Falowniki fotowoltaiczne – budowa, zasada działania, rodzaje

Większość zainteresowanych instalacjami fotowoltaicznymi wie, z czego się składają. Dla przypomnienia jednak wymienimy poszczególne komponenty ich konstrukcji: panele fotowoltaiczne (inaczej nazywane modułami  lub ogniwami fotowoltaicznymi), falownik, konstrukcja nośna, inaczej montażowa, kable i złączki. Wydawać by się mogło, że to właśnie moduł jest najważniejszym elementem całej instalacji, jednak znaczenie falownika również jest ogromne. Czym jest i jakie jest jego zadanie w całej konstrukcji?

Falowniki fotowoltaiczne – co trzeba o nich wiedzieć?

Falowniki fotowoltaiczne mają bardzo duże znaczenie w instalacjach fotowoltaicznych i w dużej mierze decydują o ich poprawnym oraz efektywnym działaniu. Należy jednak pamiętać, że o ile dobrze dobrany falownik może widocznie podnieść wydajność paneli fotowoltaicznych, o tyle jego niewłaściwy rodzaj jest częstym źródłem awarii całego systemu. Co więc warto wiedzieć przed wyborem falownika?

Żeby odpowiedzieć na pytanie czym jest falownik i na czym polega jego rola, warto przypomnieć zasadę działania instalacji fotowoltaicznej. Promienie słoneczne ogrzewają panele solarne, które zbierają energię i przetwarzają ją na prąd. Ma on jednak charakter stały, natomiast do zasilenia instalacji elektrycznych niezbędny jest prąd zmienny – każde urządzenie ma inne wymogi energetyczne.

Tu z pomocą przychodzą falowniki fotowoltaiczne, które przetwarzają pozyskany prąd na taki, który może zasilać instalacje elektryczne w budynku. Nie jest to jednak jego jedyne zadanie: przypominający wyglądem niewielką skrzynkę falownik – nazywany także inwerterem lub przemiennikiem częstotliwości – rozprowadza przetworzony prąd po całym budynku.

Inwerter fotowoltaiczny umożliwia także monitorowanie funkcjonowania całej instalacji, co pozwala na szybkie wykrycie ewentualnych nieprawidłowości. Bardzo ważną funkcją falowników fotowoltaicznych jest też synchronizacja całego systemu fotowoltaicznego z siecią. W większości przypadków w bardzo słoneczne dni użytkownicy paneli fotowoltaicznych nie są w stanie spożytkować całej wyprodukowanej energii.

Powstałe w ten sposób nadwyżki można magazynować w specjalnych akumulatorach – magazynach energii, jednak takie rozwiązanie wymaga dodatkowego miejsca i nakładów finansowych oraz zamontowania odpowiedniego, przystosowanego do tej funkcji - falownika. Dzięki inwerterowi fotowoltaicznemu możliwe jest rozdzielenie prądu i odprowadzenie go do sieci energetycznej, abyśmy byli w stanie odebrać 70-80% wyprodukowanej energii.

Falowniki fotowoltaiczne – budowa

Każdy falownik wyposażony jest w kilka elementów, które decydują o jego prawidłowym działaniu. Najważniejszym z nich jest układ tranzystorowy, nazywany także mostkiem kluczy półprzewodnikowych. Część ta odpowiedzialna jest za przekształcenie pobranego prądu stałego w prąd zmienny, z jego określoną częstotliwością i napięciem.

Kolejnym z komponentów falownika fotowoltaicznego jest układ wejściowy. To właśnie w nim znajduje się MPP, czyli Maximum Power Point – maksymalny punkt mocy. Ulega on zmianie pod wpływem temperatury pracy ogniw lub stopnia nasłonecznienia. Element ten jest niezbędny, ponieważ umożliwia falownikowi dostosowanie się do zmiennych wartości pobranej energii stałej, aby mógł  przetworzyć ją na prąd do instalacji elektrycznych z optymalnymi parametrami pracy.

Oprócz tego w układzie wejściowym znajdują się bezpieczniki, ograniczniki przepięć, rozłączniki, kondensatory, a także przekształtniki, które podwyższają napięcie pobranego prądu stałego.

Kolejnym z układów, w który wyposażony jest falownik, jest układ wyjściowy. Jego zadaniem jest dostarczenie prądu o odpowiedniej jakości i stabilności, a także właściwych parametrach napięcia, natężenia oraz częstotliwości. Jednym z elementów tego układu są dławiki, czyli filtry przeciwzakłóceniowe. Są one odpowiedzialne za przeciwdziałanie nagłym zmianom natężenia prądu.

Oprócz tego falowniki fotowoltaiczne zapobiegają nagłym spadkom w dostarczaniu ilości prądu przemiennego i uniemożliwiają utratę jego mocy. Dzięki temu możliwe jest zabezpieczenie przewodów elektrycznych i zasilanych prądem urządzeń, w których mogłoby dojść do awarii. Innymi elementami układów wyjściowych są kondensatory, rozłączniki, bezpieczniki i ograniczniki przepięć.

