Sercem instalacji fotowoltaicznej jest inwerter (inna spotykana nazwa to falownik). Odpowiada on za zamianę napięcia stałego odbieranego od płyt fotowoltaicznych na napięcie przemienne akceptowalne w naszych gniazdkach.

Na polskim rynku funkcjonuje kilku producentów tych niezbędnych w instalacji fotowoltaicznej urządzeń. Mimo iż każdy z nich robi to samo, możemy podzielić ich wg kilku kategorii. Jeden z podziałów przewiduje inwertery transformatorowe i beztransformatorowe, które są obecnie popularniejsze, mniejsze, lżejsze, tańsze i o większej sprawności niż odmiany transformatorowe. Te z kolei znajdują zastosowanie przy rzadziej spotykanych panelach cienkowarstwowych.

Ponieważ inwerter beztransformatorowy nie ma izolacji galwanicznej, przy jego stosowaniu (podkreślmy, że jest obecnie najpopularniejszy) wymagane jest uzupełnienie instalacji elektrycznej o odpowiednie zabezpieczenia (zostaną omówione w dalszej części artykułu). Innym podziałem jest wyróżnienie inwerterów wyspowych i sieciowych. Pierwsze z nich pozwalają na pracę instalacji tzw. autonomicznej, wyspowej (z ang. off grid) – niepołączonej z siecią elektryczną, a jedynie zasilającej odbiorniki, które pobierają energię tylko z instalacji fotowoltaicznej. Ten rodzaj inwerterów nie pozwala na współpracę z istniejącą siecią elektryczną.

Ewentualne nadwyżki energii elektrycznej mogą być magazynowane w akumulatorach, aby móc je wykorzystać w nocy lub „pochmurny” dzień. Obecnie ze względu na dosyć wysokie koszty akumulatorów instalacje autonomiczne – wyspowe spotykane są rzadko. Większość instalacji domowych to instalacje podłączone do sieci – tzw. sieciowe (z ang. on grid), a więc wykorzystujące inwerter sieciowy. Trzeba tu od razu podkreślić, że instalacja „sieciowa” nie będzie stanowić awaryjnego źródła prądu w przypadku braku zasilania z sieci elektrycznej. Z oczywistych względów bezpieczeństwa w momencie zaniku dostawy prądu z sieci inwerter natychmiast odcina zasilanie z instalacji fotowoltaicznej.

Nie trudno bowiem wyobrazić sobie sytuację, kiedy zakład energetyczny odcina zasilanie ze względu na konieczność np. naprawy, a tymczasem „my” dostarczamy całą energię elektryczną z naszej domowej instalacji fotowoltaicznej. Nieświadomy pracownik zakładu energetycznego byłby narażony na wypadek, a nawet śmierć! Dlatego też inwertery sieciowe nie dopuszczają do tak niebezpiecznej sytuacji. Występują na rynku urządzenia, które w momencie zaniku dostawy prądu z sieci odłączają fizycznie obwód domowy od sieci zewnętrznej, jednocześnie przekazując zasilanie z domowej instalacji fotowoltaicznej. Funkcjonalność taka wymaga jednak zastosowania dodatkowego urządzenia.

Kolejny podział inwerterów dotyczy ilości paneli, które są w stanie „obsłużyć”. Najpopularniejsze są inwertery tzw. stringowe, czyli takie, które współpracują z niedużymi instalacjami fotowoltaicznymi składającymi się z kilku/kilkudziesięciu płyt. Zakres maksymalnej mocy inwertera sięga do kilkunastu kW. Duże instalacje o mocy kilkuset kW albo więcej potrzebują inwertera centralnego dobieranego i produkowanego indywidualnie dla potrzeb projektowanej instalacji. W przypadku instalacji większych, dla których nie można dobrać jednego inwertera (większa projektowana moc instalacji niż możliwości dostępnych na rynku inwerterów), stosuje się układ kilku inwerterów, a instalacja jest elektrycznie podzielona na mniejsze części.

Zupełnym przeciwieństwem inwerterów centralnych do dużych instalacji są mikroinwertery, czyli inwertery współpracujące tylko z jednym panelem fotowoltaicznym, przymocowane pod płytą panela. Zaletą mikroinwerterów jest niewątpliwie fakt, że dzięki nim każda płyta stanowi niejako osobną instalację, a więc nie występują typowe problemy z zacienianiem, nierówną mocą paneli (problem dodatniej tolerancji mocy wyjaśniony w jednej z poprzednich części artykułu), a także ograniczeniami możliwych dla danego inwertera stringowego konfiguracji ilości i sposobu połączenia paneli fotowoltaicznych w instalację. Wadą jest niewątpliwie wyższa cena w porównaniu do typowej instalacji z inwerterem stringowym.

