Jak działa falownik? Jaki falownik dobrać do własnej instalacji fotowoltaicznej?

Instalacje fotowoltaiczne pojawiają się coraz częściej na dachach polskich projektów domów. Przekonaliśmy się co do tego, że energia pozyskiwana ze źródeł odnawialnych, jakim jest między innymi promieniowanie słoneczne, jest warta uwagi. Pozwala w dużym stopniu uniezależnić się od dostaw tej energii ze źródeł konwencjonalnych i po prostu zaoszczędzić.

Warto dowiedzieć się, jak działa inwerter, który jest kluczowym elementem instalacji fotowoltaicznej. Gdzie powinno się go montować i czy  jego montaż trzeba uwzględnić już na etapie projektowania domu? Warto też wziąć pod uwagę, że może być on stosowany w wielu innych urządzeniach elektrycznych. 

Falownik - co to jest?

W języku angielskim falownik nosi nazwę „Power inwerter”. Określa się go także jako przemiennik częstotliwości. Czym jest to urządzenie i do czego służy?

Jego podstawowym zadaniem jest zamiana prądu stałego (DC) na prąd zmienny (AC), o regulowanej częstotliwości napięcia wyjściowego w urządzeniach elektrycznych. Falownik pozwala na regulowanie częstotliwości napięcia i daje możliwość regulacji rozruchu oraz prędkości obrotowej w silnikach elektrycznych. Dzięki wykorzystaniu tego rozwiązania możliwe jest regulowanie pracy silnika w taki sposób, że może on działać z większą lub mniejszą szybkością.

Zdarza się, że falownik określany jest przemiennikiem częstotliwości, choć istnieją subtelne różnice w zasadach działania takich urządzeń. Przemiennik transformuje prąd przemienny o określonej częstotliwości na prąd stały o regulowanym zakresie.

Jak skonstruowany jest falownik? Jego budowa zakłada wykorzystanie kilku istotnych elementów:

• płytki montażowej wyposażonej w powierzchnię odpowiadającą za przewodzenie prądu,
• przewodu sterującego do modułu funkcyjnego,
• zacisku 2-biegunowego, który odpowiada za uziemienie silnika i ekranowanie silnika,
• uziemienia przewodu silnika,
• ekranowania przewodu silnika,
• ekranowanego przewodu silnika i przewodu PTC,
• łącznika kablowego. 

Sprawdź gotowe projekty domów jednorodzinnych!

Dom Dla Ciebie 1 w2 z garażem 2-st. [A1]

4 590 zł

4 690 zł

uA65v2

4 900 zł

4 900 zł

Nina 2 Nova D 37 PLUS strop monolityczny

4 400 zł

4 400 zł

Projekty domów jednorodzinnych

Najpopularniejsze rodzaje falowników

Podstawowa kwalifikacja falowników wyróżnia dwa ich rodzaje. W zależności od tego, do jakiego silnika jest przystosowany, może być to falownik do silnika trójfazowego lub jednofazowego. W przypadku urządzeń współpracujących z silnikiem trójfazowym, wyróżnia się:

• falownik jednofazowy,
• falownik trójfazowy. 

Takiego podziału dokonano, biorąc pod uwagę sposób zasilania urządzenia. 

Falownik jednofazowy jest zasilany z jednej fazy, ale wyposażony jest w potrójne wyjście 230 V. Istnieje też falownik trójfazowy, zasilany trójfazowo, który ma także trójfazowe wyjście 3 razy po 230 V. Pod względem sposobu zasilania inwerterów należy wskazać falowniki napięcia i prądu. Pierwszy z wymienionych zasilany jest źródłem napięciowym, np. baterią kondensatora, a falownik prądu, jak sama nazwa wskazuje, zasilany jest ze źródła prądowego. 

