Inwerter, falownik do fotowoltaiki – czym jest, w jaki sposób działa?

Panele fotowoltaiczne wytwarzają prąd stały, natomiast urządzenie elektryczne zasilane są prądem zmiennym o określonym napięciu i częstotliwości. Falownik do fotowoltaiki jest konieczny, by można było wykorzystać energię pozyskaną z promieniowania słonecznego. Urządzenia tego typu klasyfikuje się według ich zdolności do współpracy z siecią energetyczną, obecność izolacji, liczbę faz, moc oraz sposób podłączenia. Niektóre inwertery fotowoltaiczne mają dodatkowe funkcje i zabezpieczenia przed zwarciem, przepięciem czy czynnikami zewnętrznymi. Urządzenia muszą też spełniać normy określone w przepisach krajowych i dyrektywach unijnych. Sprawdź, jak działają!

Inwerter, czyli falownik. Do fotowoltaiki jest niezbędny

Inwertery znajdują zastosowanie w rozmaitym sprzęcie i różnych narzędziach. Jako przemienniki częstotliwości prądu są częścią m.in. pomp, sprężarek, tokarek, pralek czy wentylatorów – w tych urządzeniach odpowiadają przede wszystkim za pracę i liczbę obrotów silnika elektrycznego. Falowniki do fotowoltaiki najczęściej montuje się w budynkach, by ochronić podzespoły przed destrukcyjnym wpływem czynników atmosferycznych. Wyjątkiem są duże inwertery centralne, które sterują pracą większych farm fotowoltaicznych, a także montowane bezpośrednio pod panelami PV mikrofalowniki, które są wykorzystywane w instalacjach niskonapięciowych. To urządzenia klasy MLPE (ang. Module Level Power Electronics).

Falowniki do fotowoltaiki – klasyfikacja, rodzaje inwerterów

Pojedynczy inwerter, który przetwarza energię z wielu połączonych szeregowo paneli, często nazywany jest falownikiem stringowym. To rozwiązanie tańsze, ale jednocześnie sprzęt nieco bardziej narażony na awarie i zakłócenia. Problem z jednym modułem (np. częściowe zacienienie) rzutuje na efektywność całej elektrowni słonecznej. Inwertery PV dzieli się także na:

• jednofazowe – przeznaczone do mikroinstalacji o mocy do 3 kW. Maksymalne napięcie dochodzi do 300–350 V;
• trójfazowe – wymagane w elektrowniach o mocy większej niż 3,68 kW. Napięcie dochodzi do 400 V;
• falowniki on-grid do fotowoltaiki – inaczej inwertery sieciowe. Są stale podłączone do publicznej sieci energetycznej. Nowsze modele są w stanie dostarczać prąd z ogniw PV, jeśli zabraknie energii z zewnątrz (lepsze zabezpieczenia, np. podczas konserwacji linii);
• falowniki off-grid do fotowoltaiki – inwertery wyspowe. Są całkowicie niezależne od sieci energetycznej, za to doskonale przystosowane do współpracy z agregatami czy magazynami energii;
• falowniki hybrydowe do fotowoltaiki – łączą cechy inwerterów sieciowych i wyspowych. Jeśli bieżąca produkcja przekracza potrzeby lub ich nie zaspokaja, w pierwszej kolejności przesyłają nadwyżki lub pobierają energię z podłączonych baterii;
• transformatorowe;
• beztransformatorowe.

Mikrofalowniki i mikroinwertery

Zasada ich działania jest taka sama, jak w przypadku „dużych” komponentów. Wersje mikro- obsługują nie całą instalację, a pojedyncze moduły solarne. Najważniejsze zalety mikrofalowników w porównaniu z klasycznymi inwerterami to:

• łatwość późniejszej rozbudowy instalacji fotowoltaicznej;
• brak ryzyka, że zacienienie, zabrudzenie lub usterka jednego modułu obniży produkcję całej elektrowni;
• dłuższa żywotność;
• zamiana prądu stałego w zmienny od razu przy panelach PV (kwestia bezpieczeństwa w razie pożaru).

