Sprawność falownika solarnego

Sprawność falownika fotowoltaicznego określa jak skutecznie falownik przekształca prąd stały z paneli fotowoltaicznych w prąd zmienny stosowany w domu. Instalacja fotowoltaiczna bez falownika nie mogłaby działać, więc jest on jej niezbędnym elementem.

Czy sprawność falownika ma istotne znaczenie? Czy warto wydać kilka złotych więcej na bardziej sprawny falownik? Odpowiedzi znajdziesz w artykule poniżej.

1. Co to jest sprawność falownika?
2. Od czego zależy sprawność falownika
3. Sprawność falowników dostępnych na rynku
4. Podsumowanie

Co to jest sprawność falownika?

Energia z paneli fotowoltaicznych przesyłana jest do falownika, który przekształca prąd stały w zmienny. Podczas tej konwersji część prądu jest tracona i zamienia się w ciepło. Sprawność falownika określa ilość energii, jaka przez niego przechodzi i nie jest tracona.

Inwerter (falownik) o sprawności 100% byłby rzecz jasna najlepszy, bo wówczas cała energia z modułów solarnych byłaby do wykorzystania – takich urządzeń jednak nie ma. Współczesne inwertery charakteryzują się mimo wszystko bardzo wysoką sprawnością, osiągającą pomiędzy 94% a 98%.

Rodzaje sprawności

Falowniki charakteryzują się dwoma rodzajami sprawności, które można znaleźć w karcie katalogowej: sprawnością maksymalną oraz europejską.

Sprawność maksymalna

Sprawność maksymalna, to wartość osiągana w najbardziej korzystnych warunkach pracy. Jest to najwyższa sprawność jaką inwerter jest w stanie osiągnąć i producenci często chwalą się tą wartością w materiałach reklamowych. Nie jest ona jednak najlepszym kryterium oceny. W praktyce, falownik osiąga sprawność maksymalną jedynie przez niezbyt długi czas w skali roku.

Sprawność europejska

Sprawność europejska to wartość uśredniona jaka jest uzyskiwana podczas pracy falownika w różnych warunkach zbliżonych do rzeczywistości. Sprawność europejska dużo lepiej oddaje warunki w których pracuje inwerter i lepiej nadaje się do porównań.

Do wyliczenia sprawności europejskiej przyjmuje się pracę falownika z różnym obciążeniem. W tabelce poniżej pokazano jakie wagi stosuje się do różnych wartości obciążenia.

Oprócz sprawności europejskiej, która opiera się na statystykach nasłonecznienia dla północy Włoch, można również spotkać sprawność CEC. Sprawność CEC ma zastosowanie w regionach o większym nasłonecznieniu – wykorzystano statystyki nasłonecznienia dla Kalifornii – i jest używana głównie na rynku amerykańskim.

Parametry pracy definiowane przez sprawność europejską nieco różnią się od tych panujących w Polsce. Na przykład w Gdańsku:

Aby jeszcze lepiej ocenić wpływ sprawności inwertera na produkcję prądu z instalacji fotowoltaicznej, najlepiej skorzystać z tzw. krzywej sprawności.

Od czego zależy sprawność falownika

Falownik nie pracuje przez cały czas z taką samą sprawnością. Zmienia się w ona często w ciągu dnia i zależy od trzech czynników:

• obciążenia falownika – jest to moc jaką wytwarzają moduły solarne w stosunku do mocy znamionowej inwertera. Na przykład, jeżeli do falownika o mocy 1000 W moc dostarczana z paneli wynosi 800 W, to falownik pracuje z obciążeniem 80%. Obciążenie falownika ma największy wpływ na sprawność inwertera;
• napięcia prądu stałego z jakim pracują panele – jest to napięcie łańcucha paneli fotowoltaicznych;
• temperatury otoczenia falownika – czym wyższa jest temperatura falownika, tym niższa jego sprawność. Co oznacza, iż warto montować inwerter w chłodnych, dobrze wentylowanych pomieszczeniach.

Sprawność falownika w zależności od obciążenia

Typowy wykres sprawności falownika wygląda następująco:

Na wykresie wyraźnie widać jak zmienia się sprawność falownika w zależności od jego obciążenia. W związku z tak znaczącymi różnicami, sprawność europejska, która uwzględnia te różnice, lepiej nadaje się do oceny inwertera.

