Mikroinwerter - co to jest? Kiedy się go stosuje?

Mikroinwerter - co to jest? Jak działa?

Jeśli interesujecie się fotowoltaiką, z pewnością trafiliście już na stwierdzenie, że falownik to “serce” czy “mózg” instalacji fotowoltaicznej. A jak jest z mikroinwerterem? Co to jest za urządzenie?

Mikrofalownik to nic innego, jak falownik mniejszych rozmiarów. Urządzenie to służy przede wszystkim do przemieniania prądu stałego, produkowanego przez moduły PV, w prąd zmienny, zasilający urządzenia elektryczne.

Czym różni się mikrofalownik od standardowego falownika (nazywanego falownikiem stringowym)?

• Wielkością - klasyczny inwerter to dość duże i ciężkie urządzenie. Jego dłuższy bok zwykle sięga 50-60 cm, zaś waga - nawet 20 kg. Mikroinwertery solarne, jak sama nazwa wskazuje, charakteryzują się znacznie mniejszymi wymiarami i wagą - mają ok. 20-30 cm wysokości i ważą zwykle ok. 1 kg.
• Ilością obsługiwanych modułów - o ile duży falownik projektuje się tak, by zarządzał pracą od kilkunastu-kilkudziesięciu modułów, o tyle mikrofalownik został przewidziany do obsługi zwykle ok. 1-4 modułów PV. Taka konstrukcja niesie ze sobą pewne wady i zalety mikorfalowników, o których napiszemy jednak później.
• Niższa moc i napięcie - ponieważ z zasady, mikrofalownik ma działać wyłącznie z jednym panelem PV, charakteryzuje go niższa moc (kilkaset Wat) oraz niższe napięcie (maksymalne napięcie wejściowe mikrofalownika to ok. 60 V, podczas gdy dla standardowego falownika nawet 1000 V). Dlatego też instalacje fotowoltaiczne z mikrofalownikami nazywa się często fotowoltaika niskonapięciową.
• Miejscem montażu - falowniki stringowe montowane są zwykle z pewnym oddaleniu od samej instalacji fotowoltaicznej, w suchym, zacienionym, dobrze wentylowanym pomieszczeniu. Mikroinwerter może zostać zainstalowany tuż przy module (np. pod nim).
• Metoda łączenia - omawiając działanie mikrofalownika warto jeszcze zaznaczyć, że urządzenia te wraz z modułami PV są ze sobą łączone równolegle, czyli inaczej niż ma to miejsce w przypadku jednego falownika stringowego (gdzie moduły łączy się szeregowo).

Jak działa mikroinwerter solarny?

Wiecie już, że mikrofalownik służy do przekształcania prądu DC (stałego) w prąd zmienny (AC). To jednak nie jedyne zadanie mikrofalowników. Oprócz tego, ma on za zadanie:

• zarządzać pracą instalacji fotowoltaicznej - mikrofalownik, za pomocą układu MPPT śledzi tzw. punkt mocy maksymalnej dla danych warunków,
• monitorować pracę modułów,
• rejestrować dane na temat produkcji,
• synchronizować instalację z siecią elektroenergetyczną.

Moduł fotowoltaiczny wyposażony w mikrofalownik działa jak niezależna mini instalacja fotowoltaiczna.

Mikroinwerter fotowoltaiczny - zalety

Przejdźmy teraz do zalet i wad mikroinwerterów. Jakie są plusy i minusy zastosowania tego urządzenia?

Wydajniejsza praca instalacji - mikrofalownik dokonuje przemiany prądu stałego na prąd zmienny na poziomie jego panelu PV. Ma to wymierną korzyść, szczególnie w sytuacji, gdy poszczególne moduły w instalacji z różnych przyczyn (np. w przypadku awarii, zabrudzenia, zacienienia) osiągają różną moc. Jeśli każdy z nich będzie posiadał własny mikrofalownik, wszystkie będą działały z maksymalną dostępną mocą.

Wyobraźmy sobie trzy moduły w instalacji z mikrofalownikami. Wszystkie posiadają moc nominalną na poziomie 350 W. Jednak jeden z nich, ze względu na zacienienie działa jedynie w 50%. Drugi, z racji dodatniej tolerancji mocy (którą obecnie można spotkać w przypadku większości modułów PV) wykazuje moc na poziomie 355 W. W sumie, moduły wyprodukują nieco ponad 849 W energii.

(350W + 355W + 175W) * 96,5% = 849,2 W

Gdyby te same panele działały z jednym falownikiem, o sprawności 96,5% wyprodukowały by nieco ponad 506 W. Dlaczego tylko tyle? Ponieważ łączone szeregowo moduły pracują z mocą najsłabszego modułu (czyli w tym przypadku 175 W).

Łatwa rozbudowa instalacji fotowoltaicznej

Z racji tego, że moduł PV z inwerterem działa, jak mała, niezależna instalacja fotowoltaiczna, rozbudowa takiego systemu o dowolną ilość paneli nie stanowi najmniejszego problemu. Wystarczy bowiem, że dokupimy panel oraz falownik i podepniemy je do instalacji.

