Co to jest inwerter fotowoltaiczny?
Inwerter fotowoltaiczny (falownik) jest to najdroższy po panelach fotowoltaicznych element instalacji fotowoltaicznej. Głównym zadaniem inwertera fotowoltaicznego jest przekształcanie energii elektrycznej z modułów fotowoltaicznych, która jest w postaci prądu i napięcia stałego, na energię elektryczną prądu przemiennego, zgodnie z parametrami w sieci publicznej (230/400 V, 50 Hz).
Oprócz tej zasadniczej funkcji jaką spełnia inwerter fotowoltaiczny w instalacji fotowoltaicznej, pełni inwerter fotowoltaiczny również wiele innych funkcji. Zadaniem inwertera fotowoltaicznego jest automatyczna synchronizacja z siecią, odcięcie inwertera fotowoltaicznego od sieci w razie zaniku napięcia oraz kontrolowanie produkcji energii przez moduły fotowoltaiczne i prowadzenie statystyk z tej produkcji. Moc inwertera fotowoltaicznego jest w granicach od kliku watów do setek kilowatów.
Jak działa inwerter fotowoltaiczny?
Energia elektryczna w postaci prądu i napięcia stałego produkowana przez moduły fotowoltaiczne za pomocą przewodów trafia do inwertera fotowoltaicznego. Inwerter fotowoltaiczny, dzięki swojej budowie przekształca energię elektryczną prądu i napięcia stałego na energię elektryczną prądu i napięcia przemiennego. Następnie energia zamieniona przez inwerter fotowoltaiczny trafia do odbiorników lub do sieci elektroenergetycznej.
Aby zabezpieczyć instalacje fotowoltaiczną oraz sieć przed zwarciem lub zanikaniem napięcia montuję się specjalne zabezpieczenia w pobliżu inwertera fotowoltaicznego. Jednym z zabezpieczeń jest rozłącznik prądu stałego znajdujący się pomiędzy inwerterem a modułami fotowoltaicznymi. Rozłącznik ten umożliwia przeglądy i naprawy inwertera przy odciętym napięciu. Od strony sieci elektroenergetycznej inwerter fotowoltaiczny połączony jest z rozłącznikiem prądu przemiennego, który także odcina napięcie w razie konieczności. Po stronie napięcia stałego i przemiennego znajdują się zabezpieczenia nadprądowe, które chronią w przypadku zwarć.
Inwertery fotowoltaiczne posiadają także kontrolę przed pracą wyspową. Ta funkcja umożliwia pomiar napięcia, częstotliwości i impedancji sieci, a w przypadku braku energii w sieci, inwerter fotowoltaiczny przestaję przestaje wysyłać energię elektryczną do sieci elektroenergetycznej. Te zabiegi mają sprawić aby instalacja fotowoltaiczna była bezpiecznym elementem gospodarstwa domowego.
Budowa inwertera fotowoltaicznego
Podstawowym elementem inwertera fotowoltaicznego jest mostek mocy. Mostek mocy inwertera umieszczony jest na bipolarnych transformatorach MOSEFT lub bipolarnych tranzystorach z izolowaną bramką IGBT.
Każdy inwerter fotowoltaiczny jest wyposażony w układy wejściowe i wyjściowe.
W układach wejściowych występują głównie kondensatory, które stabilizują poziom napięcia stałego oraz przekształtnik podwyższający napięcie, którego celem jest podwyższenie napięcia do wartości pozwalającej wytworzenie sinusoidy prądu przemiennego. Najważniejszym elementem inwertera jest kontroler, który odpowiada za przełączanie tranzystorów, śledzenie punktu mocy maksymalnej, mierzenie wartości wyjściowych i wejściowych oraz odpowiada za komunikację.
W układach wyjściowych inwertera znajdują się układy filtrujące zbudowane z dławików i kondensatorów, które odpowiadają za jakość generowanego przez inwerter prądu przemiennego, w szczególności za wyeliminowanie zakłóceń harmonicznych. W układach wejściowych i wyjściowych inwertera znajdują się również rozłączniki, bezpieczniki i ograniczniki przepięć.
