Mikrofalowniki fotowoltaiczne (mikroinwertery) – jak działają i kiedy warto je instalować

Mikroinwertery (albo inaczej: mikrofalowniki) to opcja droższa niż standardowa instalacja PV wyposażona w jeden falownik centralny. Mają też jednak sporo zalet.

Jednym z najważniejszych elementów każdej instalacji fotowoltaicznej jest inwerter, zwany inaczej falownikiem. Przekształca on wytwarzany przez panele solarne prąd stały w prąd przemienny, którego potrzebują urządzenia elektryczne obecne w naszych domach czy firmach. W klasycznej przydomowej instalacji PV (skrót od angielskiego słowa „photovoltaic”) wszystkie panele podłączone są do jednego dużego falownika. Można też jednak zastąpić go kilkoma tzw. mikroinwerterami. Przeczytaj, na czym polega to rozwiązanie i kiedy warto je wdrożyć.

Z poniższego tekstu dowiesz się m.in.:

• gdzie instaluje się mikroinwertery,
• jakie są wady i zalety mikrofalowników,
• kiedy mikroinwertery sprawdzą się lepiej niż falownik centralny,
• czy mikrofalowniki to w przypadku nierównomiernie oświetlonych dachów jedyne rozwiązanie,
• dlaczego inwestycja w mikroinwertery, choć droższa, wciąż może się opłacać,
• dlaczego mikrofalowniki dają większą swobodę i kontrolę nad instalacją PV.

Miniaturowe falowniki

W międzynarodowym układzie jednostek miar (tzw. układzie SI) przedrostek „mikro-” oznacza jedną milionową część jakiejś całości. Np. gdy jeden metr podzielimy na milion równych odcinków, to każdy z nich będzie miał długość jednego mikrometra. Trochę nie wiadomo więc, skąd wzięła się nazwa mikroinwerterów, bo owszem, są one znacznie bardziej kompaktowe od swych klasycznych odpowiedników – no ale nie aż milion razy mniejsze. Być może chodzi po prostu o to, że zbitka słów „mini” oraz „inwerter” wyglądałaby nieco dziwnie.

Niewielkie wymiary mikroinwerterów (inaczej: mikrofalowników, które swoją drogą spokojnie chyba mogłyby być minifalownikami ;)) są ściśle związane z faktem, że urządzenia te montuje się bezpośrednio pod panelami fotowoltaicznymi, a nie np. na ścianie budynku albo w piwnicy, jak ma to miejsce w przypadku zwykłych falowników. Jeden mikroinwerter może przypadać na jeden, dwa lub cztery moduły wchodzące w skład każdego panelu (zob. „Budowa instalacji fotowoltaicznej”). Rodzi to kilka istotnych zalet – ale ma też pewne wady.

Ochrona przed spadkiem wydajności

Zdecydowanym plusem mikrofalowników jest to, że dzięki nim moduły fotowoltaiczne mogą pracować niezależnie od siebie. W tradycyjnej instalacji są one połączone ze sobą szeregowo, co przyrównać można do sznura lampek choinkowych. Jak może pamiętasz, taka świąteczna ozdoba starszego typu potrafiła całkowicie przestać działać, gdy pojawiał się problem w obrębie zaledwie jednej lampki (bo np. żaróweczka się wykręciła lub uległa przepaleniu). Na podobnej zasadzie moc całej instalacji PV uzależniona jest od tego, z jaką mocą pracuje jej najsłabszy moduł.

Załóżmy, że masz na dachu pięć paneli solarnych i że wszystkie „dają z siebie” 100%, ale na jednym z nich w pewnym momencie dnia pojawia się cień komina lub drzewa i nagle wydajność tego panelu spada do 66%. Cała instalacja wytwarza wówczas tylko 66% mocy, choćby nawet pozostałe cztery panele były doskonale nasłonecznione! Wyposażenie każdego w mikroinwerter w podobnej sytuacji natomiast skutkowałoby spadkiem mocy tylko tego jednego, zacienionego panelu, podczas gdy reszta pracowałaby na maksimum swoich możliwości.

