Falowniki fotowoltaiczne: jakie są ich rodzaje i czym się różnią?

Kupując instalację fotowoltaiczną, często skupiamy się w głównej mierze na ogniwach, które traktujemy jako kluczowy element systemu. Jednak niezwykle istotne są również falowniki fotowoltaiczne.

Falownik ma bardzo duży wpływ na poprawne oraz efektywne działanie całej instalacji fotowoltaicznej. Właściwie dobrany może znacząco podnieść wydajność paneli. Z drugiej strony – jeśli wybierzemy niewłaściwy rodzaj, staje się najczęstszym źródłem awarii. Co trzeba wiedzieć na temat falowników fotowoltaicznych?

Falowniki fotowoltaiczne – co to takiego?

Każdy zna podstawową zasadę działania instalacji fotowoltaicznej: Energia promieni słonecznych, zbierana w ogniwach solarnych, przetwarzana jest na prąd. Jednak nie wszyscy wiedzą, że energia powstająca w panelach ma charakter stały. Tymczasem w naszych instalacjach elektrycznych mamy do czynienia z prądem zmiennym. Przetworzenie napięcia to właśnie najważniejsze zadanie falownika. Ten ma wygląd skrzynki – większej lub mniejszej, zależnie od rodzaju.

W układzie fotowoltaicznym falownik, nazywany także inwerterem lub przemiennikiem częstotliwości, można porównać do serca, które rozdysponowuje siły życiowe na cały organizm. Przetwarzanie napięcia to jednak nie jedyna funkcja falownika fotowoltaicznego. To właśnie przy jego pomocy monitorujemy właściwe funkcjonowanie instalacji solarnej.

Inwerter odpowiada również za synchronizację systemu fotowoltaicznego z siecią. W większości przypadków domowa produkcja energii elektrycznej odbywa się na zasadach prosumenckich. Polega to na tym, że w bardzo słoneczne dni nie jesteśmy w stanie spożytkować całej energii wyprodukowanej przez nasze panele. Powstałe nadwyżki oddaje się więc do sieci, w związku z czym oprócz konsumowania dostarczanego nam prądu, stajemy się jednocześnie jego producentami.

Nadmiar energii można magazynować w specjalnych akumulatorach, jednak wymaga to dodatkowych nakładów finansowych oraz miejsca na baterie. W modelu prosumenckim nadwyżki oddawane są do sieci, żebyśmy potem mogli odebrać 70% lub 80% wyprodukowanego prądu (ilość energii, którą możemy odzyskać, zależy od wielkości instalacji fotowoltaicznej). Zadaniem falownika jest zatem także rozdzielenie prądu i odprowadzenie go do sieci energetycznej.

Jak działają falowniki fotowoltaiczne?

Za przetworzenie napięcia w falowniku odpowiada szereg układów:

• wejściowe,
• sterujące,
• zabezpieczające.

Odpowiadają one za przyjęcie energii z modułów fotowoltaicznych, rozdysponowanie energii oraz ochronę całej instalacji przed ewentualnymi awariami. W efekcie dysponujemy m.in. wiedzą na temat tego, ile energii wyprodukowaliśmy, co z kolei przekłada się na to, czy instalacja jest wydajna. Monitoring pracy systemu fotowoltaicznego może odbywać się przy pomocy dedykowanej aplikacji lub bezpośrednio na urządzeniu. Inwerter śledzi maksymalny punkt mocy modułów fotowoltaicznych – MPPT, a także, w razie potrzeby, pełni rolę automatycznego rozłącznika.

Czym powinien cechować się dobry falownik? Ważna jest szybkość wyszukiwania punktu maksymalnej mocy, a także skuteczność utrzymania go. Urządzenie powinno być sprawne bez względu na to, czy pracuje na pełnych obrotach, czy tylko połowicznie. Pamiętajmy, że nawet w czasie słonecznych miesięcy letnich, zdarzają się okresy niekorzystnej pogody, kiedy panele produkują zaledwie ułamek zakładanej energii elektrycznej. Istotny jest również stopień nieprzemakalności. Często inwertery montowane są na świeżym powietrzu, np. tuż pod ogniwami. Dlatego stopień odporności na wilgoć powinien wynosić minimum IP65. Duża tolerancja w stosunku do zakresu temperatur to kolejna cecha dobrego falownika. Optymalne parametry to praca w warunkach -25°C do +60°C.

Rodzaje falowników i różnice między nimi

Podstawowy podział falowników uzależniony jest od rodzaju instalacji, w jakiej pracują. Przyjmując to kryterium, inwertery można podzielić na:

• falowniki sieciowe (on-grid) – są przystosowane do pracy z siecią elektryczną. Wykorzystuje się je we wspomnianym modelu prosumenckim, gdzie nadwyżki energii trafiają do sieci energetycznej;
• falowniki niewspółpracujące z siecią (off-grid, wyspowe) – nie posiadają funkcji synchronizacji z siecią, ponieważ całą niezużytą przez gospodarstwo domowe energię elektryczną kierują do akumulatorów. Najczęściej tego typu inwertery można spotkać w domkach letniskowych;
• falowniki hybrydowe – jak sama nazwa wskazuje, tego typu inwertery mogą z równym powodzeniem współpracować z siecią, jak i oddawać nadwyżki prądu do baterii. Niekiedy inwestorzy rozbijają w czasie montaż instalacji oraz zakup akumulatorów. Aby nie wymieniać potem falowników, można od razu zastosować model hybrydowy.

Inne kryterium dzielące falowniki to liczba faz. Wyróżniamy wtedy:

• falowniki jednofazowe – wykorzystywane głównie w małych instalacjach o mocy do 3 kW;
• falowniki trójfazowe – używane w mocniejszych systemach fotowoltaicznych, cechują się mniejszymi wahaniami napięcia w sieci oraz możliwością zastosowania przewodów o mniejszych przekrojach.

Istnieje również podział na falownik centralny i mikrofalownik:

• falownik centralny – wykorzystywany jest w tradycyjnej instalacji fotowoltaicznej, umiejscowiony w osobnym pomieszczeniu,
• mikrofalownik – wykorzystywany w mikroinstalacji i umieszczony bezpośrednio pod panelami fotowoltaicznymi, dzięki czemu oszczędzamy miejsce.

Jak widać, wybór falownika fotowoltaicznego to ważna decyzja, która może wpłynąć zarówno na bieżącą pracę instalacji solarnej, jak i jej wydajność w przyszłości. Zatem zanim zdecydujemy się na zakup paneli, dobrze dokładnie przemyśleć, jaki model produkcji i przechowywania energii elektrycznej będzie dla nas najlepszy.