Każda osoba, która zastanawia się nad inwestycją w fotowoltaikę i już zasięgała informacji w różnych firmach lub w internecie wie, że falownik jest bardzo ważnym elementem całej instalacji. Przed ostateczną decyzją zakupu warto poznać różne rodzaje inwertera  fotowoltaicznego, a żeby dobrze zrozumieć jego znaczenie należy dowiedzieć się jak działa.

Definicja inwertera fotowoltaicznego

Inwerter solarny jest niezbędnym elementem całej instalacji. To właśnie dzięki jego działaniu możliwe jest odczuwanie energii ze słońca w domu. Urządzenie jest odpowiedzialne za przetwarzanie i przekształcanie energii stałej - powstałej w modułach fotowoltaicznych - na energię przemienną - którą pobieramy z gniazdek. Ważne jest to, że falownik automatycznie dostosowuje moc energii do parametrów zgodnych z siecią niskiego napięcia. Jest to 230/400 V 50 Hz. Oprócz głównej funkcji urządzenie posiada też zadania dodatkowe. Synchronizuje on instalację fotowoltaiczną z siecią elektroenergetyczną. Dzięki temu, że zarządza całością systemu i go monitoruje, możliwa jest rejestracja danych eksploatacyjnych. Oprócz tego śledzi MPPT, czyli maksymalny punkt mocy modułów fotowoltaicznych. W razie awarii systemu pełni funkcję automatycznego rozłączniki.

Już z samej definicji falownika można zauważyć, że jest on bardzo ważnym elementem systemu i można przyrównać go do serca w ludzkim organizmie. Bez sprawnego urządzenia reszta sieci nie będzie działać, tak samo jest w przypadku ludzi i ich serca.

Budowa inwertera

Falownik zbudowany jest z prostownika, stopnia pośredniego i końcowego oraz układu sterowania i zabezpieczeń. Prostownik zasilany jest jedną z trzech faz napięcia przemiennego AC. Jego zadaniem jest prostowanie napięcia przemiennego na stałe. Stopień pośredni stabilizuje i wygładza napięcie stałe, które następnie przechodzi do stopnia końcowego, nazywanego też przemiennikiem. To właśnie w tym miejscu prąd stały przekształcany jest na prąd przemienny o określonych parametrach. Układ zabezpieczeń chroni sieć przed szkodliwym działaniem awarii, poprzez odłączenie zasilania w chwili odczytania pomiarów o niewłaściwej mocy.

Jak działa inwerter

Zasada działania sieci jest prosta. Inwerter cały czas monitoruje pracę systemu. Podczas ruchów parametrów, gdy zachodzi taka potrzeba inicjuje odpowiedź do zmiany. Połączenie z panelami fotowoltaicznych jest możliwe dzięki układom wejściowym. Dzięki monitorowaniu pracy ogniw można określić maksymalny punkt pracy modułów. Wpływa to na bezpieczeństwo całego systemu. W tym miejscu ustalane są między innymi takie parametry jak : maksymalna moc wejściowa (DC), zakres napięcia MPPT) oraz ilość wejść.

W stopniu pośrednim zachodzą zmiany powodujące przeistoczenie prądu stałego na zmienny. Przemiennik pełni też funkcję komunikacyjną - dzięki niemu na wyświetlaczu LCD lub w internecie możemy odczytać dane o działaniu sieci.

Bezpieczeństwo zapewnia system zabezpieczeń. Dzięki temu połączenie jest wydajne i może funkcjonować bez dłuższych przerw. Tutaj sprawdzane są przykładowo takie parametry jak dodatkowe zabezpieczenia AC/DC, sposób chłodzenia układów czy napięcie wyjściowe międzyfazowe.

Rodzaje inwerterów ze względu na połączenie z siecią

Instalacja fotowoltaiczna może posiadać dwa rodzaje inwerterów solarnych, w zależności od tego czy będzie ona podłączona do sieci czy też nie. Są to falowniki wyspowe lub sieciowe.

