Co to jest i jak działa falownik
Sprawdź jak zbudowany jest falownik. Zobacz rodzaje i parametry. Dowiedz się co to jest MPPT oraz jak wybrać odpowiedni falownik do instalacji fotowoltaicznej.
Falownik, inaczej inwerter solarny lub inwerter fotowoltaiczny to urządzenie, będące obok paneli fotowoltaicznych, sercem instalacji PV. Jego zadaniem jest przetwarzanie prądu stałego (DC), produkowanego przez moduły PV, na prąd zmienny (AC). To właśnie ten prąd jest wykorzystywany w naszym domu do zasilania urządzeń elektrycznych.
Budowa falownika
Główny element falownika to układ przetwarzający napięcie stałe (DC) produkowane przez panele na zmienne (AC) wykorzystywane przez urządzenia. Poza tym w jego skład wchodzą: układy wejściowe łączce łańcuch modułów PV, układ sterujący, zabezpieczający, który zapewnia wydajną i bezpieczną pracę instalacji oraz układ śledzenia maksymalnego punktu pracy modułów (MPPT). Układ sterujący zapewnia komunikację między inwerterem a światem zewnętrznym poprzez wyświetlacz LCD lub interfejs.
Falownik – sposób montażu
Montaż falowników może odbywać się zarówno wewnątrz budynku jak i na zewnątrz – oba sposoby są zgodne z dobrą praktyką. Jeśli falownik montowany jest w budynku należy dostosować jego posadowienie na ścianie do panującej infrastruktury pomieszczenia zachowując odstępy, które definiują producenci w instrukcji montażu. Jeśli mamy do czynienia z instalacją wolnostojącą falownik powinien być montowany przy konstrukcji pod panelami. Taki falownik powinien posiadać wyższe zabezpieczenie ochronne od IP 65 wzwyż. Co do bliskości generatora PV a falownika dobrze kiedy odległość jest możliwie najmniejsza, jednak nie jest to wymagane.
W przypadku kiedy odległość jest bardzo duża możemy zastosować większe przekroje kabli, co zniweluje straty. Dla sprawniejszego sterowania oraz przesyłania sygnału monitoringu istnieje również możliwość zastosowania wzmacniacza sygnału Wi-fi bezpośrednio przy konstrukcji paneli.
Zasada działania falownika i sterowanie
Falownik, prócz zamiany prądu stałego (DC) na prąd zmienny (AC) 230 V/50 Hz, kontroluje i monitoruje parametry pracy sieci takie jak: częstotliwość, napięcie oraz odpowiednio reaguje, gdy parametry są poza dopuszczalnymi normami, wtedy odłącza falownik od sieci.
Ponadto na podstawie zebranych danych o pracy instalacji, falownik optymalizuje jej pracę poprzez posiadany układ śledzenia maksymalnego punktu pracy modułów MPPT.
Co to jest MPPT
Układ MPTT pozwala na zwiększenie ilości uzyskiwanej energii nawet o kilkanaście procent. Dostępne na rynku moduły PV nie mają ustalonego punktu mocy maksymalnej i tak naprawdę ich moc jest zmienna i zależy od samych parametrów pogodowych. Układ falownika śledzi, w którym miejscu występuje punkt MPP (punkt mocy maksymalnej) i dopasowuje się do aktualnej jego wartości. W ten sposób otrzymujemy większe uzyski energii z paneli PV. Każdy nowoczesny falownik posiada przynajmniej jeden układ MPPT.
Niemniej jednak, aby ten system prawidłowo funkcjonował, każdy moduł w instalacji powinien być identyczny, co oznacza, że łączone szeregowo lub równolegle panele PV muszą być tego samego typu i posiadać te same parametry techniczne. Co więcej, warto zwracać uwagę na parametry prądowo-napięciowe każdego modułu i względem tego dopasowywać moduły w łańcuchach. Można to wykonać w oparciu o parametry z flash listy, którą dołącza do swoich modułów producent Bruk-Bet Solar. Ponadto moduły muszą być o tym samym nachyleniu i podobnej lokalizacji. Wymagania te powinny być spełnione, aby układ śledzenia MPPT optymalnie zadziałał.
Sterowanie i monitorowanie falownika
Część falowników jest wyposażona dodatkowo w wyświetlacz LCD. Takie rozwiązanie posiada falownik firmy KACO, na którym możemy odczytać wartości mocy, napięcia i prądu strony DC i AC, dzienną, miesięczną i roczną produkcje energii. W przypadku inwertera Huawei zrezygnowano z wyświetlacza, a całą wizualizację parametrów przeniesiono do aplikacji na urządzeniu przenośnym. Obecnie na rynku mamy do czynienia z zaawansowanymi systemami sterowania i monitoringu parametrów wejściowych i wyjściowych falownika poprzez układy data manager. Informacje z takich układów są rejestrowane, przechowywane i prezentowane przez wyspecjalizowane oprogramowanie, dostępne w formie dedykowanej strony internetowej. Nowoczesne falowniki posiadają połączenie przewodowe LAN lub bezprzewodowe WLAN.
Falownik KACO posiada LAN, a w falowniku Huawei jest LAN i WLAN. Dzięki specjalnemu połączeniu internetowemu, możemy na bieżąco zdalnie kontrolować, monitorować i analizować pracę instalacji PV oraz archiwizować ją w dłuższym okresie.
