Inwerter - wszystko na temat. Jaki inwerter solarny wybrać?

Co steruje działaniem paneli fotowoltaicznych? Co umożliwia komunikację i wysyła powiadomienia właścicielowi? Co rozłączy instalację, gdy dojdzie do zwarcia? Inwerter! Wniosek? Inwerter solarny spełnia wiele funkcji, a jego wybór jest bardzo ważny.

Jakie rozwiązania są na rynku? Czym kierować się przy wyborze? Jak działa inwerter? W tym artykule znajdziesz odpowiedzi na te pytania i wiele więcej.

Artykuł nie porusza kwestii inwerterów centralnych, przeznaczonych na duże farmy fotowoltaiczne.

Inwerter fotowoltaiczny - co to jest i jak działa?

Inwerter solarny to szczególnego typu konwerter mocy, który przetwarza prąd stały produkowany przez panele fotowoltaiczne w prąd przemienny, taki jaki jest w gniazdku. To podstawowa funkcja, od której wywodzi się nazwa tego urządzenia. Jest inwerterem, bo regularnie odwraca kierunek przepływu prądu (z angielskiego invert to odwracać). Taki prąd przemienny płynie raz w jedną, raz w drugą stronę. Na wykresie wygląda to jak fala, stąd druga nazwa - falownik lub falownik fotowoltaiczny.

Zasada działania falownika w formie graficznej. Po lewej stronie widzimy prąd stały, płynący stale w jednym kierunku. Po prawej widzimy prąd przemienny, płynący raz w jedną, raz w drugą stronę. Źródło: teoriaelektryki.pl

O tym, jak dobrze inwerter przekształca prąd stały w przemienny, informuje jego sprawność, wyrażona w procentach. Przy czym nie patrz na sprawność maksymalną, którą znajdziesz w materiałach reklamowych. Ten parametr mówi tylko, jak inwerter radzi sobie w najlepszych warunkach i nie bierze pod uwagę działania w warunkach niższego nasłonecznienia! Otwórz katalog produktu i znajdź sprawność europejską. Informuje ona o przewidywanej średniej sprawności pracy inwertera, biorąc pod uwagę europejski klimat.

Przykład: sprawność europejska inwertera Growatt MIN 2500TL-XE wynosi 97,1%, zatem w ciągu roku około 97,1% energii dostarczonej do inwertera przez instalację pv zostanie zamieniona w prąd przemienny.

Poza funkcją podstawową inwertery spełniają szereg funkcji pobocznych:

• Monitorują działanie instalacji fotowoltaicznej
• Spełniają funkcje bezpieczeństwa
• Powiadamiają o usterkach
• Przeprowadzają MPPT - wyszukiwanie maksymalnego punktu mocy
• Sterują urządzeniami w domu tak, by zmaksymalizować autokonsumpcję

Monitorowanie działania instalacji - Inwerter śledzi i zapisuje parametry działania instalacji. Daje też do nich dostęp. Kiedyś inwertery umożliwiały odczytanie danych z wyświetlacza, obecnie większość z nich udostępnia te informacje przez aplikację do telefonu, dzięki czemu użytkownik może łatwo z nich skorzystać.

Opcjonalnie inwerter z optymalizatorami lub mikroinwertery mogą monitorować działanie każdego modułu z osobna, a system z magazynem energii monitoruje działanie również tego urządzenia.

Jak wygląda monitoring działania instalacji w aplikacji? Przykład przedstawiono na poniższej grafice:

Jakość aplikacji do monitorowania ma ogromny wpływ na komfort użytkowania instalacji. Marki ze świetnie przemyślaną aplikacją internetową to m.in.

• SolarEdge
• SMA
• Fronius
• Enphase
• Huawei

Funkcje bezpieczeństwa - inwerter może wykryć usterkę i wyłączyć instalację. Może to uratować Ci życie. Na przykład gdy w źle zamontowanej wtyczce przy module fotowoltaicznym zaczyna iskrzyć, może to doprowadzić do pożaru. Gdy falownik fotowoltaiczny to wykryje, od razu wyłącza instalację.