Pierwszy rodzaj, nazywany też off-grid, nie nawiązuje połączenia z siecią elektroenergetyczną. Oznacza to, że cała wyprodukowana musi zostać zlokalizowana w specjalnych akumulatorach. W nich gromadzą się nadwyżki energii. Ze względu na wysoki koszt akumulatorów, tego rozwiązania nie stosuje się zbyt często. Najczęściej można spotkać je w domkach letniskowych. Wtedy instalacja zazwyczaj nie ma zainstalowanego akumulatora, a falownik dostosowuje napięcie do aktualnych potrzeb używanych urządzeń.

Inwerter sieciowy (on-grid) jest połączony z siecią energetyczną. Dzięki temu może oddawać nadwyżki wyprodukowanej energii do sieci, a później z powrotem je odbierać (zmniejszone o 20  procent). To rozwiązanie jest mniej autonomiczne, ale o wiele bardziej wygodne. W tym przypadku nie trzeba ponosić kosztów związanych z zakupem akumulatorów. Sieć, do której oddajemy nadwyżki staje się pewnego rodzaju magazynem.

Synchronizacja z siecią publiczną sprawia, że w momencie, kiedy zanika dostawa prądu, w domu z systemem fotowoltaicznym też go nie ma. Wynika to z dbania o bezpieczeństwo osób zajmujących się naprawą awarii. Mogłyby one zostać porażone prądem z mikrosieci.

Rodzaje inwerterów w zależności od wielkości instalacji

Wyznacznikiem wielkości instalacji jest ilość użytych do jego budowy paneli fotowoltaicznych. Podział jest następujący :

  • Mikroinwertery - działają z jednym panelem. Bardzo rzadko instaluje się tak małe systemy. Najczęściej wykorzystuje się je w domkach letniskowych. Ich celem jest częściowe zmniejszenie rachunków w miesiącach urlopowania.
  • Inwertery stringowe - wykorzystywane w systemach o mocy do 30 kW. Właśnie ten rodzaj falowników stosuje się w domach jednorodzinnych. W tym przypadku ilość paneli fotowoltaicznych jest obliczana tak, aby zaspokoić całkowite zużycie prądu przez domowników. Ma to na celu wykluczenie ryzyka związanego z ciągłym podnoszeniem cen prądu. Właściciel takiej instalacji musi jedynie uiszczać opłaty stałe związane z dystrybucją.
  • Inwertery centralne - służą do obsługi dużych instalacji np. farm fotowoltaicznych. Moc takich systemów osiąga kilkaset kW . Specyfika farm polega na tym, że mają one wyprodukować jak najwięcej prądu, aby producent mógł odnotować jak największy zysk z inwestycji. Z tego powodu inwertery centralne mają największą moc pracy. Ich koszt również jest największy.

Falowniki jednofazowe i trójfazowe

Tutaj podział również jest oczywisty. Inwertery dzielą się na te, które podłączane są do jednej lub trzech faz. Duże znaczenie ma to, że fazy zmniejszają obciążenie sieci. To pozwala na jednoczesne podłączenie większej ilości urządzeń. Wynika z tego, że podział na fazy umożliwia bardziej równomierne rozłożenie obciążenia sieci.

  • Falowniki jednofazowe są stosowane w małych instalacjach. Połączenie odbywa się poprzez trzy przewody - L (fazowy), N (neutralny) i PE (ochronny). Aby uzyskać najbardziej korzystny efekt falownik podłączony jest do najbardziej obciążonej fazy. Wtedy prąd wyprodukowany przez panele fotowoltaiczne zaspokaja właśnie tę fazę. Prąd wykorzystywany w pozostałych fazach pobierany jest z sieci publicznej.
  • Falowniki trójfazowe zakłada się do systemów o mocy powyżej kilka kW. Użyte przewody są podzielone na L1, L2, L3 (fazowe), N (neutralny) i PE (ochronny). Ten rodzaj inwertera wykorzystywany do fotowoltaiki przynosi lepsze rezultaty. Cała sieć staje się stabilniejsza dzięki rozłożeniu obciążenia w całym budynku i ograniczeniu poboru prądu z sieci publicznej w każdej z faz. W ten sposób można całkowicie uniezależnić się od poboru energii z sieci publicznej. System trójfazowy rozkłada wyprodukowany prąd na wszystkie znajdujące się w budynku urządzenia, całkowicie zaspokajając potrzeby mieszkańców.

