Instalacja fotowoltaiczna jednofazowa a trójfazowa - porównanie

Fotowoltaika - instalacja jedno- a trójfazowa

Zanim przejdziemy do tematów fotowoltaicznych, być może warto w kilku słowach przybliżyć kwestię układu jednofazowego oraz trójfazowego.

Instalacja elektryczna jednofazowa (obecnie) składa się z trzech przewodów - fazowego, którym płynie prąd o napięciu 230 V, neutralnego oraz ochronnego PE. Jest ona przeznaczona do tych obiektów, które charakteryzują się niewygórowanym zapotrzebowaniem na energię elektryczną. Przykładem mogą być mieszkania lub domy, które nie wykorzystują prądu do ogrzewania, a jedynie do oświetlenia czy zasilania urządzeń AGD. Z układu jednofazowego korzysta się przy poborze mocy do 6 kW.

Instalacja elektryczna trójfazowa (obecnie) składa się już z pięciu przewodów - trzech faz, przewodu neutralnego oraz ochronnego PE. Napięcie w instalacji trójfazowej wynosi 230/400 V. Układ ten jest przeznaczony do obiektów o większym zużyciu, z mocą umowną przekraczającą 6 KW. Na instalację elektryczną trójfazową potocznie mówi się “siła”. Jak się ma układ elektryczny w domu do fotowoltaiki?

Czy do fotowoltaiki potrzebna jest siła?

Odpowiedź na to pytanie brzmi: nie! Instalacja trójfazowa, potocznie określana siłą nie jest wymagana. Możliwy jest montaż instalacji fotowoltaicznej jednofazowej.

O tym, czy fotowoltaika będzie jedno-, czy trójfazowa decyduje przede wszystkim układ elektryczny. W teorii, logiczne wydaje się, że w przypadku sieci jednofazowej, fotowoltaika również powinna być jednofazowa i na odwrót - instalacja elektryczna trójfazowa, powinna działać z fotowoltaiką trójfazową. W praktyce możliwe są jednak pewne modyfikacje, które mogą przynieść inwestorowi sporo korzyści.

Instalacja fotowoltaiczna jednofazowa - czyli jaka?

Omówmy teraz charakterystykę instalacji fotowoltaicznej jednofazowej. Jak działa? Tak naprawdę jest to zwykły system PV wyposażony w falownik jednofazowy lub też mikrofalowniki jednofazowe podpięte do układu elektrycznego jednofazowego. Ten typ instalacji, całą wyprodukowaną energię przesyła od razu na jedną fazę, do której są podłączone wszystkie urządzenia w obiekcie.

Taka specyfika pracy niesie określone korzyści. Instalacja fotowoltaiczna jednofazowa pozwala bowiem na maksymalizację autokonsumpcji - nie będziemy mieli sytuacji, w której jednocześnie występuje odsyłanie i odbiór energii elektrycznej.

Ze względu na wymogi operatorów sieci, określone w dokumencie “Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej – IRiESD” maksymalna moc instalacji fotowoltaicznej jednofazowej musi być mniejsza lub równa 3,68 kW. Szerzej na ten temat pisaliśmy w naszym artykule “Dopuszczalna moc instalacji fotowoltaicznej - czy są jakieś limity?”.

W praktyce limit ten dotyczy zsumowanej mocy modułów, co nakłada dodatkowe ograniczenie na moc falownika w jednofazowej instalacji fotowoltaicznej (dobra praktyka nakazuje bowiem przewymiarować moc modułów względem mocy inwertera o ok. 20%).

Przykładowy schemat instalacji fotowoltaicznej jednofazowej

Podłączenie falownika czy mikrofalowników w jednofazowej instalacji fotowoltaicznej jest stosunkowo proste. Jak wygląda podłączeniowy schemat instalacji fotowoltaicznej jednofazowej? Poniżej znajdziecie przykład dotyczący systemu opartego o mikrofalowniki:

Źródło: Instrukcja użytkowania mikroinwerterów Hoymiles serii HM 600 - HM 700 - HM 800

Instalacja jednofazowa - fotowoltaika. Zalety i wady

Przejdźmy teraz do plusów i minusów instalacji jednofazowej przy fotowoltaice. Czy warto zakładać system PV, czy może lepiej dokonać modernizacji na instalację trójfazową?

Zalety jednofazowej instalacji fotowoltaicznej:

Maksymalizacja autokonsumpcji - cała energia wyprodukowana przez fotowoltaikę w pierwszej kolejności jest zużywana przez urządzenia w domu i dopiero po zaspokojeniu zapotrzebowania, trafia do sieci. To w poprawi opłacalność przedsięwzięcia.

