Kam reikalingas inverteris?

Mūsų namų ūkiai negali panaudoti saulės modulių tiekiamos energijos tiesiogiai. Istoriškai taip susiklostė kad Europoje vartotojams tiekiama 230V kintama srovė. Tačiau saulės moduliai generuoja ~40V įtampos nuolatinę srovę. Būtent todėl inverteris yra būtinas saulės elektrinės komponentas – jis saulės modulių generuojamą nuolatinę srovę pakeičia į reikiamos įtampos kintamą srovę.

Dar inverteriai atlieka svarbią funkciją užtikrindami, kad saulės elektrinė dirbtų aukščiausiu įmanomu galingumu. Tam naudojama aukščiausio galios taško sekimo technologija – MPPT (Maximum Power Point Tracking). Ši technologija pagal momentinį saulės spinduliuotės stiprumą algoritmų pagalba parenka optimaliausią įtampą ir srovę, taip užtikrindama maksimalią momentinę saulės elektrinės galią. Žemiau pateiktame grafike parodyta, kokie yra saulės modulio parametrai, esant skirtingai saulės spinduliuotei. Penkios skirtingų spalvų kreivės atitinka 200, 400, 600, 800 ir 1000W/m² saulės spinduliuotę, o tos pačios spalvos kreivių susikirtimo vietos (pažymėta juodu tašku) parodo modulio sukuriamą srovę, įtampą ir galią prie konkrečios saulės spinduliuotės. Matome, kad didėjant saulės spinduliuotei įtampa išlieka panaši, bet didėja srovė ir sukuriama galia. Kreivių susikirtimo vietoje įsijungia inverterio MPPT technologija – ji nežymiai pamažina srovę (pažymėta mažu mėlynu tašku) ir padidina įtampą (pažymėta dideliu mėlynu tašku), taip pakeldama elektrinės galią. Elektrinės galia yra lygi srovės ir įtampos sandaugai. 

Pažiūrėkime, kaip tai atsispindi skaičiuose. Esant 1000W/m² saulės spinduliuotei (viršutinė raudona linija grafike), juodu tašku pažymėta modulio sukuriama srovė, kuri yra ≈13.7A, įtampa – ≈27.5V ir galia – ≈376W. Mėlynu mažu tašku pažymėta srovė, iki kurios inverteris sumažino modulio srovę ir kuri dabar yra ≈13A, o dideliu mėlynu tašku pažymėta įtampa, iki kurios inverteris padidino modulio įtampą ir kuri yra ≈33V, taip padidindamas sukuriamą galią iki ≈429W.

Kokie būna inverteriai?

Inverterių technologijos sparčiai tobulėja. Šiandien turime daug inverterių gamintojų iš viso pasaulio, kurie konkuruoja siūlomomis inverterių funkcijomis, tačiau pagrindinės visų inverterių funkcijos yra tos pačios, o jų efektyvumas labai panašus. Iš visos inverterių gamos galima išskirti tris esmines kategorijas:

Jungiami į tinklą inverteriai (Grid-tie), priklausantys nuo tinklo įrangos. Tai yra paprasčiausia ir dažniausiai naudojama inverterių kategorija. Kol srovė elektros tinklais ateina iki jūsų namo, tol saulės elektrinė gali generuoti elektrą, o inverteris tiekia srovę namams arba elektros tinklams, kur elektra bus pasaugota, kol jos prireiks (naktį, žiemą, esant didesniam elektros suvartojimui). Dingus elektrai tinkluose, toks inverteris išsijungia saugumo sumetimais, nes saulės elektrinės generuojama ir į tinklą tiekiama 230V elektra galėtų sužaloti darbininkus, remontuojančius tinklo įrangą.

Prie Grid-tie inverterių kategorijos galima priskirti ir mikro-inverterius – tai į tinklą jungiami inverteriai, kurie montuojasi po kiekvienu moduliu ir jau ant stogo modulių galia yra paverčiama į 230V kintamą srovę.

