Co to jest falownik fotowoltaiczny i do czego służy?

Falownik fotowoltaiczny zwany też inwerterem solarnym nie bez powodu określa się mianem serca instalacji fotowoltaicznej. Przekształca on prąd o napięciu stałym (taki wytwarzają panele fotowoltaiczne) w prąd o napięciu zmiennym, czyli taki, który możemy wykorzystać do zasilania wszystkich urządzeń znajdujących się w naszym domu. Do małych instalacji przydomowych potrzebny jest falownik o małej mocy.

Żywotność dobrego falownika szacuje się na 30 lat. Dobór urządzenia należy pozostawić specjalistom z firmy fotowoltaicznej, ponieważ dysponuje ona zapewne programem umożliwiającym symulację zacieniania projektowanej dla nas instalacji PV przez cały rok, a uzyskane informacje są kluczowe w doborze falownika. Inwerter to ok 20% całej instalacji fotowoltaicznej. 

Z uwagi na rozmiar oraz  możliwość podłączenia do nich odpowiedniej liczby paneli, można podzielić falowniki na:

  • mikrofalowniki – współpracujące z jednym panelem fotowoltaicznym,
  • falowniki szeregowe (stringowe) – obsługujące w przypadku małej instalacji fotowoltaicznej (1–30kW) wszystkie panele fotowoltaiczne,
  • falowniki centralne –przeznaczone do pracy na farmach fotowoltaicznych o mocach setek kilowatów

Jak działa inwerter solarny?

Jak wspomniano wyżej, prąd stały produkowany przez ogniwa PV trafia do inwertera i jest konwertowany na prąd zmienny – taki, jaki pobieramy z gniazdka. W przypadku instalacji On-Grid falownik nawiązuje połączenie z siecią energetyczną, przekazuje do niej nadwyżki produkowanej energii oraz dostosowuje napięcie instalacji fotowoltaicznej do napięcia sieciowego.

W przypadku instalacji Off-Grid inwerter (określany mianem wyspowego) nie ma możliwości oddawania do sieci nadwyżki wyprodukowanego prądu, jest za to w stanie zasilać domowe urządzenia oraz ładować akumulatory. 

Budowa inwertera PV

  • klasyczny prostownik
  • stopień pośredni (złożony z kondensatorów)
  • stopień końcowy (złożony z tranzystorów)
  • układ sterowania i zabezpieczeń
  • MPP Traker (ang. Maximum Power Point Tracker), którego zadaniem jest śledzenie maksymalnego punktu mocy modułów fotowoltaicznych i jak najszybsze dopasowywanie się do jego nowej wartości, co może zwiększyć ilość uzyskanej energii nawet o kilkanaście procent

Inwerter i mikroinwerter – który do jakiej instalacji 

Mikroinwerter solarny to najmniejszy dostępny na rynku rozmiar inwertera, który ma także niższą sprawność – standardowa sprawność inwertera to 97,5-98,6%, natomiast mikroinwertera – 95-96,5%. Technicznie urządzenia są tożsame, ale stosuje się je do różnych rodzajów instalacji fotowoltaicznych.

W standardowej, dobrze wyeksponowanej na promieniowanie słoneczne instalacji dachowej bądź gruntowej stosuje się tradycyjny inwerter szeregowy. Jeżeli natomiast mamy do czynienia z tzw. trudnym dachem (wielopłaszczyznowym, z połaciami o różnych kątach nachylenia, gdzie na części paneli występuje zacienienie) albo inwestujemy w fotowoltaikę, w której skład wchodzi zaledwie kilka modułów fotowoltaicznych, lepszym rozwiązaniem wydaje się mikroinwerter. Współpracuje on wyłącznie z jednym modułem fotowoltaicznym (o mocy około 0,3 kW), co w praktyce oznacza to, że prąd stały jest przetwarzany na prąd zmienny dla każdego panelu z osobna. 

Uwaga: mikroinwerter nie współpracuje z nowoczesnymi akumulatorami litowo-jonowymi, co skutkuje brakiem możliwości rozbudowy o system magazynowania energii. Są również podatne na awarie w wyniku występowania skrajnych temperatur oraz wilgoci na zewnątrz budynku.

Jak dobiera się falownik w standardowej instalacji PV?

Aby dobrać falownik do instalacji fotowoltaicznej należy przeanalizować możliwe zależności między mocą modułów a mocą nominalną falowników.  Stosunek mocy modułów do mocy falownika (SM) obliczamy ze wzoru:

Możemy uzyskać:

  • SM < 100%, falownik niedociążony (moc nominalna modułów jest mniejsza niż moc nominalna falownika)
  • SM = 100%, falownik obciążony mocą nominalną
  • SM > 100%, falownik przeciążony po stronie DC – moc nominalna modułów jest większa niż moc nominalna falownika

W Polsce przyjęto, że wartość SM dla instalacji skierowanych na południe powinna znajdować się w przedziale pomiędzy 80 a 125%, a w przypadku instalacji wschód–zachód zakres SM może sięgać nawet do 160%, przy czym jest silnie uzależniony od nachylenia dachu.

Należy wiedzieć, że mimo tych ogólnych wytycznych, wartość parametru SM zawsze oblicza się indywidualnie, dla konkretnej instalacji fotowoltaicznej. 

Podsumowanie

Dobry falownik fotowoltaiczny powinien być dobrany do instalacji zgodnie z opisanymi wyżej zasadami. Ważne, aby miał dokumentację techniczną w języku polskim, był zgodny z obowiązującymi normami i przepisami, oraz dawał możliwość monitorowania swojego działania  i diagnozowania usterek przez aplikację. Dla użytkowników istotne jest, aby w przypadku reklamacji mogli liczyć na wsparcie polskiego partnera serwisowego.

Prawidłowo dobrany inwerter będzie współpracował z instalacją fotowoltaiczną nawet do 30 lat, w przypadku mikroinwerterów czas eksploatacji jest krótszy (mikroinwertery są montowane pod modułami fotowoltaicznymi, narażone są więc bardziej na trudne warunki atmosferyczne i wahania temperatur). 

Autor