Falownik fotowoltaiczny - co to jest i jaka jest zasada działania?

Kluczowe znaczenie w zrozumieniu zasady działania fotowoltaiki ma odpowiedź na pytanie - co to jest inwerter? Inwerter fotowoltaiczny, określany też falownikiem fotowoltaicznym lub inwerterem solarnym, to urządzenie, które odpowiada za przetwarzanie i przekształcanie energii elektrycznej powstającej w modułach fotowoltaicznych. Falownik zamienia prąd stały w prąd przemienny o parametrach zgodnych z siecią niskiego napięcia, czyli 230/400 V 50 Hz. Obok paneli fotowoltaicznych inwerter jest kluczowym elementem instalacji PV. To dzięki niemu możliwe jest wykorzystanie wyprodukowanej energii do zasilania urządzeń użytkowanych w gospodarstwie domowym. 

Każdy falownik składa się z następujących elementów:

• klasycznego prostownika - zasilany jest jedną z trzech faz napięcia przemiennego AC, odpowiada za prostowanie napięcia przemiennego na stałe, 

• stopnia pośredniego złożonego z kondensatorów - stabilizuje i wygładza napięcie stałe, które przechodzi do stopnia końcowego, 

• stopnia końcowego złożonego z tranzystorów - na tym etapie prąd stały przekształcany jest na prąd przemienny o określonych parametrach,

• układu sterowania i zabezpieczeń - służy ochronie sieci przed awariami i odłącza zasilanie w chwili odczytania pomiarów o niewłaściwej mocy.

Jak wspomnieliśmy wcześniej, zasadniczym zadaniem inwertera fotowoltaicznego jest przekształcenie prądu stałego w prąd zmienny. Konieczność zamiany wynika z faktu, że panele PV, które czerpią energię z promieni słonecznych, wytwarzają prąd stały (DC). W instalacji elektrycznej gospodarstwa domowego występuje natomiast prąd przemienny (AC). Wyprodukowany przez instalację prąd stały jest więc mozliwy do wykorzystania do chwili opisanej przemiany. Inwerter, jako serce instalacji fotowoltaicznej, działa automatycznie w czasie rzeczywistym. Urządzenie może być montowane zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynku.

Wiemy już, czym jest inwerter i jak ważną rolę w działaniu instalacji fotowoltaicznej pełni. Warto wiedzieć, że urządzenie to występuje w kilku rodzajach. Wśród nich, z uwagi na sposób połączenia z siecią, możemy wyróżnić:

• inwertery on-grid (sieciowe) - urządzenia te, jak wskazuje nazwa, nawiązują połączenie z siecią, dzięki czemu mogą oddawać do niej nadwyżki wyprodukowanej energii elektrycznej. Falowniki tego typu nie służą do ładowania akumulatorów.

• inwertery off-grid (wyspowe) – urządzenia te nie nawiązują połączenia z siecią, a to oznacza, że nie mogą oddawać do niej nadwyżek wyprodukowanej energii elektrycznej. Zamiast tego dochodzi do ładowania akumulatorów. 

• inwertery hybrydowe – urządzenia te łączą cechy obu wcześniej przedstawionych falowników. Z jednej strony współpracują z siecią publiczną, z drugiej - pozwalają na ładowanie magazynów energii. Od tradycyjnych urządzeń różni je również większa liczba wejść i wyjść. 

Dodatkowy podział falowników wynika z ilości faz do których się je przyłącza. W tej kategorii wyróżnia się:

• inwertery jednofazowe – stosowane w przypadku mniejszych instalacji fotowoltaiki (w Polsce do 3,6 kW), 

• inwertery trójfazowe – dla fotowoltaiki o większej mocy.

MPPT (od ang. Maximum Power Point Tracker) to układ śledzenia maksymalnego punktu mocy modułów fotowoltaicznych. Dostępne na rynku falowniki są wyposażone w co najmniej jeden taki układ. Jego rola znacznie wpływa na efektywność pracy instalacji PV. W jaki sposób? Moduły fotowoltaiczne nie mają bowiem ustalonego odgórnie punktu mocy maksymalnej (MPP). Ich moc jest zmienna i zależy od takich czynników, jak natężenie promieniowania i temperatura. 

