Falownik (z ang. Inwerter) to urządzenie przekształcające prąd stały z modułów fotowoltaicznych na prąd przemienny o parametrach zgodnych z parametrami prądu w sieci energetycznej niskiego napięcia (230/400V; 50 Hz). Dodatkowo falownik pełni też funkcje kontrolne oraz prowadzi statystyki produkcji energii.
Podział falowników ze względu na izolację
W tej grupie możemy wyróżnić falowniki transformatorowe i beztransformatorowe.
Falowniki transformatorowe umożliwiają separację (izolację galwaniczną) strony DC (czyli naszych modułów PV) od strony AC (czyli sieci elektroenergetycznej).
W obrębie tej grupy można podzielić je z kolei na dwa typy: LF oraz HF. Różnią się one między sobą umiejscowieniem transformatora oraz częstotliwością pracy. W typie LF transformator znajduje się na wyjściu falownika, a częstotliwość jego pracy wynosi 50 Hz. Cechuje go prostota budowy, niska awaryjność i niestety niska sprawność. Z kolei w typie HF transformator znajduje się na wejściu, zaś częstotliwość jego pracy to 20-24 kHz. Cechuje go dwustopniowa, bardziej skomplikowana budowa niż w przypadku typu LF, zdecydowanie wyższa sprawność oraz niższa waga w porównaniu z typem LF. Z tych dwóch typów, pod kątem efektywności pracy, bardziej korzystne jest zastosowanie złożonego transformatora HF.
Jednak to falowniki beztransformatorowe zdominowały obecnie rynek instalacji fotowoltaicznych. Zalety tych urządzeń to przede wszystkim ich wyraźnie mniejsza waga, wysoka sprawność w szerokim zakresie obciążenia, szeroki zakres napięciowy pracy oraz zazwyczaj niższa cena w stosunku do wersji transformatorowej. Ze względu na brak izolacji galwanicznej należy je wyposażyć w skomplikowaną aparaturę pomiarową i stosowne zabezpieczenia.
Podział falowników ze względu na współpracę z siecią
Podział falowników wg tego kryterium uzależniony jest do tego czy instalacja PV będzie podłączona do sieci, czy będzie to instalacja działająca w systemie wyspowym, poza siecią – stąd w obrębie tej grupy wyróżniamy dwa typy falowników: sieciowy i wyspowy.
Falownik wyspowy (z lewej) i sieciowy (z prawej)
Falownik sieciowy ma możliwość oddawania energii do sieci publicznej, ponieważ synchronizuje się z tą siecią. Zazwyczaj nie ma możliwości ładowania akumulatorów czy pracy w trybie przetwornicy DC/AC.
Falownik wyspowy nie ma możliwości oddawania energii do sieci publicznej i nie synchronizuje się z siecią publiczną. Zazwyczaj ma możliwość ładowania akumulatorów w przypadku nadwyżek energii oraz pracy w trybie w trybie przetwornicy.
Dodatkowo na rynku istnieją rozwiązania hybrydowe – mogą pracować w obu trybach, zarówno sieciowym, jak i wyspowym, gdzie akumulatory wykorzystywane są jako bufor energii.
Podział falowników ze względu na wielkość
Biorąc pod uwagę wielkość falowników oraz sposób konfiguracji podłączonych do nich modułów, urządzenia te możemy podzielić na trzy grupy urządzeń.
Rodzaje falowników ze względu na wielkość od lewej: mikrofalownik Aurora Micro firmy Power-One, falownik szeregowy Aurora TRIO-20.0-TL firmy Power-One, falownik centralny Aurora Ultra firmy Power-One
Najprostsza z nich to mikrofalowniki, które współpracują z jednym modułem fotowoltaicznym.
Kolejna to falowniki szeregowe (inwertery stringowe), które w przypadku małej instalacji fotowoltaicznej obsługują wszystkie moduły, zaś gdy mamy do czynienia z większymi instalacjami – obsługują tylko ich część.
Ostatnią grupą są falowniki centralne – są to falowniki bardzo dużych mocy, które przystosowane są do pracy na farmach fotowoltaicznych dużej mocy (setek kilowatów, a nawet megawatów).
Na co zwrócić uwagę przy wyborze falownika?
Zakresy napięć
Wybierając falownik warto zwrócić uwagę na zakres napięcia pracy. Im szerszy jest zakres, tym łatwiej dobrać moduły i skonfigurować instalację.
