Fotowoltaika to nie tylko moduły. Sercem instalacji PV jest falownik fotowoltaiczny. Pozwala wykorzystać energię produkowaną przez moduły do zasilania sprzętów elektrycznych. Sprawdź, co to jest falownik i jak jest zbudowany. Poznaj zasadę działania przemiennika częstotliwości.
Co to jest falownik fotowoltaiczny?
Falownik (inwerter) to jeden z najważniejszych elementów instalacji fotowoltaicznej. Przekształca wytworzony przez moduły fotowoltaiczne prąd stały (DC) na prąd przemienny (AC) o parametrach zgodnych z wymogami sieci niskiego napięcia (230/400 V 50 Hz), który trafia do gniazdek. Panele PV zamieniają jedynie promieniowanie słoneczne na prąd o stałym napięciu. Natomiast falownik fotowoltaiczny dostosowuje moc i częstotliwość energii do odpowiedniego poziomu w sieci elektroenergetycznej.
Budowa falownika fotowoltaicznego
Falownik fotowoltaiczny to urządzenie zbudowane z kilku elementów. Podstawowe to:
- Układ tranzystorowy, zwany również mostkiem kluczy półprzewodnikowych - odpowiada za zmianę prądu stałego na prąd przemienny o określonym napięciu i częstotliwości.
- Układ wejściowy
- układ śledzenia punktu mocy maksymalnej MPPT (Maximum Power Point Tracking), który zmienia się w zależności od nasłonecznienia i temperatury pracy ogniw. Falownik dostosowuje się do nowych wartości prądu stałego i przetwarza większą ilość energii (nawet o 20% w porównaniu do inwerterów starszego typu)
- bezpieczniki, ograniczniki przepięć, rozłączniki, kondensatory i przekształtniki podwyższające napięcie DC.
- Układ wyjściowy - odpowiada za dostarczenie prądu o odpowiedniej jakości i stabilności oraz parametrach napięcia i częstotliwości
- dławiki - filtry przeciwzakłóceniowe, które zapobiegają nagłym zmianom natężenia i ograniczania ilości prądu przemiennego, bez straty mocy. Zabezpiecza to przewody i urządzenia elektryczne
- kondensatory, rozłączniki, bezpieczniki i ograniczniki przepięć
Falowniki - zasada działania i funkcje
Z technicznego punktu widzenia działanie falownika w dużym uproszczeniu polega na tym, że przed układ wejścia prąd stały przechodzi do układu tranzystorowego. Tam przekształcany jest na prąd o napięciu przemiennym i odpowiedniej częstotliwości, dostosowanej do parametrów sieci niskiego napięcia. Następnie poprzez układ wyjścia kierowany jest do domowej instalacji lub sieci energetycznej.
W praktyce falownik fotowoltaiczny pełni wiele ważnych funkcji, zapewniając prawidłową, bezpieczną i wydajną pracę całego systemu PV. Synchronizuje instalację z siecią elektroenergetyczną. Kontroluje parametry pracy fotowoltaiki. W przypadku wykrycia nieprawidłowości lub awarii automatycznie odłącza system od sieci. Falownik odpowiada również za optymalizowanie pracy fotowoltaiki (układ śledzenia MPPT). Gromadzi też ważne dane eksploatacyjne na temat produkcji.
Falownik fotowoltaiczny pracuje w czasie rzeczywistym. Wytwarzany przez moduły prąd jest natychmiast konwertowany w prąd przystosowany do zasilania wszelkich urządzeń. W przypadku nadwyżki, energia elektryczna przekazywana jest zaś do sieci energetycznej lub akumulatorów.
Rodzaje falowników fotowoltaicznych
Na rynku występuje wiele rodzajów falowników fotowoltaicznych, które można podzielić ze względu na kilka kryteriów.
Podział inwerterów ze względu na rodzaj instalacji i ilość faz:
- falowniki jednofazowe – wykorzystywane w małych instalacjach PV o mocy do 3,68 kW
- falowniki trójfazowe – stosowane w systemach fotowoltaicznych, których moc przekracza 3,68 kW, rozkładają energię równocześnie na wszystkie 3 fazy.
Podział falowników ze względu na wielkość i sposób podłączenia:
- mikrofalowniki – montowane są bezpośrednio pod modułem (maksymalnie obsługują kilka), dzięki temu panele pracują niezależnie od pozostałych, zaś instalację można łatwo rozbudować
- falowniki stringowe – najczęściej stosowane w domach, obsługują jeden lub kilka stringów (szeregów) modułów jednocześnie
- falowniki centralne – przeznaczone do obsługi dużych instalacji, farm fotowoltaicznych.
Podział falowników z uwagi na budowę:
- falowniki transformatorowe – posiadają transformator niskiej częstotliwości LF lub wysokiej częstotliwości HF
- falowniki beztransformatorowe – wyposażone są w zabezpieczenia i podzespoły pomiarowe.
Kolejnym kryterium jest podział falowników ze względu na współpracę z siecią energetyczną:
- falowniki off-grid (wyspowe) – przystosowane do pracy z akumulatorami
- falowniki on-grid (sieciowe) – współpracują z siecią energetyczną
- falowniki hybrydowe – współpracują z siecią energetyczną oraz akumulatorami.
Falownik jest kluczowy dla poprawnej, bezpiecznej i skutecznej pracy całego systemu PV. Dlatego należy wybierać tylko inwertery renomowanych producentów. Dystrybutorem wysokiej klasy falowników jest firma Manitu Solar.
