Falownik do fotowoltaiki – jak działa?

Co to jest falownik i dlaczego jest niezbędny w instalacji PV?

Wytwarzanie prądu elektrycznego przez krzemowe panele fotowoltaiczne jest możliwe dzięki tzw. efektowi fotowoltaicznemu. Polega on na generowaniu przez półprzewodnik prądu elektrycznego w wyniku interakcji ze światłem słonecznym, a dokładniej tworzącymi go fotonami. W ten sposób powstaje prąd elektryczny stały.

W tym miejscu pojawia się falownik, zwany także inwerterem lub przetwornicą. Jego zadaniem jest zamiana prądu elektrycznego stałego w przemienny, czyli taki, jaki może zostać wykorzystany przez wszystkie urządzenia podłączone do sieci domowej lub firmowej – począwszy od czajnika elektrycznego po urządzenia przemysłowe, czy carporty przeznaczone do ładowania samochodów elektrycznych. Dzięki falownikowi jednokierunkowy ruch elektronów charakterystyczny dla prądu stałego zostaje zamieniony na ruch oscylacyjny.

Niezależnie od tego, jak duża jest instalacja fotowoltaiczna, falownik jest niezbędny, aby mogła ona działać. Dotyczy to zarówno niewielkich instalacji przydomowych, jak i tych o dużej mocy, komercyjnych.

Falownik fotowoltaiczny – zasada działania krok po kroku

Aby lepiej zrozumieć zasadę działania falownika, w pierwszej kolejności przyjrzyjmy się jego budowie. Składają się na nią:

• obwód wejściowy DC – tutaj znajdziesz filtr wejściowy, filtr MPPT,

• mostek prostowniczy – składa się z diod prostowniczych i tranzystorów IGBT/MOSFET,

• obwód DC/AC – jego zadaniem jest właśnie przekształcanie prądu stałego w przemienny, odpowiada za to mostek inwertera wykorzystujący modulację szerokości impulsów,

• obwód wyjściowy – obejmuje filtry indukcyjno-pojemnościowe i transformator.

Te wszystkie elementy są sterowane za pośrednictwem mikroprocesora oraz szeregu czujników, które monitorują m.in. temperaturę pracy urządzenia i napięcie na wejściu i wyjściu. Aby utrzymywać temperaturę roboczą na odpowiednim poziomie, stosuje się układy chłodzenia na podobieństwo komputerów stacjonarnych PC. W niewielkich urządzeniach przydomowych są to pasywne radiatory. W dużych przemysłowych falownikach wykorzystuje się wentylatory, ewentualnie chłodzenie cieczą.

Komplet elementów tworzących falownik fotowoltaicznych jest umieszczony w obudowie, gdzie dodatkowo pojawiają się różnego rodzaju zabezpieczenia. Działanie falownika można podzielić na trzy etapy:

1. Inwerter odbiera prąd stały od paneli PV,

2. układy falownika przekształcają prąd stały w przemienny, który może być wykorzystany w sieci lokalnej,

3. przetwornica kontroluje napięcie i częstotliwość prądu elektrycznego, który nie zostanie wykorzystany, dzięki czemu jest on bezpieczne przesyłany do sieci elektroenergetycznej.

Rodzaje falowników fotowoltaicznych

Każdy falownik fotowoltaiczny spełnia ten sam cel, ale w praktyce wyróżnia się kilka rodzajów tych urządzeń. Przetwornica powinna być każdorazowo dopasowana do rodzaju instalacji PV, a także typu instalacji elektrycznej w domu lub firmie. Najprostszy podział uwzględnia falowniki on-grid, off-grid i hybrydowe.

Falownik on-grid jest najprostszym rozwiązaniem, charakterystycznym dla instalacji połączonej z siecią elektroenergetyczną. Zapewnia odprowadzanie prądu do sieci w przypadku nadprodukcji. Tego typu urządzenia nie współpracują z magazynami energii. W razie awarii sieci OSD nie mogą również funkcjonować, co de facto, czyni instalację bezużyteczną.

Falownik off-grid, czyli wyspowy, nie jest połączony z siecią elektroenergetyczną i działa całkowicie niezależnie od niej. Nadmiar energii elektrycznej jest kierowany do magazynów energii, skąd urządzenia czerpią ją w sytuacji niedostatecznej produkcji z paneli. Wadą falownika wyspowego jest to, że w sytuacji, kiedy w akumulatorach brakuje energii elektrycznej, a ogniwa nie produkują jej wystarczająco dużo, zabraknie prądu, aby zasilić wszystkie urządzenia podłączone do sieci.

