Falownik – co to jest?

Falownik w instalacji fotowoltaicznej to serce i jednocześnie mózg całego układu.

Serce, ponieważ zapewnia transport energii z instalacji do sieci i domu. Mózg, ponieważ robi to w specjalny, bardzo przemyślany sposób. Inwerter to nieodłączna i bardzo ważna część instalacji, która decyduje o jej jakości.

Co robi falownik w instalacji fotowoltaicznej – zasada działania

Prąd płynący z paneli fotowoltaicznych to prąd stały, podczas gdy prąd jaki znamy z gniazdek to prąd zmienny. Instalacja fotowoltaiczna sama w sobie nie jest kompatybilna z używanymi w domach urządzeniami i nie pozwala na włączenie jej do sieci przesyłowej. Aby zapewnić tą kompatybilność niezbędny jest falownik.

Inwerter, bo tak właściwie nazywamy to urządzenie, zmienia prąd stały w prąd zmienny 50Hz/230V oraz dostarcza go do sieci domowej lub dalej, do sieci energetycznej.

Jedna z instalacji ERGOS - inwerter (czyli falownik) marki Fronius zamontowany i gotowy do działania
Jedna z instalacji ERGOS – inwerter (czyli falownik) marki Fronius zamontowany i gotowy do działania

Różne kryteria doboru falowników

Falowniki używane w instalacjach fotowoltaicznych możemy podzielić ze względu na kilka cech:

  1. Z transformatorem i bez
  2. Wyspowe i sieciowe
  3. Jednofazowe i trzyfazowe
  4. Sprawność inwertera
  5. Proste i inteligentnie zarządzające energią
  6. Offline i online z możliwością monitoringu
  7. Chłodzone konwekcyjnie i ciągiem wymuszonym

Które falowniki są lepsze? Które kryterium jest najważniejsze? Jak zawsze w przypadku technologii szytych na miarę: to zależy.

Falowniki są częścią całej instalacji i muszą być oceniane w jej kontekście. Dla przykładu, wybieranie falownika trzyfazowego o doskonałej kulturze pracy przy wysokim obciążeniu, zupełnie mija się z celem w przypadku małej instalacji wyspowej. I odwrotnie, źle dobrany inwerter może zaniżyć sprawność największej instalacji.

Spróbujmy więc wymienić cechy falowników i wyjaśnić, kiedy są istotne.

Falownik z transformatorem czy bez?

Standardowo falowniki dokonują zamiany napięcia stałego na zmienne. To stosunkowo proste zadanie wymaga jednak szeregu zabezpieczeń, które zapewnią stosowną izolację obu rodzajów prądu.

W przypadku inwerterów, można wybrać jedno z dwóch rozwiązań zapewniających bezpieczeństwo całej instalacji. Pierwsze to falowniki wyposażone w transformator.

Inwertery transformatorowe

Starsze typy inwerterów transformatorowych wyposażone są w transformator LF (low frequency – niska częstotliwość). Są one proste w konstrukcji i niezawodne, ale mają swoje minusy: znaczną wagę i niską wydajność.

Alternatywą dla nich są nowsze inwertery wyposażone w transformatory HF (hi frequency – wysoka częstotliwość).  Zalety? Ta sama izolacja i bezpieczeństwo, przy jednocześnie znacznie niższej wadze własnej oraz większej wydajności. Minusy? Nieodczuwalne: bardziej skomplikowana budowa.

Przyjęło się uważać, że skomplikowane narzędzia psują się częściej jednak nie jest to do końca prawdą. Wszystko jak zawsze zależy od klasy urządzenia, jakości produktów, a na końcu dostępności serwisu.

Ostatecznie bilans zysków i strat należy też uzupełnić o to co zyskujemy dzięki wydajniejszemu falownikowi. Nie bez znaczenia jest też bezpieczeństwo falowników transformatorowych, ale o tym słowo na końcu.

Inwertery beztransformatorowe

Falowniki bez transformatorów są bardzo popularnym, prostym i znacznie tańszym rozwiązaniem. Pozbawione transformatora falowniki fotowoltaiczne przede wszystkim znacznie tracą na wadze, jednocześnie nie tracąc na swojej sprawności.