Zadanie dla inwertera

Podstawowym zadaniem inwertera jest zamiana prądu stałego z instalacji fotowoltaicznej na napięcie przemienne mogące być wykorzystane przez urządzenia elektryczne. Aby to nastąpiło, prąd dostarczany z inwertera musi się zsynchronizować z siecią elektryczną. Ze względu na pewne różnice w parametrach sieci elektrycznych w rożnych krajach inwertery dopasowują się do sieci automatycznie lub wymagają wstępnej nastawy kraju, w którym pracują. Tuż po włączeniu inwertera będzie on m.in. synchronizował się z siecią, a następnie szukał maksymalnego punktu mocy (patrz: poprzednie części artykułu). W tym czasie nie oddaje on energii elektrycznej do sieci, dopiero po ustaleniu parametrów pracy do naszej sieci popłynie darmowa energia elektryczna. Proces uruchamiania inwertera może trwać kilkadziesiąt sekund.

Czytanie danych

Czym kierować się przy doborze inwertera? Najpierw musimy wiedzieć, „jak czytać” dane techniczne inwertera. W tabeli 1 [1] pokazany jest fragment danych technicznych inwertera jednego ze znanych na polskim rynku producenta.

Kowalski211tab1

Maksymalna moc DC informuje po prostu, jaką największą moc urządzenie jest w stanie odprowadzić do sieci. Przykładowo inwerter SunnyBoy 2.5 charakteryzuje się mocą maksymalną 2650 W. Zgodnie z zasadą, że moc instalacji fotowoltaicznej powinna wynosić między 92-118% mocy inwertera, a optymalnie 105%, inwerter najlepiej sprawdzi się przy instalacjach o mocy w zakresie od 2438 do 3127 W, a optymalnie ok. 2782 W. Jeśli posiadalibyśmy panele fotowoltaiczne Tegreon 260p opisane w drugiej części artykułu (dla przypomnienia dane techniczne z tabeli 2 [2]), to optymalnie byłoby podłączyć 11 sztuk tych paneli: 11 x 260 W = 2860 W. Czyli mieścimy się w zalecanym zakresie dopuszczalnych mocy doprowadzanych na zaciski inwertera.

Kowalski211tab2

Konfiguracja podłączenia

Teraz należy sprawdzić, w jakiej konfiguracji połączenia można by podłączyć panele. Pomocne będą pozostałe parametry inwertera. Poniżej mocy maksymalnej widzimy maksymalne napięcie wejściowe (w przykładzie 600 V). Wartość ta oznacza, że maksymalnie napięcie pojawiające się na zaciskach inwertera po stronie instalacji fotowoltaicznej nie może przekroczyć 600 V. Jeśli stosujemy przykładowe panele fotowoltaiczne z poprzedniej części artykułu, to biorąc pod uwagę, że jeden panel przy temperaturze pracy -20oC może mieć na zaciskach napięcie 43,23 V (szczegółowe obliczenia w poprzedniej części artykułu): 600 V/43,23 V = 13,88 szt.

A więc jeden ciąg paneli maksymalnie może składać się z 13 płyt fotowoltaicznych. Zastosowanie 14 sztuk mogłoby skutkować chwilowym przekroczeniem zakresu pracy inwertera. W powyższych kalkulacjach istotne jest przyjęcie właściwej temperatury roboczej instalacji uwzględniającej temperatury otoczenia występujące w miejscu montażu instalacji.

Zakres napięcia

Kolejny parametr to zakres napięcia MPP (np. 260-500 V dla SunnyBoy 2.5), czyli użyteczny zakres napięć roboczych instalacji fotowoltaicznej, dla których inwerter jest w stanie przetwarzać stałe napięcie z płyt na napięcie przemienne w sieci elektrycznej. Ponieważ panele fotowoltaiczne podczas pracy podnoszą swoją temperaturę, można przyjąć, że minimalna temperatura robocza panelu będzie wyższa niż minimalna temperatura „nieużywanych” paneli. Jeśli przyjmiemy temperaturę roboczą paneli, np -15oC, to napięcie na zaciskach panelu może wynieść np. (patrz również poprzednia cześć artykułu):

Umpp-15 = 37,78 + {0,121 * [25- (-15)]} = 37,78 + 5,45 = 42,62 V,

500 V/42,62 V = 11,7 szt.,

a więc dla zakresu roboczego inwertera optymalnie byłoby podłączyć do 11 sztuk paneli w szeregu. Ponieważ tak skrajne warunki robocze występują rzadko, jako maksymalną dopuszczalną liczbę paneli w szeregu można przyjąć większą z dwóch wyliczonych powyżej wartości. W naszym przypadku będzie to maksymalnie 13 płyt fotowoltaicznych.