Trzecim rodzajem falownika jest inwerter hybrydowy. Umożliwia on zarówno współpracę z siecią elektroenergetyczną, jak i ładowanie baterii w magazynie energii. To rozwiązanie uniwersalne, które działa niezależnie od okoliczności i pozwala na elastyczne zarządzanie energią, niezależnie od ewentualnych awarii sieci OSD. Hybrydowy typ falownika gwarantuje najwyższy poziom bezpieczeństwa energetycznego.

Wyróżnia się także falowniki jednofazowe i trójfazowe. Pierwszy typ urządzeń jest odpowiedni do instalacji elektrycznych z jedną fazą i będzie wystarczający do mocy nieprzekraczającej 3,68 kW. Przetwornice trójfazowe stosuje się w instalacjach o większej mocy. Zwykle jest ono potrzebne w firmach, gdzie stosuje się urządzenia o dużym poborze mocy.

Pojedynczy falownik vs. mikroinwertery – które rozwiązanie wybrać?

Falownik fotowoltaiczny może występować jako urządzenie centralne – jedno na całą instalację, jak i pod postacią mikroinwerterów, kiedy za każdym panelem znajduje się osobna przetwornica niewielkich rozmiarów. Każda z tych technologii ma swoje zalety i wady.

Falowniki centralne są często tańsze, łatwiejsze w montażu i wyróżniają się wyższą sprawnością w optymalnych warunkach. Są jednak mało elastyczne, czynią panele wrażliwymi na zacienienie. Taką instalację będzie też trudniej rozbudować w razie potrzeb.

Z kolei mikroinwertery będą droższe, ponieważ pojawia się konieczność zamontowania ich kilka lub nawet kilkanaście. Ich instalacja jest trudniejsza, a cała instalacja może być mniej wydajna w idealnych warunkach. Z drugiej strony ogniwa wyposażone w mikroinwetery cechują się wyższą sprawnością i są bardziej elastyczne, mniej wrażliwe na zacienienie. Są także mniej podatne na awarie z uwagi na mniejszą jednostkową eksploatację. Instalację z mikroinwerterami łatwiej rozbudować, ponieważ nie trzeba parametrów wszystkich ogniw dopasowywać do możliwości jednej przetwornicy.

Wybór między inwerterem centralnym a mikroinwerterami zależy głównie od warunków, w jakich ma pracować instalacja. Znaczenie ma poziom nasłonecznienia i jego stałość, kształt dachu i potrzeb użytkownika, jeśli chodzi o moc instalacji.

Falownik do paneli fotowoltaicznych – jakie ma funkcje?

Konwersja parametrów prądu elektrycznego to nie jedyne zadanie falownika. Odpowiada on również za:

• bieżące zarządzanie instalacją fotowoltaiczną i dopasowywanie jej mocy,

• komunikację z użytkownikiem poprzez monitorowanie ilości wyprodukowanej, wysłanej i odebranej energii elektrycznej,

• bezpieczeństwo sieci przydomowej/firmowej (np. poprzez odłączenie zasilania w razie przeciążenia).

Można powiedzieć, że inwerter stanowi najważniejszy element instalacji fotowoltaicznej, odpowiadając za jej sprawne działanie, efektywność i bezpieczeństwo.

Falownik fotowoltaika – na co zwrócić uwagę przy wyborze?

Jeśli rozważasz zakup instalacji fotowoltaicznej, warto zastanowić się nad zakupem falownika z wyprzedzeniem. Weź pod uwagę następujące parametry:

• sprawność wyrażoną w procentach, która określa, jaka część prądu stałego zostanie zamieniona w prąd przemienny,

• moc maksymalna, jaką falownik może dostarczyć do sieci (ważne, aby nieco przekraczała maksymalną moc paneli w razie potrzeby ich rozbudowy),

• liczba MPPT – im więcej trackerów posiada falownik, w tym większym stopniu instalacja może dopasować się do bieżących warunków atmosferycznych.

W Reo.pl wspieramy ekologiczne rozwiązania dla przedsiębiorców. Sprawdź nasze umowy PPA, możliwość zmiany sprzedawcy i inne usługi kierowane dla firm.