Inwertery a transformatory

Falowniki mogą mieć wbudowany transformator. Jego zadanie jest utrzymanie wydajności systemu fotowoltaicznego na wysokim poziomie. Są stosowane w dużych instalacjach, zazwyczaj na farmach energetycznych. Zapewniają one galwaniczną separację prądu AD i DC.

Transformatory powinny być instalowane w dużych sieciach, w których ciągłe działanie na optymalnym poziomie jest bardzo ważne dla inwestora. W domach jednorodzinnych częściej stosuje się instalację dodatkowego urządzenia pomiarowego i zabezpieczającego. Takie rozwiązanie jest bardziej opłacalne dla małego inwestora.

Na co zwrócić uwagę przy wyborze falownika do swojego domowego systemu

Zanim inwestor podejmie ostateczną decyzję o zakupie powinien zwrócić uwagę na jeszcze kilka parametrów. 

Sprawność inwertera jest stosunkiem elektrycznej mocy wyjściowej AC do mocy wejściowej DC. Falowniki wysokiej klasy osiągają maksymalną sprawność na poziomie przekraczającym 97-98 procent. Wpływa to na szybszy koszt inwestycji w system fotowoltaiczny. Sprawność powinna utrzymywać się stale na poziomie obciążenia falownika między 20-100 procent.  Wskazuje to na to, że zbyt mała ilość paneli fotowoltaicznych w stosunku do mocy inwertera negatywnie wpływa na działanie całego systemu.

Maksymalny punkt mocy daje informację jakie położenie paneli daje najlepszy efekt w danej chwili. Efektywność działania modułów zależy od wielu czynników. Są to między innymi natężenie światła i temperatura. Wykorzystanie sprawnego systemu MPPT pozwala podnieść wydajność instalacji  dzięki szybszemu dostosowaniu wartości mocy do aktualnej sytuacji atmosferycznej.

Chłodzenie często jest dodatkiem do falowników. Wpływa ono na polepszenie warunków pracy inwertera, który nagrzewa się podczas przetwarzania energii. Bezpośrednio wiąże się to dłuższą żywotnością falownika. Z kolei to wpływa na korzyści majątkowe właściciela systemu domowej elektrowni.

Jak dobrać inwerter do instalacji fotowoltaicznej

Kluczowym parametrem, na który należy zwrócić uwagę jest moc produkowanej przez moduły energii. Zbyt duży falownik zmniejsza wydajność systemu. Dlatego przed zakupem trzeba skontaktować się ze specjalistą, który obliczy zapotrzebowanie budynku na energię elektryczną. Warto zwrócić uwagę na to czy wybrane urządzenie można podłączyć pod strukturę trójfazową. Wpływa to na późniejsze zmniejszenie rachunków do opłat dystrybucji. Jeśli nie ma takiej możliwości rachunki będą częściowo zmniejszone, ale często pojawi się na nich też opłata za zużycie energii z sieci publicznej.

Osoby, które całkowicie chcą uniezależnić od sieci publicznej mają taką możliwość dzięki zainstalowaniu dodatkowych akumulatorów. Takie rozwiązanie musi być jednak bardzo szczegółowo przemyślane ponieważ wiąże się z dużymi kosztami. Z tego powodu wiele osób decyduje się na łatwiejsze rozwiązanie jakim jest korzystanie z sieci jako swoistego magazynu energii. Oddając nadmiar produkowanego prądu można korzystać z niego w 80  procent w momencie kiedy nadejdzie taka potrzeba.