Instalacja fotowoltaiczna składa się z kilku zasadniczych elementów. Do najważniejszych zaliczamy panele PV, wykonane najczęściej z krzemu, optymalizatory mocy oraz falownik, zwany inaczej inwerterem. Istotną rolę odgrywa również systemy okablowania i zabezpieczenia, które gwarantują sprawne działanie całej instalacji. W tym artykule przyjrzymy się inwerterom hybrydowym. Czym są i jak działają?

Rodzaje falowników

W praktyce wyróżnia się trzy rodzaje inwerterów:

• standardowy (zwany także stringowym lub szeregowym),
• mikroinwerter,
• hybrydowy.

Zadaniem falownika szeregowego jest przekształcanie prądu stałego w przemienny, czyli taki, jaki na co dzień płynie w domowej instalacji elektrycznej. Jest on montowany centralnie i z reguły obsługuje samodzielnie wszystkie panele PV. To jednocześnie najtańsze i najprostsze rozwiązanie, chętnie wybierane do niewielkich instalacji przydomowych.

Droższą odmianą falownika stringowego są mikroinwertery. Są one instalowane przy każdym module, wymuszając na nich działanie z najwyższą możliwą wydajnością (podobnie do optymalizatorów mocy). Mniejsze gabaryty urządzeń sprawiają także, że cała instalacja mniej się nagrzewa i łatwiej można ją rozbudować.

Z kolei inwerter hybrydowy działa w dwóch systemach – on- oraz off-grid. Podwójny tryb działania oznacza, że urządzenie przekształca prąd stały w przemienny oraz odwrotnie. Jedną z głównych zalet takiego rozwiązania jest możliwość przesyłania energii do urządzenia magazynującego.

Falownik hybrydowy pełni jednocześnie trzy funkcje:

• jest inwerterem fotowoltaicznym, przekształcającym prąd stały na przemienny,
• służy jako >ładowarka akumulatorów,
• pełni rolę przetwornicy konwertującej prąd DC na AC.

Inwerter hybrydowy „on-off grid” może pracować zarówno w systemie podłączonym do sieci (tzw. on-grid), jak i w systemach wyspowych, wyposażonych w akumulatory (tzw. off-grid). Łączy on zalety obu rozwiązań i pozwala stworzyć własną domową elektrownię. W wielu krajach instalacje hybrydowe są wspierane w aspekcie legislacyjnym, ponieważ wymiernie odciążają sieci dystrybucyjne i gwarantują użytkownikom częściową autonomię energetyczną.

Zasada działania inwertera hybrydowego

Falownik wykorzystuje prąd elektryczny, wygenerowany wskutek powstania tzw. efektu fotowoltaicznego. Energia słoneczna promieniująca na panele PV (a dokładniej znajdujące się w niej fotony) powoduje wzbudzenie elektronów krzemu, które przejmują ładunek fotonów i przemieszczają się w kierunku przeciwnym do powstałej dziury elektronowej. Dochodzi do powstania różnicy potencjałów, ponieważ w półprzewodniku typu „P” (Positive) dziur elektronowych jest więcej niż elektronów, zaś w półprzewodniku typu „N” (Negative) ten stosunek jest odwrotny. Przepływ cząsteczek wymusza generowanie napięcia.

Dodatkowo w przypadku inwerterów hybrydowych dochodzi możliwość gromadzenia energii elektrycznej w akumulatorach – działanie poniekąd odwrotne do tego, jakie oferuje klasyczny falownik. Nadmiar generowanej energii nie jest przesyłany do sieci operatora, ale pozostaje do naszej dyspozycji.

Zalety systemu hybrydowego

Choć inwertery hybrydowe technologicznie są zbliżone do modeli stringowych, warto podkreślić ich najważniejsze zalety i przewagę nad innymi rozwiązaniami (np. mikroinwerterami).