Do szczególnych rodzajów falowników zalicza się urządzenia wykorzystywane powszechnie w fotowoltaice. Inwerter solarny, czy też fotowoltaiczny ma przekształcać prąd stały, który generowany jest przez panele PV z promieni słonecznych na napięcie zmienne o określonej fazie. Umożliwia on zasilanie instalacji elektrycznej w domu lub w innym obiekcie z zamontowaną instalacją fotowoltaiczną.

Nowoczesnym rodzajem inwerterów są hybrydy, czyli falowniki hybrydowe, które łączą w sobie funkcje urządzenia standardowego (szeregowego) z akumulatorowym. Z jednej strony przetwarzają one prąd stały na zmienny, ale są też w stanie magazynować energię.

Ogrzewanie domu fotowoltaiką - czy to korzystna inwestycja?

Jak działa falownik i do czego można go użyć?

Jak działa falownik? Zasada działania uzależniona jest od jego typu, ale schemat funkcjonowania zwykle wygląda podobnie. W domowych instalacjach elektrycznych występuje prąd o częstotliwości mniej więcej 50 Hz, dzięki czemu można uruchomić silnik elektryczny, pracujący z określoną liczbą obrotów na minutę.

Inwerter zmienia tę liczbę, a przy tym umożliwia zamianę prądu przemiennego o stałej częstotliwości na prąd stały o zmiennej częstotliwości. Jedno lub trójfazowy falownik umożliwia modyfikację owej częstotliwości w zakresie od 0 do 50 Hz. Najbardziej zaawansowane inwertery są w stanie zwiększyć częstotliwość do ponad 80 Hz.

To, że falownik pozwala na regulowanie liczby obrotów na minutę, umożliwia kontrolowanie prędkości obrotowej i pracy silnika. Wraz ze zmniejszeniem częstotliwości prądu zmniejszeniu ulegnie prędkość obrotowa silnika i na odwrót.

Obecnie najczęściej falowniki wykorzystuje się w układach zasilania solarnego budynku przy użyciu instalacji fotowoltaicznej.

Czym jest i jak działa dachówka solarna?

Falownik - ile kosztuje?

W zależności od rodzaju, trybu działania, sposobu zasilania oraz producenta, koszty nabycia falownika mogą być dość zróżnicowane. Cena zakupu jest uzależniona od specyfikacji technicznej produktu, ale wpływ ma na nią również to, czy falownik produkowany jest przez jedną z czołowych marek w tym zakresie, np. firmy Simens, Lenze i ABB.

Orientacyjny koszt nabycia inwertera trójfazowego takiej marki, który jest w stanie regulować częstotliwość pracy silnika w zakresie od 0 do 500 Hz, wynosi około 5,5 tys. zł. Natomiast za urządzanie Siemens V-20, będące jednofazowym inwerterem, którego prąd nominalny wynosi 13,6 A, a moc – 3 kW, zapłacimy mniej, bo około 1500 zł.

Zasadniczo można przyjąć, że ceny falowników wahają się od kilkuset złotych do kilku, a nawet kilkunastu tysięcy. Droższe, ale markowe, mają długą gwarancję producenta, a przy tym naprawy wykonywane są najczęściej w autoryzowanych serwisach.

Program Mój Prąd 5.0 – jak uzyskać nawet 58 000 zł dotacji?

Jaki falownik do fotowoltaiki będzie najlepszy?

Falownik odgrywa bardzo ważną rolę w fotowoltaice, ponieważ bez niego prąd pozyskiwany z promieniowania słonecznego nie mógłby zostać przekształcony na taki, który jest zdolny zasilać urządzenia domowe. Jego zadaniem jest zamiana napięcia stałego, generowanego przez panele lub akumulatory solarne, na napięcie zmienne o określonej fazie. To centralny element instalacji fotowoltaicznych, który jest dla nich po prostu niezbędny.

Do fotowoltaiki można wybrać różne falowniki, np. z wbudowanym transformatorem HF lub bez transformatorów, które są obecnie częściej spotykane. Urządzenia te są wyposażone w zaawansowane układy zabezpieczeń, dzięki czemu pracują szybciej, sprawniej i mają mniejszą wagę i wymiary. Ze względu na obsługę modułów solarnych wyróżnia się inwertery szeregowe, które obsługują całą instalację, mikroinwertery zajmujące się jednym modułem, a także inwertery z optymalizatorami.