Działanie falownika fotowoltaicznego – budowa i funkcje inwertera

Ogniwa słoneczne pod wpływem promieniowania i w następstwie efektu fotowoltaicznego wytwarzają prąd stały, który przez układ wejścia ze złączami MC4 trafia do inwertera. W falowniku do fotowoltaiki znajdują się konwertery DC/AC, które transformują otrzymaną energię w prąd przemienny o parametrach pozwalających zasilać domowe czy firmowe urządzenia lub przesłać go do publicznej sieci energetycznej. Główne podzespoły inwertera to:

• mostek kluczy półprzewodnikowych;
• przekształtniki do przemiany napięcia i częstotliwości;
• układ sterowania – m.in. układ MPPT (Maximum Power Point Tracking) na wejściu do automatycznego ustawiania punktu mocy maksymalnej instalacji oraz transoptor, który jest odpowiedzialny za tranzystory mocy;
• układ zabezpieczeń – m.in. filtr wygładzający RC, ograniczniki przepięć, radiator (z wentylatorem), monitoring izolacji i temperatury, przeciwdziałanie odwróconej polaryzacji, opcjonalny moduł AFCI przeciwko powstawaniu łuku elektrycznego.

Pozostałe funkcjonalności inwerterów. Normy dla falowników do fotowoltaiki

Dokładny schemat budowy i działania falownika do fotowoltaiki zależy także od dodatkowych funkcjonalności. Moduły Wi-Fi przesyłają informacje o instalacji (stan, ilość wytwarzanej energii). W inwerterach hybrydowych niezbędne są funkcje do zarządzania trybem pracy urządzenia – za pomocą przycisków lub na odległość, w aplikacji. Jeśli moc całej instalacji przekracza 10 kW, falownik fotowoltaiczny musi umożliwiać Operatorowi Systemu Dystrybucyjnego jej wyłączenie na czas konserwacji sieci. Szczegółowe wymogi wobec urządzeń precyzują m.in.:

• normy IEC:
  • 62116 – dotyczące zabezpieczeń wyspowych;
  • 62109 – dotyczące bezpieczeństwa konwerterów mocy;
  • 61000 – dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej;
• Kodeks sieciowy z rozporządzenia 2016/631 Komisji UE – wymagany certyfikat NC RfG.

Jaki falownik do fotowoltaiki wybrać? Sięgnij po pomoc specjalistów Da Vinci Green Energy!

Staranny dobór i podłączenie inwertera mają kluczowe znaczenie dla działania całej instalacji fotowoltaicznej. Maksymalizacja ilości wytwarzanego prądu stanowi podstawowy cel projektantów, ale przecież trzeba uwzględnić mnóstwo innych zmiennych – od warunków panujących w danym miejscu po koszty całej inwestycji. Falownik do fotowoltaiki niewątpliwie powinien mieć:

• możliwie najwyższą sprawność w jak najszerszym zakresie obciążenia – niektóre modele osiągają ok. 96–98%. Wraz z eksploatacją i zużyciem podzespołów efektywność inwerterów fotowoltaicznych w naturalny sposób nieznacznie spada;
• zabezpieczenia chroniące nie tylko samo urządzenie, lecz także całą instalację fotowoltaiczną;
• narzędzia do monitorowania i sterowania pracą elektrowni PV;
• jak najdłuższą gwarancję z szybkim wsparciem serwisowym (bez opłat). Awarie są całkowicie naturalne – i to pomimo starań producentów, by żywotność falowników fotowoltaicznych przekraczała okres zwrotu z inwestycji w OZE.

Zanim przejdziesz do wyboru inwertera PV dla swojej przyszłej instalacji solarnej, należy przeprowadzić szczegółowy audyt energetyczny. Fachowcy Da Vinci Green Energy podpowiedzą, który wariant będzie najlepszy dla Ciebie – czekamy na kontakt z Twojej strony!