Walka z cieniem

Jest to więc dobre rozwiązanie w przypadku paneli montowanych na dachach o skomplikowanej bryle i dużej liczbie elementów mogących rzucać cień (jak właśnie kominy czy lukarny). Warto jednak wiedzieć, że z problemem nierównomiernego oświetlenia instalacji można sobie radzić też na inne sposoby, dysponując tylko jednym, klasycznym falownikiem. Owe sposoby to chociażby:

• zastosowanie większej liczby modułów MPPT (ang. Maximum Power Point Tracking, czyli śledzenie maksymalnego punktu mocy) – każdy inwerter ma standardowo jeden taki moduł i to właśnie on w dużym uproszczeniu odpowiada za „równanie w dół” do mocy najmniej wydajnego panelu, gdy w systemie jest pojedynczy falownik. Ale np. instalację rozłożoną na dwuspadowym dachu w osi wschód-zachód wystarczy doposażyć tylko w jeszcze jeden moduł MPPT, aby słabsze doświetlenie części paneli o różnych porach dnia nie stanowiło problemu;
• montaż tzw. diod bocznikujących – dzielą one panel na kilka części i w razie niedoświetlenia którejś z nich odcinają ją, dzięki czemu jej obniżona sprawność nie wpływa na resztę układu;
• wyposażenie paneli w specjalne optymalizatory – przy czym ten wariant akurat zazwyczaj będzie droższy od zakupu mikroinwerterów, jeśli w grę rzeczywiście wchodzi bardzo nietypowy dach.

Mikroinwerter – czy to się opłaca

A skoro już jesteśmy przy cenach, to należy zaznaczyć, że instalacja obsługiwana przez kilka mikrofalowników kosztuje więcej niż podobna, ale posiadająca jeden klasyczny inwerter. Różnica potrafi wynieść aż kilka tysięcy złotych. Inwestycja w mikrofalowniki wciąż jednak może się okazać bardziej opłacalna, i to nawet przy całkiem płaskim dachu.
Jednym z powodów takiego stanu rzeczy jest mniejsze obciążenie i mniejsze nagrzewanie się pojedynczego mikroinwertera w porównaniu z dużym falownikiem obsługującym cały system. Dłuższa jest w związku z tym jego żywotność, co przekłada się na lepsze warunki gwarancji na urządzenie – bywa ona udzielana nawet 25 lat, podczas gdy przy klasycznym inwerterze okres gwarancyjny wynosi średnio ok. 10 lat.

Z drugiej strony trzeba pamiętać, że ponieważ mikrofalowniki umieszcza się pod panelami na dachu, są one bardziej narażone na niekorzystne działanie czynników atmosferycznych niż montowany często np. w piwnicy falownik centralny – i jednocześnie trudniejsze w serwisowaniu. Naprawa lub wymiana mikroinwertera wymaga wejścia na ten dach, demontażu niektórych paneli i zwracania szczególnej uwagi, by przypadkowo nie uszkodzić innych elementów instalacji. Bywa to więc operacja czasochłonna i często angażująca dodatkowy sprzęt, jak choćby rusztowanie, a w związku z tym po wygaśnięciu gwarancji dość droga (dla firmy zajmującej się serwisem z kolei wcześniej zawsze oznacza wydatek i może właśnie dlatego niektórzy producenci czy dystrybutorzy wycofali się z mikrofalowników).

Teoretycznie nie trzeba za to wymieniać czy naprawiać mikroinwertera, gdy tylko się on zepsuje, bo awaria skutkuje wyłączeniem jedynie tych modułów, do których był podpięty – pozostałe panele mogą działać bez przeszkód. Z czego zresztą całkiem sporo osób korzysta: serwis jest problematyczny, więc czekają z wezwaniem fachowca, aż interwencji zacznie wymagać większa liczba mikrofalowników. Usterka jedynego inwertera w systemie oznacza natomiast przerwę w funkcjonowaniu całej instalacji.

Przeczytaj: Ogniwa fotowoltaiczne – budowa i zasada działania

Możliwość rozbudowywania (i zmniejszania) instalacji

Z uwagi na tę niezależność modułów fotowoltaicznych mikroinwertery pozwalają dowolnie modyfikować rozmiar minielektrowni słonecznej, co stanowi kolejną ich zaletę. W razie gdyby zapotrzebowanie na prąd w danym budynku na stałe się zmniejszyło, niepotrzebne już panele można po prostu sprzedać. I odwrotnie: jeśli pojawia się więcej energochłonnych urządzeń lub np. chcesz zmienić ogrzewanie na elektryczne – po prostu dodajesz kolejne moduły, z których każdy wyposażony jest we własny mikrofalownik. Nie ma przy tym znaczenia, czy mają one tę samą moc albo pochodzą od tego samego producenta co te już obecne w systemie. Powiększenie instalacji z jednym inwerterem centralnym rodzi natomiast konieczność jego wymiany na nowy egzemplarz, dostosowany do nowych parametrów.