Najnowsze falowniki posiadają również dodatkowe zewnętrzne układy pomiarowe, które także mogą mierzyć zużycie energii przez urządzenia domowe, tym samym pozwalają przeanalizować i porównać profil produkcji energii przez moduły PV oraz zużycie jej w budynku. Dzięki temu możemy obliczyć stopień wykorzystania energii na potrzeby własne oraz ilość energii odprowadzonej do sieci operatora. Co daje nam pełną analizę korzyści finansowych. W falowniku KACO, wykorzystując funkcje „Priwatt”, możemy uruchamiać domowe odbiorniki poprzez wyjście przekaźnikowe, które aktywowane jest ustalonym poziomem produkowanej energii. Zwiększamy tym poziom auto konsumpcji. Obecnie popularną funkcją w najnowszej generacji falownikach jest pomiar stopnia redukcji emisji CO2, dzięki energii elektrycznej produkowanej z naszej elektrowni PV.
Rodzaje falowników
Na rynku fotowoltaiki wyróżniamy kilka typów falowników:
Falowniki jedno i trójfazowe
-Dotyczy ilości faz przyłączeniowych. Jednofazowe stosuje się przeważnie do małych instalacji domowych, gdzie jest mniejsze zapotrzebowanie na moc. Natomiast trójfazowe stosowane są do większych instalacji gdzie zapotrzebowanie na moc jest większe. Mogą to być instalacje domowe, gdzie zużycie jest prądu jest większe, instalacje przemysłowe oraz na obiektach, gdzie mamy generalnie zdecydowanie większe zużycie, np. hotele, biurowce, pensjonaty, ośrodki itp. Nie jest to jednak zasadą, gdyż zawsze ilość faz dostosowuje się do instalacji pierwotnej.
Gdy do wyboru mamy falownik jednofazowy małej mocy oraz falownik trójfazowy małej mocy, to warto zastosować ten drugi, ze względu na większą stabilność sieci, co przedkłada się na mniejsze wahania napięcia oraz mniejsze przekroje przewodów.
Transformatorowe oraz beztransformatorowe.
Falowniki transformatorowe stosujemy, gdy trzeba uziemić jeden z biegunów instalacji, aby zapewnić izolację (galwaniczną) pomiędzy stałym napięciem wejściowym a siecią energetyczną. Jeżeli jednak nie potrzebujemy tego typu zabezpieczenia, możemy zastosować falownik beztransformatorowy. Tego typu falowniki są lżejsze i mniejsze, ale mogą być droższe, ze względu na systemy zabezpieczeń, zastosowanych w falowniku.
Łańcuchowe lub centralne
Współpracują z kilkoma szeregami paneli i przeznaczone są do instalacji o mniejszej mocy i różnych wielkościach. Falowniki centralne współpracują z farmami fotowoltaicznymi.
Mikroinwertery
Stosowane do pracy z pojedynczym panelem fotowoltaicznym. Na stałe przyłączone są do jednego ogniwa PV sprzedawanego w zestawie wraz z mikro falownikiem.
Falowniki sieciowe
Zsynchronizowane z siecią publiczną, z instalacją działającą w systemie on-grid.
Falowniki wyspowe
Nie zsynchronizowane z siecią energetyczną, nie oddają prądu do sieci operatora, ale za to ładują akumulatory w przypadku nadwyżki wyprodukowanego prądu. Działają w systemie off-grid instalacji PV.
Dobór falownika do instalacji PV
Projektując instalację PV, najpierw bazując na rachunkach za energię elektryczną klienta, wyliczamy potrzebną moc, a potem rodzaje paneli i ich ilość. Mając wszystkie dane dotyczące mocy generatora, infrastrukturę pierwotną o instalacji i sieci dopasowujemy do niej odpowiedni falownik. Zatem mamy instalację, teraz czas na odpowiedni falownik.
Dobór mocy falownika do instalacji fotowoltaicznej
Dobór mocy falownika do zapotrzebowania całej instalacji PV zależy od kierunków posadowienia instalacji, zazwyczaj falownik obsługuje od 90% do 110 % mocy instalacji fotowoltaicznej. Dlaczego akurat te zakresy ? Wynika to ze wzoru obliczeniowego współczynnika mocy falownika – IR, który pokazuje nam czy falownik jest niedociążony, obciążony mocą nominalną oraz przeciążony po stronie DC.
Wzór na IR
Współczynnik mocy falownika [IR]= (moc pola modułów [Wp])/(maksymalna moc AC falownika [W]) x sprawność falownika [%]
I możemy otrzymać trzy wersje:
IR < 100%, falownik niedociążony
IR = 100%, falownik obciążony mocą nominalną
IR > 100%, falownik przeciążony po stronie DC
Niemniej jednak dla każdej instalacji należy wyliczyć optymalną jego wartość. Dlatego, że ona zależy od takich czynników jak:
– warunki geoatmosferyczne
– rodzaj i orientacja paneli fotowoltaicznych
– sposób podłączenia z falownikiem
Przy wyborze falownika, na ogół zalecana jest wartość inna. Dlatego, że moduły PV w naszym kraju wytwarzają energię z mocą nominalną przez bardzo krótki okres w roku (pora wiosenno-letnia). W pozostałych okresach moc ta jest niższa, z tego też względu, jeżeli falownik będzie pracował z mocą równą mocy nominalnej modułów, to jego moc w pozostałych okresach będzie dużo niższa. Ten fakt ma ogromny wpływ na konwersję pozyskiwanej energii.
Informacje podano w oparciu o stronę firmy Bruk-Bet Solar