Co to jest falownik?

Zadanie modułów fotowoltaicznych na dachu lub balkonie jest oczywiste: Dzięki efektowi fotoelektrycznemu światło słoneczne uwalnia elektrony z powierzchni ogniwa PV. Zaczynają one płynąć – w rezultacie następuje przekształcenie energii świetlnej bezpośrednio na elektryczną.

Ale co dalej? Dlaczego moduły fotowoltaiczne same w sobie nie wystarczą, aby korzystać z samodzielnie wytworzonej energii elektrycznej? Dlaczego systemy fotowoltaiczne potrzebują falowników i do czego służy to niepozorne urządzenie, które zwykle mieści się w piwnicy lub garażu?

Wyjaśnimy tutaj, dlaczego elektryczność nie zawsze jest elektrycznością i co to ma wspólnego ze światowej sławy australijskim zespołem rockowym.

AC/DC to nie tylko zespół

Prawie każdy z nas słyszał o zespole AC/DC. Wybór tej nazwy to coś więcej niż tylko ciąg liter. Oznacza dwa zasadniczo różne rodzaje energii elektrycznej o różnych właściwościach i obszarach zastosowania.

„AC” to skrót od „alternating current”, co w języku polskim oznacza „prąd przemienny”. Regularnie zmienia on kierunek przepływu, a jego napięcie ulega wahaniom. Jego największą zaletą jest nieskomplikowany przesył na duże odległości. Właśnie dlatego elektrownie i podstacje pracują z prądem przemiennym. Mocne urządzenia AGD, takie jak piekarnik i lodówka, również wykorzystują prąd przemienny.

Akumulatory i baterie działają z prądem stałym, dlatego są używane w wielu urządzeniach cyfrowych, takich jak smartfony i laptopy. Aby naładować akumulatory, ładowarka musi najpierw przekształcić prąd przemienny z gniazda na prąd stały.

Za skrótem „DC” kryje się określenie „direct current”, czyli prąd stały. Płynie w sposób ciągły w jednym kierunku. „Gdy promienie słoneczne padają na moduły instalacji PV, ogniwa fotowoltaiczne zmieniają energię świetlną w energię elektryczną. Ta nie zmienia swojego kierunku. Jest to zatem prąd stały”, wyjaśnia Michael Raunigg, ekspert ds. energii ze słońca we Fronius International.

Serce i mózg każdej instalacji PV

W tym miejscu do akcji wkracza falownik. „Przekształca on prąd stały generowany przez moduły fotowoltaiczne na prąd przemienny. Dzięki temu energia ze słońca staje się użyteczna. Urządzenia elektryczne, takie jak telewizor lub zmywarka, mogą używać energii ze słońca”, kontynuuje Michael Raunigg. To, co zostaje, falownik może przekazywać do sieci publicznej lub ładować do magazynu akumulatorowego.

Konwersja prądu stałego na prąd przemienny jest głównym zadaniem falownika, ale zdecydowanie nie jedynym. Realizuje on również między innymi następujące zadania:

• Optymalizacja uzysku: W falowniku znajduje się kilka modułów MPPT. Ten skrót oznacza „Maximum Power Point Tracker” – tracker punktu mocy maksymalnej. Określają one punkt na krzywej mocy łańcucha modułów fotowoltaicznych, w którym połączenie napięcia i natężenia prądu osiąga maksymalną moc.

• Wizualizacja: Aplikacje monitorujące, np. Fronius Solar.web, podsumowują wszystkie dane systemowe, takie jak wytwarzanie i zużycie energii, poziom naładowania akumulatorów i energia wprowadzona do sieci. W przypadku inteligentnych falowników taka aplikacja umożliwia konfigurowanie ustawień. Warunkiem jest tak zwany inteligentny licznik Smart Meter, dwukierunkowy licznik energii elektrycznej, który przekazuje ważne dane do falownika.

• Optymalizacja zużycia własnego: Interfejsy falownika umożliwiają integrację innych urządzeń, takich jak magazyn energii, stacje ładowania akumulatorów pojazdów elektrycznych i generatory ciepła (pompy ciepła, kotły itd.) z instalacją PV. W ten sposób właściciele elektrowni mogą zoptymalizować zużycie energii na potrzeby własne i jeszcze lepiej wykorzystać energię ze słońca.

Dotychczas wszystko jest jasne. Podsumowaliśmy podstawowe funkcje falownika. Ale który jest odpowiednim wyborem?

Od mikrofalowników do falowników hybrydowych – który jest dla mnie odpowiedni?

Uważni czytelnicy dostrzegą, że nie rzuciliśmy jeszcze światła na wszystkie aspekty falowników w instalacji PV. Dlatego po przedstawieniu podstawowych informacji chcemy zagłębić się w sprawę i skupić się na najnowszych zagadnieniach, takich jak zasilanie rezerwowe, falowniki hybrydowe i elektrownie balkonowe. Ponadto opowiemy, czym jest falownik 1-fazowy i 3-fazowy oraz, który falownik jest idealnym wyborem do konkretnej instalacji.

1) Falowniki hybrydowe

Terminy „zasilanie rezerwowe”, „pełne zasilanie rezerwowe (Full Backup)” i „falownik hybrydowy” są ze sobą ściśle powiązane. Michael Raunigg wyjaśnia: „Tak zwany falownik hybrydowy umożliwia pracę w trybie pełnego zasilania rezerwowego (Full Backup). W przypadku awarii zasilania podtrzymuje on sieć elektryczną gospodarstwa domowego. Na przykład po wyłączeniu sieci z powodu konserwacji lub uszkodzenia przez burzę”.