Niższy koszt zakupu inwertera - jednofazowy falownik do instalacji fotowoltaicznej jest zwykle o kilkaset złotych tańszy od urządzenia o zbliżonych parametrach, przeznaczonego do instalacji trójfazowej.

Wady jednofazowej instalacji fotowoltaicznej:

Ograniczenia w mocy i rozbudowie - instalacja fotowoltaiczna jednofazowa, podpięta do tego samego typu instalacji domowej nie może swoją mocą przekroczyć 3,68 kWp (operator odrzuci wniosek o przyłączenie większego systemu, o ile nie dokonamy zmian w mocy przyłączeniowej oraz układzie przewodów).

Instalacja fotowoltaiczna trójfazowa a dobór falownika

Instalacja fotowoltaiczna trójfazowa to taka, która podłączona jest do instalacji trójfazowej, ale niekoniecznie wyposażona w jeden falownik trójfazowy. Jeśli dysponujemy układem trójfazowym, w kwestii doboru falownika mamy kilka możliwości:

1. Zakup pojedynczego inwertera jednofazowego - przy czym rozwiązanie to zda egzamin tylko w sytuacji, gdy instalacja mieści się w przedziale mocy od 3 do 3,86 kW.
2. Zakup trzech lub więcej falowników (mikrofalowników) podłączonych do każdej z faz.
3. Zakup jednego urządzenia trójfazowego, które będzie kontrolować pracę trzech faz jednocześnie.

Omówmy pokrótce charakterystykę każdego z powyższych wariantów.

Instalacja fotowoltaiczna trójfazowa i trójfazowy inwerter

Zacznijmy od połączenia falownik trójfazowy i trójfazowa instalacja. To chyba najbardziej oczywiste i najpopularniejsze (choć nie jedyne) rozwiązanie dla układów trójfazowych. Falowniki trójfazowe dostępne są zwykle od mocy nominalnej 3 kW.

W tym modelu inwerter jest podpięty do wszystkich trzech faz i rozdziela na nie produkcję - równomiernie, bez względu na zapotrzebowanie na danej fazie - co jeszcze do niedawna niekorzystnie wpływało na autokonsumpcję (i często stanowiło podstawę do szukania alternatyw, o których będzie nieco później). W 2022 roku ustawa o OZE doprecyzowała jednak metodę bilansowania międzyfazowego, dzięki czemu taka charakterystyka pracy nie powinna już mocno odbijać się na rozliczeniu. Więcej na ten temat pisaliśmy w naszym artykule “System opustów i bilansowanie energii z fotowoltaiki – co musisz wiedzieć?”.

Rozwiązanie to jest słusznym wyborem, jeśli w domu posiadamy urządzenia trójfazowe (np. indukcję, pompę ciepła). Warto również się zdecydować na inwerter trójfazowy do instalacji PV, jeśli przewidujemy rozbudowę instalacji fotowoltaicznej powyżej 3,68 kW.

Trzeba jednak pamiętać, że w przypadku problemów z siecią (np. podczas dużej rozbieżności napięcia AC między fazami) trójfazowy falownik będzie się całkowicie wyłączał, pozbawiając nas produkcji. Podobnie będzie w przypadku zaniku jednej z faz.

Falownik jednofazowy do instalacji trójfazowej

W instalacji trójfazowej możliwe jest także zastosowanie pojedynczego falownika jednofazowego - jednak tylko w sytuacji, gdy moc systemu mieści się w zakresie od 3 do 3,68 kW. Takie rozwiązanie sprawia, że instalacja fotowoltaiczna odsyła energię tylko na jedną fazę i jeszcze do niedawna było często rozważana przez potencjalnych inwestorów, jako alternatywa falownika trójfazowego. Po co stosowano taki zabieg?

Aby zwiększyć autokonsumpcję. Urządzenia domowe w większości przypadków wykorzystują do pracy tylko jedną fazę, co oznacza, że niemal zawsze jedna z nich będzie znacznie bardziej obciążona niż pozostałe. Jeśli falownik jednofazowy w instalacji trójfazowej zostanie podłączony do najbardziej obciążonej fazy, będzie lepiej wykorzystywać produkcję. Trzeba jednak pamiętać, że na pozostałych zawsze będzie jednak zachodzić pobór - i to bez względu, że na fazie podłączonej do falownika występuje nadwyżka i wysyłka do sieci.