Nie wszystkie inwertery solarne równie dobrze wykrywają takie zdarzenia. Wedle raportu PVEL z 2019 roku wyjątkowo dobrze na tym polu wypadają produkty marek:

• Delta
• Fronius

Powiadamianie o usterkach - inwerter wysyła informacje o nietypowych zdarzeniach Tobie oraz instalatorowi.

MPPT (maximum power point tracking - wyszukiwanie maksymalnego punktu mocy) - ten “punkt” to wartość napięcia i natężenia, dla której fotowoltaika osiąga największą moc. MPP nie jest stały i zmienia się wraz z warunkami, zaś jego znalezienie szczególnie utrudnia cień. Szybkość reakcji i precyzja algorytmu wyszukiwania MPP ma bezpośredni wpływ na zyski z instalacji.

Wedle raportu PVEL z 2019 roku wyjątkowo dobrze radzą sobie tutaj produkty marek:

• Delta
• Huawei
• Schneider

Maksymalizowanie autokonsumpcji - jeśli wyposażysz instalację w dodatkowy licznik, inwerter może uruchamiać wskazane urządzenia wtedy, gdy fotowoltaika produkuje nadwyżki prądu. Dzięki temu zadbasz, by Twoja zielona energia była jak najlepiej wykorzystana.

Jaki falownik do fotowoltaiki?

Falownik bardziej niż inne urządzenia określa to, jak Twoja instalacja fotowoltaiczna będzie działać, stąd jego wybór to ważna sprawa. Jak się do tego zabrać?

• Ustal swoje priorytety
• Wybierz typ inwertera
• Na podstawie rankingu wybierz markę

Jakie mogą być Twoje priorytety? Spośród poniższej listy wybierz dwie, trzy pozycje:

• Wydajność
• Ochrona przed cieniem
• Niezawodność i gwarancja
• Bezpieczeństwo budynku / domu
• Monitoring
• Cena
• Autokonsumpcja (np. magazynowanie energii)
• Off-grid

Spójrzmy teraz na rodzaje inwerterów. Każdy typ szczegółowo omówimy. Zwróć uwagę, że poszczególne rodzaje mają jedną / dwie kluczowe zalety. Gdy pokrywają się z Twoimi priorytetami, to znak, że jest to coś dla Ciebie!

Typy inwerterów solarnych

Ze względu na obsługę modułów wyróżniamy następujące rodzaje inwerterów:

• Inwertery szeregowe
• Mikroinwertery
• Inwertery z optymalizatorami

Inwerter szeregowy jest wielkości walizki i obsługuje całą instalację. Mikroinwertery są wielkości książki i zajmują się tylko jednym modułem.

Inwerter z optymalizatorami to hybryda obu światów. Tutaj mamy jeden inwerter na całą instalację ORAZ małe optymalizatory pod każdym modułem.

Wszystkie powyższe typy są jednocześnie falownikami sieciowymi, co oznacza, że do działania wymagają podłączenia do sieci energetycznej. Istnieją jednak inwertery, które poradzą sobie bez sieci energetycznej, są to:

• Falowniki wyspowe / off-grid, które nie potrzebują podłączenia do sieci i nie mogą wysyłać energii do sieci.
• Inwertery hybrydowe, które mogą działać jako falownik sieciowy, a w przypadku awarii sieci działają jak wyspowy.

Zaraz omówimy dokładniej te typy inwerterów oraz to, jak spełniają Twoje priorytety. Najpierw jednak krótkie przypomnienie.

Dobór falownika przy projektowaniu instalacji

Moduły fotowoltaiczne na rynku stają się większe i większe, co sprawia, że coraz trudniej jest optymalnie dobrać inwerter. Może to być zbyt trudne zadanie dla niedoświadczonego instalatora!

Przykład: szczególnie ważnym parametrem przy projektowaniu instalacji jest napięcie pracy po stronie prądu stałego. Zbyt niskie napięcie sprawia, że inwerter musi załączać tzw. DC booster, by móc pracować. Zwiększa to zużycie energii!