Podczas gdy niektóre urządzenia bez funkcji hybrydowej mogą w razie awarii zasilać pojedyncze zabezpieczone gniazda lub obwody prądowe, falowniki hybrydowe są jedynymi urządzeniami, które mogą komunikować się z magazynem akumulatorowym oraz go ładować i rozładowywać. Przełączanie komponentów, które odłączają instalację PV od sieci publicznej, jest wymagane zarówno do automatycznej, jak i ręcznej aktywacji trybu pełnego zasilania rezerwowego. Przykładami tego są Fronius Backup Switch oraz Backup Controller. Tylko połączenie falownika hybrydowego, magazynu akumulatorowego i komponentu przełączającego pozwala na niezawodne zasilanie całego gospodarstwa domowego w dłuższym okresie, od kilku godzin do kilku dni. Niezawodność zasilania zależy od kilku czynników:

• promieniowania słonecznego,
• zużycia energii,
• zwymiarowania instalacji PV,
• zwymiarowania magazynu akumulatorowego.

2) Falowniki łańcuchowe

Falowniki łańcuchowe łączą energię z kilku modułów fotowoltaicznych połączonych szeregowo. Na jeden falownik przypada kilka takich łańcuchów. Poszczególne trackery MPP umożliwiają realizację złożonych projektów systemów, np. o różnej orientacji. Falowniki hybrydowe mogą być również oparte na technologii falowników łańcuchowych. I odwrotnie, nie każdy falownik łańcuchowy ma funkcję hybrydową.

3) Mikrofalowniki

Przejdźmy do najmniejszych z nich – mikrofalowników. Znajdują one zastosowanie w małych instalacjach PV do maksymalnej mocy wyjściowej 800 W, np. w elektrowniach balkonowych. Wykonują one te same podstawowe zadania, co każdy falownik, ale zazwyczaj są mniejsze. Elektrownie balkonowe są czasami dostępne jako kompletne zestawy, ale moduły fotowoltaiczne i pasujące do nich falowniki często można kupić osobno.

4) Falowniki projektowe

Po drugiej stronie zakresu usług znajdują się falowniki projektowe, o których wspominamy dla uzupełnienia informacji. Zapewniają one wystarczającą moc dla komercyjnych instalacji PV, takich jak parki ładowania elektrycznego w centrach handlowych lub dla przemysłowych hal produkcyjnych i dużych gospodarstw rolnych.

Falownik 1-fazowy lub 3-fazowy: którego potrzebuję?

Przejdźmy do ostatniego, ale nie mniej ważnego punktu artykułu poświęconego falownikom: 1 lub 3 fazy. Za skomplikowaną terminologią nie kryje się nic innego, jak liczba kabli w sieci zasilającej. W 1-fazowych sieciach zasilających oprócz przewodu neutralnego i ochronnego występuje tzw. faza – jest to nazwa przewodu przenoszącego prąd. Sieci trójfazowe mają zatem nie tylko jeden taki przewód, ale trzy. Oznacza to, że mogą zapewnić do trzech razy wyższą wydajność niż ich 1-fazowy odpowiednik. Sieci 3-fazowe są zatem mocniejsze przy tym samym natężeniu prądu.

To samo dotyczy falowników 1- i 3-fazowych: „We Fronius rozróżniamy jednofazowe Primo i trójfazowe Symo. Urządzenia współpracujące z trzema przewodami przewodzącymi prąd mogą dostarczać nawet trzykrotnie więcej prądu przemiennego do gospodarstwa domowego lub sieci publicznej niż falowniki jednofazowe. Jest to szczególnie ważne, jeśli jednocześnie działa kilka energochłonnych urządzeń lub odbiorników 3-fazowych, takich jak pompy ciepła, stacje ładowania samochodów elektrycznych lub duże maszyny”, Michael Raunigg podsumowuje najważniejsze różnice.

Dlaczego w ogóle istnieją falowniki 1-fazowe?

To uzasadnione pytanie. Dlaczego ktoś miałby wybierać urządzenia jednofazowe, skoro trzy fazy zapewniają znacznie większą moc? Tutaj w grę wchodzą różnice regionalne. Nie wszędzie domowa lub publiczna sieć zasilająca jest wystarczająco rozbudowana, aby w pełni wykorzystać moc zapewnianą przez falownik trójfazowy.

W Europie dominują 3-fazowe sieci zasilające – nie tylko dla przemysłu, ale także dla gospodarstw domowych. Kontynenty takie jak Ameryka Północna opierają się natomiast na sieciach jednofazowych.

Czy to zrozumiałe?

Cóż, czy falownikowa dżungla stała się nieco bardziej przejrzysta? Mamy nadzieję, że udało nam się odpowiedzieć na najbardziej palące pytania dotyczące serca i mózgu każdej instalacji PV.

Nadal nie wiesz, jaka klasa wydajności jest odpowiednia dla Twojego gospodarstwa domowego? Na to pytanie odpowie ten wpis na blogu: Ile kWp potrzebuję?

Zapraszamy również do kontaktu z jednym z naszych instalatorów partnerskich Fronius. Z przyjemnością doradzą i skonfigurują oni instalację PV dostosowaną do Twoich potrzeb. Dowiedz się więcej tutaj.

Na naszym kanale YouTube informujemy o naszych produktach i rozwiązaniach w licznych webinariach i filmach instruktażowych, a także podpowiadamy, jak najlepiej wykorzystać instalację PV.

Nie ma tu odpowiedzi na Twoje pytanie? Powiedz nam o tym i prześlij swoją prośbę za pośrednictwem formularza pomocy, który znajduje się tutaj.