Jeżeli rozważamy wykorzystanie sieci fotowoltaicznej do magazynowania energii elektrycznej, bez inwertera hybrydowego musielibyśmy zdecydować się na kosztowną i skomplikowaną inwestycję. Przyłączenie akumulatora do instalacji wymaga kupna odpowiedniego falownika, a także magazynu energii, kontrolera ładowania ogniwa oraz systemu nadzorującego wydajność całego procesu. Wiąże się to nie tylko z wysokimi kosztami, lecz i z posiadaniem elementów o dużych gabarytach. Decydując się na rozwiązanie hybrydowe, otrzymujemy jedno urządzenie w znacznie bardziej atrakcyjnej cenie.

Inteligentne oprogramowanie takiego falownika pozwala na zaprogramowanie okresów ładowania akumulatora wyłącznie wtedy, kiedy jest to dla nas korzystne. Możemy tak skonfigurować urządzenie, aby gromadziło ono energię elektryczną, gdy jej cena jest niska albo gdy dzień jest wyjątkowo słoneczny i panele fotowoltaiczne mogą funkcjonować bez przeszkód z pełną mocą. Dzięki temu optymalizujemy proces pozyskiwania energii i jeszcze bardziej obniżamy koszty inwestycji.

Dużą zaletą rozwiązań hybrydowych jest także możliwość obsługi instalacji z poziomu dedykowanej aplikacji. Po zalogowaniu się prosument ma dostęp do panelu konfiguracyjnego systemu, raportów z działania i wydajności instalacji, a także ma możliwość dokonać zgłoszenia serwisowego. Klienci N Energia mogą być spokojni także w tym aspekcie, ponieważ nad pracą ich inwerterów czuwają pracownicy w centrali z działu technicznego.

Rozwiązania typu smart umożliwiają wybranie modelu funkcjonowania inwertera (np. tryb wakacyjny lub tryb czuwania). Wybierając je, mamy pewność, że energia elektryczna będzie generowana w stopniu adekwatnym do zużycia. Sterowanie ustawieniami falownika pozwala wydłużyć żywotność całej instalacji fotowoltaicznej i sprawia, że prąd wytwarzany jest jedynie wtedy, kiedy jest nam potrzebny.

Kolejną kwestią jest możliwość ograniczenia strat energii, jakie powstają podczas konwersji prądu stałego na przemienny i odwrotnie. Nowoczesne inwertery hybrydowe buduje się w taki sposób, aby nie przetwarzały energii elektrycznej płynącej z modułów fotowoltaicznych, ale od razu gromadziły ją w akumulatorze w postaci prądu stałego.

Wady instalacji hybrydowej

Czy można więc powiedzieć, że hybrydowe modele falowników są pozbawione wad? Niestety nie do końca.

Przede wszystkim, jeżeli chodzi o przetwarzanie mocy zapasowej, wiele modeli mieszanych nadal posiada ograniczenia. Problem często polega na braku tzw. pass-through, czyli możliwości jednoczesnego zasilania urządzeń i ładowania akumulatorów. 

Przed zakupem warto zwrócić uwagę, czy dany model posiada awaryjny tryb zasilania, który pozwala na jednoczesne korzystanie z zapasów akumulatora oraz energii elektrycznej generowanej na bieżąco.

Co więcej, zbyt mała moc wyjściowa falownika może sprawić, że w przypadku braku zasilania instalacja nie będzie w stanie utrzymać działania wszystkich faz. W efekcie może się okazać, że będzie działała tylko jedna z nich albo wszystkie, ale tylko na przysłowiowe „pół gwizdka”.

Problemem w przypadku istniejących już instalacji wyspowych może być także brak kompatybilności pomiędzy akumulatorem a falownikiem hybrydowym.

Wreszcie, technologia hybrydowa nie zawsze jest dostosowana do funkcjonowania poza budynkiem. Wiąże się to z brakiem spełnienia odpowiednich norm IP (ang. Ingress Protection) i podatnością na wilgoć czy parę wodną.