Kowalski211fot1

Z kolei minimalny zakres napięcia MPP (260 V) determinuje nam zalecaną minimalną ilość paneli w szeregu. Aby obliczyć tę ilość, należy najpierw określić spadek napięcia na pojedynczym panelu przy zakładanej maksymalnej temperaturze panelu. Dla polskich warunków można przyjąć temperaturę ok. 70ºC:

Umpp+70 = 37,78+ [0,121 * (25- 70)] = 37,78 – 5,45 = 32,33 V,

260V/32,33 V = 8,04 szt.

Wynik 8,04 szt. oznacza, że nie zaleca się montażu mniej niż 9 sztuk paneli fotowoltaicznych. Dlaczego nie można połączyć mniejszej liczby paneli? W upalny letni dzień, kiedy temperatura pracy paneli jest wysoka, istniałoby ryzyko, że napięcie otrzymywane z szeregu połączonych paneli spadnie poniżej zakresu MPP inwertera i urządzenie po prostu przestałoby dostarczać energię elektryczną do sieci.

Podsumowując, jeśli naszym inwerterem byłby SunnyBoy 2.5, to należałoby podłączyć do niego od 9 to 13 płyt fotowoltaicznych w jednym szeregu (optymalnie 11 szt.), których dane techniczne omówiono w drugiej części artykułu.

Do szeregu

Wiemy, że panele fotowoltaiczne można również łączyć równolegle. Dla omawianego inwertera SunnyBoy 2.5 maksymalne natężenie wejściowe prądu wynosi do 10 A (tab. 1). Analizowane panele fotowoltaiczne charakteryzują się natomiast natężeniem prądu rzędu ok. 8,5 A (tab. 2 [2]), a więc inwerter może tylko z jednym szeregiem paneli Tegreon 260P. Jeśli maksymalne natężenie wejściowe inwertera byłoby większe, zbliżone wielokrotności natężenia paneli fotowoltaicznych, należałoby określić robocze zmiany natężenia prądu pojedynczego panelu. Obliczenia byłyby analogiczne jak dla obliczeń dotyczących zmiany napięcia w zależności od zmian temperatury panelu, ale trzeba by uwzględnić temperaturowy współczynnik zmiany natężenia prądu Isc (równy 0,059%/oC – tab. 2). Zmiany natężenia prądu paneli nie podlegają tak dużym wahaniom jak zmiany napięcia.

Podsumowując powyższe obliczenia, okazuje się, że wybrany przykładowy inwerter najlepiej byłoby podłączyć do szeregu 11 przykładowych paneli.

W kolejnej części artykułu spróbujemy dobrać przewody łączące do naszej instalacji oraz niezbędne zabezpieczenia elektryczne.

Paweł Kowalski

Bibliografia:

  1. Dokumentacje techniczne firmy SMA.
  2. http://www.stiebel-eltron.pl/produkty/fotowoltaika/tegreon-260p

5 myśli na temat “Fotowoltaika bez tajemnic (4)

  • 26 sierpnia 2016 o 12:29
    Permalink

    instalację takich ogniw najlepiej powierzyć firmie, która doradzi rzetelnie co i jak oraz zrobi to profesjonalnie. Wtedy pozostaje nam tylko cieszyć się z darmowej energii a nawet na zarabianiu z jej odsprzedawania :) U mnie całą instalacje wykonała firma (…). Panowie to stare wyjadacze jeżeli chodzi o tą branżę. Bardzo dużo doradzili mi w kwestii wyboru ogniw oraz pomogli zdobyć dofinansowanie (którego teraz chyba niestety już nie ma;/ ) Za rok mam zamiar zamontować jeszcze solary tylko zastanawiam się czy jest to równie opłacalne??

    Odpowiedz
  • 3 marca 2017 o 10:55
    Permalink

    Przydatne informacje, ja tego wszystkiego nie wiedziałem, przed instalacją paneli na dachu swojej firmy, ale z (…) na szczęście wszystko się udało

    Odpowiedz
  • 13 marca 2017 o 20:48
    Permalink

    Ja równie ż założyłem panele fotowoltaiczne. Panele (…) a inwerter (…) którego firma (…) jest dystrybutorem i zastanawiałem się czy oby właściwe jest założenie inwertera którego moc jest mniejsza niż moc instalacji fotowoltaicznej. Teraz upewniłem się, że instalacja została właściwie dobrana. Instalacja działa od 2 m-cy i jestem bardzo z niej zadowolony.

    Odpowiedz
  • 23 kwietnia 2017 o 18:53
    Permalink

    Witam
    Czy jest możliwość podłączenia kabla zasilającego z inwertera, zamiast w rozdzielnicy głównej to w rozdzielnicy pietrowej. Jeżeli nie to dlaczego ?

    Odpowiedz
  • 31 października 2017 o 10:09
    Permalink

    Artykuł z błędem. Panele w punkcie mocy maksymalnej mają około 30-31 V. Autor licząc spadek napięcia w upalny dzień wziął wartość obwodu otwartego 37-38 V co jest nie prawdą.

    Odpowiedz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij