Sprawność falownika do fotowoltaiki

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.

Zobacz, jakie są prognozy cen prądu na 2027 r. na podstawie cen giełdowych, po jakich sprzedawcy prądu kupują dzisiaj energię elektryczną z dostawą w 2027 r. (tzw. kontrakty na dostawę prądu w 2027 r.).

Co to jest sprawność falownika solarnego?

Energia elektryczna 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 (falownik zużywa prąd na własne potrzeby). Sprawność falownika określa jak dużą część prądu z paneli PV uda się przekształcić na prąd, który możemy wykorzystać w domu.

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 bardzo rzadko.

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 (z różna mocą). W tabelce poniżej pokazano jakie wagi stosuje się do różnych wartości obciążenia.

Np. dla falownika 10 kW, producent zmierzy moc prądu zmiennego jaką jego inwerter uzyska, gdy moc z paneli fotowoltaicznych (moc prądu stałego) wynosi 10 kW i przy obliczaniu sprawności pomnoży tę moc razy współczynnik 0,20.

Następnie, producent sprawdzi jaką moc prądu zmiennego (tzw. prąd AC) osiągnie falownik, gdy prąd stały z paneli PV (tzw. prąd DC) wynosi 5 kW. Zmierzoną wartość mocy pomnoży w tym wypadku razy współczynnik 0,48. Itd. dla pozostałych współczynników.

Zobacz porównanie cen falowników hybrydowych. Oprócz tego dowiesz m.in. się o sprawności, gwarancjach na falowniki, czy jak wydłużyć ich trwałość.

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 pracy 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

Sprawność inwertera solarnego jest mocno zależna od jego obciążenia, czyli od mocy uzyskiwanej w danym momencie z paneli solarnych, lub mocy pobieranej z magazynu energii w przypadku falowników hybrydowych.

Pobór prądu w nocy jest na ogół mniejszy niż w dzień, dlatego znaczenia nabiera sprawność falownika przy niewielkim obciążeniu, gdy np. uruchomi się w nocy lodówka, albo wieczorem oglądamy telewizor, który na ogół zużywa niewiele prądu.

Na Uniwersytecie HTW w Berlinie przebadano kilka falowników hybrydowych podczas pracy z mocą wyjściową poniżej 500W. Falowniki podzielono na dwie grupy: o mocy nominalnej do 5 kW oraz do 10 kW:

Sprawności przemiany prądu stałego z baterii na prąd zmienny dla niektórych falowników 5 kW zaczynają się dopiero od 25 W i 50 W. Powód: jest to minimalna moc uzyskiwana przez te urządzenia. Według danych producenta, Sunny Boy Smart Energy 5.0 firmy SMA może pracować natomiast już od 1 W.

Dla mocy wyjściowej 100 W najlepszy uzyskany wynik to 84%. Dwa pozostałe inwertery uzyskały sprawność 76% i 75%. Sprawność powyżej 90% falowniki te osiągają dla mocy wyjściowej 167 W (SAX Power), 280 W (SMA) i 351 W (KOSTAL).

Sprawności falowników 10 kW, dla mocy wyjściowej 100W wahają się od 66% (KOSTAL PLENTICORE G3 M 10) do 86% (RCT POWER Power Storage DC 10.0).

Dlaczego warto zwrócić uwagę na sprawność przy niskim obciążeniu? Domowe magazyny energii są rozładowywane głównie w nocy przy mocach od 100 W do 300 W. Im większa sprawność falownika podczas rozładowywania przy niewielkich mocach, tym:

• później akumulator zostanie rozładowany w nocy,
• mniejszy będzie pobór prądu z sieci,
• mniejsza może być pojemność akumulatora, ponieważ występuje mniej strat.

Dlatego przede wszystkim gospodarstwa domowe o niskim nocnym zużyciu energii powinny przy wyborze falownika zwracać uwagę na wysoką sprawność falownika przy małym obciążeniu.

Zobacz porównanie cen najpopularniejszych magazynów energii. Oprócz cen znajdziesz tam również informacje o koszcie magazynowania energii, długości gwarancji, itp.

Wpływ napięcia prądu stałego 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.

Zobacz, ile kosztuje instalacja fotowoltaiczna, w zależności od mocy, z magazynem energii lub bez.

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.

Zobacz porównanie cen paneli fotowoltaicznych, oraz na co zwrócić uwagę przy ich wyborze.

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.