Inwerter fotowoltaiczny szeregowy

Inwertery szeregowe (lub falowniki łańcuchowe) to podstawowy typ falownika. Najprostszy, najtańszy i łatwo go naprawić. Czego chcieć więcej?

Kluczowa zaleta inwerterów szeregowych to:

• Cena
  Na ogół nawet inwertery szeregowe klasy premium oferują lepszy stosunek jakości do ceny niż mikroinwertery lub optymalizatory. Jeśli kierujesz się głównie kwestiami finansowymi, nie szukaj dalej.

To jednak nie jedyna zaleta. Inwertery szeregowe spełniają pozostałe funkcje w zadowalającym stopniu.

Wydajność - transformatorowe inwertery szeregowe osiągają nawet 98% sprawności europejskiej. To bardzo dużo.

Ochrona przed cieniem - cień to najgorszy wróg fotowoltaiki. Jednak okazjonalny cień to nie dramat nawet dla zwykłych falowników fotowoltaicznych. Diody bocznikowe zapewniają podstawową ochronę dla modułów fotowoltaicznych, a algorytmy MPPT inwertera sprawiają, że instalacja może zachować wysoką wydajność mimo zacienienia.

Jednakże jeśli masz codzienny cień w środku dnia, wówczas musisz zainwestować w mikroinwertery lub optymalizatory. Lub zamontować instalację w innym miejscu.

Niezawodność i gwarancja - inwertery klasy premium (SMA, Fronius) to niezawodne urządzenia, a ponieważ są łatwo dostępne, ich naprawa i serwis nie sprawia problemów. Ich gwarancja może trwać nawet 20 lat i obejmować również koszty instalacyjne.

Bezpieczeństwo - droższe inwertery klasy premium mają zaawansowane funkcje wykrywania łuku elektrycznego i przebicia izolacji. Dzięki tym funkcjom instalacja fotowoltaiczna nie stanie się przyczyną pożaru. W budżetowych inwerterach te funkcje mogą być nieobecne lub mogą słabo działać.

Jednakże ze względu na fakt, że pomiędzy inwerterem a instalacją wciąż będzie istniało napięcie, instalacja pv może rozprzestrzeniać pożar i co gorsza, utrudniać akcję gaśniczą.

Autokonsumpcja - z niektórymi markami możesz zwiększyć autokonsumpcję inwestując w licznik energii i sterując zużyciem energii w domu. Możesz też dokupić magazyn energii typu AC.

Off-grid - Wyposażenie instalacji ze zwykłym inwerterem sieciowym w możliwość działania w trybie off-grid może być bardzo trudne, jeśli nie niemożliwe. Szczególnie jeśli chciałbyś, żeby panele fotowoltaiczne ładowały akumulatory w trybie awaryjnym.

Godny uwagi wyjątek to Huawei. Jeśli masz inwerter Huawei SUN2000, możesz łatwo rozbudować instalację o możliwość działania w trybie off-grid. Ciekawym rozwiązaniem jest też inwerter Fronius GEN24, który zapewnia jedno gniazdko elektryczne, działające podczas awarii sieci i które nie wymaga magazynu energii!

Przykładowe marki inwerterów:

Inwertery szeregowe premium	Standardowe inwertery szeregowe
SMA Fronius Schneider Delta Huawei	SolaX Sofar Afore Growatt Kehua

Mikroinwertery i optymalizatory - MLPE

Mikroinwertery i optymalizatory są razem określane mianem energoelektroniki na poziomie modułu (Module-Level Power Electronics - MLPE). W 2018 roku stosowano je już w 86% nowych instalacji domowych w USA. Rosnącą popularność mikroinwerterów i optymalizatorów widać też w Polsce.