Zadanie układu MPPT polega na śledzeniu tego punktu i sprawne dopasowywanie się do wskazywanej przez niego wartości. Dokładny układ MPPT zapewnia największe uzyski energii elektrycznej, dlatego tak ważne jest jego zastosowanie. Nie tylko przekształcanie energii, czyli inne funkcje inwertera.

Omówione przed chwilą przetwarzanie energii elektrycznej to kluczowa, choć nie jedyna funkcja inwertera fotowoltaicznego. Falownik spełnia też dodatkowe zadania. 

1. Monitoruje pracę instalacji PV

Przede wszystkim falownik informuje posiadacza instalacji fotowoltaicznej o ilości wyprodukowanego prądu. To niezbędna wiedza do szacowania oszczędności i rentowności całego przedsięwzięcia. Zdalny dostęp do pracy urządzenia pozwala swobodnie kontrolować przydomową elektrownię słoneczną z dowolnego miejsca, nawet podczas nieobecności w domu. 

2. Synchronizuje instalację z siecią

Kolejna funkcja inwertera polega na zliczaniu energii elektrycznej, jaka została wyprodukowana przez panele PV. 

3. Oddaje energię do zakładu energetycznego

Poza tym inwerter oddaje nadmiar wyprodukowanego prądu do zakładu energetycznego. Nadwyżkę właściciel instalacji może odebrać w późniejszym terminie (do 365 dni), w okresie obniżonej produkcji według określonych zasad. Ta spada jesienią i zimą, gdy dni stają się coraz krótsze i mniej słoneczne. 

4. Śledzi MPPT

Ostatnią z funkcji inwertera jest śledzenie wspomnianego układu MPPT. System śledzenia maksymalnego punktu mocy paneli fotowoltaicznych sprawia, że instalacja PV jest w stanie wykorzystywać nawet 20% więcej energii w porównaniu z falownikami starszego typu, w których nie zastosowano tego układu.

Nie bez znaczenia jest kwestia doboru mocy inwertera, dzięki której możliwe jest uzyskanie maksymalnej ilości prądu z paneli fotowoltaicznych. Zbyt duży falownik zmniejszy wydajność systemu. W przypadku małych przydomowych elektrowni słonecznych wystarczający jest falownik o mocy dostosowanej do dziennej produkcji i zużycia prądu. 

Sprawność takiego urządzenia zależna jest od chwilowego obciążenia, rozumianego jako natężenie prądu przemiennego na wyjściu inwertera w odniesieniu do natężenia nominalnego dla inwertera. Obciążenie to powinno wynosić od 20 do 100%. Najlepsze urządzenia osiągają sprawność na poziomie 97%-98% i wykazują żywotność przez 30 lat.

Moc falownika to jeszcze nie wszystko. Przy zakupie urządzenia warto zwrócić uwagę również na takie parametry, jak wysoki zakres temperatur pracy. Wieloletnie i efektywne działanie paneli fotowoltaicznych zapewni też wysoki tzw. stopień ochrony IP falownika. Świadczy on o odporności urządzenia na działanie takich niekorzystnych warunków, jak zawilgocenie czy kurz i brud przenoszone z powietrzem. Ważne jest również, by wybrany falownik  był zgodny z obowiązującymi normami i przepisami.

Mamy nadzieję, że powyższy artykuł rozwiał wszelkie wątpliwości dotyczącego tego, jak działa inwerter fotowoltaiczny i co to jest inwerter fotowoltaiczny. Jako centralny element fotowoltaiki, jej “serce i rozum”, musi sprawnie i płynnie działać, aby pozyskiwana ze słońca energia mogła służyć nam do zasilania urządzęń domowych, gopodarczych czy firmowych. Warto poświęcić więcej czasu na jego wybór, by przez kolejne lata pracował bezawaryjnie.

Masz pytania? Potrzebujesz więcej informacji? Skontaktuj się z nami