Inwerter do paneli słonecznych: rodzaje urządzeń, przegląd modeli, specyfika podłączenia

Systemy helioenergetyczne na całym świecie rozwijają się w ogromnym tempie. Międzynarodowa Agencja Energii w swoim corocznym raporcie zauważyła, że w 2016 roku liczba uruchomionych elektrowni słonecznych po raz pierwszy przekroczyła liczbę elektrowni węglowych.

Sercem systemu energetyki słonecznej jest falownik solarny, którego zadaniem jest przekształcanie prądu stałego w prąd zmienny. Opowiemy, jak wybrać optymalne urządzenie i jak prawidłowo je zainstalować. Dzięki naszym zaleceniom będą Państwo mogli zmontować doskonale działającą mini elektrownię.

Rodzaje falowników do paneli słonecznych

Bez falownika energia wytwarzana przez system helioenergetyczny będzie całkowicie bezużyteczna do celów domowych. Istnieją 3 rodzaje falowników w zależności od typu zastosowania:

• autonomiczne;
• sieciowe;
• wielofunkcyjne.

Falowniki pierwszego typu są oznaczone jako «off grid». Są podłączone do modułu słonecznego, stanowią część niezależnego systemu fotowoltaicznego i nie stykają się w żaden sposób z zewnętrzną siecią elektryczną. Ich moc waha się w granicach 100 – 8000 W.

Falowniki synchroniczne lub sieciowe działają synchronicznie z scentralizowanym systemem zasilania. Przekształtniki oznaczone jako «on grid» nie tylko pełnią funkcję przekształtnika, ale również korygują takie parametry sieci, jak wahania amplitudy, wskaźniki częstotliwości i inne.

Jeśli w sieci zewnętrznej występują awarie, inwerter automatycznie się wyłącza. Takie inwertery gromadzą energię elektryczną w akumulatorach.

Jeśli łączna moc urządzeń używanych w domu jest mniejsza niż potencjalne możliwości elektrowni słonecznej, nadwyżki wyprodukowanej energii trafiają do zewnętrznych sieci elektrycznych. Jeśli natomiast mocy jest niewystarczająco do normalnej pracy urządzeń domowych, następuje zasilanie z zewnątrz.

Parametry inwertera od strony napięcia zmiennego określa się na podstawie całkowitej mocy pobieranej przez wszystkie urządzenia podłączone do sieci elektrycznej odbiorcy. Od strony prądu stałego inwerter dobiera się na podstawie mocy znamionowej paneli słonecznych.

W przypadku braku napięcia zasilanie jest podawane z naładowanego akumulatora. Jeśli w systemie nie są uwzględnione akumulatory, energia wyprodukowana przez elektrownię słoneczną trafia do wspólnej sieci.

Sieciowe inwertery fotowoltaiczne z dużą efektywnością wykorzystują energię uzyskiwaną z paneli słonecznych. Są gwarancją stabilności zasilania elektrycznego i charakteryzują się wysoką sprawnością przekraczającą 90%.

Hybrydowy lub wielofunkcyjny inwerter to niezawodne urządzenie. Łączy on cechy dwóch pierwszych przekształtników i posiada wiele ustawień. Jest najlepszym rozwiązaniem do domowej elektrowni słonecznej, ale także najdroższym.

Wszystkie istniejące inwertery słoneczne dzieli się na typy również ze względu na napięcie wyjściowe. W zależności od tego parametru mogą być sinusoidalne lub prostokątne. Ponieważ wartość napięcia wyjściowego pierwszego typu jest prawie taka sama jak w sieci zasilającej, jest to dobry wybór, gdy w domu znajduje się sprzęt o wysokiej czułości.

Stała wartość napięcia jest gwarancją bezpieczeństwa dla domowego sprzętu elektrotechnicznego. Graficznie kształt sygnału wyjściowego takiego inwertera sinusoidalnego przedstawiany jest jako czysta sinusoida.

Przy pracy urządzeń najlepszą formą fali prostokątnej jest idealna sinusoida. Jest to szczególnie ważne dla sprzętu telekomunikacyjnego, medycznego, precyzyjnych przyrządów pomiarowych, dlatego mimo wysokiej ceny złożonych inwerterów, w tym przypadku nie ma innych opcji. Producenci podają informacje o kształcie sygnału wyjściowego w specyfikacjach urządzenia.