Co istotne, inaczej niż w przypadku systemu z falownikiem centralnym, tu nie ma konieczności zachowywania jednej, określonej mocy wszystkich modułów. Możemy więc do 10 modułów o mocy 350 W, dołożyć 2 moduły każdy o mocy 400 W. W łączeniu szeregowym coś takiego nie byłoby możliwe.

Uwaga! Instalacja oparta o mikroinwerter może składać się nawet wyłącznie z jednego modułu (nie zaś ma takiej możliwości w przypadku falownika stringowego).

Dokładniejszy monitoring instalacji fotowoltaicznej

Stosując mikrofalowniki jesteśmy w stanie osobno monitorować pracę każdego modułu. Szybciej będziemy mogli zatem wyłapać ewentualne nieprawidłowości - np. uszkodzenie czy zabrudzenie ich powierzchni. Falowniki centralne kontrolują pracę instalacji jako całości, więc w przypadku odkrycia problemów będzie trzeba więc przeprowadzić “śledztwo” by ustalić ich źródło.

Wykorzystanie mikrofalownika to zatem dobra opcja dla tych, którym zależy na szczegółowej kontroli pracy systemu PV.

Większa elastyczność zastosowania

Ponieważ każdy mikrofalownik dysponuje własnym układem MPPT, można je stosować nawet na najbardziej skomplikowanych dachach, pod różnymi kątami i w różnej orientacji względem słońca, bez obaw o straty w uzysku.

Gdy korzysta się ze standardowego falownika, wszystkie moduły w danym stringu (szeregu) powinny być ustawione pod tym samym kątem i być w taki sam sposób skierowane w stronę słońca. Jeśli dach, przez swoją budowę lub wielkość nie pozwala na takie ułożenie (bądź jeśli chcielibyśmy np. posiadać fotowoltaikę wschód zachód), potrzebny będzie falownik z co najmniej dwa punktami MPPT. A urządzenia te są droższe. Trudniej również zaprojektować sam system.

Uwaga! Wbrew obiegowej opinii, niektóre współczesne mikroinwertery są w stanie współpracować z magazynami energii.

Dłuższa gwarancja

Warto zwrócić uwagę, że mikrofalowniki w wielu przypadkach są objęte znacznie dłuższą ochroną gwarancyjną, często wynoszącą nawet 25 lat. W przypadku inwerterów stringowych zwykle gwarancja sięga 10-12 lat.

Mniejsze napięcie, mniejsze ryzyko

Jak już wspominaliśmy, w przypadku szeregowego łączenia paneli fotowoltaicznych, napięcie płynące w systemie fotowoltaicznym jest bardzo wysokie i może sięgać nawet ponad 1000 V. To stanowi pewne ryzyko porażenia prądem czy spięcia i zaprószenia pożaru fotowoltaiki (np. w przypadku uszkodzenia przewodów).

Jeśli zastosujemy mikrofalownik, napięcie nie przekracza 60 V, co znacznie minimalizuje ryzyko porażenia czy też ryzyko wystąpienia pożaru (przynajmniej w teorii).

Uwaga! Mniejsze napięcie w systemie to również mniejsze ryzyko degradacji modułu wywołanej indukowanym napięciem (efekt PID) i dłuższa żywotność paneli PV.

Mikroinwertery - wady

Jak z pewnością zauważyliście, mikrofalowniki mają sporo zalet, co nie oznacza jednak, że są pozbawione wad. Jakie są minusy ich zastosowania?

Niekonieczne bezpieczniejsze

Powyżej wspominaliśmy, że ze względu na niższe napięcie w systemie PV, mikrofalowniki są często przedstawiane jako bezpieczniejsze niż standardowe falowniki. Przy czym sprawa nie jest całkiem taka prosta.

Zastosowanie mikroinwertera wymaga bowiem zwiększenia liczby złączek MC4. A jak wynika z badań, to właśnie one najczęściej odpowiadają za np. pożary instalacji. Badanie z 2019 roku opracowane przez TNO (Netherlands Organisation for applied scientific research) pokazało, że nawet 70% incydentów pożarowych związanych z fotowoltaiką było związanych ze złączami MC4 (a konkretnie z wykorzystaniem konektorów od różnych producentów). Oczywiście, jeśli tylko Wasz instalator przestrzega zasad prawidłowego montażu paneli fotowoltaicznych, ryzyko nie powinno być duże, niemniej większe niż w przypadku jednego falownika stringowego.

Statystycznie ryzyko awarii jest większe

Same panele fotowoltaiczne to dość proste sprzęty, które nie mają zbyt wielu elementów, które mogą się popsuć. Inaczej jest w przypadku falowników czy mikrofalowników, które są urządzeniami skomplikowanymi i przez to częściej ulegają awariom.

