Jak działa falownik? Zasada działania i budowa falownika (inwertera fotowoltaicznego)

Falownik jest sercem każdej instalacji fotowoltaicznej – elementem, który pozwala na skuteczne wykorzystanie wytworzonej energii. To on zamienia prąd stały (DC) produkowany przez panele fotowoltaiczne na prąd przemienny (AC) – taki, jakiego używamy w domach i jaki jest przesyłany do sieci. Aby w pełni zrozumieć, jak działa falownik i dlaczego inwerter fotowoltaiczny jest tak ważny, należy poznać jego budowę, zasadę działania oraz rodzaje. O tym, jaka jest budowa falownika, w jaki sposób przekształca prąd, a także jak dobrać falownik do instalacji, przeczytasz w tym artykule!

Anatomia falownika: Wewnętrzna budowa inwertera

W instalacji fotowoltaicznej falownik, nazywany też inwerterem, jest niezwykle ważnym komponentem, jako że zamienia on wytworzony przez panele fotowoltaiczne prąd stały na regulowany prąd przemienny.

Najważniejszym elementem każdego falownika jest tak zwany mostek kluczy – układ mostkowy tranzystorowy. Jest on odpowiedzialny za zmianę prądu stałego na prąd przemienny z określoną częstotliwością i napięciem. Budowa całego falownika koncentruje się wokół tego głównego podzespołu. To, co komunikuje mostek kluczy z resztą instalacji to dwa układy: wejściowy oraz wyjściowy.

Dowiedz się również, ile kosztuje instalacja fotowoltaiczna, z czego się składa, a także jaka jest budowa ogniwa fotowoltaicznego. 

Układ wejściowy

są standardowo wyposażone w układy śledzenia MPPT (Maximum Power Point Tracking). Dzięki nim jesteśmy w stanie wykorzystywać maksymalną moc, niezależnie od warunków.

Poprzez układ MPPT falownik stale dostosowuje się do nowych wartości prądu stałego, co umożliwia zwiększenia wydajności systemu PV – pozwala wykorzystać nawet do 20% więcej energii w porównaniu ze starszymi technologiami. Dodatkowo układ wejściowy falownika wyposażony jest w zabezpieczenia, takie jak bezpieczniki, ograniczniki przepięć czy rozłączniki.

Układ wyjściowy

Odpowiedzialny jest za odbiór i dystrybucję prądu, który charakteryzuje się stabilnością i wysoką jakością. W skład układu wyjściowego wchodzą głównie dławiki, które są filtrem przeciwzakłóceniowym. Dławik zapobiega nagłym zmianom natężenia i służy ograniczeniu prądu przemiennego bez straty mocy. Dzięki temu ten element falownika zabezpiecza kable oraz urządzenia zasilane przez wytworzony prąd.

Rodzaje falowników: on-grid, off-grid i hybrydowe – który wybrać?

O tym, jak działa falownik, decyduje rodzaj i przeznaczenie zastosowanego sprzętu. Ze względu na sposób pracy (instalacja off-grid i on-grid) wyróżnia się trzy podstawowe grupy falowników.

Falowniki do instalacji off-grid

Pracują niezależnie od sieci energetycznej i są przeznaczone do tak zwanych instalacji wyspowych (niepodłączonych do zewnętrznej sieci). Budowa falownika do tego typu instalacji została specjalnie dostosowana do współpracy z baterią akumulatorów w instalacjach niezależnych, zapewniając zasilanie w przypadku braku dostaw prądu z sieci publicznej.

Inwerter on-grid

Jak działa falownik on-grid? To system, którego praca jest uzależniona od sieci energetycznej. Oznacza to, że dostosowuje on swoją pracę do parametrów sieci, a w przypadku zaniku napięcia zewnętrznego automatycznie dochodzi do wyłączenia falownika (wymóg bezpieczeństwa przeciwpożarowego i dla ekip serwisowych). Budowa falownika sieciowego nie pozwala na bezpośrednie działanie instalacji z akumulatorami.

Falowniki hybrydowe (z magazynem energii)

Falowniki hybrydowe to obecnie najbardziej uniwersalne rozwiązanie, łączące cechy on-grid i off-grid. Ich konstrukcja jest przystosowana do pracy w każdych warunkach, a największą zaletą jest możliwość magazynowania wytwarzanej energii w podłączonych bateriach akumulatorów.

Zasada działania falownika hybrydowego

Poza funkcją zmiany prądu stałego na przemienny, falownik zasila energią (w pierwszej kolejności) dom. W drugiej kolejności, nadmiar prądu jest magazynowany w akumulatorach. Dopiero na końcu nadwyżka energii jest oddawana do sieci. Dzięki temu falownik hybrydowy umożliwia:

• Maksymalną autokonsumpcję energii. 
• Działa jako zasilanie awaryjne (back-up) w razie przerw w dostawie prądu.
• Umożliwia pobieranie energii z sieci, przy bardzo dużego zapotrzebowania na prąd.