Inwertery prostokątne lub niesinusoidalne, w przeciwieństwie do sinusoidalnych, mają geometrię sygnału wyjściowego w postaci impulsów prostokątnych – tzw. zmodyfikowaną sinusoidę. Inwertery tego typu nie mogą być używane do niektórych rodzajów obciążeń, ale w przypadku urządzeń wykorzystujących składową czynną mocy są odpowiednie.

Kryteria wyboru falownika

Przy wyborze takiego elementu systemu solarnego jak inwerter ważna jest nie tylko geometria sygnału wyjściowego, ale także jego moc. Specjaliści radzą wyposażać panele słoneczne w inwertery, których moc znamionowa jest o 25–30% wyższa od całkowitej mocy urządzeń znajdujących się w domu.

Należy również uwzględnić obciążenie powstające przy jednoczesnym włączeniu kilku urządzeń o dużym rozruchu.

Kolejnym kryterium wyboru inwertera jest jego sprawność, która określa straty energii na procesy towarzyszące. W zależności od modelu przyjmuje różne wartości w zakresie 85–95%. Optymalnym wyborem jest sprawność nie niższa niż 90%.

Inwertery mogą być jednofazowe lub trójfazowe. Pierwsze charakteryzują się niższym kosztem, ale ich wybór jest uzasadniony, gdy pobór mocy jest mniejszy niż 10 kW. Napięcie wynosi 220 V, a częstotliwość 50 Hz. Inwertery trójfazowe mają szerszy zakres napięć: 315, 400, 690 V.

Producenci wysokiej jakości sprzętu wyposażają swoje produkty w transformatory wyjściowe. Istnieje zależność między masą inwertera a jego parametrami technicznymi – jeśli na każdy kg jego masy przypada 100 W mocy, oznacza to, że transformator jest włączony do jego obwodu.

Różna może być także liczba inwerterów w systemie. W tej kwestii należy kierować się następującymi zaleceniami: jeśli moc baterii słonecznych nie przekracza 5 kW, to dla takiego systemu wystarczy jeden inwerter. Dla baterii o większej mocy może być potrzebne 2 lub więcej inwerterów. Optymalnie, gdy jeden inwerter przypada na każde 5 kW.

Do pracy w sieci łączącej wykorzystanie standardowej energii elektrycznej oraz energii dostarczanej przez baterie słoneczne stosuje się inwertery hybrydowe. Z cechami budowy i zasadami ich wyboru zapozna zalecany przez nas artykuł.

Przetwornice mogą różnić się między sobą schematami, geometrią sygnału wyjściowego oraz innymi parametrami określającymi. Niektóre przetwornice są wyposażone w urządzenia ładujące. Jeśli jeden z inwerterów ulegnie awarii, system nie przerwie swojej pracy.

Cechy podłączenia falownika

Od prawidłowego podłączenia inwertera słonecznego zależy efektywność pracy całego systemu solarnego. Najważniejsze jest przestrzeganie zasady: kabel przesyłający prąd stały powinien mieć minimalną dopuszczalną długość i maksymalny przekrój.

Jeśli odbiornik znajduje się daleko od ogniw słonecznych, należy wydłużyć przez dołożenie przewód elektryczny transportujący prąd zmienny 220 V. Długość przewodu między inwerterem a panelem słonecznym powinna wynosić maksymalnie 3 m i nie więcej.

Najlepszym rozwiązaniem jest, gdy inwerter znajduje się w pobliżu baterii słonecznej. Szczególnie rygorystyczne warunki należy spełniać przy podłączaniu inwerterów o mocy przekraczającej 0,5 kW.

Połączenie przewodów musi być solidne, ponieważ niedostatecznie mocne połączenie powoduje iskrzenie, co może stać się źródłem pożaru. Przy montażu inwertera autonomicznego w celu zapewnienia nieprzerwanego zasilania obiektu, obwód prądu stałego powinien być wyposażony w wyłączniki automatyczne.

