Instalacja fotowoltaiczna jest całkiem przyzwoitym źródłem pozyskiwania energii ze źródła odnawialnego, a w kontekście żywotności jej samej, źródła niewyczerpanego. Jednocześnie jednak nie jest to energia darmowa, jak sugerują niektóre reklamy, ponieważ inwestycja w fotowoltaikę kosztuje i to wcale niemało. Już w fazie projektowania instalacji fotowoltaicznej należy w związku z tym postarać się o jej optymalną wydajność, gdyż tyko taka sieć jest w stanie skutecznie produkować energię elektryczną w ilości uzasadniającej jej użytkowanie. Wydajna fotowoltaika zapewnia maksymalne wykorzystanie naturalnego nasłonecznienia paneli, a to będzie skutkować szybszym zwrotem inwestycji i rzeczywiście obniży rachunki za prąd, a nawet przyniesie w pewnym stopniu wolność energetyczną. Jednym ze sposobów na podniesienie wydajności instalacji fotowoltaicznej jest możliwość zamontowania w niektórych typach sieci mikrofalownika przy panelu. Czy jest to inwestycja warta uwagi?
Co to jest falownik a czym jest mikrofalownik?
Popularność fotowoltaiki rośnie, a wraz z tym poszukiwane są ciągle nowe sposoby na podnoszenie wydajności mikro i makro elektrowni fotowoltaicznych. Co pewien czas do opinii publicznej docierają echa tych prac pod postacią nowych urządzeń i ich nazewnictwa, a jednym z takich ech jest właśnie mikrofalownik, mogącego się pojawiać w opisach niektórych typów sieci. Przy tym trzeba jasno powiedzieć, ze samo pojęcie falownika, czyli inwertera jest pojęciem znanym od dość dawna i nie tylko automatykom. Również mikroinwerter znany jest już w zastosowaniu w maszynach przemysłowych, ale czym jest w odniesieniu do fotowoltaiki i na czym polega jego działanie?
Jakie zadanie ma spełniać w instalacji fotowoltaicznej to urządzenie? Żeby na to pytanie odpowiedzieć, trzeba pokrótce przynajmniej wyjaśnić, na czym polega działanie fotowoltaiki. Otóż jest tutaj wykorzystywany tzw. efekt fotowoltaiczny, nazywany również zjawiskiem fotowoltaicznym. które jest znane ludzkości już od XIX wieku, chociaż dopiero w wieku XX opracowano sensowne urządzenia do jego wykorzystania. Polega ono na wytwarzaniu różnicy potencjałów, a ściślej siły motorycznej w ciele stałym pod wpływem promieniowania słonecznego. Gdy zostanie do tego celu wykorzystany półprzewodnik, najczęściej krzem, zjawisko wywołuje przepływ prądu, ale będzie to nieużyteczny dla domowych odbiorników prąd stały. I tutaj wkracza falownik, czyli inwerter, urządzenie przetwarzające prąd stały w prąd przemienny, a mikroinwerter jest jego odmianą, jak łatwo się domyśleć, znacznie mniejszą, znajdującą zastosowanie tylko w niektórych instalacjach.
Mikrofalowniki czy falownik – co do przydomowej instalacji fotowoltaicznej?
Przydomowe instalacje fotowoltaiczne są z racji swoich rozmiarów, jak i ilości produkowanego prądu nazywane mikro elektrowniami fotowoltaicznymi. W znakomitej większości takich mikro elektrowni stosowany jest jeden falownik dla całej sieci. Są to instalacje o wielkości od 10 do 50 kW, w których wszystkie ogniwa zebrane w panele są ze sobą połączone w jeden wielki panel generujący i wysyłający prąd do przetworzenia w jednym inwerterze. Jako, że falownik jest jednym z najdroższych elementów w całej instalacji, ma znaczny wpływ na całkowity jej koszt, a dodatkowo takie rozwiązanie ma swoje wady.
Zebranie całej liczby paneli w jeden wielki panel jest sporym problemem w wypadku awarii. Jeden uszkodzony panel labo przerwa pomiędzy nimi doprowadza do zaprzestania produkcji prądu. Ponadto w takim systemie sieciowym wszystkie panele wyrównują swoją wydajność do panelu najsłabszego. Mocne zabrudzenie lub uszkodzenie nawet jednego panelu powoduje spadek wydajności energetycznej całej instalacji.
Rozwiązywanie problemów z wydajnością mikro elektrowni fotowoltaicznych – mikrofalowniki
Problemów z wydajnością instalacji fotowoltaicznych nie jest dużo, niemniej są czynniki, które tę wydajność obniżają. Takim najszerzej znanym problemem jest oczywiście fragmentaryczne zacienianie paneli, co w konsekwencji obniża wydajność całej instalacji. Aby temu zaradzić wymyślono właśnie mikrofalownik, urządzenie znacznie mniejsze od swego większego pierwowzoru, czyli tradycyjnego falownika.