Nie mniej istotna jest kwestia utraty mocy przez panele w czasie. Po 10 latach większość z nich osiąga ok. 90%, a po 25 latach – ok. 80% wartości początkowej. Dołożenie kolejnych paneli, możliwe dzięki mikrofalownikom, pozwoli instalacji wytwarzać tyle energii, ile pierwotnie zakładano. Poza tym, jak już wspomnieliśmy, te nowe będą pracować „na pełnych obrotach”, a nie dostosowywać się do wydajności starszych, nieco zużytych już modułów (podobnie jak najmocniejsze z tych ostatnich nie będą dostosowywać się do słabszych od siebie).

Warto wiedzieć
Klasyczna instalacja z jednym falownikiem musi osiągać pewną z góry założoną moc minimalną. Tymczasem mikroinwertery umożliwiają stworzenie instalacji PV, w skład której wchodzi zaledwie kilka modułów. Zwiększa to komfort zarządzania budżetem przeznaczonym na fotowoltaikę: możesz kupić tyle paneli, na ile obecnie cię stać, i dopiero z czasem rozbudowywać system o kolejne moduły.

Bardziej precyzyjne monitorowanie pracy modułów

Niezależne funkcjonowanie poszczególnych modułów, do których przypisane są osobne mikroinwertery, pozwala także szybciej wychwycić ewentualne nieprawidłowości w pracy instalacji i precyzyjnie je zlokalizować.

Wróćmy na chwilę do przywołanego wcześniej porównania z lampkami na choinkę. Jeśli któraś żarówka się przepali i zechcesz ją wymienić na sprawną, aby sznur światełek znów działał, czeka cię żmudne testowanie wszystkich żarówek po kolei w poszukiwaniu tej zepsutej. Tak samo w systemie z panelami połączonymi szeregowo i jednym falownikiem zobaczysz tylko, że nagle instalacja produkuje mniej prądu, ale w celu odkrycia przyczyny takiego stanu rzeczy trzeba będzie skontrolować każdy panel. Tymczasem jeżeli któryś moduł w instalacji z mikrofalownikami zostanie uszkodzony, zacieniony, przykryty liśćmi bądź śniegiem, zabrudzony przez ptaki czy choćby jedynie mocniej przykurzony – oprogramowanie monitorujące działanie instalacji wskaże, z którym dokładnie jej fragmentem jest coś nie tak, i pozwoli ci dzięki temu sprawnie zainterweniować. Zobaczysz to np. w specjalnej aplikacji na twoim smartfonie.

Mikroinwertery a kwestia bezpieczeństwa

Na koniec warto wspomnieć o jeszcze jednej zalecie mikroinwerterów, choć nie dla każdego będzie mieć ona znaczenie. Chodzi mianowicie o fakt, że napięcie prądu stałego w ramach jednego urządzenia jest znacznie niższe niż to generowane przez wszystkie panele jednocześnie. Co więcej, jego przekształcenie w prąd przemienny tuż przy panelu, a nie dopiero w centralnym falowniku sprawia, że położonymi na dachu przewodami nie biegnie już znacznie mniej bezpieczny prąd stały. Obydwie te rzeczy minimalizują ryzyko wystąpienia samoistnego pożaru, dlatego też gdy dach jest pokryty np. strzechą, zdecydowanie warto rozważyć wybór instalacji PV wyposażonej właśnie w mikroinwertery.

Jeden falownik centralny czy kilka mikroinwerterów

Jak widać, rozwiązanie to ma wiele zalet. Nie zawsze trzeba się jednak na nie decydować. Jeżeli dysponujesz dachem o dość prostej bryle i mniej łatwopalnym poszyciu oraz nie zamierzasz rozbudowywać systemu PV tudzież zaopatrywać się w bardziej energochłonne sprzęty, porządnie zamontowana instalacja z klasycznym falownikiem powinna okazać się wystarczająco wydajna, a dzięki niższemu kosztowi po prostu szybciej się zwróci.

Mamy nadzieję, że w niniejszym artykule naświetliliśmy zagadnienie mikroinwerterów na tyle, by nieco ułatwić ci podjęcie decyzji w tej sprawie. Pamiętaj, że w razie wątpliwości zawsze możesz poprosić o opinię fachowca, który przeprowadzi wizję lokalną, zorientuje się w twoich potrzebach i możliwościach, a następnie w oparciu o to podpowie, które rozwiązanie okaże się najlepsze w twoim właśnie przypadku.