Falownik do fotowoltaiki – rodzaje i parametry

Co to jest falownik fotowoltaiczny?

Falownik do paneli fotowoltaicznych (inaczej inwerter fotowoltaiczny) to urządzenie, które przekształca prąd z paneli w prąd przemienny, którego można użyć do zasilania urządzeń domowych lub przekazać do sieci energetycznej. Inwerter fotowoltaiczny składa się zaledwie z kilku podstawowych części: prostownika, stopnia pośredniego i końcowego. Nad pracą urządzenia czuwa układ sterowania, a całość jest chroniona modułami zabezpieczającymi.

Jak przebiega proces konwertowania prądu stałego na przemienny?

Znajdujący się w inwerterze prostownik, zgodnie z nazwą, prostuje napięcie zmienne (prąd zmienny) i zamienia w prąd stały konieczny do zasilania inwertera. W stopniu pośrednim prąd jest wygładzany i stabilizowany. W stopniu końcowym prąd stały ulega przekształceniu w prąd przemienny. Jego parametry są dopasowane do wymagań sieci elektroenergetycznej: napięcie wynosi 230V lub 400V, a częstotliwość 50Hz.

Jakie funkcje pełni inwerter fotowoltaiczny w instalacji solarnej?

Zmiana prądu stałego na prąd przemienny to najważniejsza, ale nie jedyna funkcja, którą pełni inwerter fotowoltaiczny. Równie istotne są pozostałe zadania falownika.

Synchronizacja instalacji fotowoltaicznej i sieci energetycznej

Zadaniem jest synchronizacja przepływów prądu pomiędzy instalacją fotowoltaiczną i siecią energetyczną. Falownik monitoruje pracę całego systemu fotowoltaiki np. w gospodarstwie domowym. To właśnie dzięki niemu możesz monitorować procesy zachodzące w instalacji – do tego celu służy wyświetlacz LCD lub aplikacja na smartfonie (monitoring zdalny). Najważniejsza jest informacja, ile energii produkuje Twoja instalacja fotowoltaiczna w skali roku.

Śledzenie punktu mocy maksymalnej (MPPT)

Układ MPTT (ang. Maximum Power Point Tracking, śledzenie punktu mocy maksymalnej) to funkcja inwertera, która w istotny sposób wpływa na zwiększenie produkcji prądu. Aktualna wartość mocy maksymalnej zależy od natężenia światła słonecznego, które pada na panele. Inwerter może mieć z góry zadany poziom mocy lub reagować elastycznie na jej wahania. Starszego typu inwertery PWM (ang. Pulse Width Modulation, modulacja szerokości impulsów) ucinają nadmiarowe napięcie. Natomiast inwerter MPPT konwertuje prąd o wysokim napięciu do poziomu możliwego do wykorzystania. Dzięki temu można uzyskać nawet do 20% energii więcej niż przy użyciu inwerterów PWM.

Automatyczne wyłączanie inwertera

Inwertery są wyposażone w liczne moduły odpowiedzialne za monitoring pracy i zabezpieczenie na wypadek sytuacji awaryjnych. Do najważniejszych należą zabezpieczenia przed odwróconą polaryzacją, ochrona przeciwzwarciowa i przeciwprzepięciowa, śledzenie przebicia prądu, kontrola parametrów sieci i wiele innych. Zadaniem opisanych zabezpieczeń jest natychmiastowe, automatyczne wyłączenie prostownika w sytuacjach awaryjnych. Dzięki temu można zapobiec ewentualnym uszkodzeniom instalacji fotowoltaicznej.

Automatyzacja procesów zarządzania energią

Falownik do fotowoltaiki działa w czasie rzeczywistym – automatycznie i bezobsługowo. Dostosowuje na bieżąco moc energii powstałej w instalacji fotowoltaicznej do potrzeb zasilania urządzeń i ładownia akumulatorów. Automatyzuje procesy przekazywania nadwyżek energii do sieci i pobierania prądu w okresach niedoborów produkcji własnej. Sprawność inwertera decyduje o efektywności pracy całego systemu fotowoltaicznego. Dlatego prawidłowy dobór mocy inwertera jest konieczny, aby uzyskać maksimum prądu z określonej liczby paneli słonecznych.

Falowniki fotowoltaiczne – 3 rodzaje

Najczęściej stosowanym podziałem falowników jest podział, który uwzględnia rodzaj instalacji fotowoltaicznej. Dostępne są trzy rodzaje falowników (inwerterów): on-grid, off-grid i hybrydowe.

Inwertery on-grid (sieciowe)

Przeznaczone do instalacji fotowoltaicznych, które mogą pracować tylko po podłączeniu do sieci elektroenergetycznej. Gdy dochodzi do awarii sieci, instalacja PV typu on-grid również przestaje działać. Sieciowe inwertery fotowoltaiczne sprawnie dostosowują parametry prądu do wymagań ogólnych. Jednak nie współpracują bezpośrednio z magazynami energii – nie odprowadzają do akumulatorów nadwyżek produkcji.

Inwertery off-grid (wyspowe)

Inwertery off-grid nie są w stanie przekazywać nadwyżek energii od sieci publicznej. Ich podstawowym zadaniem jest taka zmiana parametrów prądu produkowanego przez panele fotowoltaiczne, aby nadawał się do ładowania akumulatorów (banków energii). Gdy siła promieni słonecznych jest duża, a zapotrzebowanie na energię niższe od aktualnej produkcji w instalacji PV, inwerter off-grid odprowadza nadwyżki do akumulatorów. Gdy pojawiają się niedobory, falownik przekształca prąd stały z akumulatorów na prąd przemienny, którego potrzebują domowe urządzenia elektryczne.

Inwertery hybrydowe (sieciowo-wyspowe)

Modele hybrydowe łączą cechy inwerterów sieciowych i wyspowych. Mają odpowiednie moduły do współpracy z siecią elektroenergetyczną i do napełniania banków energii. To najbardziej uniwersalny typ inwertera fotowoltaicznego, który pozwala na elastyczne zarządzanie przepływami prądu. Inwerter hybrydowy działa nawet w czasie awarii sieci publicznej. Dzięki temu zapewnia użytkownikowi najwyższy poziom bezpieczeństwa energetycznego. Inwertery hybrydowe są szczególnie użyteczne dla prosumentów, którzy rozliczają się w systemie net-metering (sprzedają nadwyżki do sieci i kupują prąd w czasie niedoborów). Użytkownik, który dysponuje wystarczająco dużym bankiem energii, może przekazywać nadwyżki do sieci tylko wtedy, gdy ceny prądu są najkorzystniejsze.

Źródło: TAURON