Falownik, zwany również inwerterem, jest niezbędnym elementem każdej instalacji fotowoltaicznej. Bez niego nie byłaby możliwa zamiana wytwarzanego przez panele słoneczne prądu stałego (DC) na wykorzystywany przez urządzenia elektryczne prąd zmienny (AC). Jego dodatkowe funkcje to również: kontrola i monitoring kluczowych parametrów pracy sieci, takich jak częstotliwość i napięcie, jak również optymalizacja pracy całej instalacji fotowoltaicznej z wykorzystaniem układu śledzenia punktu mocy maksymalnej modułów fotowoltaicznych (MPPT).
Praktyka pokazuje, że falownik fotowoltaiczny to element instalacji, który z największym prawdopodobieństwem może ulec awarii. Dlatego też bardzo ważne jest, aby jego specyfikacja była precyzyjnie dopasowana do charakterystyki konkretnej instalacji fotowoltaicznej.
Falownik fotowoltaiczny – budowa i podział
Kluczowymi elementami każdego falownika (inwertera), umożliwiającymi mu przekształcenie napięcia i prądu stałego (DC) na napięcie i prąd zmienny (AC) o parametrach zgodnych z parametrami publicznej sieci niskiego napięcia (230V/400V, 50 Hz) są:
- przekształtnik DC/DC ze sterownikiem punktu mocy maksymalnej MPPT (ang. Maximum Power Point Tracker) – dopasowujący wartość napięcia wejściowego do napięcia wyjściowego,
- przekształtnik DC/AC (falownik główny) – konwertujący napięcie stałe o określonej wartości na napięcie zmienne o parametrach analogicznych do występujących w lokalnej sieci energetycznej (230V, 50 Hz),
- filtr wygładzający LC - ograniczający zawartość wyższych harmonicznych związanych z odkształceniem krzywej prądu do poziomu określonego przez normy.
Ze względu na rodzaj instalacji fotowoltaicznej, której częścią jest falownik możemy wyróżnić:
- falowniki wyspowe – nie podłączone do sieci lokalnej, umożliwiające natomiast ładowanie akumulatorów magazynujących wytwarzany przez instalację prąd,
- falowniki sieciowe – z możliwością przesyłania wytworzonej energii elektrycznej do lokalnej sieciowe, jednak bez funkcji ładowania akumulatorów.
Inne kryteria podziału falowników to m.in. transformatorowe (z transformatorem oddzielającym galwanicznie stronę AC i DC) lub beztransformatorowe oraz jednofazowe (do małych instalacji o mocy nie przekraczającej kilku kW) i wielofazowe (do pozostałych instalacji).
Jak dobrać falownik fotowoltaiczny?
Źle dobrany inwerter może skutecznie zniweczyć efektywność całej instalacji fotowoltaicznej, nawet jeśli wykorzystuje ona wysokiej klasy panele słoneczne. Kluczowym parametrem doboru falownika powinna być moc po stronie prądu stałego.
Producenci paneli zalecają zazwyczaj, aby ich moc oscylowała w przedziale 80-120 % mocy falownika. Praktyka pokazuje jednak, że największą wydajnością cechują się instalacje o mocy paneli nieco przewymiarowanej względem mocy inwertera (105-120%). Będzie to przykładowo zestaw paneli o mocy 6 kW w połączeniu z falownikiem o mocy 5 kW przypadku instalacji zorientowanych na południe. Dla instalacji o orientacji wschód-zachód przewymiarowanie może być jeszcze większe, sięgając nawet 160%. Ostateczną decyzję o doborze określonego falownika powinien oczywiście podjąć projektant instalacji fotowoltaicznej, po przeprowadzeniu precyzyjnych obliczeń.
Falownik fotowoltaiczny – odczyt i rejestracja danych
Podczas swojej pracy falownik fotowoltaiczny wytwarza duże ilości danych eksploatacyjnych na temat pracy całej instalacji. Są to przede wszystkim informacje o poziomie natężenia prądu, napięciu AC i DC oraz pojawiających się błędach po stronie sieci energetycznej. Można też sprawdzić, ile kilowatogodzin energii z modułów fotowoltaicznych przetworzyły. Problem polega na tym, że nie do końca wiemy co się dokładnie z tą energią dzieje, w jaki konkretnie sposób jest wykorzystywana.
Rozwiązaniem jest instalacja dodatkowych modułów pomiarowych w postaci inteligentnych liczników energii oraz rejestratorów danych. Dzięki niemu jesteśmy w stanie stwierdzić, ile wyprodukowanej energii zostaje w domu, a ile musimy dokupić lub oddać do sieci. Dodatkowe moduły zdecydowanie usprawnią proces optymalizacji działania i kontroli efektywności instalacji solarnej. Analiza zgromadzonych danych pozwoli np. zorientować kiedy realnie zużywamy najwięcej energii i czy niektóre czynności (np. grzanie ciepłej wody użytkowej) nie mogą zostać wykonane w czasie, gdy energia w instalacji fotowoltaicznej jest produkowana.
Przykładem tego typu rozwiązań są dedykowane fotowoltaice urządzenia rejestrujące i pomiarowe firmy Lovato Electric.