Falownik hybrydowy: co to jest, jak działa i do jakiej fotowoltaiki?

Falownik (inaczej: inwerter lub przetwornica) niekiedy nazywany jest sercem fotowoltaiki. I rzeczywiście jest on niezbędny do korzystania z prądu przez generowanego panele PV. Instalacja może zawierać klasyczny inwerter szeregowy, wiele mikroinwerterów połączonych z poszczególnymi panelami albo inwerter hybrydowy. Co to znaczy, że falownik jest hybrydowy? Kiedy warto zdecydować się na takie rozwiązanie?

Co to jest falownik hybrydowy?

Zanim bliżej poznasz zasadę działania falowników hybrydowych, najpierw przedstawimy Ci zadania, jakie stoją przed takim urządzeniem.

Przede wszystkim ma ono przekształcać prąd stały – czyli taki, jaki produkują ogniwa fotowoltaiczne – w prąd przemienny, czyli taki, jaki płynie w gniazdkach sieci domowej. Bez falownika wykorzystanie efektu fotowoltaicznego i całego systemu krzemowych ogniw byłoby zwyczajnie niemożliwe.

Oczywiście nie jest to jedyna funkcja inwertera. Do pozostałych zalicza się monitorowanie sprawności i wydajności instalacji fotowoltaicznej, generowanie informacji o błędach w poszczególnych częściach systemu.

Falowniki są też wyposażone w układy MPPT (ang. Maximum Power Tracker). Pomiar punktu mocy maksymalnej ma zwiększać wydajność fotowoltaiki tak bardzo, jak jest to możliwe.

Zwykły falownik szeregowy (stringowy) może działać co do zasady wyłącznie w instalacji typu on-grid, czyli połączonej z siecią elektroenergetyczną operatora OSD. Z kolei falownik wyspowy ma możliwość łączenia się z magazynami energii i przesłania nadmiaru wyprodukowanego prądu elektrycznego do takiego magazynu.

Zarówno jedna, jak i druga technologia mają swoje zalety i wady:

* Inwertery on-grid współpracują z siecią OSD – kiedy ta nie działa, nie działa również fotowoltaika. Wyprodukowany prąd może zostać albo zużyty albo oddany do sieci. Priorytetem jest tutaj stabilność i relatywnie niska cena.
* Inwertery off-grid nie współpracują z siecią OSD – użytkownik musi polegać na sprawności paneli i akumulatorów. W zamian zyskuje niezależność energetyczną pod warunkiem, że instalacja działa, jak należy.

Czy można jednocześnie korzystać z zalet płynących z rozwiązań on-grid oraz off-grid? Tak, i właśnie do tego służą inwertery hybrydowe.

Są one w stanie łączyć się z siecią operatora OSD, więc dopóki nie ma blackoutu, a energii z paneli zabraknie, można ją dokupić.

Z drugiej strony dzięki współpracy z magazynami energii wyprodukowane nadwyżki w pierwszej kolejności są kierowane właśnie do ładowalnych baterii. Dopiero kiedy są już one w pełni naładowane, ewentualna nadprodukcja trafia do sieci.

Jak działa falownik hybrydowy?

Falownik hybrydowy bazuje na tym samym efekcie fotowoltaicznym, który jest podstawą wszystkich instalacji PV. Pod wpływem fotonów znajdujących się w promieniowaniu słonecznym dochodzi do wzbudzenia elektronów krzemu, które przemieszczają się w kierunku powstałej tzw. dziury elektronowej. W efekcie dochodzi do powstania różnicy potencjałów między półprzewodnikami P oraz N, co wymusza przepływ cząsteczek i powstanie napięcia.

Tym, co różni działanie falownika hybrydowego od urządzenia on-grid, jest możliwość połączenia z magazynem energii. Kiedy powstaje zbyt mało prądu z paneli energetycznych, w pierwszej kolejności dochodzi do czerpania rezerw z akumulatorów, a dopiero następnie z sieci OSD.

Z reguły istnieje możliwość połączenia kilku magazynów energii w jedną całość. To prosty sposób na stworzenie dużych rezerw energetycznych, zwiększenie autokonsumpcji i ograniczenie oddawania nadwyżek produkowanej energii do sieci.

Budowa inwertera hybrydowego

Inwerter fotowoltaiczny hybrydowy składa się z kilku elementów. Są to:

* złącze DC pozwalające na podłączenie paneli fotowoltaicznych,
* układ zamieniający prąd stały na prąd przemienny,
* zestaw filtrów oczyszczających prąd z zakłóceń, tak aby miał odpowiednie parametry,
* układ sterujący poszukujący MPPT,
* zabezpieczenia inwertera (np. przed odwróconą polaryzacją DC czy rozłącznik DC),
* złącze pozwalające na podłączenie magazynu energii.

