Falownik fotowoltaiczny – na co zwrócić uwagę przy zakupie?

Urządzenie to, zamiennie nazywane również inwerterem fotowoltaicznym lub inwerterem solarnym, zamienia prąd stały produkowany przez ogniwa w modułach PV, na prąd zmienny, z którego korzystają domowe urządzenia elektryczne. 

W najbardziej podstawowym ujęciu składa się on z prostownika, stopnia pośredniego i końcowego, dysponuje własnym układem sterowania i modułami zabezpieczającymi. Parametry pracy falownika dostosowuje się do wymagań sieci i najczęściej wynoszą one 230V lub 400V oraz 50Hz.

Na rynku obecnie znajduje się wiele rozwiązań tego typu, różniących się między sobą zarówno liczbami faz, które inwerter może obsługiwać, możliwością współpracy z magazynami energii, zdolnością do komunikacji pomiędzy urządzeniami i parametrami. Poniżej przyjrzymy się tym zagadnieniom i odpowiemy na najczęściej zadawane pytania dotyczące falowników fotowoltaicznych. 

Inwertery możemy podzielić pod kilkoma kryteriami. Jednym z istotniejszych będzie ich zdolność do pracy w odniesieniu do sieci elektroenergetycznej. W tym ujęciu możemy mówić o: 

Falownikach sieciowych (on-grid) 

Mogą one pracować wyłącznie po podłączeniu do infrastruktury energetycznej. W przypadku awarii sieci, one również ulegną wyłączeniu. Same w sobie nie współpracują z magazynami energii, choć w przypadku istniejącej instalacji tego typu, o system magazynowania energii możemy ją poszerzyć z wykorzystaniem retrofitu. 

Falownikach wyspowych (off-grid) 

Inwertery wyłącznie off-gridowe nie przekazują energii elektrycznej do sieci. Zamiast tego, wytworzony przez nie prąd pochodzący z ogniw fotowoltaicznych, kierowany jest do magazynu energii. W razie potrzeby mogą go również pobierać z systemu magazynowania i kierować do domowych odbiorników. 

Falownikach hybrydowych 

Mówimy tutaj o inwerterach pełniących opcje z powyższych funkcji, zdolnych zarówno do oddawania energii do sieci elektroenergetycznej, jak i współpracy z istniejącymi na rynku systemami magazynowania energii. W tym kontekście, stanowią one najbardziej uniwersalne rozwiązanie, zalecane dla prosumentów rozliczających się w net-billingu. Z ich wykorzystaniem możemy bowiem maksymalizować autokonsumpcję instalacji fotowoltaicznej. 

Jednym ze sprawdzonych rozwiązań falowników hybrydowych będą inwertery hybrydowe FoxESS.

W odniesieniu do zdolności pracy na konkretnych fazach, wyróżniać będziemy falowniki 1-fazowe, produkujące prąd zmienny o napięciu 230 V, najczęściej o mocy 3,5 kW, a także falowniki 3-fazowe, zmieniające prąd stały z modułów PV w prąd zmienny o napięciu 400 V. 

Inne wyróżnienia falowników fotowoltaicznych, z jakimi można spotkać się na rynku, to: 

Falowniki stringowe 

Obsługują od kilku do kilkunastu modułów fotowoltaicznych. Stanowią ekonomiczne rozwiązanie, niemniej w przypadku zacienienia konkretnego panelu, wszystkie inne w stringu będą musiały pracować z tą samą wydajnością. 

Falowniki bateryjne/akumulatorowe 

Ich zadaniem jest opisana przy falownikach wyspowych funkcja związana z ładowaniem magazynów energii.

Retrofit 

Funkcję tzw. retrofitu pełni falownik bateryjny/sieciowy. Polega ona na poszerzeniu instalacji fotowoltaicznej z falownikiem stringowym o system magazynowania energii. Retrofit przekierowuje prąd do magazynu energii lub w razie potrzeby zasila instalację zgromadzonym w magazynie prądem.

Wybierając stosowne urządzenie, najpierw musimy określić, czy jesteśmy zainteresowani falownikiem, który będzie w stanie ładować magazyny energii. W funkcjonującym obecnie systemie rozliczeń net-billing jest to najbardziej opłacalne rozwiązanie, szczególnie w alternatywie do zastosowania falownika stringowego. 

Należy również wziąć pod uwagę, czy posiadamy w domu 1-fazową, czy 3-fazową sieć. W dalszej kolejności kluczowe będą parametry, takie jak: 

Maksymalna moc prądu 

Odpowiada ona na pytanie, ile prądu zmiennego wyprodukuje falownik fotowoltaiczny z prądu stałego, wytworzonego przez ogniwa fotowoltaiczne. Przekształcenie zawsze wiąże się ze stratą, którą chcemy minimalizować. Wysokojakościowe modele charakteryzują się efektywnością rzędu nawet 98,8%. 

