Tak jak każdy organizm posiada serce, od którego sprawności zależy nasze zdrowie i życie, tak w systemach solarnych centrum wszystkiego jest falownik fotowoltaiczny. Inwerter solarny służy do przetworzenia energii pochodzącej ze Słońca na prąd zmienny, który wykorzystują urządzenia elektryczne. Jakie są rodzaje falowników? Czym one różnią się między sobą oraz w jaki sposób działają?
Spis treści
Co to jest falownik fotowoltaiczny?
Falownik fotowoltaiczny nazywany jest również inwerterem solarnym lub przemiennikiem częstotliwości. To niepozorne urządzenie wykorzystywane w instalacjach solarnych w rzeczywistości stanowi serce całego systemu fotowoltaicznego. System ten zbiera energię dostarczaną za sprawą promieniowania słonecznego i przetwarzana ją na energię elektryczną. Powstały w tym procesie prąd posiada charakter stały, zaś w naszych gniazdkach znajduje się prąd zmienny. Konieczna jest zatem zmiana i dokonuje się ona właśnie w falowniku. Urządzenie to ma na celu przetworzyć napięcie, aby uzyskać taki prąd, który swobodnie możemy wykorzystywać w swoim domu, firmie lub gospodarstwie rolnym. Mówiąc inaczej, falownik fotowoltaiczny służy do zmiany prądu stałego pochodzącego ze Słońca na prąd zmienny wykorzystywany w naszych urządzeniach.
Falownik fotowoltaiczny to niewielka skrzynka wisząca zazwyczaj na ścianie w piwnicy domu lub pomieszczeniu gospodarczym. Zależnie od zapotrzebowania i obsługiwanej wielkości paneli słonecznych występuje w różnych wielkościach. Przetwarzanie napięcia to jednak nie jedyne zadanie falownika. Za jego pomocą można monitorować funkcjonowanie całej instalacji fotowoltaicznej i zsynchronizować system solarny z siecią elektryczną.
Falowniki a fotowoltaika
W przeważającej wielkości przypadków domowa produkcja prądu odbywa się na zasadach prosumenckich. Oznacza to, że powstałe podczas pracy paneli fotowoltaicznych nadwyżki energii, które zdobywamy na przykład w bardzo słoneczne dni, możemy spożytkować w późniejszym terminie, gdy wydajność fotowoltaiki jest mniejsza. Nadwyżki energii zdobyte w trakcie lata, wykorzystujemy jesienią lub zimą, dzięki czemu instalacja stale dostarcza nam ekologiczny prąd. Funkcjonowanie na zasadach prosumenckich sprawia, że jednocześnie stajemy się konsumentami, jak i producentami własnej energii.
Nadmiar energii można co prawda magazynować w akumulatorach, jednak wymaga to poniesienia dodatkowych kosztów i zagospodarowania większej ilości miejsca. W modelu prosumenckim nadwyżki energii oddawane są do sieci, z której można potem odebrać do 80% prądu.
Co więcej, aby czerpać korzyści z produkcji energii prosto ze Słońca, wcale nie trzeba mieszkać w domku jednorodzinnym czy posiadać wolną przestrzeń gruntu. Panele fotowoltaiczne można zamontować również na wieżowcach i dachach bloków mieszkalnych. Fotowoltaika dla wspólnot mieszkaniowych umożliwia wyprodukowanie takiej ilości prądu, która pokryje potrzeby części wspólnych budynku. Oznacza to, że można oświetlić klatkę schodową lub parking samochodowy. Alternatywna energia może również pokryć zasób potrzebny do obsługi windy.
Jak działają falowniki fotowoltaiczne?
W falowniku fotowoltaicznym znajdują się trzy główne układy, które odpowiadają za przetworzenie napięcia. Są to:
- układ wejściowy,
- układ sterujący,
- układ zabezpieczający.
Układy te odpowiadają za przyjęcie energii z paneli fotowoltaicznych, rozdysponowanie jej oraz ochronę całej instalacji przed awariami. Falownik do fotowoltaiki dostarcza informacji na temat tego, ile wyprodukowaliśmy energii, dzięki czemu możemy stale nadzorować wydajność instalacji. Monitorowanie systemu fotowoltaicznego odbywa się za pomocą aplikacji lub bezpośrednio na ekranie falownika. Urządzenie stale nadzoruje maksymalny punkt mocy paneli fotowoltaicznych (MPPT), a w razie konieczności może pełnić rolę automatycznego rozłącznika.
Dobrej jakości falownik fotowoltaiczny powinien szybko wyszukiwać maksymalny punkt mocy oraz skutecznie utrzymywać go na wysokim poziomie. Nawet jeśli urządzenie działa na pełnych obrotach, musi zachowywać pełną sprawność. Należy bowiem pamiętać, że nawet w okresy letnie mogą zdarzyć się dni lub całe tygodnie, gdy pogoda jest niekorzystna. Wtedy to panele fotowoltaiczne produkują zaledwie niewielką część planowanej energii elektrycznej.
Wybierając falownik do paneli fotowoltaicznych, należy wziąć pod uwagę stopień nieprzemakalności. Inwertery zazwyczaj są montowane na świeżym powietrzu (np. tuż pod ogniwami fotowoltaicznymi) albo w piwnicach, gdzie może być wilgoć. Wysoki poziom nieprzemakalności wynosi od IP65. Ostatnią ważną cechą wyróżniającą dobry falownik fotowoltaiczny jest duża tolerancja na skoki temperatury. Urządzenie powinno móc działać w warunkach od -25° do +60°C.
Rodzaje falowników
Decydując się na instalację solarną, musimy zwrócić szczególną uwagę na wykorzystany w niej rodzaj falownika. Na rynku funkcjonują modele, które różnią się zależnie od podłączonego do nich systemu. Oprócz tego istnieją różne rodzaje falowników, których klasyfikacja uzależniona jest od liczby faz. Istnieje również podział uwzględniający wielkość instalacji oraz miejsce umiejscowienia falownika.
Podział falowników zależnie od typu instalacji:
- sieciowe (on-gird) – funkcjonują w modelu prosumenckim i dostosowane są do pracy z siecią elektryczną.
- wyspowe (off-gird) – nie współpracują z siecią elektryczną, gdyż całą niezużytą energię kierują do akumulatorów (zazwyczaj wykorzystywane w domkach letniskowych),
- hybrydowe – mogą synchronizować się z siecią, jak i kierować nadwyżki prądu do akumulatorów.
Rodzaje falowników pod względem liczby faz:
- falowniki jednofazowe – stosuje się je przede wszystkim w niewielkich instalacjach o mocy do 3 kW,
- falowniki trójfazowe – wykorzystuje się je w dużych systemach fotowoltaicznych.
Podział uzależniony od typu instalacji i umiejscowienia w niej:
- falownik centralny – używany w tradycyjnej instalacji fotowoltaicznej, znajduje się w osobnym pomieszczeniu,
- mikrofalownik – wykorzystywany w bardzo małych instalacjach (tzw. mikroinstalacjach), znajduje się tuż pod panelami fotowoltaicznymi.
Warto również wspomnieć, że falownik trójfazowy do paneli fotowoltaicznych wyróżnia się niewielkimi wahaniami napięcia w sieci elektrycznej, a także umożliwia zastosowanie przewodów o mniejszych przekrojach.