Dodatkowo, im niższe jest napięcie startowe, tym wcześniej, każdego ranka zacznie pracować instalacja. Warto zwrócić uwagę, by napięcie startowe było wyższe niż napięcie minimalne – wtedy falownik będzie rzadziej się rozłączał i załączał, co wpłynie na jego żywotność.
Co więcej, im wyższy jest dopuszczalny prąd wejściowy po stronie prądu stałego (od modułów fotowoltaicznych), tym łatwiej i elastyczniej projektować instalację i dobierać moduły.
Ilość wejść MPPt
Im więcej wejść MPP, tym łatwiej konfigurować instalację na dachach o różnych kierunkach i kątach nachylenia. Łatwiej też optymalnie wykorzystać dostępną powierzchnię na dachu bez względu na zacienienie.
Hałas
Podczas wyboru falownika warto zwrócić uwagę przede wszystkim na emisje hałasu – warto wiedzieć, że niektóre falowniki to urządzenia generujące różnego rodzaju mniej lub bardziej natrętne dźwięki, a ma to szczególne znaczenie przy ich montażu na elewacjach budynku lub wewnątrz budynku, w pomieszczeniach często uczęszczanych.
Stopień ochrony IP
IP to stopień ochrony zapewnianej przez obudowę urządzenia elektrycznego przed dostępem do newralgicznych części wewnątrz obudowy, wnikaniem obcych ciał stałych, szkodliwymi skutkami wnikania wody. Wysoka klasa ochrony daje możliwość montownia falownika na zewnątrz, nawet dla trudnych warunków atmosferycznych (wilgoć, mróz, kurz, pył, duże różnice temperatur). Powszechnym minimalnym stopniem ochrony jest IP 65. Będąca na pierwszym miejscu cyfra 6 oznacza pełną ochronę przed pyłem, zaś cyfra 5 oznacza ochronę przed silną strugą wody (100 l/min) laną na obudowę z dowolnej strony. Parametr wymagany jedynie przy montażu na zewnątrz.
Dobre chłodzenie
Jeśli falownik będzie pracował w trudnych warunkach atmosferycznych warto wybrać taki z dobrym chłodzeniem podzespołów, bo jest to gwarancja na długą i bezawaryjną pracę. Dla falowników niskiej mocy zalecane jest chłodzenie naturalne (konwekcyjne). Chłodzenie za pomocą wentylatorów generuje więcej hałasu. Falowniki wyposażone w wentylatory chłodzące muszą być również częściej serwisowane, co może być dość kłopotliwe.
Konsumpcja energii w trybie nocnym
W czasie nocy, kiedy instalacja nie pracuje, falownik cały czas czuwa. Czuwając konsumuje energię. Im niższa jest konsumpcja energii do podtrzymania jego funkcji, tym niższe opłaty za zakupioną z sieci energię.
Jakość energii wprowadzanej do sieci
Jakość energii wprowadzonej do sieci regulują normy: PN-EN 61000-3-2:2014-10, PN-EN 61000-3-3:2013-10, PN-EN 61000-3-12:2012 oraz PN-EN 61000-3-11:2004. Operatorzy Systemów Dystrybucyjnych, czyli zakłady energetyczne odpowiadające za sieć energetyczną stawiają instalacjom fotowoltaicznym przyłączanym do sieci szczegółowe wymagania co do jakości energii elektrycznej. Dzięki temu, wszystkie falowniki dopuszczone do sprzedaży wprowadzają energię o parametrach zgodnych z parametrami sieci publicznej. Jakość energii wprowadzonej do sieci bardzo rygorystycznie regulują normy.
Energia wyprowadzana z falownika nie zagraża bezpieczeństwu urządzeń pracujących w budynku. Każdy z operatorów działających w naszym kraju szczegółowo definiuje wymagania jakie stawia przyłączanym instalacją PV.
Normy definiują nie tylko jakość energii wytwarzanej przez instalacje PV ale także opisują zabezpieczenia jakie musi posiadać każdy z przyłączonych falowników. Mimo iż każdy z zakładów energetycznych stawia instalacjom nieco odmienne warunki wykorzystanie instalacji PV jest w pełni bezpieczne dla użytkowników i sieci energetycznej.
(Informacje pochodzą od firmy SOLGEN.PL)
