Falownik – jaki wybrać do instalacji fotowoltaicznej?

o rozmieszczonych gdzieś w ogrodzie, czasami jako wielkoobszarowa farma słoneczna. Dzieje się tak nie bez przyczyny, ponieważ to właśnie moduły są elementem widocznym całej instalacji, to w nich również powstaje prąd elektryczny. Jednakże nie każdy zdaje sobie sprawę z tego, że ów prąd nie nadaje się do użytku domowego i że do jego uzdatnienia niezbędne jest pewne urządzenie.

Czym jest Falownik?

Tym urządzeniem jest falownik, który pełni w przydomowych instalacjach funkcję przetwornika. Jego działanie pozwala na wykorzystanie energii pozyskanej z promieni słonecznych do bezpośredniego zasilania domowych urządzeń elektrycznych.

Na rynku fotowoltaicznym występuje wiele rodzajów falowników. Spełniają one jedną funkcję podstawową, a różnią się przede wszystkim mocą, rozmiarem oraz przystosowaniem do obsługi konkretnych ilości łańcuchów modułów fotowoltaicznych. Dokonywanie wyboru typu inwertera polega na dostosowaniu danego urządzenia do obsługi konkretnej mikro elektrowni.

Działanie falownika w instalacji fotowoltaicznej

Zadaniem głównym falownika jest oczywiście przekształcanie prądu stałego, który jest wytwarzany w modułach fotowoltaicznych na prąd przemienny, z jednoczesnym dostosowaniem jego parametrów do sieci energetycznej, którą obsługuje. W praktyce oznacza to, że falownik domowy dopasowuje prąd pobierany z modułów fotowoltaicznych do urządzeń domowych, które pobierają prąd z gniazdek, a więc o napięciu 230 Volt i częstotliwości 50 Herzów.

Urządzenie jest tak skonstruowane, żeby przed dokonaniem konwersji monitorować sieć i do niej dopasowywać parametry działania, czyli napięcie, częstotliwość oraz przesunięcie fazowe. Także strona tzw. stałoprądowa w elektrowni słonecznej również znajduje się pod stałą kontrolą falownika.

Inwerter ma za zadanie weryfikację napięcia oraz natężenia prądu na wyjściu panelu fotowoltaicznego, a także dostosowanie punktu pracy modułów fotowoltaicznych z łańcucha tak, aby cała instalacja pracowała poprawnie i bezawaryjnie. Ponadto inwerter zbiera dane odnośnie do ilości wyprodukowanej energii w różnych okresach pracy oraz mocy wejściowej i wyjściowej, co służy do analizy pracy oraz wydajności całej elektrowni fotowoltaicznej.

Oprócz tego inwerter zabezpiecza instalację przed wystąpieniem pracy w warunkach niepożądanych.
W chwili zaniku napięcia w sieci energetycznej, czy to wskutek awarii, czy odłączenia celowego, falownik podlega automatycznemu wyłączeniu, a instalacja fotowoltaiczne przestaje wytwarzać energię elektryczną. Dzięki takiemu zabezpieczeniu zarówno urządzenia domowe, jak i instalacja fotowoltaiczna nie są narażone na uszkodzenie, a dodatkowo łatwo jest przywrócić działanie sieci po wystąpieniu zwarcia w instalacji.

Dodatkowo falowniki dedykowane do pracy w systemach niepodłączonych do sieci energetycznych, czyli w instalacjach zwanych wyspowymi, kontrolują proces ładowania, rozładowywania i zarządzania pracą akumulatorów, co chroni baterie przed uszkodzeniami.