Zasada działania mikrofalownika niczym nie różni się od zasady działania falownika, różnice dotyczą ilości użytych urządzeń w jednej sieci oraz sposobu i miejsca ich podłączania. Mianowicie, gdy falownik tradycyjny jest jeden i pracuje na cały zbiór paneli, tak mikrofalowników jest tyle, ile paneli, gdyż mikroinwertery są podpinane pod każdy panel z osobna. Takie rozwiązanie sprawia, że problem z wydajnością dotyczący pojedynczego panelu pozostaje problemem tego panelu i nie jest przenoszony na całą instalację PV. Mikrofalowniki są więc wręcz idealnym rozwiązaniem przy instalacjach charakteryzujących się niejednolitym nasłonecznieniem paneli, a także przy sieciach rozległych, gdzie łatwo poprzez zmniejszenie wydajności jednego panelu o obniżenie sprawności całej sieci. Jak wiele jest takich mikro elektrowni fotowoltaicznych w kraju, gdzie drzewo, lukarna albo komin, czy nawet antena zaniżając wydajność jednego panelu powoduje znaczne obniżenie sprawności całej instalacji?
Kiedy warto stosować przy instalacjach PV mikrofalowniki?
Z punktu widzenia inwestora, który własnie zdecydował się na założenie w swoim domu mikro elektrowni fotowoltaicznej, zastosowanie jednego zbiorczego falownika dla wszystkich paneli będzie rozwiązaniem korzystniejszym finansowo. Jest to oczywiste, gdyż chociaż mikroinwerter jest tańszy w zakupie od inwertera, to ich większa ilość powoduje wzrost kosztów zakupu, a także montażu urządzeń. Istnieją jednak sytuacje, gdzie naprawdę warto rozważyć montaż mikrofalowników PV, jako bardziej opłacalnych przyszłościowo, w odniesieniu do uzyskiwanej wydajności wszystkich paneli. Eksperci widzą dużo miejsc na dachach domów, czy nawet firm, gdzie warunki nasłonecznienia są niższe dla pojedynczych paneli w porównaniu do całej instalacji i w tych miejscach zalecają użycie mikrofalowników. Przy tego rodzaju rozwiązaniu każdy panel będzie indywidualnie generował prąd i w razie zmniejszenia nasłonecznienia na jednym, czy dwóch panelach, pozostałe będą mogły pracować z pełną wydajnością.
Gdzie najczęściej montowane są mikroinwertery?
Mikroinwertery są w fotowoltaice najczęściej wykorzystywane na dachach o niejednolitej strukturze powierzchni. Chodzi tutaj nie o proste dachy płaskie, gdzie na słońce orientuje się panele na konstrukcjach wsporczych, czy o dachy dwuspadowe, gdzie najczęściej jedna połać dachowa jest pokrywana panelami, ani tym bardziej o dachy jednospadowe zorientowane jednolicie na którąś stronę świata. Chodzi o dachy wielospadowe, wielopołaciowe, w których każda połać ma zróżnicowane nasłonecznienie.
Właśnie na takich dachach, by nie osłabiać działania całej instalacji, mikrofalowniki montowane są dla każdego panelu oddzielnie. Takie rozwiązanie problemu podnosi wydajność mikroeletrowni, ale ma jeszcze i tę zaletę, że można swobodnie i łatwo powiększać powierzchnię roboczą instalacji PV poprzez dodawanie kolejnych, a niezależnych w działaniu paneli. Mikrofalowniki muszą być także zainstalowane nawet na dachach o jednolitym nasłonecznieniu w sytuacji, gdy mikro elektrownia jest naprawdę mikro. Tradycyjne falowniki są produkowane dla instalacji o mocy powyżej 3kW.
Mikroinwertery – mankamenty
Mikrofalowniki mają swoje zalety, ale nie są bez wad. Mikroinwertery bowiem:
- szybciej się zużywają pod wpływem wysokiej temperatury;
- są kosztowne, podnoszą więc cenę budowy mikroelektrowni;
- są dość podatne na awarie.
Według specjalistów, wady mikroinwerterów wynikają z ekstremalnych warunków, w jakich te urządzenia muszą pracować. Chodzi o miejsce ich montowania, a mianowicie pod panelami, a tam w skrajnie upalne dni może panować temperatura nawet 80-stopni Celsjusza. To właśnie sprawia szybsze zużywanie się elementów mikrofalowników, a w konsekwencji ich zwiększoną awaryjność.
To oczywiście ma z kolei wpływ na koszty utrzymania całej mikro elektrowni. Już nie tylko jest drożej na początku, gdy duża liczba mikroinwerterów podniosła koszt budowy mikro elektrowni, ale awarie powodują konieczność zamawiania serwisowania instalacji i naprawiania, czyli wymiany inwerterów na nowe.
Podsumowanie – mikroinwertery czy falownik?
Decyzja o zastosowaniu mikrofalowników lub jednego inwertera nie może być powodowana rozważaniami tylko ekonomicznymi. To rodzaj dachu, jego budowa i skala oraz zróżnicowanie nasłonecznienia powinny być ocenione przez specjalistów i to oni powinni podjąć decyzję indywidualnie dla każdego dachu. Oczywiście można również zaryzykować, ale to sprawa indywidualna. Faktem jest, że instalacje fotowoltaiczne wyposażone w mikrofalowniki generują więcej energii elektrycznej i szybciej zwracają się koszty inwestycji w instalację PV. Niestety, ale z kolei koszty ich utrzymania oraz awaryjność są na poziomie wyższego ryzyka od klasycznego inwertera. Jak widać odpowiedź na pytanie, mikroinwertery, czy falownik nie jest jednoznaczna.
