Falownik jedno- czy trójfazowy – jaki wybrać?

Obecne przepisy warunkują przyłączenie do sieci instalacji fotowoltaicznej jednofazowej o maksymalnej mocy 3,68 kWp. Większe instalacje muszą być wyposażone w inwerter trójfazowy. Zatem dla instalacji o mocy do 3,68 kWp można wybrać inwerter jedno- lub trójfazowy. Jaka jest różnica pomiędzy oboma inwerterami i czy dla instalacji o mocy np. 3 kWp lepiej zamontować falownik jednofazowy, czy trójfazowy?

Zdecydowana większość budynków posiada instalację trójfazową, przez co panuje błędne przekonanie, że zamontowany inwerter musi być także trójfazowy. Główna różnica pomiędzy inwerterem jedno- i trójfazowym polega na tym, że inwerter jednofazowy zasila energią wytworzoną przez instalację fotowoltaiczną tylko jedną fazę (tą do której został podłączony), natomiast inwerter trójfazowy zasila wszystkie fazy symetrycznie.

Przykładowo – jeżeli instalacja fotowoltaiczna w danej chwili generuje moc maksymalną inwertera 3000 W (3 kW), a pobór mocy instalacji w budynku w tym samym momencie wynosi 1000 W dla fazy pierwszej i 300 W dla fazy drugiej i 200 W dla fazy trzeciej to:

– W przypadku inwertera trójfazowego moc 3000 W rozdzielana jest symetrycznie, czyli na każdą z faz trafia 1000W. Wówczas moc wysyłana do sieci dla fazy pierwszej wynosi 0 W dla fazy drugiej 700 W dla fazy trzeciej 800W, co daje łącznie moc wysyłaną do sieci 1500 W.

– W przypadku inwertera jednofazowego moc 3000 W trafia na pierwszą fazę, do której jest podłączony inwerter. Skutkuje to wysyłaniem do sieci mocy 2000 W dla fazy pierwszej i jednoczesnym pobieraniem mocy 300 W dla fazy drugiej i 200 W dla fazy trzeciej.

Podany przykład może sugerować, że korzystniejszym jest zainstalowanie inwertera trójfazowego w przypadku trójfazowej instalacji domowej.

Czy tak jest w rzeczywistości i kiedy montaż inwertera jednofazowego może stanowić problem?

– W przypadku bilansowania mocy pobieranej i oddawanej w rozliczeniach z dostawcą energii, z punktu widzenia prosumenta nie ma żadnego znaczenia czy zastosował zastosowany inwerter jednofazowy czy też trójfazowy. W przypadku braku międzyfazowego bilansowania mocy w rozliczeniach z dostawcą energii łatwo sobie z tym poradzić poprzez podłączenie głównych odbiorników energii wykorzystywanych w godzinach pracy instalacji fotowoltaicznej do fazy, do której podłączony jest inwerter. Często zabieg ten może dać znacznie lepszy efekt związany z podniesieniem autokonsumpcji energii wytwarzanej przez instalację fotowoltaiczną, niż zastosowanie inwertera trójfazowego o identycznej mocy.

– Zabudowanie inwertera jednofazowego (jak również inwertera trójfazowego) będzie stanowić problem, jeżeli moc przyłączeniowa budynku oraz wartość zabezpieczenia przedlicznikowego będą zbyt małe. W przypadku montażu instalacji z jednofazowym inwerterem może się zdarzyć, że moc przyłączeniowa trójfazowej instalacji domowej będzie wynosić 6,4 kW czyli mniejsza niż 3 kW dla jednej fazy w przypadku planowanego montażu instalacji fotowoltaicznej o mocy maksymalnej 3 kWp. Zabezpieczenie przedlicznikowe dla mocy przyłączeniowej 6,4 kW wynosi 10 A, co przy inwerterze Solis S6-GR1P3K, którego max moc wyjściowa wynosi 15,7 A będzie powodować wybicie zabezpieczenia głównego. Aby rozwiązać ten problem należy złożyć stosowne pismo do Zakładu Energetycznego o zwiększenie mocy przyłączeniowej i/lub wymianę zabezpieczenia głównego.