Kluczowe zalety mikroinwerterów i optymalizatorów to:

• Ochrona przed cieniem
  Nic nie chroni przed cieniem w 100%, ale mikrofalowniki i optymalizatory to najlepsze dostępne remedium na ten problem. Te urządzenia ograniczają degradację modułów spowodowaną cieniem i powodują, że niezacieniona część instalacji będzie nadal działać z wysoką wydajnością.
• Bezpieczeństwo
  Mikroinwertery i optymalizatory mogą odciąć każdy moduł z osobna od instalacji. Dzięki temu instalacja pv nie będzie podsycać ognia w przypadku pożaru ani utrudniać akcji gaśniczej.
• Monitoring
  Dzięki optymalizatorom i mikroinwerterom możesz śledzić z osobna działanie każdego modułu. Jeśli jakiś się zepsuje, od razu to wykryjesz.

Po stronie wad musimy zapisać fakt, że stosując mikroinwertery lub optymalizatory powiększamy ilość sprzętu w instalacji, a na dodatek umieszczamy go na dachu, w miejscu raczej trudnodostępnym. Ma to swój wpływ na wydajność i niezawodność.

Wydajność - nie ma dowodów na znaczące różnice między wydajnością inwerterów szeregowych, a mikroinwerterów i optymalizatorów. Niektóre badania mówią, że mikroinwertery są nieco lepsze, inne z kolei, że zwykłe inwertery są bardziej wydajne. W żadnym z tych badań różnice nie są kolosalne.

Niezawodność i gwarancja to dość sporny temat. Z jednej strony gwarancje na mikroinwertery i optymalizatory są bardzo długie. Z drugiej, im więcej mikroinwerterów lub optymalizatorów w instalacji, tym większe prawdopodobieństwo, że któryś się zepsuje. Ponadto gwarancja nie obejmuje kosztów serwisu, a ten jest dość kłopotliwy, gdyż instalator musi wejść na dach i rozmontować kawałek instalacji.

Z trzeciej strony mikroinwertery sprawiają, że przez ogniwa modułów płynie dużo niższy prąd, dzięki czemu moduły AC - moduły z inwerterami - mogą działać dużo dłużej.

Autokonsumpcja - sytuacja identyczna, co ze zwykłymi inwerterami szeregowymi.

Off-grid - wyposażenie instalacji w możliwość pełnego off-gridu może być bardzo trudne. Godnym uwagi wyjątkiem jest tutaj Solaredge, który właśnie wypuścił magazyn energii, wstecznie kompatybilny ze starszymi inwerterami.

Przykładowe marki mikrofalowników i optymalizatorów:

Mikrofalowniki	Optymalizatory
Enphase Hoymilse AEconversion	Solaredge Tigo Huawei

Inwerter hybrydowy

Inwertery hybrydowe łączą sieć energetyczną, instalację fotowoltaiczną i magazyn energii. Gdy jest noc, mogą ładować magazyn z sieci. Gdy jest dzień, mogą ładować magazyn z fotowoltaiki. Gdy magazyn jest pełny, wysyłają prąd do sieci. A gdy sieć ma awarię, wówczas łączą instalację z magazynem energii i zasilają dom.

Kluczowe zalety inwertera hybrydowego to:

• Autokonsumpcja
  Inwerter hybrydowy może obsługiwać magazyn energii typu DC. Nawet mały akumulator znacznie zwiększa autokonsumpcję.
• Off-grid
  Inwertery hybrydowe dadzą Ci zasilanie awaryjne, gdy padnie sieć energetyczna i w większości wypadków będą ładować magazyn energii z instalacji fotowoltaicznej.

W pozostałych cechach przypominają zwykłe inwertery szeregowe.

Inwertery hybrydowe są droższe od inwerterów szeregowych, lecz to i tak najtańszy sposób na instalację z funkcją zasilania awaryjnego.

Przykładowe marki:

• Victron
• Solis

Inwerter fotowoltaiczny - cena

Inwerter o mocy 5 kWp może kosztować od 3 do 6 tysięcy złotych, ponieważ cena falownika fotowoltaicznego zależy od następujących czynników:

• mocy
• marki
• gwarancji
• funkcji

Im większy inwerter, tym droższy, a marki z ustaloną pozycją lubią kasować więcej za swoje usługi. Przeprowadzone przez nas badanie rynku ukazuje zależność ceny falowników fotowoltaicznych od ich mocy i marki.