Autonominiai inverteriai (Off-grid), kurie veikia be elektros tinklo pagalbos. Vietoje tinklo šie inverteriai jungiasi prie baterijų ir veikia kartu su įkrovimo valdikliais. Įkrovimo valdiklis perduoda saulės modulių energiją į baterijas, o inverteris baterijų energiją tiekia į namų tinklą. Šio tipo inverteriai naudojami, kai nėra elektros įvado iš skirstomųjų tinklų.

Hibridiniai inverteriai (Hybrid), kurie turi abi aukščiau paminėtas funkcijas – jie gali veikti tiek su tinklu, tiek ir be tinklo. Pavyzdžiui, kol baterijos ne iki galo įkrautos, energija nukreipiama jų krovimui, o kai baterijos pilnai pakrautos, tada toks inverteris perteklinę elektros energiją tiekia į tinklą, o dingus elektrai tinkluose užtikrina namų aprūpinimą elektra iš baterijų. Tai be abejo yra sudėtingiausias ir brangiausias inverterių tipas.

Kaip pasirinkti inverterį?

Inverterio pasirinkimas priklauso nuo keleto faktorių. Jų pasiūla didelė – skirtingi gamintojai siūlo skirtingas kainas, garantijos schemas ir įvairius funkcinius bei techninius parametrus. Tačiau svarbiausia pasirinkti inverterį su tinkamais techniniais parametrais, kurie atitiktų įsirengtos saulės elektrinės specifiką ir pasirinktus saulės modulius, nes tai lems optimalų elektrinės veikimą, patikimumą ir didžiausią efektyvumą.

Inverterio galia

Saulės elektrinės galia priklauso nuo suvartojimo poreikių ir norimos investuoti sumos. Renkantis saulės elektrinės komponentus, inverterio galia turėtų sutapti arba būti mažesnė nei sumontuotų saulės modulių galia. Rekomenduojama rinktis šiek tiek mažesnės galios inverterį nei nominali visų modulių galia, taip sutaupant ir  pakeliant elektrinės efektyvumą. Kiek inverteris gali būti silpnesnis nei sumontuoti moduliai nurodyta inverterio specifikacijoje (Recommended max. PV power). Vyrauja nuomonė, kad inverterio galia turėtų būti iki 30% mažesnė, nei visų modulių galia, tačiau Vokietijos Fraunhoferio saulės energijos sistemų instituto (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems) mokslininkų atliktas tyrimas parodė, kad saulės modulių ir inverterio galios santykis priklauso nuo saulės elektrinės krypties ir stogo šlaito kampo. Atliktas tyrimas parodė, kad saulės spinduliuotė pasiekia savo maksimumą ir būna virš jo tik apie 5% dienos laiko, tačiau per tą laiką pagaminamas energijos kiekis yra apie 16%. Saulės spinduliuotė dažniausiai skaičiuojama išvedant valandų vidurkį, tačiau vertinat momentinę saulės spinduliuotę nustatyta, kad valandos bėgyje saulės spinduliuotė turi daug pikų, kurie stipriai viršija valandos vidurkį. Dėl šios priežasties parinkus per mažos galios inverterį pikinės galios prarandamos, nes moduliams generuojant didesnę galią už inverterio, šis generuoja tik savo maksimalią galią, todėl elektrinė pagamina mažiau elektros nei galėtų. Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodytas Vokietijos mokslininkų atlikto tyrimo metu nustatytas optimalus saulės modulių ir inverterio galių santykis, priklausomai nuo saulės elektrinės krypties ir stogo šlaito kampo.

Minimali įsijungimo įtampa

Pirmiausia aptarsime minimalią inverterio įsijungimo įtampą (startup voltage). Šis parametras nulems mažiausią įmanomą modulių kiekį stygoje. Jei grandinė nepasiekia minimalios įtampos, saulės elektrinė papračiausiai negeneruos energijos, nes inverteris nepradės veikti. Todėl turime įvertinti, kiek į stygą sujungti moduliai sukurs įtampos blogiausiomis salygomis, nes tai užtikrins, kad saulės elektrinė pradės veikti kuo anksčiau ryte ir išsijungs kuo vėliau vakare ir veiks debesuotą dieną.