Możliwość przewymiarowania instalacji

Wydajność standardowej instalacji fotowoltaicznej powinna być dokładnie dopasowana do stopnia i charakterystyki zużycia energii przez domowników.

Wybierając rozwiązanie hybrydowe, inwestorzy mają możliwość podłączenia falownika o standardowej mocy do dużej instalacji albo wręcz przeciwnie, wybranie mniejszego falownika i sparowanie go z fotowoltaiką o przeciętnej mocy. Jak to możliwe?

Wiele modeli hybrydowych oferuje opcję maksymalizacji mocy wyjściowej w określonych porach dnia, kiedy warunki oświetleniowe są gorsze (np. w okresie zimowym albo o wschodzie lub zachodzie Słońca).

Do przewymiarowania instalacji warto podchodzić jednak rozważnie. Zbyt duża dysproporcja może doprowadzić do zmniejszenia zysków, ponieważ żaden falownik nie może przetwarzać nieograniczonych ilości prądu stałego na przemienny. Co więcej, zbyt duże ilości energii przepływające przez urządzenie mogą skrócić jego żywotność. Warto pamiętać, że to właśnie inwerter jest najdroższym i najbardziej podatnym na awarie elementem systemu PV.

Wybierając instalację fotowoltaiczną, w przypadku znacznego zapotrzebowania na energię elektryczną, należy postawić na inwerter fotowoltaiczny trójfazowy, ponieważ większość budynków posiada już trójfazową instalację elektryczną. Dzięki temu każda faza będzie zasilana symetrycznie, a my będziemy mogli cieszyć się z pełnego wykorzystania produkowanej energii, zamiast odsyłać nadwyżki do sieci, jak miałoby to miejsce w przypadku inwertera jednofazowego. Inwertery jednofazowe można w Polsce stosować przy instalacjach nie większych niż 3,68 kWp – to granica maksymalna, której nie można przekroczyć. Większe, np. inwertery hybrydowe 10 kW, są już trójfazowe.

Korzyści wynikające z magazynowania energii

Instalacje hybrydowe dają możliwość gromadzenia energii elektrycznej w specjalnych akumulatorach. Jakie korzyści płyną z takiego rozwiązania?

Przede wszystkim prąd zgromadzony w magazynie energii służy jako zapasowe źródło zasilania w przypadku braku prądu w sieci lub awarii instalacji fotowoltaicznej. Zastosowanie zaawansowanych technologicznie komponentów oraz oprogramowania typu BMS (Battery Management System) pozwala na bieżące kontrolowanie poziomu naładowania akumulatora oraz gwarantuje bezpieczne użytkowanie.

Wiele systemów magazynowania energii może być rozbudowywane o kolejne ogniwa, w efekcie tworząc całą sieć akumulatorów.

W przeciwieństwie do klasycznych inwerterów, które przekazują nadwyżkę wygenerowanej energii elektrycznej do sieci, modele mieszane pozwalają na gromadzenie zapasów i wykorzystanie ich na własny użytek.

Inwertery hybrydowe renomowanych firm posiadają wieloletnią gwarancję i gwarantują wysoki stopień ochrony (najczęściej IP65), pozwalający na pracę w warunkach zewnętrznych.

Decydując się na instalację PV opartą na technologii hybrydowej, wybieramy elastyczne, oszczędne, a przede wszystkim przyszłościowe rozwiązanie. Rynek magazynów energii coraz bardziej się rozwija, a firmy takie, jak Huawei, Sofar czy SolarEdge przodują w oferowaniu dostępu do nowatorskich technologii. Wszystko wskazuje na to, że hybrydowe sieci PV powoli będą wypierały standardowe instalacje fotowoltaiczne.

Pomożemy Ci na każdym etapie inwestycji

Jeśli chcesz porozmawiać z naszym doradcą na temat instalacji fotowoltaicznej, która zapewni Ci bezpieczeństwo finansowe, techniczne i elektryczne, skorzystaj z poniższego formularza kontaktowego – oddzwonimy.