Biorąc pod uwagę zdolność pracy większości urządzeń w szerokim zakresie obciążeń i napięć, inwertery tego typu wydają się najoptymalniejszym rozwiązaniem. Ale jak wszystko, falowniki bez transformatorów również mają swoje ograniczenia.

Falownik z transformatorem czy inwerter beztransformatorowy? Który wybrać?

Dobierając właściwy falownik należy kierować się przede wszystkim mocą całej instalacji. Instalacje wielkopowierzchniowe najlepiej wyposażyć w inwerter z falownikiem HF, ponieważ zapewni maksymalną sprawność i bezpieczeństwo.

W mniejszych instalacjach transformator co prawda zapewni większe bezpieczeństwo, ale znacznie tańszym rozwiązaniem jest wyposażenie instalacji w dodatkowe zabezpieczenia i wyższej klasy falownik beztransformatorowy.

Ostatecznie poza samą instalacją należy uwzględnić otoczenie instalacji. Miejscowe warunki techniczne, ocena ryzyka lub specyfika instalacji może przechylić szalę w przeciwnym kierunku!

ERGOS - inwerter czyli falownik marki Fronius

Falowniki wyspowe i sieciowe

Właściwy podział to falowniki off-grid i on-grid, który dotyczy bardziej rodzaju instalacji niż samych falowników.

Inwertery przystosowane są do instalacji wyspowych, czyli niezależnych od sieci elektrycznej, nazywamy właśnie off-grid. Z tego typu instalacjami można spotkać się np. w odciętych od świata domkach letniskowych, gdzie doprowadzenie instalacji byłoby zbyt kosztowne lub niemożliwe ze względów technicznych. Tego typu falownik może pozwolić na ładowanie akumulatorów, jednak nie będzie miał możliwości połączenia z siecią przesyłową.

W większości przypadków falownik będzie podpięty do sieci przesyłowej, a więc nazwiemy go on-grid. Połączenie inwertera z siecią umożliwi właścicielowi instalacji bycie prosumentem dzięki przesyłaniu nadwyżek prądu.

Ile faz powinien mieć falownik?

Nie ma tu lepszego i gorszego rozwiązania. To zależy właściwie tylko od mocy instalacji i wynikającej z tego mocy inwertera.

Moduły jednofazowe sprawdzają się doskonale w przypadku małych instalacji. Im większa jednak moc całej instalacji, tym większy jest niezbędny inwerter. Inwertery o wyższych mocach dysponują zazwyczaj trzema fazami, co umożliwia lepsze zarządzanie energią.

Napięcie rozdysponowane do trzech faz zapewnia przede wszystkim lepszą stabilność napięcia. Nie bez znaczenia będzie to w przypadku istnienia zainstalowanych urządzeń obciążających sieć. Teoretycznie zmniejsza się też obciążenie poszczególnych faz, a zatem można użyć kabli o mniejszym przekroju.

Falownik jedno i trzyfazowy – który wybrać dla instalacji fotowoltaicznej?

Należy jednak w tym wypadku zaznaczyć, że znowu mowa o lokalnych warunkach technicznych, ocenie ryzyka i projekcie całej instalacji. Oszczędność płynąca z redukcji średnicy przewodów nie jest naszym zdaniem warta tyle co bezpieczeństwo. Dlatego też w projektowanych przez nas instalacjach zawsze używamy kabli o większym przekroju.

Schemat prostej instalacji fotowoltaicznej z jednofazowym falownikiem SolarEdge, optymalizatorem mocy i zarządzaniem z poziomu komputera.

Sprawność inwerterów

Sprawność inwertera to parametr, na który często zwracają uwagę konsumenci. Jednak jak wszystkie parametry, ocena ich przydatności zależy od projektu całej instalacji. Wyższa sprawność wcale nie musi oznaczać wyższego zysku…

Z czego to wynika? Przede wszystkim z faktu, że na sprawność ma wpływ wiele różnych czynników, a skupiając się na parametrze maksymalnym łatwo przeoczyć fakt, że inwertery rzadko pracują na najwyższych obrotach.

Wynikają z tego trzy wnioski.

Po pierwsze, choć istotna jest jak najwyższa sprawność urządzenia, kolejne setne części procentów na wykresach wydajności mogą zwyczajnie nie być warte wydanych pieniędzy.