Nowoczesne urządzenia są również wyposażone w interfejs komunikacyjny (np. Bluetooth) zapewniający możliwość połączenia inwertera z aplikacją lub innymi urządzeniami w domu.

Czy falownik hybrydowy działa bez sieci?

Jak najbardziej, falownik hybrydowy może pracować zarówno w trybie on-grid, jak i off-grid, co zapewnia ciągłość dostępu do energii elektrycznej.

Oczywiście w przypadku odłączenia od sieci OSD ilość dostępnej energii obejmuje prąd wytwarzany przez panele na bieżąco i rezerwę zgromadzoną w akumulatorach. Kiedy ta rezerwa się skończy może się okazać, że ogniwa nie wytworzą wystarczającej ilości energii elektrycznej, aby zasilić wszystkie domowe urządzenia.

Dlatego wybierając magazyn energii, pamiętaj, aby dopasować jego pojemności do oczekiwanego czasu wsparcia i autokonsumpcji.

Zasilanie z magazynu może być gwarantowane od kilkudziesięciu minut do nawet wielu godzin.

Falownik hybrydowy jednofazowy czy trójfazowy?

W sprzedaży znajdziesz zarówno falowniki jednofazowe, jak i trójfazowe. Czym różnią się one między sobą?

Przede wszystkim powinieneś wiedzieć, że prąd oddawany do sieci musi spełniać określone wymagania jakościowe i być zgodny zarówno z normą PN-EN 50549, jak i Instrukcją Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej.

Zgodnie z tymi wytycznymi do instalacji o mocy do 3 kWp wykorzystuje się falowniki 1-fazowe, ponieważ są one wystarczająco sprawne i stabilne. Powyżej mocy 3,86 kWp pojawia się konieczność zastosowania falownika 3-fazowego. Pomiędzy tymi wartościami użytkownik może zdecydować się na jedno lub drugie urządzenie.

Jeśli już na etapie projektowania instalacji wiesz, że moc Twojej instalacji fotowoltaicznej będzie przekraczać wspomniane 3,86 kWp, albo liczysz się z możliwości rozbudowy systemu w niedalekiej przyszłości, od razu wybierz falownik hybrydowy 3-fazowy. Nie będziesz musiał go później wymieniać.

Jak wykorzystać falownik hybrydowy z magazynem energii?

Aby w pełni wykorzystać potencjał falownika hybrydowego, powinien on zostać połączony z magazynem energii. Taki magazyn może być wykonany w jednej z wielu różnych technologii. Obecnie wykorzystuje się głównie baterie ładowalne litowo-jonowe. Są relatywnie tanie oraz wyróżniają się długą żywotnością i wysoką efektywnością.

Odmienne rodzaje magazynów mogą inaczej reagować na niskie temperatury. Różnice będą dotyczyły także zalecanej głębokości rozładowania (ang. Depth of Discharge) oraz prędkości ładowania.

Wybierając magazyn energii do inwertera hybrydowego, nie kieruj się wyłącznie ceną. Zbyt mały akumulator nie zapewni Ci wsparcia na wystarczająco długi czas. Jest to szczególnie istotne, jeżeli oczekujesz po urządzeniu wsparcia awaryjnego.

Decydujące znaczenie dla wyboru powinny mieć następujące parametry:

* moc znamionowa – ilość energii, jaką może w danym czasie dostarczyć akumulator;
* pojemność magazynu energii – określa, ile energii jest w stanie przechować magazyn naładowany w pełni;
* sprawność magazynu energii – definiuje, ile prądu można „odebrać” z magazynu na każdą oddaną 1 kWh;
* głębokość rozładowania – wskazuje, w jakim procencie może zostać bezpiecznie wyczerpany magazyn energii;
* żywotność magazynu – maleje wraz z użytkowaniem magazynu, jest określana w latach i liczbach pełnych cykli (obejmujących zarówno ładowanie, jak i rozładowanie).

Zapamiętaj, że samo połączenie inwertera hybrydowego z magazynem energii nie gwarantuje jeszcze wysokiej efektywności całego systemu i niezależności energetycznej. Taka bateria musi być dobrana w przemyślany sposób.

Jaki falownik hybrydowy wybrać? Najważniejsze parametry

Wybierając inwerter do fotowoltaiki, zwróć uwagę na najważniejsze parametry tych urządzeń.

