Co to jest inwerter? Jakie są rodzaje inwerterów?

Inwerter to zdecydowanie najbardziej skomplikowany z elementów instalacji fotowoltaicznej. Inną, zamiennie stosowaną nazwą jest falownik. Urządzenie jest poniekąd „mózgiem” całego systemu, a jego głównym zadaniem jest sterowanie pracą instalacji oraz przekształcanie prądu o napięciu stałym (DC) na prąd o napięciu zmiennym (AC) i dostosowuje moc energii do parametrów zgodnych z siecią niskiego napięcia, czyli 230/400V 50Hz. Inwertery często posiadają również moduł Wi – Fi, dzięki któremu każdy użytkownik lub instalator ma możliwość śledzenia parametrów jego pracy na bieżąco. Jest to niebywale przydatna funkcja, pozwalająca na wykrycie nieprawidłowego działania instalacji, usterek w układzie, czy po prostu monitorowanie uzysków. Co więcej, falowniki wyposażone są w układ zabezpieczeń chroniący sieć przed awariami związanymi np. ze skokami napięcia w sieci.  Tyle słowem wstępu. Jeśli zagłębisz się w ten temat, zorientujesz się, jak wiele rodzajów falowników jest dostępnych na rynku. Najprostszy podział falowników przedstawia poniższa grafika: 

Podział inwerterów ze względu na_

Pierwszy podział jaki można wyróżnić to falowniki jedno i trójfazowe. Te pierwsze stosuje się przy instalacjach o stosunkowo niewielkiej mocy, maksymalnie do 3,68 kWp. Jest to wymóg nałożony przez OSD. Stosuje się je także w przypadku, gdy w budynku nie ma instalacji trójfazowej. Falowniki trójfazowe montowane są w systemach większych niż 3,68 kWp, ale warunkiem koniecznym do ich instalacji jest posiadanie trójfazowego przyłącza w budynku. Jeśli budynek jest wyposażony w takie przyłącze, bardzo prawdopodobne jest, że w pomieszczeniu gospodarczym czy garażu będzie gniazdo siłowe, w które często „wpina się” instalację.  Może jednak zaistnieć sytuacja, w której ktoś posiada instalację trójfazową, ale planuje założyć instalację poniżej 3,68 kWp. Wtedy opcje są dwie: instalacja z falownikiem jednofazowym, czyli tańszym lub trójfazowym. Przy wyborze pierwszej opcji zamkniemy sobie możliwość ewentualnej rozbudowy instalacji o dodatkowe panele w przyszłości. 

Projekt bez tytułu
Gniazdo siłowe (Źródło: opracowanie własne)
Inwerter Huawei zamontowany w pomieszczeniu gospodarczym (Źródło: opracowanie własne)

Kolejny podział, to podział ze względu na typ instalacji. Większość z powstających w Polsce instalacji są podłączone do sieci elektroenetgetycznej, czyli jest to system on – grid. W tym przypadku używa się inwerterów sieciowych, które jak sama nazwa sugeruje – wymagają podłączenia do sieci i  jest to warunek konieczny, aby urządzenie pracowało. W przypadku przerwy w dostawie prądu, np. z powodu przerwania przewodów wskutek gwałtownych zjawisk pogodowych, falownik przestaje pracować. Jest to swego rodzaju zabezpieczenie serwisantów sieci, których zadaniem jest usunięcie usterki. Dzięki temu mogą oni spokojnie wykonywać swoje obowiązki, bez obawy o porażenie prądem pochodzącym z mikroinstalacji w pobliżu. Kolejny typ jaki można wyróżnić to falownik hybrydowy. Daje on większe poczucie autonomii naszego domu, ze względu na możliwość zarówno zasilania działających urządzeń w domu jak i ładowania magazynów energii. Zasada działania jest nieznacznie inna w stosunku do elektrowni on – grid. W momencie pojawienia się nadwyżki najpierw ładowane są akumulatory, a dopiero po ich naładowaniu nadwyżka oddawana jest do sieci elektroenergetycznej, skąd można odebrać 80% z niej. 