Inny podział wyróżnia modele falowników typu wyspowego (off-grid), które nie oddają do sieci nadwyżki wyprodukowanego prądu, ale zasilają urządzenia domowe i ładują akumulatory czy magazyny mocy, a także falowniki on-grid, nazywane sieciowymi. Te ostatnie nawiązują połączenie z siecią energetyczną i przesyłają nadwyżkę, tj. niezużyty prąd, do sieci, z której można ją później odebrać.

Nie pozwalają za to na magazynowanie energii w akumulatorach. Istnieją jeszcze inwertery hybrydowe, które mogą działać jak falownik sieciowy, a w przypadku awarii sieci energetycznej potrafią działać jak falowniki wyspowe.

Pora odpowiedzieć sobie na pytanie, jaki falownik do fotowoltaiki będzie nadawał się najlepiej, tj. pracował niezawodnie, wydajnie oraz szybko.

Przy wyborze falownika na potrzeby paneli PV trzeba wziąć pod uwagę liczbę faz. Inwerter trójfazowy do paneli fotowoltaicznych daje większą moc, a jego zaletą jest ograniczanie wartości prądu oraz równomierne wprowadzanie energii do każdej z trzech faz. Dzięki temu obserwowane są mniejsze wahania napięcia w sieci. Falownik trójfazowy w instalacji fotowoltaicznej umożliwia zastosowanie przewodów o mniejszych przekrojach podłączonych do paneli.

Musisz przy tym wiedzieć, że w przypadku niewielkich instalacji fotowoltaicznych do 3 kW dostępne są wyłącznie inwertery jednofazowe i nie masz się nad czym zastanawiać przy ich wyborze. Jaki falownik wybrać jednak do fotowoltaiki 10 kW? Taka duża instalacja zgodnie z wymogami OSD będzie już wymagała kupna falownika trójfazowego.

Będzie on odpowiedni dla instalacji powyżej 3,68 kW. W przedziale od 3 do 3,68 kW najlepiej zdecydować się na inwerter trójfazowy. Będzie wydajny i wpłynie na lepszą autokonsumpcję prądu.

Co to znaczy, że dom jest energooszczędny?

Gdzie zamontować falownik do instalacji fotowoltaicznej?

Bardzo ważną kwestią dotyczącą funkcjonowania instalacji fotowoltaicznej w domu jest montaż falownika. Gdzie zamontować go, by pracował prawidłowo? Otóż istnieją różne praktyki w tym zakresie. Falownik może być zamontowany w pomieszczeniach budynku, ale wówczas trzeba dostosować jego położenie na ścianie do panującej infrastruktury pomieszczenia. Należy zachować pewne odstępy wskazane w instrukcji montażu wydanej przez producenta urządzenia.

Jeśli dopuszczalna jest instalacja wolnostojąca, wówczas falownik powinien zostać zamontowany przy konstrukcji PV pod panelami. Jeśli planujesz montaż falownika na strychu, to musi on być dobrze wentylowany z każdej strony.

Czy falownik może być na zewnątrz? Czy możliwy będzie montaż falownika na elewacji? Tak, o ile jest to falownik z klasą ochronną IP 65 lub wyższą. W żadnym przypadku nie możesz zainstalować inwertera z wystawą na słońce, ponieważ w czasie pracy będzie się nagrzewać, a jego przegrzanie doprowadzi do wyłączenia urządzenia.

Inwerter nie powinien być montowany ani poziomo, ani pod skosem. Można go zamontować pionowo, w prawidłowej orientacji, a nie do góry nogami. Pamiętaj, że poprawny montaż inwertera jest właściwie niezbędny, by zapewnić jego długie, prawidłowe funkcjonowanie.

Kliknij baner i poznaj naszą ofertę!

