Instalacja PV to nie tylko panele fotowoltaiczne. Poza nimi każda elektrownia wytwarzająca prąd ze słońca musi składać się z kilku innych elementów, pośród których najważniejszy jest falownik. Czym jest, jakie są jego rodzaje i jak działa inwerter fotowoltaiczny?
Czym jest falownik i jak działa?
Falownik do fotowoltaiki określany jest również inwerterem solarnym i przemiennikiem częstotliwości. Wszystko z uwagi na jego główną funkcję. Falownik fotowoltaiczny służy przede wszystkim przemianie prądu. Przekształca on energię słoneczną wytwarzaną przez panele (prąd stały) w energię płynącą w sieci o napięciu 230 V i częstotliwości 50 Hz (prąd przemienny). Dostosowuje go tym samym do parametrów właściwych dla zasilania urządzeń w gospodarstwach domowych, rolnych czy firmach.
Poza tym inwerter do fotowoltaiki pełni też kilka innych funkcji. Między innymi chroni stronę stałoprądową instalacji PV oraz monitoruje sieć, dopasowując do niej napięcie, częstotliwość i przesunięcie fazowe.
Falowniki fotowoltaiczne są strażnikami całej instalacji. Na bieżąco weryfikują napięcie i natężenie prądu na wyjściu paneli fotowoltaicznych. Dostosowują też pracę modułów, aby stworzona z ich wykorzystaniem elektrownia pracowała bezawaryjnie.
Dodatkowo ich zadaniem jest zbieranie danych o wyprodukowanej energii oraz mocy – wejściowej i wyjściowej. W ten sposób możemy analizować pracę i wydajność instalacji fotowoltaicznej.
Kolejną funkcją falownika jest zabezpieczenie całej instalacji. Inwerter zostaje automatycznie wyłączony w przypadku awarii, zwarcia czy zaniku napięcia w sieci energetycznej. Wstrzymuje produkowanie energii elektrycznej i chroni przed uszkodzeniem urządzenia domowe oraz całą instalację PV.
Oprócz tego falowniki do fotowoltaiki mają dodatkowe zadanie w tzw. instalacjach wyspowych. Nie mają one połączenia z siecią, ale wytworzoną energię magazynują w akumulatorach. Inwerter kontroluje w nich proces ładowania, rozładowywania i zarządzania pracą baterii, chroniąc je przed uszkodzeniami.
Jakie są rodzaje falowników?
Wiemy już, do czego służy falownik i jaka jest jego podstawowa funkcja. Dostępne w sprzedaży inwertery solarne różnią się między innymi mocą i rozmiarem. W związku z tym są przystosowane do obsługi innej ilości modułów fotowoltaicznych. Najbardziej czytelnego podziału inwerterów dokonamy pod względem zróżnicowania parametrów tych urządzeń. Należą do nich:
- Moc – falowniki małe do przydomowych instalacji mają moc od kilkuset watów do dwóch kilowatów, rzadziej do kilkudziesięciu kilowatów. Duże inwertery charakteryzują się mocą od kilkuset kilowatów do kilku megawatów i są wykorzystywane w elektrowniach przemysłowych.
- Jednofazowe lub trójfazowe – domowe falowniki często są jednofazowe, stosowane do sieci o napięciu do 230 V. Dlatego będą optymalne dla zwykłego oświetlenia i pracy urządzeń pobierających energię z gniazdka. Alternatywą jest falownik trójfazowy do paneli fotowoltaicznych do sieci z napięciem 230/400 V. Korzysta się z nich w na przykład w przemyśle i lokalach użytkowych, ale mogą być też niezbędne w domach wykorzystujących bardziej energochłonne urządzenia (np. płyty indukcyjne).
- Do instalacji PV on-grid lub off-grid – inwertery sieciowe są zsynchronizowane z siecią i przekazują do niej nadwyżki energii, pobierając ją w momencie większego zapotrzebowania (system on-grid). Falowniki off-grid pracują w instalacjach bez podłączenia do sieci, kiedy nadwyżki energii są kierowane do akumulatorów.
- Transformatorowe lub beztransformatorowe – inwertery z transformatorem mają małą moc i są stosowane na przykład przy ogniwach z krzemu amorficznego, kiedy koniecznie uziemić trzeba jeden z biegunów. Falowniki bez transformatorów pracują w instalacjach opartych o moduły krzemowe mono- lub polikrystaliczne. Mają wyższą moc niż falowniki transformatorowe i znajdują częstsze zastosowanie w przydomowych elektrowniach słonecznych.