1. Zacznij od ustalenia, czy ma być to falownik jedno- czy trójfazowy.
2. Kolejną kwestią jest moc falownika. Powinna ona odpowiadać mocy zainstalowanych paneli fotowoltaicznych, choć zwykle dopuszczalne jest lekkie przewymiarowanie. Zazwyczaj instalatorzy zalecają, aby moc paneli odzwierciedlała mniej więcej 80–120% mocy falownika.

Obecnie praktycznie wszystkie falowniki posiadają już układ MPPT, ale czasami można jeszcze trafić na modele bez niego. Zdecydowanie wybierz urządzenie z MPPT, ponieważ zapewnia ono efektywniejszą pracę paneli.

W droższych modelach może występować więcej niż jeden element MPPT.

Co więcej, zwróć uwagę na zabezpieczenia inwertera. W tej kwestii wyróżnia się falownik hybrydowy SolarEdge Hub (https://www.solaredge.com/pl/produkty/dla-domu/falowniki/solaredge-home-hub). Ma on innowacyjne funkcje bezpieczeństwa, m.in.:

* SafeDC™, które w razie zagrożenia automatycznie redukuje napięcie DC do bezpiecznego poziomu;
* Sense Connect, które kontroluje stan złączy i zapobiega powstawaniu łuków elektrycznych.

Czy falownik hybrydowy trzeba konserwować?

Każdy rodzaj inwertera wymaga dbałości o jego stan techniczny, zwłaszcza jeżeli urządzenie jest umieszczone na zewnątrz. Pomimo wysokich standardów ochrony wodno- i pyłoszczelnej zawsze istnieje potencjalne ryzyko uszkodzenia urządzenia.

Przegląd inwertera zaleca się zwykle co 5 lat, choć warto w tym zakresie kierować się wytycznymi dostawcy rozwiązań fotowoltaiki.

Zalety i wady falownika hybrydowego

Zakup falownika hybrydowego niesie ze sobą wiele korzyści dla użytkownika. Przede wszystkim dzięki połączeniu sieci fotowoltaicznej z magazynem energii domownicy mogą liczyć na niezależność energetyczną. Nawet w przypadku awarii sieci OSD urządzenia domowe będą zasilane tak długo, jak wystarczy prądu generowanego przez ogniwa oraz zapasu energii elektrycznej zgromadzonej w magazynie.

Fotowoltaika hybrydowa to także szansa na zwiększenie autokonsumpcji, a to oznacza większą oszczędność i niższe rachunki za prąd. Niezależnie od tego, czy rozliczasz się jeszcze w systemie net-meteringu, czy sięgnąłeś już po nowszy net-billing, nadwyżki wyprodukowanej energii w przypadku PV on-grid musiałyby zostać odprowadzone do sieci. Wprawdzie możesz je odebrać, ale nie będzie to cała wartość, jaką przekazałeś (zarówno przy rozliczaniu energii elektrycznej w net meteringu, jak i wyliczeniach kwotowych net-billingu). Z magazynem energii nie musisz się o to martwić, ponieważ cała nadwyżka w pierwszej kolejności posłuży do naładowania akumulatora.

Zaletą inwerterów hybrydowych jest bezpieczeństwo energetyczne. Gwarancja dopływu prądu jest szczególnie istotna dla osób pracujących z domu, a także gospodarstw, gdzie na co dzień funkcjonują urządzenia medyczne.

Główną wadą falownika hybrydowego jest większy koszt urządzenia niż w przypadku klasycznego inwertera sieciowego.

Dodatkowo trzeba liczyć się z koniecznością zakupu magazynu energii. Wprawdzie ich ceny konsekwentnie maleją, ale nadal jest to wydatek między kilkanaście a kilkadziesiąt tysięcy złotych. Nie wszystkie urządzenia potrafią też pracować w trybie awaryjnym, czyli przy jednoczesnym pobieraniu energii z magazynu i pracy paneli fotowoltaicznych.

Falownik hybrydowy – czy warto się na niego decydować?

Czy istnieje jedna odpowiedź na pytanie o opłacalność falownika hybrydowego? Jeżeli użytkownikom zależy na niskich rachunkach za prąd i chcą zabezpieczyć dostawy energii niezależnie od sprawności sieci centralnej, z pewnością będzie to dobry wybór. Trzeba jednak liczyć się z dosyć wysokimi wydatkami nie tylko na instalację, ale również na sam inwerter.

Jesteś zdecydowany i wiesz, że inwerter, który zapewnia bezpieczeństwo energetyczne w różnych sytuacjach, to coś, czego potrzebujesz? Koniecznie zapoznaj się z falownikiem SolarEdge Home Hub, z którym produkcja energii będzie prosta, przyjemna, skuteczna i bezpieczna. Urządzenie dostępne jest w wersji jedno- i trójfazowej.