Maksymalne napięcie i moc wejściowa 

Są ważne ze względu na możliwość współpracy falownika fotowoltaicznego z instalacją PV. Szerszy zakres napięcia wejściowego wiąże się z większą elastycznością projektową. Będą one miały duże znaczenie w kontekście tego, z jaką ilością modułów może współpracować inwerter. 

Oprócz parametrów, powinniśmy również zweryfikować funkcjonalność inwertera fotowoltaicznego. To istotne w kontekście działania całego systemu, a także jego rozbudowy – czasami wybór konkretnego falownika może uzależnić nas od rozwiązań od pojedynczego producenta albo znacząco rzutować na przyszłe inwestycje. Niekiedy wiąże się również z zakupem dodatkowych urządzeń.

Na co powinniśmy zwrócić uwagę przede wszystkim? 

Komunikacja falowników 

W branży nierzadko nazywana ich zdolnością do gadania ze sobą. W dużym uproszczeniu, falownik fotowoltaiczny zajmuje swoje miejsce w domowej sieci elektroenergetycznej – otrzymuje prąd stały z ogniw fotowoltaicznych, przekształca go w prąd zmienny i przekazuje dalej. Sam w sobie nie posiada systemu, który pozwoliłby np. monitorować zużycie określonych odbiorników.

To bardzo istotne w kontekście ich współpracy z magazynami energii. Falownik bateryjny musi bowiem wiedzieć, kiedy przekierować przepływ prądu do systemu magazynowania. 

Do komunikacji falowniki potrzebują przede wszystkim licznika energii, z którym są kompatybilne. Oprócz tego niekiedy pojawia się również konieczność zainwestowania w dodatkowe urządzenie do zarządzania energią.

Asymetryczne oddawanie energii na fazy 

Pojęcie to najłatwiej wyjaśnić na podstawie konkretnego przykładu. Wyobraźmy sobie trójfazową sieć w mieszkaniu, gdzie na jednej fazie mamy zużycie energii w wysokości 5kW, na drugiej 3kW, a na trzeciej 0kW.

Jeśli dysponujemy falownikiem trójfazowym, który nie oddaje energii asymetrycznie i oddaje po 3kW na każdą fazę, wówczas pierwsza faza będzie musiała zaciągnąć z sieci elektroenergetycznej brakujące 2kW, na drugiej fazie wszystko się wyrówna, a na trzeciej, falownik odda do sieci 3kW. Jest to rozwiązanie o tyle nieopłacalne, że falownik mógłby pokryć zapotrzebowanie wszystkich faz i zapobiec konieczności kupowania jej. To właśnie potrafią zrobić falowniki zdolny do pracy asymetrycznej.

Przykładowe falowniki posiadające takie funkcje, to między innymi inwertery hybrydowe z serii GoodWe ET Plus oraz SolarEdge Home Hub. 

Zamiana falownika stringowego na hybrydowy 

Obecnie na rynku nie ma sprawdzonych rozwiązań tego typu. Jeśli chcemy poszerzyć instalację fotowoltaiczną o magazyn energii, należy zaopatrzyć się w retrofit. 

Połączenie szeregowe 

Falowniki możemy łączyć szeregowo, kiedy potrzebujemy uzyskać większą moc. Kluczowa będzie w tym wypadku komunikacja, ich oprogramowanie musi na to pozwalać, a cały proces odbywa się w ramach określonych przez producenta limitów. Każdorazowo należy wówczas sprawdzić, jaką jesteśmy w stanie uzyskać maksymalną moc. 

Rozwiązanie to stosujemy najczęściej w przypadku dużych instalacji fotowoltaicznych, takich jak zastosowania komercyjne.

Kompatybilność z innymi komponentami 

Najczęściej sprowadza się ona do kwestii komunikacji. Magazyny energii dysponują własnymi systemami zarządzania, które same decydują o tym, które ogniwa są w danym momencie ładowane - należy je traktować jak odrębne urządzenie, które zarządza własną energią, w efekcie czego musi być w stanie komunikować się z falownikiem bateryjnym lub hybrydowym. 

Istotne będą tutaj również parametry – niektóre falowniki współpracują np. Z minimum 2 lub 3 modułami bateryjnymi, w zależności od ich minimalnego napięcia. Są one w stanie obsłużyć magazyn energii takiej wielkości, na jaką pozwala ich maksymalny zakres napięcia. 