- Ilość obsługiwanych łańcuchów modułów – nieduży, prosty falownik fotowoltaiczny o małej mocy kilkudziesięciu kilowatów obsłuży kilka połączonych szeregowo łańcuchów modułów. Duże, kilkumetrowe inwertery centralne o mocy nawet kilku watów mogą obsłużyć nawet kilkaset łańcuchów modułów PV.
Jak dobrać moc falownika do instalacji fotowoltaicznej?
Dobór falownika do instalacji PV powinniśmy zlecić specjalistom. Jednak przede wszystkim musimy pamiętać, że falowniki solarne największą sprawność wykazują przy maksymalnym obciążeniu energią słoneczną.
Tymczasem panele słoneczne dostarczają energię z różną mocą, która zależy od temperatury czy nasłonecznienia. Dlatego specjaliści zalecają, aby moc instalacji fotowoltaicznej była przewymiarowana w stosunku do mocy falownika w granicach od 105 do 120 proc.
Przykładowo, dla instalacji o mocy 6 kW, na którą łatwo otrzymać dofinansowanie do fotowoltaiki z programów rządowych i samorządowych, możemy zastosować falownik o mocy 5 kW. Takie przewymiarowanie będzie odpowiednie, kiedy panele swojej instalacji skierujemy pod kątem 30-40 stopni na południe. Przewymiarowanie będzie większe (nawet do 160 proc.), kiedy zmniejszymy kąt nachylania, a ogniwa skierujemy na wschód czy zachód.
Wiele zależy od określenia mocy paneli najbliższej rzeczywistemu wynikowi. Dlatego zamiast kierowania się mocą osiąganą w optymalnych warunkach (SCT), lepszym wskaźnikiem jest tzw. nominalna temperatura pracy ogniwa – NOCT (ang. Nominal Operating Cell Temperature).
Jak wybrać falownik – inne ważne parametry
Wiedząc, jak działa falownik, łatwiej jest określić, jaki inwerter do fotowoltaiki będzie optymalny. Jednak wyliczenie jego odpowiedniej mocy to nie wszystko. Poza tym należy zwrócić uwagę na inne ważne czynniki przy wyborze falownika do instalacji PV. Są nimi m.in.:
- Sprawność – test sprawności pokaże, jak wydajny jest inwerter w każdych warunkach i o określonej porze dnia czy roku. Według sprawności amerykańskiej (CEC) sprawność falowników powinna wynosić minimum 97 proc.
- Gwarancja – okres gwarancji falowników jest różny i wynosi od 5 do 20 lat.
- Niezawodność – falownik pracuje w sposób ciągły, będąc narażonym na działanie energii elektrycznej i zmiennych warunków. W ocenie niezawodności inwertera pomagają opinie i rankingi. Pomocny jest też test PVEL określający poziom bezawaryjności.
- Możliwość szybkiej naprawy lub wymiany – niezależnie od tego, jaki falownik do fotowoltaiki wybierzemy, musimy brać pod uwagę jego awarię. Oznacza to przerwę w dostawie energii, a więc dobrze, kiedy można go szybko i sprawnie naprawić lub wymienić.
- Klasa odporności IP – na falownik oddziałują zmienne warunki atmosferyczne. Ze względu na trudne warunki pracy powinniśmy wybierać falowniki z klasą ochronności IP65 lub wyższą.
- Certyfikaty i normy – stosowany inwerter powinien być zgodny z dyrektywami 2014/35/UE oraz 2014/30/UE. Dodatkowo ważna jest zgodność z odpowiednimi normami (np. PN-EN 61000-3-2, PN-EN 61000-3-3, PN-EN 61000-3-12, PN-EN 61000-3-11, PN-EN 50438).
Falownik fotowoltaiczny jest więc bezsprzecznie jednym z najważniejszych elementów całej instalacji PV. To często niewielkie urządzenie decyduje o optymalnej i bezawaryjnej pracy całej elektrowni słonecznej. Dlatego obok paneli warto skupić się też na wyborze inwertera, najlepiej zlecając to zaufanym specjalistom.