Maksimali įėjimo įtampa

Svarbu, kad stygoje nebūtų per daug modulių, nes susidarius tam tikroms sąlygoms styga gali viršyti maksimalią inverterio įėjimo įtampą (Max. input voltage). Tai pabrėžiama kiekvieno inverterio instrukcijoje, nes grandinės viršįtampis gali sugadinti inverterį ir garantija šių išlaidų nepadengs. Svarbu paminėti, kad žemoje temperatūroje saulės modulių įtampa kyla, todėl projektuojant saulės elektrinę būtina atsižvelgti į galimą žemiausią aplinkos temperatūra ir potencialiai aukščiausią modulių bei grandinės įtampą. 

Maksimali įėjimo srovė

Renkantis inverterį taip pat svarbu atsižvelgti, kad didžiausia inverterio įėjimo srovė (Max. Input Current) nebūtų mažesnė už saulės modulių maksimalios galios srovę (Max. Power Current). Nuo šio parametro taip pat priklauso, kiek lygiagrečių stygų galima prijungti prie vieno MPPT įėjimo, kad nebūtų viršyta maksimali leistina inverterio įėjimo srovė. Jeigu saulės modulių maksimalios galios srovė arba lygiagrečiai sujungtų stygų srovė viršija didžiausią inverterio įėjimo srovę, inverteris apribos priimamą srovę iki maksimalios ribos, taip sumažindamas visos elektrinės galią ir bus prarandama dalis pagamintos elektros. Taip pat svarbu žinoti, kad modulių trumpo jungimo srovė (Short-circuit Current) negali viršyti inverterio maksimalios trumpo jungimo srovės (Max. Short-circuit Current). Kaip ir skaičiuojant maksimalią įtampą, reikia atsižvelgti į temperatūros faktorių. Šiuo atveju modulių srovė kyla kartu su temperatūra, todėl turime atsižvelgti į aukščiausią aplinkos temperatūrą ir pačių modulių įšilimą.

MPPT įėjimai

Dauguma inverterių šiandien turi po 1 arba 2 MPPT jungtis. Kad MPPT galėtų užtikrinti optimalų inverterio veikimą, prie vienos MPPT jungties turi būti prijungti vienodi saulės moduliai, esantys ant to paties stogo šlaito ir nukreipti ta pačia kryptimi. Įmanoma išimtis galėtų būti du rytų-vakarų šlaitai sujungti lygiagrečiai prie bendro MPPT, jeigu jų kampas ne didesnis nei 15°. Kitais atvejais skirtingiems šlaitams reikia atskirų MPPT įėjimų, o tai reiškia, kad turint sudėtingesnį stogą su daugiau nei dviem šlaitais, reikės ieškoti inverterio su didesniu MPPT jungčių skaičiumi, naudoti kelis inverterius arba naudoti galios optimizatorius, kurie kompensuos srovės skirtumus, susidarančius moduliuose dėl skirtingos saulės apšvietos skirtingomis kryptimis.

Reikalavimai inverteriams

Minimalūs reikalavimai inverteriams, siekiant gauti APVA paramą saulės elektrinei:

– CE ženklinimas

– 5 metų produkto garantija

– IP 65 lygio apsauga nuo dulkių ir drėgmės

– atitiktis technologiniams ir saugos standartams (IEC)

Inverterių gamintojai

Tarp inverterių gamintojų pasaulyje dominuoja Kinijos gamintojai, iš kurių galima paminėti Huawei, Sungrow, Growatt, Solis. Tarp kitų šalių gamintojų galima išskirti Austrijos gamintojo Fronius ir Izraelio gamintojo SolarEdge, taip pat SMA, ABB ir Enphase inverterius.