakrycia przez spadające liście), spadek wydajności dotyczy tylko jednego panelu.
Inaczej działają panele połączone szeregowo i obsługiwane przez jeden inwerter stringowy. Nawet w przypadku zacienienia tylko jednego panelu, spada wydajność wszystkich pozostałych. Przed taką sytuacją chronią mikroinwertery. Dzięki nim możesz podnieść wydajność instalacji nawet o 20%.
Inwertery stringowe (falowniki łańcuchowe)
Obsługują od kilku do kilkunastu modułów połączonych szeregowo. To rozwiązanie ekonomiczne w zakupie, lecz zagrożone dużymi spadkami produkcji w przypadku zacienienia czy zabrudzenia modułów fotowoltaicznych. Wydajność wszystkich paneli jest obniżana do poziomu modułu o najniższej wydajności.
Inwertery centralne
Inwerter centralny (falownik centralny) obsługuje dziesiątki paneli fotowoltaicznych na dużych farmach fotowoltaicznych. Jeżeli zastosujesz jeden duży falownik zamiast kilku urządzeń o mniejszej mocy, znacznie obniżysz koszty budowy instalacji.
Falowniki centralne obsługują zestawy paneli o mocy kilkudziesięciu lub kilkuset kilowatopików (kWp). Układ złożony z jednego inwertera i wielu paneli jest też popularną konfiguracją w fotowoltaice obsługującej gospodarstwa domowe (domy jednorodzinne).
Inwertery solarne do prądu 1-fazowego i 3-fazowego
Podział na rodzaje falowników fotowoltaicznych dotyczy też rodzaju prądu, który wytwarzają:
- inwertery jednofazowe – przekształcają prąd stały w prąd przemienny o napięciu 230 V, który wystarcza do zasilania większości urządzeń i systemów domowych. Obecnie na jednej fazie maksymalnie można przyłączyć instalacje o mocy 3,68kWp maksymalna moc inwertera zazwyczaj wynosi około 3,5kW;
- inwertery trójfazowe – prąd przemienny o napięciu 400 V. Tego typu inwerter stosuje się w większości instalacji połączonych z siecią, których moc wynosi powyżej 3,68kWp.
Fotowoltaika w ofercie TAURONA
Masz pytanie związane z fotowoltaiką, na które nie znalazłeś odpowiedzi w powyższym artykule?
Zamów kontakt z ekspertem TAURONA, który udzieli Ci wszystkich niezbędnych informacji, a także dobierze instalację fotowoltaiczną dopasowaną do Twojego domu.
Jak dobrać falownik fotowoltaiczny?
Jeżeli chcesz dobrać poprawnie inwerter solarny, w pierwszym kroku określ typ instalacji: on-grid, off-grid lub model hybrydowy. Krok drugi: zdecyduj, jaki prąd chcesz produkować: 1-fazowy czy 3-fazowy. Trzeci etap wyboru określonego modelu falownika to przegląd parametrów pracy urządzenia.
Parametry wejściowe inwertera
Najważniejszymi parametrami prądu dostarczanego przez panele są: maksymalne napięcie wejściowe i maksymalna moc wejściowa. Duże znaczenie ma też liczba wejść oraz maksymalny prąd na jedno wejście. Decydują one o liczbie i mocy pojedynczych paneli lub zestawów, które można podłączyć do inwertera.
Parametry wyjściowe inwertera
Najważniejszym parametrem na wyjściu jest maksymalna moc prądu, który inwerter jest w stanie wytworzyć. Kluczowe znaczenie ma też sprawność falownika. Określa ona jaki procent prądu stałego z paneli fotowoltaicznych zamienia się w prąd przemienny. Dobrej klasy falownik ma sprawność na poziomie 97% lub wyższą.
Istotne parametry pracy falownika
Opisane wyżej parametry przetwarzania prądu nie wyczerpują listy istotnych cech falownika. Przy zakupie zwróć uwagę na stopień ochrony urządzenia określany m.in. skrótami IP54, IP65. Oznaczają one poziom zabezpieczenia przed zanieczyszczeniami i wodą. Na przykład oznaczenie IP65 znajduje się na inwerterach całkowicie pyłoszczelnych i odpornych na ulewny deszcz.
Warto też sprawdzić, jaka jest temperatura pracy inwertera. W instrukcji obsługi urządzenia znajdziesz graniczne temperatury, w których falownik osiąga pełną wydajność i nie stwarza zagrożenia dla instalacji elektrycznej. Im szerszy zakres temperatury pracy, tym lepiej.
Falownik jest sercem instalacji PV. Dlatego nie warto oszczędzać na jakości urządzenia. Ekonomiczną stronę produkcji prądu na własne potrzeby omawiamy szczegółowo w artykule: Ile kosztuje fotowoltaika? Koszt instalacji i urządzeń
Jak dobrać moc inwertera do mocy fotowoltaiki?
Kluczowe znaczenie ma dobór mocy falownika. Montaż inwertera o większej mocy od możliwości instalacji PV nie podniesie produkcji prądu. Z kolej zbyt mała moc falownika nie pozwala w pełni wykorzystać możliwości paneli. Na rynku dostępne są różnorodne rodzaje inwerterów, których moc można dobrać precyzyjnie do potrzeb użytkownika.
Ogólne zalecenie producentów fotowoltaiki jest proste: moc instalacji powinna wynosić 80–120% mocy falownika. Im lepsze jest zestrojenie szczytowej mocy inwertera i paneli, tym większa jest efektywność pracy całej instalacji.