Najpierw zobaczmy wykres cen inwerterów trójfazowych.

Teraz zobaczmy ceny inwerterów jednofazowych.

Tańsze inwertery mogą być pozbawione ważnych funkcji, na przykład wykrywania łuku elektrycznego. Huawei to najtańsza marka, którą można nazwać premium.

Osobną kwestią jest stosunek ceny do gwarancji. Niektórzy producenci oferują możliwość płatnego przedłużenia gwarancji.

Od lewej - inwerter SMA z gwarancją na 5 lat, potem ten sam inwerter z gwarancją na 10, 15 i 20 lat. Na końcu mikroinwertery Enphase z gwarancją na 25 lat. Zwróć jednak uwagę, że gwarancja SMA pokrywa też wszystkie koszty serwisowe, a Enphase - wyłącznie koszt urządzenia (przez pierwsze 2 lata pokrywają też koszty serwisowe). Ceny aktualne na Q1 2022.

Decyzję czy warto przedłużyć gwarancję, musisz podjąć sam.

Co się bardziej opłaca, inwerter jedno, czy trójfazowy?

W przypadku małych instalacji do 3 kW dostępne są tylko inwertery jednofazowe, więc nie ma się nad czym zastanawiać. Powyżej 3,68 kW wymogi OSD nakazują kupno falownika trójfazowego, więc też nie ma się nad czym zastanawiać. Ale w przedziale od 3 do 3,68 kW - na jaki inwerter solarny się zdecydować?

Zalecamy wybór inwertera trójfazowego, gdyż te są bardziej wydajne i dadzą Ci lepszą autokonsumpcję, a to wyraźnie wpływa na opłacalność instalacji.

Ranking falowników

Teraz, gdy masz już określone priorytety i zdobyłeś wiedzę o podstawowych rodzajach falowników, spójrz na przygotowany przez nas ranking. Jeśli jakaś marka Cię zainteresuje, kliknij w nią, a przeczytasz jej dokładną recenzję.

Z tymi informacjami będziesz mógł dokonać wartościowego wyboru.

Jak widzisz, na wynik składają się cztery oceny cząstkowe:

• “Niezawodność” na podstawie gwarancji i marki szacuje długość działania danego inwertera
• “Wydajność” opisuje to, jak zyskowna będzie instalacja z produktami danej marki
• “Wiarygodność” dotyczy producenta. Wiarygodny producent ma doświadczenie w tym co robi i oferuje dobrą obsługę klienta w Polsce
• “Opłacalność” stara się odpowiedzieć na fundamentalne pytanie “czy jest to warte swojej ceny?”

Montaż inwertera

Prawidłowy montaż inwertera jest niezbędny do jego długiego funkcjonowania. Nieprawidłowy montaż skróci jego żywotność i unieważni jego gwarancję.

Jako klient nie musisz znać na wskroś instrukcji montażu inwertera, ale warto, żebyś znał kilka podstawowych zasad:

• Inwertery z klasą ochronną IP 65 można instalować na zewnątrz, ale żadnego inwertera nie można instalować na słońcu. Urządzenie podczas pracy nagrzewa się, a w przypadku przegrzania dojdzie do jego wyłączenia.
• Inwerter można montować pionowo. Zazwyczaj nie można ich montować poziomo ani pod skosem. Nie wolno ich montować do góry nogami ani na suficie.
• Inwerter musi mieć odstępy wentylacyjne obok, nad, pod i przed falownikiem, zazwyczaj jest to kilkadziesiąt centymetrów z każdej strony.
• Instalując kilka inwerterów obok, pamiętaj o dużej odległości między nimi. Szczególnie zabroniony jest montaż jednego falownika pod drugim, gdyż ten powyżej będzie miał poważny problem z chłodzeniem ze względu na ciepło wydobywające się z falownika z dołu.

Źródła:

• Badania PVEL z 2019 roku
• David Feldmann, Vignesh Ramasamy, Jal Desai i Robert Margolis, U.S. Solar Photovoltaic System and Energy Storage Cost Benchmarks: Q1 2021, opublikowane przez NREL.