Rodzaje inwerterów
Inwertery można podzielić w zależności od różnych kryteriów. Do najbardziej popularnych podziałów inwerterów należy podział ze względu na moc, budowę i sposób pracy. Ze względu na budowę wyróżnia się inwertery transformatorowe i beztransformatorowe, ze względu na pracę, inwertery wyspowe i sieciowe, a ze względu na moc, inwertery stringowe, centralne i mikroinwertery.
Podział ze względu na Budowę.
– Inwertery transformatorowe – wyposażone są w transformator pozwalający oddzielić stronę DC i AC. Korzyścią takiej konstrukcji jest niewątpliwie bezpieczeństwo. Dzięki separacji otrzymujemy korzystniejsze parametry po stronie prądu przemiennego i do sieci emitowanych jest mniej zakłóceń. Wadą inwerterów transformatorowych jest duża waga oraz niska sprawność przy małych obciążeniach.
– Inwerter beztransformatorowy – Najbardziej popularny. Zaletą takiej konstrukcji inwertera jest niska waga oraz wyższa sprawność. Inwerter beztransformatorowy umożliwia dostosowanie jakości energii elektrycznej do obowiązujących standardów sieci elektroenergetycznej. Wadą inwerterów beztransformatorowych jest brak separacji strony DC i AC przez co należy wyposażyć inwerter w specjalną aparaturę i zabezpieczenia po stronie prądu stałego i przemiennego.
Podział ze względu na Pracę.
– Inwertery wyspowe nie współpracują z siecią elektroenergetyczną i nie wprowadzają do niej energii elektrycznej. Inwertery wyspowe często wyposażone są w kontrolery ładowania, co umożliwia inwerterom pracę z akumulatorami. Dlatego niezbędnym elementem instalacji fotowoltaicznej zawierającej inwerter wyspowy jest akumulator, ponieważ nadmiar wyprodukowanej energii jest magazynowany w akumulatorach.
– Inwertery sieciowe synchronizują się z siecią elektroenergetyczną i wprowadzają do niej energie elektryczną. Niektóre inwertery sieciowe dzięki swojej budowie również mogą pracować z akumulatorami, przez co efektywność instalacji fotowoltaicznej wzrasta.
Podział ze względu na Moc.
– Mikroinwertery są to inwertery, które pracują z jednym panelem fotowoltaicznym i ich moc jest zbliżona do mocy panela fotowoltaicznego.
– Inwertery stringowe to inwertery, które współpracują z szeregiem modułów fotowoltaicznych. W mikroinstalacjach panele fotowoltaiczne wyposażone są głównie w jeden inwerter, który obsługuje wszystkie panele fotowoltaiczne.
– Ostatnią grupą jest inwertery centralny. Inwertery tego typu są dużej mocy, przeznaczone do pracy na farmach fotowoltaicznych. Jeden taki inwerter obsługuję kilka tysięcy modułów PV.
Na czym polega poprawny montaż inwertera?
Podczas montażu inwertera należy pamiętać, że jest to urządzenie elektryczne, zatem jak każde takie urządzenie produktem ubocznym jest ciepło jakie wydziela. Dlatego należy pamiętać podczas montaży inwertera aby nie był on narażony bezpośrednio na promieniowanie słoneczne, ponieważ podczas przegrzania wyłączy się inwerter.
Należy również pamiętać aby zachować odstęp wentylacyjny z każdej strony inwertera. Producenci inwerterów definiują jakie odstępy należy zachować od poszczególnych przeszkód. Ze względów komfortowych należy montować inwerter w takich miejscach aby wyświetlacz był widoczny dla oczu w celu kontroli pracy instalacji.
Nie należy montować inwertera blisko urządzeń które się nagrzewają aby nie zakłócić chłodzenia inwertera. Inwerter powinien zostać zamontowany na ścianie najlepiej w pozycji pionowej.
Jak monitorować wydajność i sprawność inwertera? Czym określamy wydajność dla inwertera?
Inwertery pracują tylko w określonym zakresie napięcia DC. Inwerter aby się załączył i zaczął szukać punktu mocy maksymalnej to musi zostać przekroczona wartości napięcia startu inwertera. Dlatego istotnym czynnikiem jest odpowiednie dopasowanie mocy inwertera do mocy generatora PV oraz odpowiednego doboru napięcia modułów fotowoltaicznych blisko napięcia optymalnej pracy inwertera.