Falowniki fotowoltaiczne – rodzaje oraz zastosowanie

Falowniki do instalacji fotowoltaicznych jakie wykonujemy w Lublinie rozróżniane są ze względu na posiadane parametry:

• moc falownika – małe falowniki do elektrowni przydomowych mają najczęściej moc rzędu kilkuset watów do dwóch kilowatów albo w wypadku większej ilości modułów do kilkudziesięciu kilowatów. Duże falowniki centralne mają już moc od kilkuset kilowatów do nawet kilku megawatów, ale te wykorzystywane są w dużych elektrowniach przemysłowych;

• możliwość zasilenia wybranej sieci – rozróżniamy dwa typy falowników domowych, w wypadku przemysłowych zawsze będzie to typ drugi. Falowniki jednofazowe są montowane do sieci jednofazowej, o napięciu do 230 V. Są to sieci spotykane w gospodarstwach domowych, gdzie nie występuje zapotrzebowania na moc trzech faz, czyli na tzw. siłę. Taki falownik sprawdza się przy obsłudze standardowego oświetlenia domu oraz odbiorników korzystających z energii elektrycznej pobieranej ze zwykłego gniazdka. Falowniki trójfazowe są niezbędne przy instalacjach trójfazowych, z napięciem wynoszącym 230/400 V. Systemy trójfazowe są stosowanie w przemyśle, lokalach użytkowych, a także w domach, gdzie niezbędna jest energia trójfazowa. Mogą to być systemy elektryczne do ogrzewania domu albo urządzenia bardziej energochłonne, jak np. płyty indukcyjne, czy trajzegi;

• rodzaj obsługiwanej instalacji fotowoltaicznej – inwertery mogą być przeznaczone do pracy w systemie off-grid, czyli bez podłączenia do sieci energetycznej. W tym wypadku ewentualne nadwyżki energii inwertery kierują do ładowania akumulatorów, by następnie pobrać zakumulowaną energię w razie zapotrzebowania. Inwertery sieciowe natomiast są zsynchronizowane z siecią energetyczną, dzięki czemu możliwe jest przekazywanie do niej nadwyżek energii, a pobierania jej w momentach, kiedy instalacja fotowoltaiczna nie jest w stanie dostarczyć wymaganej ilości energii do obsługi urządzeń domowych. Taki system nazywa się on-grid;

• obecność lu brak transformatora – falowniki transformatorowe o małej zazwyczaj mocy, są użyteczne przy niektórych technologiach modułów, tj. takich, w których istnieje konieczność uziemienia jednego z biegunów. Są stosowane przy ogniwach z krzemu amorficznego. Falowniki beztransformatorowe natomiast, używane są do współpracy z modułami krzemowymi monokrystalicznymi lub polikrystalicznymi. Są to falowniki najczęściej występujące w obszarze mikro elektrowni i mają znacznie większą sprawność w zakresie przetwarzania prądu stałego w prąd przemienny. Są również produkowane w dużo większych przedziałach mocy niż ma to miejsce w wypadku inwerterów transformatorowych.

• ilość obsługiwanych łańcuchów modułów – najprostsze falowniki łańcuchowe obsługują kilka łańcuchów modułów, połączonych ze sobą szeregowo. Mają moc do kilkudziesięciu kilowatów, nieduże wymiary i montowane są w mikro elektrowniach, także domowych. Falowniki centralne obsługują już kilkanaście do nawet kilkuset łańcuchów modułów fotowoltaicznych, gdzie produkowana jest energia o mocach nawet kilku megawatów. Takie falowniki bywają ogromne, mierzą nawet kilka metrów i nierzadko są montowane przy użyciu ciężkiego sprzętu.

Wybór falownika

Tak naprawdę przyszły właściciel domowej instalacji fotowoltaicznej nie musi się zastanawiać nad wyborem falownika, chyba że jest instalatorem takich mikro elektrowni. Grunt to odpowiedni montaż instalacji i przestrzeganie zasad ochrony przeciwpożarowej.

Dobór odpowiedniego falownika jest powierzany firmie, która zajmie się instalacją modułów oraz wszelkiego rodzaju podzespołów niezbędnych do pracy takiej mikro elektrowni, a więc także i falownika. Wybór falownika sprowadza się de facto do wyboru odpowiedniej firmy, o której przed powierzeniem jej montażu instalacji fotowoltaicznej warto zasięgnąć informacji.