Jak działa falownik? – Falowniki transformatorowe vs. beztransformatorowe

Na rynku dostępne są falowniki transformatorowe i beztransformatorowe. Ich wybór wpływa na sprawność inwertera, bezpieczeństwo i wagę urządzenia. Jakie są cechy charakterystyczne wskazanych urządzeń?

Falowniki beztransformatorowe

Ten typ inwerterów charakteryzuje się znacznie lżejszą konstrukcją oraz większą sprawnością w szerokim zakresie obciążenia. Falowniki beztransformatorowe obecnie dominują w nowych instalacjach domowych.

Posiadają jednak mniejszy stopień bezpieczeństwa ze względu na brak izolacji galwanicznej stron DC i AC (DC – prąd stały, AC – prąd przemienny). Falowniki beztransformatorowe są znacznie bardziej skomplikowane pod względem konstrukcji niż falowniki transformatorowe, przez co stają się również bardziej narażone na możliwość wystąpienia awarii (im więcej elementów, tym więcej potencjalnych przyczyn awarii).

Falowniki transformatorowe

Ze względu na użycie transformatora, inwertery tego rodzaju charakteryzują się przede wszystkim wyższym bezpieczeństwem pracy, dzięki zastosowanej izolacji galwanicznej między panelami PV a siecią AC, co chroni przed przepięciami. Transformator zapewnia również wyższą jakość generowanego napięcia – redukuje zakłócenia harmoniczne i możliwość wystąpienia efektu PID (degradacja indukowanym napięciem). Wadą falowników transformatorowych jest niestety ich większa masa, gabaryty i niższa sprawność urządzenia.

Jak działa falownik? Falownik jednofazowy czy trójfazowy – liczba faz zależny od mocy instalacji PV

Wybierając odpowiedni falownik do naszej instalacji fotowoltaicznej, musimy sprawdzić, jaką moc będzie ona wytwarzać oraz jakie jest przyłącze energetyczne budynku.

Falowniki jednofazowe

Stosuje się przy mniejszych instalacjach (do 3,68 kW mocy oddawanej do sieci). Są podłączane do sieci trzema przewodami – L, N oraz PE.

Inwertery trójfazowe

Przy większych mocach stosuje się falowniki trójfazowe z pięcioma przewodami – L1, L2, L3, N i PE. Dzięki wykorzystaniu trójfazowych falowników znacznie zwiększamy stabilność lokalnej sieci i równomiernie obciążamy wszystkie fazy w budynku. 

Podział falowników – zasada działania ze względu na wielkość instalacji (mikroinwertery, stringowe, centralne)

Oprócz samej zasady działania falownika, znaczenie w wyborze odgrywa również wielkość samej instalacji. Na podstawie skali projektu można wyróżnić następujące typy falowników.

W bardzo dużych instalacjach fotowoltaicznych stosuje się najczęściej kilkadziesiąt lub kilkaset falowników szeregowych. Pomimo większych kosztów, w ten sposób zarządzanie całą instalacją staje się bardziej wydajne i łatwiejsze. Fotowoltaika dla firm i większe instalacje nadal znajdują jednak zastosowanie dla inwerterów centralnych.

Jak działa falownik i jak dobrać inwerter do instalacji fotowoltaicznej?

Falownik (inwerter) to element, bez którego Twoja fotowoltaika nie będzie działać sprawnie i wydajnie. Jego zasada działania polega na przekształceniu prądu ze stałego w zmienny, umożliwiając efektywne wykorzystanie wyprodukowanej zielonej energii zarówno w domu jak i do sprzedaży do sieci. Właśnie w ten sposób właściciele domów, czy firm, mogą przyczyniać się do zrównoważonej produkcji energii, wspierając sektor OZE w naszym kraju. 

Dobór odpowiedniego inwertera najlepiej powierzyć specjalistom, którzy wybiorą falownik najbardziej wydajny i bezpieczny w danej instalacji fotowoltaicznej. Audyt fotowoltaiczny wliczony w cenę usług Sunergo, pozwala na wybranie najodpowiedniejszych elementów i określenie najwłaściwszej mocy instalacji – dopasowanej do Twoich potrzeb. Nasza firma zapewnia bezpłatną wycenę instalacji – służy temu kalkulator fotowoltaiczny dostępny na naszej stronie. Sprawdź teraz i przekonaj się, jaki falownik będzie właściwy dla twojej instalacji fotowoltaicznej.