W poprzednich artykułach przedstawiliśmy Państwu ile kosztuje instalacja fotowoltaiczna, z czego się składa oraz skupiliśmy się na zagadnieniu jakim jest budowa ogniwa fotowoltaicznego. Teraz chcielibyśmy opisać jak działa falownik (inwerter/przemiennik częstotliwości).Ten element w instalacji fotowoltaicznej jest niezwykle ważnym komponentem ponieważ zamienia wytworzony prąd stały na regulowany prąd przemienny. Mamy nadzieję, że po przeczytaniu tego artykułu nie będą mieli już Państwo wątpliwości jak działa falownik i jaka jest jego budowa.

Falownik – budowa wewnętrzna

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 oraz napięciem. Widzimy więc, że jest to główny podzespół falownika. Inwerter posiada również układ wejściowy oraz wyjściowy.

Układ wejściowy

Nowoczesne falowniki wyposażone są w układy śledzenia MPPT (Maximum Power Point Tracking). Dzięki nim jesteśmy w stanie wykorzystywać nawet o 20% więcej energii niż przy użyciu starszych falowników bez układu MPPT. Czym jest MPP (Maximum Power Point)? Jest to maksymalny punkt mocy, który zmienia się w zależności od nasłonecznienia i temperatury. Poprzez układ śledzenia MPPT falownik dostosowuje się do nowych wartości prądu stałego i możliwe jest przetworzenie większej energii. Dodatkowo układ wejściowy falownika wyposażony jest często w bezpieczniki, ograniczniki przepięć i rozłączniki.

Układ wyjściowy

Odpowiedzialny jest za dostarczenie prądu, który charakteryzuje się stabilnością i wysoką jakością. W skład układu wyjściowego wchodzą głównie dławiki, które są filtrem przeciwzakłóceniowym. Dławik zapobiega nagłym zmianom natężenia oraz służyć może ograniczeniu prądu przemiennego bez straty mocy. Element ten zabezpiecza więc kable oraz urządzenia zasilane przez wytworzony prąd.

falownik zasada działania fotowoltaika

Rodzaje falowników

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. Ich budowa została specjalnie dostosowana do współpracy z baterią akumulatorów w instalacjach wyspowych (niepodłączonych do zewnętrznej sieci energetycznej).

Inwerter on-grid

Jest uzależniony od sieci energetycznej i dostosowuje do niej swoją pracę. Jeżeli napięcie w sieci zewnętrznej zaniknie, automatycznie dochodzi do wyłączenia falownika.  Budowa falownika sieciowego nie pozwala na działanie z akumulatorami.

Falowniki hybrydowe

Są zarówno najdroższym, jak i najbardziej wydajnym rozwiązaniem. Konstrukcja falowników hybrydowych jest przystosowana do pracy w instalacjach on-grid i off-grid. Bardziej skomplikowane wersje falowników tego rodzaju posiadają wbudowane baterie akumulatorów. W ten sposób, poza główną funkcją zmiany prądu stałego na przemienny, falowniki hybrydowego mogą magazynować wytwarzaną energię. 

Inwertery hybrydowe świetnie sprawdzają się w każdych warunkach. Jeżeli instalacja fotowoltaiczna wygenerowała ilość energii, na którą nie ma chwilowo zapotrzebowania, nadmiar zostaje zbierany w akumulatorach. Natomiast jeżeli nasza instalacja nie pokrywa w całości zapotrzebowania na prąd, potrzebna energia pobierana jest właśnie z tych akumulatorów. Dodatkowo, istnieje również możliwość pobierania energii z sieci (przy bardzo dużym zapotrzebowaniu na prąd).

budowa falownika i zasada działania

Jak działa falownik? Podział ze względu na transformator

Na rynku dostępne są falowniki transformatorowe i beztransformatorowe.

Falowniki beztransformatorowe

Ten typ inwerterów charakteryzuje się znacznie lżejszą konstrukcją oraz większą sprawnością w szerokim zakresie obciążenia. Falowniki tego rodzaju posiadają jednak mniejszy stopień bezpieczeństwa ze względu na brak izolacji galwanicznej stron DC i AC (DC – prąd stały, AC – prąd przemienny). Inwertery beztransformatorowe są znacznie bardziej skomplikowane pod względem konstrukcji niż falowniki transformatorowe. Z tego względu inwertery, które nie są wyposażone w transformator narażone są na możliwość częstszych awarii (im więcej elementów, tym więcej potencjalnych przyczyn awarii).

Falowniki transformatorowe

Ze względu na użycie transformatora, inwertery tego rodzaju charakteryzują się przede wszystkim niższą awaryjnością i większym bezpieczeństwem pracy ze względu na izolację galwaniczną. Transformator zapewnia również wyższą jakość generowanego napięcia. Zauważyć należy, że przy użyciu falowników transformatorowych eliminujemy możliwość wystąpienia efektu PID (degradacja indukowanym napięciem).

Jak działa falownik? Liczba faz

Wybierając odpowiedni falownik do naszej instalacji fotowoltaicznej musimy sprawdzić, jaką moc może ona wytwarzać. Przy małych instalacjach (kilkuwatowych) wykorzystuje się jednofazowe falowniki podłączane do sieci trzema przewodami – L, N oraz PE. Przy większych mocach stosuje się inwertery trójfazowe z pięcioma przewodami – L1, L2, L3, N i PE. Dzięki wykorzystaniu trójfazowych falowników znacznie zwiększamy stabilność lokalnej sieci

rodzaje falowników i ich budowa

Falowniki ze względu na wielkość instalacji

Wyróżnia się trzy podstawowe typy falowników.

Mikroinwertery

Ten typ falowników pracuje wyłącznie z jednym modułem fotowoltaicznym. Dzięki zastosowaniu mikroinwerterów zwiększamy zyski mocy wytworzonych przez pojedyncze panele. Pamiętajmy, że falowniki tego typu nie zastępują falownika stringowego i spełniają funkcję pomocniczą w instalacjach fotowoltaicznych.

Falowniki szeregowe/stringowe

Tradycyjnie wykorzystywane w małych instalacjach fotowoltaicznych. Mogą być odpowiedzialne za wszystkie panele, lub w przypadku większych instalacjach – obsługiwać ich część (string).

Inwertery centralne

Znajdują zastosowanie na dużych farmach fotowoltaicznych. Wszystkie panele łączone są szeregowo w stringi, które podłącza się następnie równolegle do centralnego falownika. Zauważyć jednak należy, że ten typ inwerterów stosuje się dosyć rzadko. Jest to spowodowane mniejszą niezawodnością oraz większą trudnością z serwisowaniem. 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.

Dobór odpowiedniego inwertera najlepiej powierzyć specjalistom, którzy wybiorą taki falownik, który będzie najbardziej wydajny w danej instalacji fotowoltaicznej. Audyt fotowoltaiczny wliczony w cenę usług Sunergo, pozwala na wybranie najodpowiedniejszych elementów instalacji.