Protokoły komunikacyjne 

Część falowników dostępnych na rynku wykorzystuje komunikację Modbus (otwarty protokół komunikacyjny), podczas gdy inni producenci decydują się na zamknięte protokoły. W tym drugim wypadku falowniki będą komunikować się tylko pomiędzy ze sobą i nie mogą przyjmować zewnętrznych komend.

Współpraca z fazowaniem turbiny/agregatu 

Niektórzy producenci oferują rozwiązania tego typu, niemniej jednak nie jest to zalecane rozwiązanie. Bezpieczniejszą opcją jest dwustopniowy system awaryjny w opozycji do ich równoległego działania w backupie.

Kolejność włączania urządzeń

Zawsze warto sprawdzić zalecenia konkretnego producenta. Na ogół nie ma ona dużego znaczenia, a sam falownik standardowo możemy włączyć trzema drogami: przez magazyn, poprzez podanie mu napięcia DC lub z wykorzystaniem bezpiecznika po stronie AC.

Współpraca falowników z EMS/HEMS 

Na samym początku warto wyklarować, czym różnią się wspomniane systemy – oba służą do zarządzania energią. System HEMS (Home Energy Management System) zarządza domową energią elektryczną i cieplną, co pozwala na maksymalizowanie autokonsumpcji. Z kolei system EMS (Energy Management System) odpowiada przede wszystkim za zarządzanie energią wyprodukowaną przez instalację fotowoltaiczną i przechodzącą przez domową sieć. 

Ich współpraca z falownikami sprowadza się w tym wypadku do zagadnień komunikacyjnych. Systemy wykorzystujące protokoły komunikacyjne Modbus często mogą komunikować się z falownikami opartymi o tę samą technologię. Kwestię tę warto określić poprzez kontakt z producentem konkretnego systemu HEMS/EMS. 

Automatyczne przejście w tryb zasilania awaryjnego falowników hybrydowych 

Kiedy napięcie w sieci przekroczy 253V, falowniki sieciowe, zgodnie z normami bezpieczeństwa, ulegają wyłączeniu. Inwerterów hybrydowych dotyczą te same standardy, więc one również są wyłączane.

Warto jednak pamiętać, że standardowo falownik hybrydowy w pierwszej kolejności obsługuje obciążenia, następnie ładuje magazyny, a dopiero następnie oddaje energię do sieci. W efekcie jego działanie nie podnosi napięcia w sieci tak, jak dzieje się to przy innych rozwiązaniach.

Ograniczenie mocy przy niesymetrycznym oddawaniu energii na fazy 

Wiąże się ono z limitami falownika do produkcji energii. Standardowo zatem ograniczenia mocy będą dotyczyły również przypadku, w którym niesymetrycznie oddaje energię na fazy.

Z tego względu dobierając falownik fotowoltaiczny należy już z wyprzedzeniem zwrócić uwagę na jego parametry wyjściowe.

Na rynku znajduje się obecnie wiele rodzajów falowników fotowoltaicznych. Ich podstawową rolą jest przemiana prądu stałego z ogniw fotowoltaicznych w zmienny, nadający się do zasilania domowych odbiorników albo przekierowanie energii z domowej sieci do magazynu energii. Istnieją także rozwiązania pełniące obie te funkcje. 

Poszczególne falowniki różnić się będą pomiędzy sobą zarówno zdolnością do pracy na określonych fazach, niesymetrycznego oddawania energii na fazy lub potencjałem komunikacyjnym do współpracy z urządzeniami oraz systemami HEMS/EMS. Przygotowując się do inwestycji, warto zweryfikować te zagadnienia wcześniej, a następnie dobrać falownik o interesujących nas parametrach wejściowych, dostosowanych do mocy instalacji fotowoltaicznej, a także wyjściowych. W tym ostatnim przypadku warto pamiętać, że im wyższa wydajność falownika fotowoltaicznego, tym mniejsze straty energetyczne. 

• Instalacje PV wykorzystujące falownik stringowy można poszerzyć o system magazynowania energii z wykorzystaniem retrofitu. 
• Optymalne wykorzystanie falownika trójfazowego będzie zależało od jego zdolności do asymetrycznego oddawania energii na fazy. 
• Falowniki można łączyć szeregowo, ale do określonego limitu mocy, a także tylko wtedy, gdy są to urządzenia zdolne do komunikacji ze sobą. 
• Współpraca falowników z systemami HEMS/EMS zależy od wykorzystanych w nich protokołów komunikacyjnych.

• Falowniki fotowoltaiczne w ofercie Memodo 
• Portfolio falowników hybrydowych 
• Dobierz odpowiednik falownik akumulatorowy 
• Weź udział w bezpłatnym szkoleniu o falownikach PV