Sprawność inwerterów jest ważnym kryterium przy doborze inwertera, gdyż określa jaki procent energii z modułów PV będzie przetwarzana na energię prądu i napięcia przemiennego. Głównie inwertery mają sprawność około 95-97%. Producenci inwerterów określają sprawność maksymalną inwertera ale przy optymalnym zakresie obciążenia inwertera i optymalnym poziomie napięcia po stronie DC. Jednak inwerter będzie pracował w warunkach rzeczywistych ze sprawnością niższą niż sprawność maksymalna, dlatego określa się sprawność europejską inwertera.
Europejska sprawność inwertera określona jest na podstawię pracy inwertera w warunkach nasłonecznienia środkowej Europy. Sprawność inwertera zależy od stopnia obciążenia oraz poziomu napięcia inwertera. Dlatego producenci podają charakterystykę sprawności inwerterów w funkcji jego obciążanie i poziomu napięcia po stronie DC. Inwertery transformatorowe pracują optymalnie przy obciążeniu w granicach 20-80%, przy czym niższe obciążenie powoduję szybką utratę sprawności inwertera. Jeśli chodzi o inwertery beztransformatorowe, które najczęściej są używane w systemach fotowoltaicznych, ich optymalna sprawność jest w granicach 20-100%. Obciążenie poniżej 10% powoduję gwałtowny spadek sprawności inwertera. Dlatego ważne jest aby napięcie łańcuchów modułów fotowoltaicznych było najbliższe optymalnemu napięciu pracy inwertera.
Ranking inwerterów
Na rynku znajduję się wiele firm zajmujących się produkcją inwerterów. Każda firma posiada własną technologie produkcji inwerterów i każdy inwerter posiada różne parametry pracy. Na rynku europejskim w 2020 roku stworzono ranking inwerterów w zależności od następujących kryterium: niezawodność, sprawność, cena i wydajność.
Warto podkreślić, że w TOP10 najlepszych inwerterów znalazły się inwertery oferowane przez naszą firmę SOFAR SOLAR. Recenzenci podkreślają wysoką sprawność inwerterów SOFAR SOLAR na poziomie około 97%, niezawodność i wydajność w stosunku do ceny inwertera. Autorzy rankingu podkreślają wysoka popularność inwertera SOFAR SOLAR na rynku europejskim. Normalnie SOFAR SOLAR udziela 10-letniej gwarancji na inwerter z możliwością przedłużenia do 20 lat. Stopień ochrony inwerterów to IP65. Również podkreśla się wysoką wiarygodność producenta, który działa w tej branży około 10 lat i ma swoje siedziby na każdym kontynencie, często nie trzeba kontaktować się z producentem tylko wystarczy skontaktować się z siedzibą w kraju, nawet w Polsce SOFAR SOLAR ma swoją siedzibę w Warszawie.
Podsumowanie
Inwertery fotowoltaiczne obok paneli fotowoltaicznych są nadrzędnym elementem instalacji fotowoltaicznej. Bez inwerterów instalacja fotowoltaiczna nie spełniałaby swojego zadania. Dlatego warto przed zakupem instalacji fotowoltaicznej zwrócić szczególną uwagę na ten element.
Obecnie w Polsce jak i na świecie najbardziej popularne są inwertery beztransformatorowe, które dzięki swojej budowie są lżejsze i tańsze. Wada inwerterów beztransformatorowych jest konieczność wyposażenia instalacji obok inwertera w zabezpieczenia, takie jak ogranicznik przepięć i wyłączniki nadprądowe. Ta konieczność ma również swoje zalety ponieważ o naszą instalacje dbają również oddzielne, samodzielne urządzenia, które w razie potrzeby ochronią instalacje fotowoltaiczną przed uszkodzeniem.
Podczas wyboru inwertera należy zapytać sprzedającego o podstawowe parametry inwertera takie jak sprawność, niezawodność i napięcie załączania inwertera aby mógł on pracować najwydajniej. Dlatego warto wybrać firmę instalacyjną, która ma doświadczenie, potrafi wyliczyć i dobrać inwerter do zapotrzebowania na energię elektryczną.