Po drugie, ważniejszy jest dobór odpowiedniego inwertera i taki projekt instalacji, żeby wykorzystać optymalnie możliwości wybranego urządzenia.

Po trzecie, znacznie istotniejsze jest zarządzanie energią, moduły śledzące, inteligentne zarządzanie i optymalizatory, które znacznie mają znacznie wyższe przełożenie na sprawność instalacji.

Optymalizatory mocy SolarEdge

Śledzenie mocy i optymalizacja w inwerterach fotowoltaicznych

Dobierając właściwy moduł warto się zastanowić, czy tylko przetwarza on dwa rodzaje energii, czy też może zarządza nią w bardziej zaawansowany sposób. Na rynku jest wiele rozwiązań prostych, ale są też rozwiązania bardzo zaawansowane, takie jak inwertery SolarEdge.

Pozwalają one na znaczne zwiększenie uzysku z instalacji między innymi dzięki użyciu optymalizatorów mocy. Optymalizatory te nie będą jednak pracować w połączeniu z inwerterami innych marek i odwrotnie – jest to więc sprzedaż wiązana. Na rynku pojawiają się jednak powoli inne rozwiązania, choć nie tak zaawansowane jak SolarEdge.

Kluczowe jest sprawdzenie czy inwerter jest w stanie pracować bez optymalizatorów mocy, czy może są one elementem niezbędnym. A jeśli nie są niezbędne do działania, to czy zestaw można o nie rozbudować? Od tego zależy czy i jak w przyszłości będzie można rozwijać instalację, a także wpłynie na jej projekt.

Przy budowie farmy fotowoltaicznej wybór odpowiedniego falownika to kwestia bezpieczeństwa i zysku

Pomimo zwiększenia uzysku nawet o 25%, w przypadku małych instalacji wyspowych zaawansowane zarządzanie energią prawdopodobnie będzie zbędnym wydatkiem. Jednak te same 25% przy farmie fotowoltaicznej to zupełnie inna skala zysku. Właściwie można powiedzieć, że brak zaawansowanego zarządzania energią to nieuzasadniona strata.

Wybierając właściwy produkt należy ocenić wielkość instalacji, otoczenie (w tym potencjalne zacienienie), oraz docelowy uzysk z instalacji.

Zarządzenie instalacją fotowoltaiczną offline i online dzięki oprogramowaniu falownika

Popularne porównanie modułu inwertera do mózgu i serca instalacji ma swoje uzasadnienie.

Tak jak człowieka napędza serce, tak inwerter dba o przepływ energii. Jednak dzięki zaawansowanym funkcjom diagnostycznym, śledzeniu pracy instalacji oraz łączności z internetem, inwerter jest faktycznym mózgiem instalacji fotowoltaicznej.

Wiele opcji jest oczywiście “bonusem” dostępnym w inwerterach wyższej klasy lub mocy. Bywają jednak sytuacje, gdy są to funkcje niezbędne, zwłaszcza przy centralnym zarządzaniu kilkoma instalacjami lub administracji zdalnej.

Trzyfazowy inwerter SolarEdge z technogią Synergy - idealne rozwiązanie dla przemysłu

Chłodzenie inwerterów fotowoltaicznych

To kolejna opcja, która zależy od kompleksowej oceny instalacji wraz z jej otoczeniem technicznym. Jak w przypadku większości urządzeń elektrycznych, standardowe jest chłodzenie konwekcyjne, czyli samoistnym ruchem powietrza ciepłego w górę i chłodnego na dół.

Bywają jednak sytuacje, gdzie takie chłodzenie jest niewystarczające. Zamknięte pomieszczenia, wystawienie na duże temperatury lub praca pod znacznym obciążeniem może doprowadzić do wzrostu temperatury.

Dlatego właśnie, choć chłodzenie wymuszone wydaje się elementem prozaicznym, jest to jeden z wielu elementów oceny bezpieczeństwa instalacji. Jest to czynnik, który zawsze bierzemy pod uwagę w procesie projektowania instalacji a także kontrolujemy przy jej montażu.

Chcesz wiedzieć jeszcze więcej na temat falowników? Napisz do nas!

Jesteśmy autoryzowanym dilerem i serwisem instalacji marki SolarEdge. Na temat fotowoltaiki wiemy wszystko!