Równanie jest zatem dość proste - im więcej falowników, tym większe prawdopodobieństwo problemów. Ryzyko wzrasta, tym bardziej że mikroinwertery często pracują często na zewnątrz i muszą radzić sobie w wysokich i niskich temperaturach czy wilgotności. SMA w

Mogą zakłócać pracę radia i telewizji

Być może niewielką, ale jednak wadą mikrofalowników może być też fakt, że w pewnych przypadkach mogą powodować zakłócenia w pracy urządzeń wykorzystujących fale radiowe. O takiej ewentualności informuje m.in. producent Hoymiles.

Źródło: Instrukcja obsługi inwerterów HM-300, HM-350, HM-400

Trudniej przeprowadzić serwis

Jeśli mikroinwerter trafi na dach, aby go wymienić potrzeba dość sporo zachodu. Prace odbywają się na wysokości, wymagają więc dodatkowych zabezpieczeń, doświadczenia monterów, odpowiedniej pogody etc. A to sprawia, że koszty serwisu fotowoltaiki opartej o mikroinwertery mogą być wyższe.

Są droższe

O tym, ile kosztują mikrofalowniki będziemy szczegółowo mówić w dalszej części artykułu. W tym miejscu zaznaczymy jedynie, że korzystanie z nich jest droższe niż zastosowanie pojedynczego falownika. Pokazują to przykłady z lokalnego rynku, ale również zagraniczne opracowania. Dla przykładu, według badania NREL “U.S. Solar Photovoltaic System and

Energy Storage Cost Benchmark: Q1 2020”, w przeliczeniu na waty prądu stałego (WDC) koszt inwertera 3-fazowego to wydatek ok. 0,07$. Inwerter stringowy z optymalizatorami to koszt ok. 0,12$/WDC. A mikroinwerter to koszt aż 0,29$/WDC.

To oczywiście oznacza dłuższy czas zwrotu z inwestycji, który wydłuża się jeszcze bardziej wraz ze wzrostem mocy instalacji. Jednym słowem, im większa instalacja, tym inwertery mogą się mniej opłacać, nawet z uwzględnieniem ewentualnej poprawy wydajności w przypadku częściowego zacienienia.

Jeśli chodzi o mikrofalownik, cena to właściwie jego główna wada. Zatem, ile kosztuje mikrofalownik?

Mikrofalownik - cena

Na chwilę obecną, na polskim rynku można znaleźć kilku znaczących producentów mikrofalowników, do których można zaliczyć (w porządku alfabetycznym), m.in.:

• ApSystems,
• Enphase,
• Evertech,
• Hoymiles.

Ich produkty różnią się od siebie, pod względem mocy czy zastosowanych technologii. Poniżej znajdziecie przykładowe koszty mikroinwerterów dostępnych w Polsce.

Mikrofalowniki - cena orientacyjna

Jak widać, producenci mikrofalowników miewają różne podejście co do maksymalnej ilości obsługiwanych modułów. Niektórzy trzymają się zasady - “jeden moduł, jeden mikrofalownik”. Inni, idą nieco dalej i ich produkty mogą obsłużyć nawet kilka modułów. Bez względu jednak na zastosowaną logikę, cena mikrofalownika w przeliczeniu na 1 moduł to ok. 375 - 750 zł.

Kiedy warto rozważyć mikrofalownik?

Jeśli zastanowimy się nad zasadnością wykorzystania mikrofalowników, łatwo dojść do wniosku, że nie zawsze to rozwiązanie będzie dla korzystne i opłacalne.

W sytuacji, gdy miejsce montażu nie jest wymagające (mamy odpowiednią ilość miejsca, brak zacienienia, a moduły mogą zostać zamontowane jednakowo) inwestycja w mikroinwertery może być uzasadniona. Faktyczną korzyścią, której nie da zwykły falownik, będzie bowiem głównie:

• możliwość dokładniejszego monitoringu - co może się okazać istotne w niewielu przypadkach,
• niższe napięcie (tę zaletę minimalizuje jednak większe ryzyko związane ze wtyczkami),
• dłuższa gwarancja (choć statystycznie, mikroinwertery mogą psuć się częściej).

Rozwiązanie w postaci mikrofalowników zdecydowanie warto wziąć pod uwagę, jeśli:

• Planujemy niezbyt dużą instalację, złożoną z kilku modułów. To dobra opcja przy montażu na “próbę”. Może też sprawdzić się np. jako fotowoltaika na balkon lub tam, gdzie budowa pełnowymiarowej instalacji PV jest niemożliwa.
• Wiemy, że będziemy rozbudowywać instalację - z mikrofalownikami przedsięwzięcie to jest prostsze i na pewnym etapie może okazać się nawet korzystniejsze finansowo (pozwala np. uniknąć wymiany falownik stringowego, kosztującego zwykle kilka tysięcy).
• Mamy bardzo skomplikowany dach - ze spadkami o różnych kątach nachylenia, skierowany w różnych kierunkach.
• W miejscu montażu pojawiają się częściowe zacienienia - choć w tym przypadku, zamiast mikrofalownika można jeszcze rozważyć optymalizator mocy.