Cała konstrukcja falownika odpowiedzialna jest za przejęcie energii z paneli fotowoltaicznych, rozprowadzenie jej po wszystkich instalacji elektrycznych w budynku oraz zapewnienie bezpieczeństwa i ochrony przed przepięciami i awariami. Falownik fotowoltaiczny może być też wyposażony w monitoring pracy systemu.

Dzięki niemu możliwe jest uzyskanie informacji na temat ilości wyprodukowanej energii i ocenienie, czy cała instalacja fotowoltaiczna jest wydajna. Jeżeli inwerter fotowoltaiczny nie posiada takiej funkcji, istnieją aplikacje, które umożliwiają kontrolę pracy systemu.

Czym cechuje się dobry falownik?

Optymalnie działające falowniki fotowoltaiczne powinny być wydajne w trudnych warunkach atmosferycznych. Nie wzbudzi się on do pracy w wyjątkowo trudnych warunkach ze względów bezpieczeństwa. Wiadomo, że cała instalacja fotowoltaiczna pobiera najwięcej energii w bardzo słoneczne dni, jednak również w przypadku niewielkich zachmurzeń jest w stanie wchłaniać moc. Prawidłowo działający falownik powinien przekształcać każdą pobraną energię jednak są wymagane minimalne ilości tejże energii, aby wzbudzić falownik do pracy.

Dodatkowo powinien on szybko i skutecznie wyszukiwać maksymalny punkt mocy, który będzie mógł utrzymać. Niezwykle istotnym czynnikiem jest też stopień nieprzemakalności z oczywistych powodów – panele fotowoltaiczne montuje się na dachach budynków.

Stopień nieprzemakalności inwertera powinien wynosić minimum IP65. Dodatkowo musi posiadać wysoką odporność na maksymalnie niskie i wysokie temperatury. Przyjmuje się, że optymalnymi parametrami jest możliwość pracy w zakresie -25 do +60°C.

Falowniki fotowoltaiczne – rodzaje i zastosowanie

Istnieje wiele rodzajów falowników fotowoltaicznych, które wyróżnia zastosowanie w określonego typu instalacjach, liczba faz oraz umiejscowienie w całym systemie fotowoltaicznym.

Pierwszy z podziałów wynika z różnic z instalacjach, w jakich pracują. Z tego powodu wyróżnia się:

• falowniki sieciowe – inaczej nazywane są on-grid. Przystosowane do pracy z siecią elektryczną, wykorzystywane są w modelu prosumenckim, w którym nadwyżki wyprodukowanej energii trafiają do sieci energetycznej;
• falowniki wyspowe – nazywane także niewspółpracującymi z siecią lub off-grid. Jak sama nazwa wskazuje, nie posiadają funkcji synchronizacji z siecią, a całą niewykorzystaną energię wysyłają do przyłączonych akumulatorów;
• falowniki hybrydowe – urządzenie, które łączy w sobie cechy dwóch poprzednich. W zależności od potrzeb właściciela, mogą wysyłać nadwyżki energii do sieci energetycznej, z którą są zsynchronizowane, bądź transferować ją do podłączonego akumulatora. Jest to bardzo wygodne rozwiązanie dla osób, które planują w przyszłości zakup zasobnika energii, lecz odwlekają go w czasie. Aby nie musieć wymieniać falowników, wystarczy zdecydować się na model hybrydowy.

Falowniki dzielą się też ze względu na liczbę faz, przez które jest zasilany. Pod tym względem wyróżnia się:

• falowniki jednofazowe – typ inwertera zasilany jest z jednej fazy 230 VAC, jednak na wyjściu ma trzy fazy o napięciu międzyfazowym 230 V. Wykorzystywany jest w małych instalacjach o mocy do 3kW i napięciu znamionowym 230 V;
• falowniki trójfazowe – rodzaj inwertera zasilany jest z trzech faz 400 VAC. Na jego wyjściu również jest ich ta sama ilość, a napięcie międzyfazowe wynosi 400 V. Falowniki trójfazowe wykorzystywane są w mocniejszych systemach fotowoltaicznych o mocy do 500 kW. Oprócz tego cechują się mniejszymi wahaniami napięcia w sieci.

Ostatnim podziałem falowników jest rozróżnienie z uwagi na umiejscowienie. Z tego względu wyróżnia się:

• falowniki centralne – ich cechą szczególną jest to, że umieszcza się je w osobnym pomieszczeniu i stosuje się je w tradycyjnego typu instalacjach;
• mikrofalowniki – umieszczany jest bezpośrednio pod ogniwami fotowoltaicznymi.

Falownik fotowoltaiczny to istotny element całej instalacji fotowoltaicznej

Wydawać by się mogło, że wybór falownika nie jest aż tak ważną kwestią, jednak okazuje się, że jego dobór znacząco wpływa na sprawność i wydajność całej instalacji solarnej, a także jej bezawaryjnej pracę.

Jeżeli zastanawiasz się, jakie falowniki fotowoltaiczne będą najlepsze do Twojej instalacji, nie czekaj – skontaktuj się z naszą firmą Solum Service i z chęcią doradzimy Ci w wyborze najlepszego falownika fotowoltaicznego, a także dokładnie opiszemy każdy z modeli, ułatwiając Ci podjęcie najlepszej decyzji.