Jak dobrać falownik?

11.03.2020

Jak dobrać falownik?

Falownik, zwany również inwerterem, to jeden z ważniejszych elementów instalacji fotowoltaicznej. Wraz z panelami PV, rozdzielnią prądu stałego, kablami solarnymi oraz systemem montażowym tworzy komplementarną całość. Jego głównym zadaniem jest zamiana prądu stałego, generowanego w panelach fotowoltaicznych, na prąd zmienny który wykorzystywany jest w sieci domowej do zasilania urządzeń, a jego nadwyżka wysyłana jest do sieci energetycznej. Krótką analizę cech inwertera, na które warto zwrócić uwagę, znajdziesz poniżej.

Prąd stały i prąd zmienny

Głównym zadaniem inwertera jest zamiana prądu stałego na prąd zmienny. Panele PV (Photo Voltaic) dzięki zjawisku fotoelektrycznemu (za którego wyjaśnienie już w 1921 roku nagrodę Nobla dostał sam Albert Einstein) przekształcają promieniowane słoneczne w darmowy i czysty prąd. Produkowany przez panele PV prąd to prąd stały. Przekazywany jest on za pośrednictwem kabli solarnych do rozdzielni prądu stałego, skąd następnie trafia do falownika. Falownik zamienia prąd stały z paneli fotowoltaicznych na prąd przemienny, który wykorzystywany jest w domowych instalacjach elektrycznych do wszystkich urządzeń.

Sprawność inwertera

Oprócz samego faktu zamiany prądu stałego na zmienny, ważne jest, z jaką sprawnością dany inwerter działa. Sprawność falownika η, jest to stosunek skutecznej elektrycznej mocy wyjściowej prądu zmiennego AC falownika do elektrycznej mocy wejściowej prądu stałego DC, oraz jego znormalizowana postać (sprawność euro-η znana też jako ważona sprawność europejska). Sprawność urządzenia fotowoltaicznego, w tym wypadku falownika, określana jest wzorem: η = moc wyjściowa PAC / moc wejściowa PDC Upraszczając sprawność to wartość określająca jaką część mocy prądu stałego z naszych paneli falownik zamieni na prąd zmienny płynący w naszych gniazdkach. Najlepsze falowniki w optymalnych warunkach charakteryzują się sprawnością na poziomie aż 98%.

Zdjecię trzech inwerterów zamocowanych na ścianie

Moc falownika a moc paneli PV

Moc paneli powinna być większa niż moc falownika z kilku powodów. Zacznijmy od tego, że falownik uzyskuje najlepszą sprawność działając z mocą powyżej 20% mocy nominalnej (ma to znaczenie szczególnie w okresie jesień/zima). W szerokości geograficznej Polski ilość słonecznych godzin to ok. 1600, z czego zaledwie 15% to godziny o pełnym nasłonecznieniu. Dodatkowo, przy natężeniu promieniowania równym 1000W/m² moduły PV nagrzewają się znacznie ponad temperaturę 25°C, a przez to ich moc znacznie się obniża: nawet o 15%-20% względem mocy nominalnej. A zatem moduły wytwarzają energię z mocą nominalną zaledwie przez kilkanaście, kilkadziesiąt godzin w roku, natomiast w pozostałych okresach osiągana przez nie moc jest znacznie niższa. A zatem falownik dobrany 1:1 do instalacji byłby permanentnie niedociążony. Ponadto moduły PV degradują się w czasie- w pierwszym roku jest to strata ok 2% później liniowo ok 0,7% rocznie. Falownik się nie degraduje. To oznacza, że nasza instalacja po 10 latach będzie miała moc nominalną o co najmniej 10% mniejszą. Zatem współczynnik mocy falownika do mocy modułów będzie malał w czasie. Statystycznie korzystniejsze jest optymalne wytwarzanie energii przez większą część roku, niż ograniczenia w przetwarzaniu energii w pojedyncze dni, a nawet godziny.

Układ śledzący MPPT

Moduły fotowoltaiczne nie mają ustalonego punktu mocy maksymalnej (MPP). Zmienia się on w zależności od warunków pogodowych, natężenia promieniowania i temperatury ogniw. Nowoczesne falowniki wyposażane są w układ MPPT (ang. Maximum Power Point Tracker). Zadaniem układu MPPT jest śledzenie maksymalnego punktu mocy modułów fotowoltaicznych i jak najszybsze dopasowywanie się do jego nowej wartości, co może zwiększyć ilość uzyskanej energii nawet o kilkanaście procent. Nowoczesne układy MPPT potrafią wyszukiwać punkt mocy maksymalnej w przypadku łańcucha modułów częściowo zacienionych, oferując większe uzyski energii. Bardziej zaawansowane falowniki wyposażane są w dwa urządzenia MPPT. Dzięki takiemu rozwiązaniu, do inwertera można podłączyć dwa łańcuchy o różnej liczbie połączonych modułów lub znajdujących się np. na przeciwległych połaciach dachu.

Monitorowanie pracy

Funkcja monitorowania pozwala zdalnie kontrolować pracę domowej elektrowni słonecznej. Monitoring jest niezbędny, aby uzyskać maksymalną wydajność systemu fotowoltaicznego oraz zarejestrować informacje o wszelkich sytuacjach nietypowych. Najprostszym sposobem monitorowania pracy falownika jest odczytywanie wartości na wbudowanym wyświetlaczu LCD. Bardziej zaawansowana rejestracja parametrów wejściowych i wyjściowych mocy, napięcia i prądu wymaga zastosowania układów zwanych Datamanager’ami. Gromadzą one informacje, które dzięki komunikacji przewodowej bądź za pośrednictwem sieci Wi-Fi mogą być wyświetlane i analizowane przez użytkownika w mobilnej aplikacji lub na stronie WWW. Dane można też archiwizować oraz generować na ich podstawie szczegółowe raporty. Możliwe jest również wykorzystanie dodatkowego układu, który mierzy zużycie energii przez odbiorniki zainstalowane w budynku i porównuje ja z profilem produkcji w instalacji fotowoltaicznej. Dzięki temu łatwo obliczyć stopień wykorzystania energii na własne potrzeby, a także korzyści finansowe wynikające z zainstalowania elektrowni słonecznej. Funkcje monitorowania ważne są również z punktu widzenia obsługi technicznej i serwisu.

Optymalizatory

Od czasu do czasu można spotkać się z ofertami na systemy fotowoltaiczne z tzw. optymalizatorami (ang. optimizers). Niestety utarło się przekonanie, że mogą one stanowić rozwiązanie wszelkich problemów na instalacji, głównie polegających na jej zacienieniu. Wbrew obiegowym opiniom, optymalizatory nie są jednak w stanie zakrzywić praw fizyki: zacieniona instalacja zawsze będzie wytwarzać mniej energii, niż równoważna – niezacieniona. Są jednak aplikacje, w których optymalizatory mogą wykazać swoje zalety, a przykładem mogą być skomplikowane konstrukcyjnie dachy, które składają się z kilkunastu małych, zorientowanych na różne strony świata połaci (np. baszta). Instalatorzy systemów PV coraz częściej będą napotykali na różne utrudnienia – wraz z upowszechnianiem się fotowoltaiki dachy o idealnym ustawieniu i bez zacienienia będą stopniowo zabudowywane. Dlatego pod uwagę będą brane dachy o różnych orientacjach lub częściowym zacienieniu, a takie instalacje muszą być poddawane krytycznej analizie.