Jak podłączyć i ustawić falownik?

Po wyborze odpowiedniego rodzaju oraz mocy nominalnej i wejściowej falownika należy podłączyć go do urządzenia, z którym ma współpracować, na przykład do silnika. Inwerter w takim wypadku powinien mieć taką samą lub większą energię w porównaniu z mocą napędzanego silnika elektrycznego. Jak podłączyć falownik? Najlepiej kierować się przy tym dołączoną do niego instrukcją montażu.

Podłączenia należy dokonać według załączonego do urządzenia schematu z instrukcją dopięcia uzwojeń. Przydadzą się też informacje umieszczone na tabliczce znamionowej – w szczególności moc nominalna urządzenia.

W przypadku falownika trójfazowego można wykonać podłączenie uzwojeń w gwiazdkę lub w trójkąt, a wybór jednego z trybów zależy od parametrów znamionowych urządzeń. Kiedy już dojdzie do podłączenia, należy sprawdzić, czy prąd znamionowy silnika będzie miał właściwą wartość względem sposobu podłączenia uzwojeń. 

Trzeba zweryfikować prędkość nominalną silnika oraz częstotliwość znamionową napięcia zasilania. Finalizacja podłączenia falownika do silnika polega na przeanalizowaniu parametrów w programie inwertera.

Jak podłączyć falownik do sieci? Aby uruchomić cały system fotowoltaiczny, nie wystarczy podłączyć do siebie modułów i falownika, trzeba jeszcze podłączyć falownik do sieci. Połączenie z siecią przesyłową w instalacji przysufitowej wymaga wykonania prac po stronie DC i AC.

Niewykluczone, że w takim przypadku konieczne stanie się wykorzystanie odpowiednich, dodatkowych zabezpieczeń, jak wyłączniki różnicowoprądowe i ograniczniki przepięć. Ostatecznie uruchomienie systemu będzie wymagało podłączenia instalacji do licznika dwukierunkowego, a on może być zamontowany tylko przez przedsiębiorstwo energetyczne.

Kolejnym krokiem przy uruchamianiu falownika jest jego zaprogramowanie. Programowanie falownika do odpowiednich parametrów dotyczących częstotliwości wyjściowej i innych powinno odbywać się na podstawie tabliczki znamionowej i schematu dołączonego do inwertera.

Jeśli mamy silnik z mocą znamionową 3, to wówczas trzeba wykorzystać ustawienie falownika 3 kW – siłę przypisaną do mocy znamionowej falownika. W przypadku mocy silnika 11 kW przy połączeniu w trójkąt parametr H30 należy ustawić na falowniku 11 kW na 11.

Jakie wyróżnia się wskaźniki energetyczne budynku i o czym dokładnie informują?

Jak dobrać falownik do silnika?

Dobór odpowiedniego falownika do silnika jednofazowego lub trójfazowego powinien odbywać się w taki sposób, aby dostosować do siebie wszystkie jego parametry. Jeśli tylko wymagane jest regulowanie ilości obrotów na minutę w silniku, konieczne staje się zastosowanie w układzie działania falownika. Przed  jego zakupem trzeba zwrócić uwagę na podstawowe dane techniczne urządzenia z tabliczki znamionowej, takie jak:

• napięcie zasilające,
• moc i prąd silnika,
• typ połączeń – gwiazda lub trójkąt,
• obroty silnika.

Jeśli wiadomo, jaka jest moc silnika, łatwo można wybrać odpowiedni dla niego inwerter. Ważny jest dobór falownika o prądzie wyjściowym, który będzie co najmniej równy łącznemu prądowi wielu lub jednego silnika.

Należy też zwrócić uwagę na mechanikę systemu napędowego, a przede wszystkim rodzaj obciążenia silnika. Przy napędach lekkich, obecnych w pompach czy wentylatorach, wystarczający wydaje się falownik skalarny, natomiast w aplikacjach o większym obciążeniu – urządzenie z bezczujnikowym sterowaniem wektorowym.