Inwerter solarny (falownik fotowoltaiczny) jest urządzeniem elektrycznym przekształcającym otrzymywaną z paneli słonecznych energię elektryczną prądu stałego DC na energię elektryczną prądu przemiennego AC o parametrach sieciowych (230V/400V, 50 Hz), umożliwiając tym samym wykorzystanie jej do zasilenia odbiorników gospodarstwa domowego.
Podział inwerterów solarnych
Ze względu na moc wyjściową falowniki fotowoltaiczne podzielić można na trzy rodzaje:
- łańcuchowe (stringowe) – o mocy wyjściowej od 1,5 kW do kilkudziesięciu kW (montowane powszechnie w mikroinstalacjach),
- centralne – o mocy powyżej 0,5 MW (do zastosowań przemysłowych),
- mikroinwertery – o mocy wyjściowej rzędu kilkuset watów (dedykowane do pracy z pojedynczym panelem fotowoltaicznym).
Drugim istotnym podziałem jest podział ze względu na sposób współpracy z siecią elektroenergetyczną. I tak rozróżnia się:
- falowniki sieciowe (on-grid), które zsynchronizowane są z siecią elektroenergetyczną, do której dostosowują swoją pracę, w przypadku zaniku napięcia w sieci, inwerter tego typu automatycznie się wyłącza,
- falowniki wyspowe (off-grid), które pracują niezależnie od sieci elektroenergetycznej a ich budowa umożliwia pracę z baterią akumulatorów, w których magazynowana zostaje wyprodukowana energia elektryczna,
- falowniki hybrydowe łączące w sobie cechy obu, wyżej wymienionych typów.
Budowa i zasada działania inwerterów solarnych
Inwertery solarne produkowane są jako konstrukcje transformatorowe (niskiej częstotliwości LF i wysokiej częstotliwości HF) oraz beztransformatorowe.
Falownik transformatorowy
Jak sama nazwa wskazuje falowniki transformatorowe w swojej budowie posiadają transformator. Ich główną zaletą jest galwaniczna izolacja strony DC i AC, jak również możliwość uziemienia bieguna ujemnego, co ma znaczenie w przypadku instalacji złożonej z paneli cienkowarstwowych, w których czynność tą wykonuje się by zapobiec ich matowieniu.
W falownikach LF transformator pracuje przy częstotliwości 50 Hz i znajduje się na jego wyjściu (za mostkiem z kluczy półprzewodnikowych). Rozwiązanie tego typu cechuje się niską sprawnością inwertera solarnego, a także dużą wagą samego transformatora, co przekłada się bezpośrednio na wysoką cenę produktu.
Nieco bardziej złożona jest konstrukcja HF, w której zamiana DC na AC następuje dwuetapowo. Na wejściu falownika napięcie stałe trafia na układ z elementów półprzewodnikowych, w efekcie czego otrzymywany jest sygnał przemienny o prostokątnym kształcie i wysokiej częstotliwości, który dalej przechodzi przez transformator i trafia na prostownik, gdzie z powrotem jest zamieniany na sygnał stały. Dalej następuje jego właściwa transformacja poprzez mostek z kluczy półprzewodnikowych na sygnał AC o parametrach sieciowych.
Rozwiązanie takie, w którym sygnał stały początkowo zamieniany jest na sygnał przemienny, by znów otrzymać sygnał stały i raz jeszcze przemienny, wydawać by się mogło działaniem nielogicznym. Nic bardziej mylnego – uzyskana w ten sposób możliwość pracy transformatora przy wysokiej częstotliwości pozwala ograniczyć jego rozmiary, co skutkuje mniejszą wagą i niższą ceną inwertera solarnego. Ponadto, dodatkową korzyścią jest wysoka wydajność i sprawność tego typu falowników.
Falownik beztransformatorowy
Najpowszechniejsze w użyciu są falowniki fotowoltaiczne o konstrukcji beztransformatorowej. Sygnał AC jest otrzymywany bezpośrednio z mostka kluczy półprzewodnikowych. W porównaniu do konstrukcji transformatorowych charakteryzują się one prostszą budową i niższą ceną. Co więcej, dodatkowymi ich atutami jest wyższa sprawność i szerszy zakres napięcia pracy.
Niezależnie od typu, w budowie każdego falownika poza członem odpowiadającym bezpośrednio za przemianę sygnału DC na AC (tj. mostkiem z kluczy półprzewodnikowych wraz z układem sterującym) można wyróżnić dodatkowo:
- układy zabezpieczeniowe,
- układy filtrujące,
- układy komunikacyjne.
Co brać pod uwagę przy wyborze falownika?
Także w przypadku inwerterów solarnych warto brać pod uwagę przynajmniej kilka czynników, które w dużej mierze będą determinowały ich niezawodność oraz wydajność. Jakie zatem kryteria brać przede wszystkim pod uwagę?
- Jakość – skomplikowane schematy elektronicznych układów w falownikach są znacznie bardziej podatne na mniejsze i większe awarie w porównaniu do samych paneli, w efekcie czego ich żywotność jest z reguły krótsza. Potencjalne usuwanie usterki wymaga odpowiedniej wiedzy technicznej, dlatego rekomendowany jest zakup inwertera wysokiej jakości, najlepiej z pełnym wsparciem firmy instalacyjnej albo serwisu producenta. Oszczędność w aspekcie kupna falownika to z reguły niezbyt rekomendowane rozwiązanie. Dobre inwertery solarne są odpowiednio certyfikowane, co stanowi absolutną podstawę w kontekście ich jakości;
- Odporność na czynniki zewnętrzne – dla schematów elektrycznych wszelkie zanieczyszczenia w postaci pyłów oraz wody są szkodliwe i zwiększają ryzyko powstania usterki. Informacja o ochronie inwertera przed czynnikami mechanicznymi jest ukryta w klasie IP – im jest ona wyższa, tym mamy zapewnioną lepszą ochronę. Na potrzeby montażu zewnętrznego warto wybierać falowniki dysponujące klasą przynajmniej IP65;
- Wydajność falownika – stanowi ona ważny czynniki decyzyjny, który determinuje przede wszystkim możliwości zmaksymalizowania mocy, jaką możemy uzyskać z zainstalowanych paneli fotowoltaicznych. Warto wybierać modele o jak najwyższej sprawności ważonej oraz ilości i jakości regulatora ładowania MPPT. Informacji na ten temat warto szukać również w testach wydajności instytutu PVEL, które wykonywane biorą również pod uwagę czynniki takie jak zmiany temperatury oraz warunków pracy urządzenia;
- Długość gwarancji – falowniki wysokie jakości dysponują znacznie dłuższym okresem gwarancyjnym niż zazwyczaj standardowe 5 lat. Oczywiście będzie się to wiązało z większymi kosztami zakupu, jednak w tym przypadku jest to inwestycja jak najbardziej uzasadniona i rekomendowana. Często firmy oferują płatną możliwość przedłużenia okresu gwarancyjnego. Warto już na etapie planowania zakupu falownika wybrać firmę pod kątem również dostępności wsparcia technicznego na terenie naszego kraju.