Jak widać, gdy inwerter pracuje z obciążeniem poniżej 20% mocy nominalnej, sprawność znacząco maleje. Kiedy do tego dochodzi? Najczęściej jesienią i zimą, ale także codziennie rano i wieczorem, gdy słońce jest nisko i panele wytwarzają małą moc.

Wpływ napięcia DC na sprawność falownika

W kartach katalogowych inwerterów można znaleźć charakterystykę sprawności falownika dla różnych napięć łańcucha modułów solarnych.

No poniższym wykresie przedstawiono charakterystykę Fronius Symo GEN24 PLUS 6.0.

Najwyższa sprawność jest osiągana dla napięcia 610V, a najniższa dla 174V, Różnica pomiędzy nimi wynosi mniej więcej jeden punkt procentowy.

Jakie ma to znaczenie? Jeśli panele fotowoltaiczne wytwarzają napięcie w wysokości 610V, wówczas produkcja prądu wyniesie 6 000 kWh rocznie, natomiast przy napięciu 174V, produkcja wyniesie 5 940 kWh rocznie (jeden procent mniej niż dla napięcia 610V). W praktyce może to wyglądać w ten sposób, że na przykład zamiast dwóch łańcuchów modułów solarnych (dwóch MPPT), z których każdy generowałby 300V, lepiej jest wykonać jeden o napięciu 600V.

Wpływ temperatury na sprawność inwertera

Najczęstszą przyczyną usterek w inwerterach jest wysoka temperatura. Falowniki projektuje się w taki sposób, aby mogły odprowadzać duże ilości wytwarzanego ciepła, jednak urządzenia podczas pracy nagrzewają się i wysoka temperatura zawsze będzie problemem. Elementy elektroniczne zawarte w falownikach – szczególnie kondensatory – nie lubią ciepła, ich żywotność ulega skróceniu w wysokich temperaturach.

Dlatego, jeżeli do wyboru mamy montaż falownika w chłodnym garażu lub nieocieplonym poddaszu, to lepiej wybrać garaż. Pozbawione ocieplenia poddasze, może bardzo się nagrzewać latem co wpłynie nie tylko na żywotność falownika, ale również na jego bieżącą pracę. Aby chronić inwertery przed uszkodzeniem, po przekroczeniu określonej temperatury, falowniki ograniczają moc, aż do momentu, gdy się wyłączą. Taka sytuacja może mieć jednak miejsce nie tylko na rozgrzanym poddaszu. Jeżeli inwerter zostanie zamontowany np. zbyt blisko ściany i nie będzie miejsca na odpowiednią wentylację, wówczas również może dojść silnego wzrostu temperatury i nastąpi automatyczne wyłączenie falownika.

Inwertery Froniusa, jako jedne z nielicznych radzą sobie z tym problemem za pomocą wentylatorów. Zasilanie wentylatorów pochłania energię zmniejszając w ten sposób sprawność. Dlatego inwertery Fronius nie mają najwyższych na rynku sprawności – jest to jednak spowodowane dbałością o trwałość urządzenia.

Sprawność falowników dostępnych na rynku

Sprawność falownika bezpośrednio wpływa na produkcję prądu z instalacji fotowoltaicznej. Jeśli duża część prądu płynącego z paneli fotowoltaicznych jest tracona w inwerterze, to opłacalność instalacji będzie mniejsza. Dotyczy to raczej sytuacji, w których moc falownika nie została dobrana prawidłowo do mocy modułów fotowoltaicznych.

Poniżej przykłady falowników o mocy 5 kW wraz z w wartością sprawności europejskiej:

• Fronius Symo GEN24 Plus 5.0 – 97,5%
• Huawei SUN2000-5KTL-M1 – 97,5%
• SMA Tripower 5.0 Smart Energy – 97,3%
• Sungrow SH5.0RT – 97,2%

Podsumowanie

• Od sprawności falownika zależy jak dużo prądu z paneli PV wyprodukuje instalacja fotowoltaiczna.
• Sprawność falownika zależy od jego obciążenia, napięcia na łańcuchu paneli oraz temperatury otoczenia inwertera.
• Sprawność europejska lepiej nadaje się do porównań niż sprawność maksymalna.