Taka instalacja niejako „ubezpiecza” właściciela przed przerwami w dostawie prądu, zwiększa poziom autokonsumpcji i zmniejsza straty, które ponosimy w momencie „oddania” części nadwyżki. Dlaczego te rozwiązania nie są na ten moment popularne? Odpowiedź jest prosta – cena. Hybrydowe falowniki są zdecydowanie droższe od sieciowych, dodatkowo dochodzi koszt zakupu magazynów energii. Podobnie ma się sytuacja w przypadku, gdy chcemy korzystać z tzw. Systemu off – grid – czyli całkowicie niezależnego od dostaw prądu z sieci elektroenergetycznej. Sama zasada działania jest podobna jak w poprzednich dwóch przypadkach. Prąd generowany w panelach zmieniany jest na przemienny w falowniku, następnie zasila urządzenia, a nadwyżka kierowana jest do akumulatorów… i co dalej? I to by było na tyle. Nie oddajemy nic do sieci, więc w momencie gdy nasza instalacja nie pracuje a magazyny są „puste” nie mamy prądu. Z tego powodu takie rozwiązania stosowane są stosunkowo rzadko, zazwyczaj w miejscach takich jak ogródki letniskowe, w których przebywamy w słoneczne dni. W tym wypadku również cena akumulatorów warunkuje popularność tego rozwiązania. Są po prostu zbyt drogie i mało wydajne. 

Falownik Sofar zamontowany pod panelami na konstrukcji gruntowej (Źródło: opracowanie własne)
Przykład instalacji z zastosowaniem falownika stringowego. System nie jest narażony na zacienienie w ciągu dnia (Źródło: opracowanie własne)

Ostatnie kryterium podziału, to ze względu na ilość paneli obsługiwanych przez inwerter. W przypadku np. skomplikowanych dachów możliwe jest zastosowanie mikrofalowników. Są to małe urządzenia montowane pod panelami, spełniające dokładnie to samo zadanie co klasyczne falowniki. Mogą obsługiwać jeden, dwa lub 4 panele. Jedną z największych zalet tego rozwiązania jest niezależność paneli od siebie. Gdy jeden pracuje słabiej, np. ze względu na padający na niego cień, reszta dalej może generować prąd z pełną mocą. Co więcej, w przypadku awarii któregoś z paneli można bez problemu namierzyć i usunąć usterkę bez konieczności sprawdzania każdego panelu po kolei. Wszystko to wpływa na zwiększenie uzysku z całej instalacji. Ostatnią zaletą tego rozwiązania jest możliwość łatwej rozbudowy instalacji. Nie trzeba wtedy przejmować się inną mocą nowych paneli czy zmniejszeniem mocy tych, które funkcjonują już dłuższy czas. Każdy z nich może działać niezależnie od reszty. Odwrotna sytuacja zachodzi w przypadku inwerterów stringowych. Jest to oczywiście najbardziej popularne rozwiązanie w Polsce. Takie inwertery mogą obsługiwać nawet kilkaset paneli, zależnie od swojej mocy. Jest to rozwiązanie na pewno najbardziej ekonomiczne. Kolejnym atutem tego rozwiązania jest ich niezawodność – jedno urządzenie równa się mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia usterek. Wadą tego rozwiązania jest na pewno szeregowe łączenie paneli w stringu – wszystkie pracują z mocą najsłabszego. Idealna sytuacja zachodzi w momencie, gdy nie występują żadne zacienienia w ciągu dnia. Wtedy falownik stringowy jest opcją, której koszty zwrócą się najszybciej.

Oczywiście istnieją również farmy fotowoltaiczne na których instaluje się inwertery centralne. Ich wymiary mogą się od siebie znacznie różnić, ale warto wspomnieć ze potrafią ważyć nawet około 2 ton! Te urządzenia mają moc nawet 1 MW. Ich transport, montaż i obsługa powinny być przeprowadzane tylko przez wykwalifikowane osoby. Inwertery centralne to skomplikowane urządzenia, które potrafią np. same kontrolować moc bierną. Te falowniki mogą pracować w ekstremalnych warunkach (bardzo wysokie lub bardzo niskie temperatury) oraz muszą mieć szereg zabezpieczeń np. przed uderzeniem pioruna. Pomimo to, ich zadanie z grubsza polega na tym samym, na czym polega praca inwertera, który możliwe że już posiadasz w swoim domu lub w najbliższym czasie zdecydujesz się na jego montaż. 

Inwerter centralny SMA (Źródło: sma.de)