Dlaczego potrzebny jest falownik do systemu solarnego?

System zasilania energią słoneczną wymaga inwertera do konwersji prądu stałego (DC) zebranego przez panele na prąd przemienny (AC). Ponadto falowniki te pełnią wiele innych funkcji w domu i powinny również wykonywać wszelkie niezbędne zadania konserwacyjne.

Rozmiar falownika ma kluczowe znaczenie przy projektowaniu wydajnego systemu solarnego z akumulatorem. Mniejszy falownik może doświadczać strat wydajności podczas konwersji ze źródeł prądu stałego na prąd przemienny, co prowadzi do strat wydajności podczas pracy.

Co to jest falownik?

Inwertery przekształcają prąd stały (DC) w prąd zmienny (AC). Umożliwia to podłączanie urządzeń elektronicznych bezpośrednio do gniazdek, które zapewniają zasilanie prądem przemiennym w domach; w przeciwieństwie do prądu stałego, prąd przemienny może płynąć w obie strony i dlatego musi być odpowiednio kierowany, aby zapewnić skuteczne działanie.

Falownik działa poprzez sterowanie zestawem przełączników za pomocą mikroprocesora, z przełączaniem przy znacznie wyższej częstotliwości niż większość urządzeń gospodarstwa domowego (50-60 Hz dla większości urządzeń gospodarstwa domowego), tak aby wytwarzać fale zbliżone do sinusoidalnych z całkowitymi zniekształceniami harmonicznymi (THD) poniżej 3%.

Sprawność znamionowa falownika jest obliczana poprzez odjęcie strat przełączania od całkowitej pobieranej mocy wejściowej, a następnie opublikowanie tej wartości jako mocy wyjściowej DC lub wartości sprawności Euro.

Falowniki są niezbędnym elementem każdego systemu energii słonecznej, przekształcając energię wytwarzaną przez panele słoneczne w energię elektryczną, która może być wykorzystywana zarówno w domach, jak i firmach. Tradycyjne inwertery "łańcuchowe" łączą wszystkie panele słoneczne razem, aby jednocześnie pobierać całą ich moc wyjściową DC; coraz częściej ludzie decydują się na mikroinwertery podłączone bezpośrednio do poszczególnych paneli w celu bardziej wydajnego wytwarzania i zasilania rezerwowego w przypadku awarii sieci; zazwyczaj wyposażone w ochronę czujnika temperatury, aby chronić te urządzenia przed przegrzaniem.

Inwertery przekształcają prąd stały (DC) w prąd zmienny (AC).

W systemach solarnych inwertery przekształcają energię prądu stałego z paneli słonecznych w prąd przemienny, z którego mogą korzystać urządzenia domowe i elektronika. Chronią one również sprzęt domowy i okablowanie w przypadku awarii zasilania; zapobiegają przesyłaniu energii elektrycznej do zewnętrznych linii energetycznych podczas przerw w dostawie prądu; oraz umożliwiają generowanie kredytów energetycznych netto (zniżki na rachunku za energię elektryczną za wysyłanie nadmiaru energii słonecznej z powrotem do firmy energetycznej) po podłączeniu do sieci.

Falowniki działają poprzez szybkie włączanie i wyłączanie dużej liczby tranzystorów (lub półprzewodników). Gdy każda para tranzystorów otwiera się i zamyka w różnych odstępach czasu, ich prąd elektryczny odpowiednio rośnie i spada; tworząc tak zwaną falę sinusoidalną. Wynikowy kształt fali przypomina falujące wzgórza.

Prąd stały płynie tylko w jednym kierunku, podczas gdy prąd zmienny przepływa naprzemiennie kilka razy na sekundę. Falownik przekształca napięcie prądu stałego (zazwyczaj 12, 24 lub 48 V) na standardowe napięcie prądu przemiennego o wartości 120 lub 240 V i częstotliwości 60 Hz.