Najlepszym rozwiązaniem przy podłączaniu inwertera jest zastosowanie okablowania typu hybrydowego zarówno dla prądu stałego, jak i zmiennego. U podstaw zasady leży szczególna kolejność włączania przetwornicy. Włącza ją kontroler do baterii słonecznych po naładowaniu akumulatorów.

Takie rozwiązanie zwiększa jakość pracy urządzenia. W regionach, gdzie często wyłączają prąd, lub w domach położonych w obszarach, gdzie przeważa pochmurna pogoda, ta opcja działa bardzo skutecznie.

Przegląd modeli falowników

Przetwornice do paneli słonecznych produkuje wielu producentów, zarówno krajowych, jak i zagranicznych. Całe wyposażenie ma różne parametry, poziomy jakości, własny zestaw funkcji i możliwości techniczne.

Falowniki od krajowego producenta

Szeroki asortyment tych urządzeń o mocy 800–1200 W produkuje rosyjski producent MAP «Energia».

Firma produkuje kilka linii inwerterów:

1. Inwertery sinusoidalne z przebiegiem w postaci czystej sinusoidy — MAP SIN.
2. Przetworniki sinusoidalne z funkcją pobierania dodatkowej ilości energii z akumulatorów — MAP HYBRID.
3. Trójfazowe inwertery — MAP HYBRID 3 fazy.

Inwertery produkowane przez tę firmę mogą ładować akumulatory wszystkich typów. W tym celu posiadają ładowarkę o dużej mocy.

Osiągnięciem firmy jest inwerter o rekordowej mocy — 20 kW, wytrzymujący największe obciążenie 25 kW. Ten model może zapewnić niezawodne zasilanie dużego domu mieszkalnego z wieloma urządzeniami.

Inwertery MAP «Energia» są stosowane nie tylko w prywatnych gospodarstwach domowych, ale także w wielu gałęziach przemysłu. Są używane w medycynie, budownictwie, na stacjach meteorologicznych.

Falowniki Conext firmy Schneider Electric

Francuska firma Schneider Electric produkuje inwertery o wysokich parametrach eksploatacyjnych, umożliwiających ich użytkowanie w różnych warunkach klimatycznych.

Powłoka obudowy o wysokiej odporności na korozję pozwala pomyślnie przejść testy w mgle solnej. Są przeznaczone do paneli słonecznych montowanych zarówno na dachach prywatnych domów jednorodzinnych, jak i budynków wielorodzinnych.

Producent sprawdza niezawodność swojego sprzętu przy użyciu różnych metod i testów. W konstrukcji inwerterów Conext nie ma kondensatorów elektrochemicznych, co gwarantuje długą żywotność.

Inwertery Conext, nawet przy maksymalnych obciążeniach, mają sprawność 97,5%. Niektóre modele są wyposażone w blok rozdzielczy, więc nie ma potrzeby montażu zewnętrznej skrzynki elektrycznej.

Szeroki asortyment produktów pozwala wybrać odpowiedni model dla systemów solarnych o mocy 3 – 20 kW.

Falowniki firmy TBS Electronics

Ta holenderska firma, obecna na rynku od 1996 roku, produkuje zarówno małej mocy, jak i mocniejsze przetworniki sinusoidalne do paneli słonecznych Poversine o mocy nominalnej od 175 do 3500 W.

Na zdjęciu model profesjonalnego inwertera Powersine PS3500-24. Można go użyć do zapewnienia nieprzerwanego zasilania kotłów grzewczych, pomp, komputerów i innych małych obciążeń. Jest wyposażony w niezawodną elektronikę i wytrzymałą metalową obudowę.

Linia Powersine charakteryzuje się bardzo czystą sinusoidalną falą na wyjściu, dlatego zastosowanie tych inwerterów gwarantuje prawidłową i długotrwałą eksploatację bardzo czułych urządzeń. Sprzęt wyposażony jest w zabezpieczenia przed zwarciem, skokami temperatury, przeciążeniami. Z tymi inwerterami można uruchamiać obciążenia do 500 V z siłą rozruchową przewyższającą nominalną dziesiątki razy.

Falowniki sieciowe Kostal

Firma produkuje innowacyjne wysokiej jakości inwertory o mocy od 1,5 do 20 kW zarówno jedno-, jak i trójfazowe. W konstrukcję włączony jest wyłącznik prądu przemiennego działający automatycznie, trackery MPPT, monitor, licznik S0 oraz wiele innych opcji w podstawowym wyposażeniu. Wszystko to umożliwia wdrożenie inwertera do systemu inteligentnego domu.

Inwertory Kostal są proste zarówno w eksploatacji, jak i instalacji. Wbudowany panel jest informacyjny i zrozumiały, umożliwia monitorowanie jego pracy.

Dzięki wysokiej jakości materiału obudowy, przetwornik montuje się zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz domu. Montaż odbywa się w Europie, więc jakość odpowiada europejskim standardom. Gwarancja producenta — 5 lat.

Falowniki ABi-Solar z Tajwanu

Te inwertory, wyprodukowane na Tajwanie, na naszym rynku są reprezentowane przez serię autonomicznych przetworników SL/SLP, autonomiczno-sieciowych hybrydowych inwertorów (HTP) oraz linię hybryd HT.

Autonomiczne przetworniki są wyposażone w regulatory ładowania z paneli słonecznych. To urządzenie ma potrójną funkcjonalność — działa jako inwerter, kontroler i ładowarka.

W konstrukcję włączony jest wyświetlacz ciekłokrystaliczny umożliwiający kontrolę podstawowych parametrów systemu solarnego. Sprawność inwertorów SL/SLP wynosi około 93%. W modelach SLP występuje ochrona przed pyłem.

Do opcji budżetowej należy inwerter z nowej serii ABi-Solar HTP. Działa on tylko przy obecności akumulatora. Szczególną popularnością cieszy się seria HT, obejmująca hybrydowe inwertory jedno- i trójfazowe, wyróżniające się doskonałą jakością wykonania.

Przetworniki SL0912 i SL1524 również należą do budżetowych. Działają w 2 trybach — jako domowy zasilacz awaryjny i z panelami słonecznymi. Mają 2 tryby utrzymywania napięcia: od 180 do 260 V i od 100 do 300 V.

Drugi tryb pozwala wydłużyć czas eksploatacji baterii poprzez mniejsze ich zużycie, ale może zasilać tylko sprzęt niezbyt wrażliwy na jakość energii elektrycznej.

Inwerter ABi-Solar SL 1012 PWM ma moc 800 W. Prąd na wyjściu ma niemodyfikowaną sinusoidę. Może być stosowany do realizacji energii elektrycznej wytworzonej przez panele słoneczne w ramach taryfy zielonej.

Inwertory ABi-Solar umożliwiają zwiększenie zakresu temperatur roboczych akumulatorów i automatyzację procesu ładowania-rozładowania.

Falowniki sieciowe firmy GoodWE

Ta chińska firma produkuje falowniki sieciowe o różnej mocy i dostarcza je na rynek w niskiej cenie. Do falownika dołączony jest specjalny program, umożliwiający przeprowadzenie obliczeń systemu solarnego z uwzględnieniem położenia paneli słonecznych względem stron świata i innych punktów orientacyjnych.

Istnieje możliwość monitorowania pracy przetwornika przez tablet lub smartfon, ale najpierw trzeba zainstalować specjalnie do tego przeznaczoną aplikację opartą na systemie Android.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Tutaj menedżer firmy sprzedającej opowiada o zasadach wyboru falownika:

W tym filmie omówiono kwestię podłączenia falownika:

Falownik fotowoltaiczny sieciowy, jako nieodłączna część systemu solarnego, pozwala uzyskać pełną niezależność od scentralizowanego zasilania elektrycznego i wzrostu cen nośników energii.

„Inteligentne systemy”, obejmujące przetwornik sieciowy, czynią proces zużycia energii dostępnym, niezawodnym i sterowalnym. Przy tym komfort w domu nie jest w żaden sposób zakłócony.

Czy chcą Państwo opowiedzieć, jak złożyli Państwo własną mini-elektrownię z falownikiem do paneli słonecznych? Czy posiadają Państwo cenne informacje na ten temat, które mogą być przydatne dla odwiedzających stronę? Proszę pisać komentarze w bloku poniżej, publikować zdjęcia i zadawać pytania.