Teraz jednak, po doprecyzowaniu zasad bilansowania międzyfazowego, kwestia autokonsumpcji nie powinna już wpływać na wybór inwertera jednofazowego do instalacji trójfazowej. Nadal jednak rozwiązanie to może być rozważane ze względu na koszty. Falownik jednofazowy o przykładowej mocy 3,3 kW jest o kilkaset złotych tańszy od inwertera trójfazowego o tej samej mocy.

Warto też pamiętać, że w instalacjach PV o niedużej mocy falowniki jednofazowe mogą działać z większą sprawnością niż trójfazowe, ze względu na charakterystykę napięciową łańcucha modułów.

Trzy falowniki jednofazowe w instalacji trójfazowej

Nietypowym, ale możliwym do przeprowadzenia rozwiązaniem jest wykorzystanie w instalacji trójfazowej, trzech (lub więcej) urządzeń przetwórczych - np. trzech falowników jednofazowych lub mikroinwerterów.

Jakie daje to korzyści? Przede wszystkim każda z faz może działać niezależnie, w przypadku dużej asymetrii napięcia. Przykładowo, jeśli jedna z faz odnotuje za wysokie napięcie w sieci przy fotowoltaice i odetnie jeden z falowników lub mikroinwerterów, pozostałe będą mogły nadal działać.

Jeśli zdecydujemy się na trzy mikrofalowniki podłączone do każdej z faz, dodatkowo będziemy mieli wgląd w szczegółowe dane na temat pracy każdego z modułów (będziemy znali m.in. napięcie, prąd, a nawet temperaturę paneli).

Dodatkowo, zastosowanie mikroinwerterów lub kilku falowników jednofazowych pozwala poprawić wydajność instalacji w niekorzystnych warunkach np. częściowego zacienienia. Nie jest to jednak najtańsze rozwiązanie.

Falownik jednofazowy czy trójfazowy - co wybrać?

Pojawia się pytanie, które z rozwiązań jest najkorzystniejsze dla potencjalnego prosumenta? Odpowiedź na to pytanie, jest wielowątkowa.

Jeśli posiadamy instalację jednofazową, to naszą jedyną opcją jest falownik jednofazowy lub mikrofalowniki. Nie ma możliwości przyłączenia falownika trójfazowego do instalacji jednofazowej. Dobra wiadomość jest jednak taka, że jest to rozwiązanie korzystne finansowo.

Falownik jednofazowy w instalacji trójfazowej można rozważyć, jeśli spełnionych jest kilka warunków:

• moc systemu PV nie przekracza 3,68 kW i nie będzie rozbudowywana;
• sieć energetyczna jest w dobrym stanie i pracuje stabilnie;
• jedna z faz jest zdecydowanie bardziej obciążona niż pozostałe.

Na falownik trójfazowy najlepiej postawić wtedy, gdy posiadamy w domu urządzenia trójfazowe, a sieć, z którą będzie współpracować inwerter działa stabilnie. Jest on również wskazany przy instalacjach o mocy powyżej 3,68 kW. W tej kwestii alternatywą może być jednak zastosowanie trzech urządzeń jednofazowych.

Kilka inwerterów lub mikroinwerterów jednofazowych to rozwiązanie najbardziej elastyczne. Jest odporne na wahania napięć w fazach, a dodatkowo (w przypadku mikroinwerterów) daje większą kontrolę nad systemem. Jest ono jednak stosunkowo drogie.

Podsumowując, jeśli posiadamy układ jednofazowy, wcale nie musimy dokonywać modernizacji, by móc korzystać z energii słonecznej - istnieją bowiem falowniki i instalacje fotowoltaiczne jednofazowe. Warto jednak rozważyć zmianę typu instalacji elektrycznej, jeśli wiemy, że w przyszłości instalacja o mocy 3,68 kW nie będzie w stanie pokryć naszego zapotrzebowania.

Jeśli dysponujemy układem trójfazowym, mamy wiele opcji do wykorzystania. Gdy zależy nam na niższych kosztach inwestycji, możemy zakupić falownik jednofazowy, ewentualnie trójfazowy. Oba rozwiązania wymagają jednak stabilnej pracy sieci. Jeśli chcemy mieć pewność, że wahania napięcia nie zatrzymają nam całkowicie produkcji, można rozważyć mikrofalowniki lub trzy falowniki jednofazowe, na każdą z faz. To wiąże się jednak z większymi kosztami wstępnymi.