Falowniki mogą przechowywać przetworzoną energię w akumulatorach na wypadek sytuacji awaryjnych lub szczytowego zapotrzebowania. Co więcej, falowniki mogą być również wykorzystywane w systemach energii odnawialnej do konwersji mocy wyjściowej turbiny wiatrowej lub generatora hydroelektrycznego na użyteczną energię elektryczną prądu przemiennego do wykorzystania przez inne urządzenia w systemie.

Falowniki mogą magazynować energię elektryczną w akumulatorach.

Panele słoneczne wykorzystują światło słoneczne do uwalniania elektronów z płytek krzemowych, tworząc prąd elektryczny. Niestety, ten prąd stały (DC) nie może być wykorzystywany przez większość urządzeń domowych; dlatego system solarny wymaga falownika, który przekształca go w prąd przemienny, który może być wykorzystywany w gospodarstwie domowym.

Inwertery pełnią wiele funkcji, które wspomagają działanie systemu solarnego. Na przykład, monitorują napięcie paneli w celu ustalenia maksymalnych poziomów mocy wyjściowej modułów, unikając w ten sposób zbyt wysokiego napięcia łańcuchów, a tym samym zmniejszając ogólną produkcję energii z systemu. Co więcej, inwertery posiadają funkcje ochrony przed awariami systemu, które wykrywają i wyłączają, jeśli coś pójdzie nie tak z panelami lub okablowaniem i natychmiast wyłączają system, jeśli coś ulegnie awarii w obu przypadkach.

Inteligentne falowniki zapewniają kolejną warstwę komunikacji z siecią. Inwertery podłączone do systemów solarnych podłączonych do sieci mogą wykrywać odchylenia częstotliwości i napięcia od standardowych wartości i reagować na różne sposoby; niektóre mogą wytrzymać niewielkie zakłócenia; jeśli odchylenie utrzymuje się zbyt długo, mogą nawet odłączyć się od sieci i całkowicie się wyłączyć.

Inne falowniki dostarczają w razie potrzeby moc bierną do sieci, pomagając ją zrównoważyć i ułatwiając pracę przedsiębiorstwom energetycznym. Co więcej, inwertery te pozwalają nadmiarowi energii słonecznej wrócić do sieci - oszczędzając pieniądze dzięki kredytom energetycznym netto na rachunku za energię elektryczną!

Falowniki mogą komunikować się z siecią.

W miarę jak energia słoneczna staje się coraz powszechniej wykorzystywana, jej znaczenie wzrosło wykładniczo dla inwerterów komunikujących się z siecią. Muszą one informować ją, gdy ich generacja przekracza zużycie, aby mogły uzyskać kredyt. Muszą one również być zdolne do zmiany mocy wyjściowej w zależności od innych zmian generacji i zapotrzebowania - aspekt znany jako automatyczna kontrola generacji w sieci.

Falowniki zapewniają inne usługi sieciowe, takie jak odpowiedź napięciowa i częstotliwościowa. W sieci napięcie (siła, która popycha ładunek elektryczny do przodu) i prąd (przepływ naładowanych cząstek) ulegają ciągłym wahaniom. Falowniki wyposażone są w funkcje synchronizujące je w fazie, dzięki czemu ich moc jest bardziej "realna" dla podłączonych urządzeń.

Podobnie, w połączeniu z systemami zasilania energią słoneczną, falowniki mogą pomóc akumulatorom reagować na wahania napięcia w sieci, dostosowując moc wyjściową w przypadku skoków lub spadków napięcia - pomagając chronić akumulatory i inne urządzenia sieciowe przed uszkodzeniem lub awarią.

Falowniki mogą łączyć się z siecią za pośrednictwem urządzeń komunikacyjnych wbudowanych bezpośrednio w nie lub dołączonych jako akcesoria, wysyłając informacje o własnej produkcji i zużyciu energii bezpośrednio do bramy internetowej lub sprzętu monitorującego, dzięki czemu właściciele, media i systemy automatyzacji sieci mogą śledzić wszystko, co się w nich dzieje.