Stale rosnącej popularności instalacji fotowoltaicznych trudno jest zaprzeczyć, widzimy je na coraz większej liczbie budynków, i to nie tylko mieszkalnych. Słowo fotowoltaika na stałe zagościło w naszych słownikach, a korzyści z produkcji energii elektrycznej z promieniowania Słońca nie da się zbagatelizować.
Efektywny i wydajny system fotowoltaiczny składa się z wielu współpracujących ze sobą elementów, nie tylko z samych paneli słonecznych. Jednym z ważniejszych komponentów instalacji jest z pewnością inwerter, nazywany zamiennie falownikiem, którego zadanie to zamiana wyprodukowanego prądu stałego w prąd zmienny. Dostępne są dwa podstawowe rodzaje tych urządzeń, falownik sieciowy i falownik hybrydowy, warto więc dowiedzieć się, jakie są między nimi różnice i który najlepiej sprawdzi się w instalacji fotowoltaicznej.
Czym są falowniki sieciowe?
Zanim zajmiemy się porównaniem obu rodzajów falowników, warto zastanowić się, czym właściwie są te elementy instalacji. Można śmiało powiedzieć, że żaden system PV nie może się bez nich obejść, zwłaszcza jeśli prąd pozyskany z energii słonecznej ma zasilać urządzenia w gospodarstwie domowym.
Obowiązująca definicja określa falowniki, czyli inwertery, jako urządzenia zamieniające prąd stały w prąd przemienny, czyli dokładnie taki, jaki można użyć do zasilania np. domowego sprzętu AGD lub RTV, czy oświetlenia na zewnątrz budynku.
Sama nazwa inwerter pochodzi z języka angielskiego, słowo invert oznacza odwracanie, w przypadku instalacji słonecznej jest to po prostu odwracanie przepływu prądu. Rozróżniamy dwa ich podstawowe rodzaje:
- falowniki jednofazowe, używane do mniejszych instalacji o mocy do 3 kWh;
- falowniki trójfazowe, sprawdzające się do większych systemów, odczuwalnie poprawiające ich wydajność.
Jakie dodatkowe funkcje pełnią inwertery w instalacji solarnej?
Konwersja prądu stałego na prąd zmienny to nie jedyna funkcja, jaką pełnią inwertery w mniejszych lub większych instalacjach PV. Zakres ich pracy jest o wiele szerszy i obejmuje między innymi:
Poprawę efektywności pracy modułów fotowoltaicznych
Praca inwertera może zwiększyć efektywność działania całej instalacji słonecznej. Jest to możliwe dzięki przydatnej funkcji pozwalającej śledzić tzw. optymalny punkt pracy modułów fotowoltaicznych (MPPT – Maximum Power Point Tracking) i na bieżąco dostosowywać obciążenie instalacji.
Monitoring pracy instalacji PV
Te inteligentne, zaawansowane urządzenia umożliwiają również zdalne monitorowanie pracy instalacji, w tym synchronizacji instalacji fotowoltaicznej z siecią elektryczną. System monitoringu, który może być także obsługiwany z pomocą aplikacji mobilnej na smartfonie, pozwala na łatwe zarządzanie wyprodukowaną energią.
Ochronę przed przerwaniem obwodu przepływu prądu
Co jest bardzo niebezpieczną sytuacją, a inwerter może skutecznie pomóc, zapobiec przepływowi prądu przez powietrze, co grozi powstaniem łuku elektrycznego mogącego uszkodzić, a nawet zniszczyć całą instalację solarną.
Dlaczego w instalacji PV jest potrzebny falownik hybrydowy?
Gwałtowny rozwój technologiczny dotyczy również instalacji paneli słonecznych, dlatego cały czas pojawiają się nowe urządzenia usprawniające ich pracę. Takim coraz częściej używanym urządzeniem jest z pewnością falownik hybrydowy, łączący w sobie wszystkie funkcje inwerterów typu on-grid z dodatkowym trybem pracy off-grid.
Przy ich projektowaniu wzięto pod uwagę dwie istotne kwestie. Pierwszą jest prąd wykorzystywany do zasilania urządzeń używanych w gospodarstwie domowym, czyli zmienny (AC). Druga to konieczność ładowania magazynów energii.
Są to pojemne akumulatory umożliwiających jej magazynowanie do późniejszego wykorzystania w mniej słoneczne dni albo w celu odsprzedaży wyprodukowanych nadwyżek. W takim przypadku konieczne byłoby zamontowanie aż dwóch inwerterów, jednego on-grid, a drugiego off-grid, co jest nie tylko mało praktyczne, ale i kosztowne.
Zobacz także: Fotowoltaika w Puławach
Z jakich elementów składa się inwerter hybrydowy?
Właśnie dlatego zaprojektowano i stworzono falowniki hybrydowe, wystarczy więc montaż tylko jednego urządzenia, aby instalacja działała bez żadnych zakłóceń. To praktyczne, bardzo zaawansowane technologicznie urządzenie, łączy w sobie obie wymienione wyżej funkcje.
Najważniejszy w jego konstrukcji jest tzw. przekształtnik DC-AC dokonujący konwersji prądu stałego w zmienny, wspomagany przez system filtrów, którego zadaniem jest eliminacja wszystkich zakłóceń harmonicznych. Druga, niemniej istotna część, to przekształtnik DC-DC spełniający dwie funkcje:
- ładowanie akumulatorów, czyli magazynów energii prądem stałym;
- pobieranie energii elektrycznej zmagazynowanej w akumulatorach.
Cały proces ładowania akumulatorów jest na bieżąco monitorowany z pomocą sterownika ładowania, wyposażonego w wydajny procesor lub mikrokontroler, a intuicyjną obsługę zapewnia wbudowany interfejs z wyświetlaczem LED. Najnowocześniejsze inwertery hybrydowe komunikują się z innymi urządzeniami także poprzez wmontowane porty komunikacyjne, takie jak np. Ethernet lub bezprzewodowo przez Wi-Fi.
Które zalety falowników hybrydowych należy podkreślić?
Jak widać na powyższych przykładach, różnice w konstrukcji obu typów falowników są istotne, a w kwestii funkcjonalności znacznie więcej do zaoferowania mają urządzenia hybrydowe. Eksperci od projektowania i montażu instalacji fotowoltaicznych podkreślają takie ich zalety jak:
- dwa tryby pracy, on-grid, kiedy jest połączony z siecią energetyczną, oraz off-grid, niezależnie od niej;
- możliwość zmagazynowania energii, ograniczona tylko pojemnością akumulatorów, i jej odsprzedaży w trybie net-billing;
- wysoka sprawność pracy urządzenia, dzięki czemu można ograniczyć straty energii, które mogą powstać w czasie, gdy falownik przekształca prąd stały w prąd zmienny;
- maksymalne wykorzystanie energii słonecznej do produkcji prądu;
- odczuwalna redukcja wysokości płaconych rachunków za energię elektryczną dzięki możliwości magazynowania energii i wykorzystaniu jej w okresach wyższego zapotrzebowania;
- utrzymanie stabilności pracy sieci energetycznej poprzez efektywniejsze zarządzanie przepływem energii.
Czy inwertery hybrydowe mają jakieś wady?
Zanim jednak wezwiemy instalatora i zdecydujemy się na montaż takiego falownika, powinniśmy także zapoznać się z jego najważniejszymi wadami. Jest to przede wszystkim:
- wysoka cena urządzenia, znacznie wyższa niż typowych modeli sieciowych;
- ograniczona moc wyjściowa, która w niektórych przypadkach może ograniczać ich zastosowanie w większych instalacjach;
- o wiele bardziej skomplikowana konserwacja i ewentualne naprawy falownika wymagające fachowca z odpowiednią wiedzą i doświadczeniem zawodowym;
- stosunkowo wysoki poziom hałasu, wynikający ze stopnia skomplikowania konstrukcji urządzenia.
Mimo pewnych wad można śmiało powiedzieć, że przyszłość należy do falowników hybrydowych, umożliwiających lepsze wykorzystanie zasobów. Z czasem powinny stać się standardowym wyposażeniem instalacji fotowoltaicznych w domach i firmach, podobnie jak magazyny energii.
Sprawdź: Fotowoltaika dla Firm