Czy i jakie korzyści możemy odnieść z zastosowania inwertera jednofazowego w stosunku do inwertera trójfazowego?

1. Bardzo istotną zaletą inwertera jednofazowego w stosunku do trójfazowego jest jego niższa cena. Wynika to z różnić konstrukcyjnych, ponieważ w uproszczeniu, inwerter trójfazowy to połączenie trzech inwerterów jednofazowych wykorzystujących elementy wspólne. W przypadku oferowanych przez Hewalex inwerterów jednofazowego i trójfazowego o mocy 3 kW różnica ta wynosi 2080 zł. Biorąc obecnie średnią cenę wyprodukowanej energii na poziomie 0,55zł/kWh, daje to konieczność dodatkowego wyprodukowania 3782 kWh, aby zrekompensować wyższe koszty zakupu inwertera trójfazowego. W rzeczywistości przekłada się to na ponad roczne wydłużenie okresu zwrotu nakładów poniesionych na budowę instalacji fotowoltaicznej.

2. Jednym ze znaczących problemów związanych z eksploatacją instalacji fotowoltaicznych jest ich wyłączanie na skutek przekraczania dopuszczalnego napięcia w sieci. Wynika to z nieprzystosowania lokalnie sieci energetycznych do odbioru zwiększonej ilości energii produkowanej przez instalacje fotowoltaiczne w korzystnych warunkach nasłonecznienia. Po przekroczeniu napięcia granicznego inwerter zostaje wyłączony. Jak zaobserwowaliśmy w praktyce, nadmierne podniesienie napięcia nie dotyczy równocześnie wszystkich faz, a najczęściej w danym rejonie dotyczy powtarzalnie tej samej pojedynczej fazy. W przypadku inwertera trójfazowego jego wyłącznie następuje zawsze w sytuacji przekroczenia napięcia granicznego 253V (średnia 10-minutowa) na którejkolwiek z faz. Wyłączenie inwertera jednofazowego nastąpi wyłącznie w sytuacji przekroczenia napięcia na fazie, do której został przyłączony. W przypadku powtarzającego się wyłączania inwertera jednofazowego może on zostać przełączony do fazy, gdzie przekroczenia napięcia w sieci nie będą występowały.

3. W sytuacji zastosowania hybrydowego inwertera z magazynem energii znacznie tańszym rozwiązaniem jest zastosowanie inwertera jednofazowego. W tym przypadku jednak maksymalizacja autokonsumpcji i monitoring odbywa się dla jednaj fazy w budynku na wyjściu AC-grid i dodatkowej fazy na wyjściu AC-Backup.

4. Inwerter jednofazowy pozwala na:
– łatwiejsze zarządzanie produkowaną przez instalację fotowoltaiczną energią w celu zwiększania autokonsumpcji, w sytuacji, kiedy rozliczenie z dostawcą energii nie uwzględnia bilansowania mocy pobieranej i oddawanej do sieci,
– możliwość dodatkowego obciążenia fazy, do której podłączony jest inwerter w celu nie dopuszczenia do nadmiernego wzrostu napięcia i jego wyłączania.

Wymienione wyżej możliwości zapewnia montaż oferowanego przez nas urządzenia do zarządzania energią Opti-Ener.

5. Z racji swojej prostszej konstrukcji inwerter jednofazowy jest mniej narażony na uszkodzenia. Uszkodzenia inwertera często mogą być generowane np. z powodu zdarzających się przepięć występujących po stronie sieci. W przypadku inwertera trójfazowego przepięcie na którejkolwiek fazie może spowodować uszkodzenie inwertera. W przypadku inwertera jednofazowego prawdopodobieństwo jego uszkodzenia zmniejsza się do 1/3 w stosunku do inwertera trójfazowego. Równocześnie koszty ewentualnej naprawy bądź wymiany będą znacząco niższe w przypadku inwertera jednofazowego.

Podsumowując jeżeli planujemy budowę instalacji fotowoltaicznej o mocy nie przekraczającej 3,68 kWp, zdecydowanie korzystniejszym będzie wybór inwertera jednofazowego. W przypadku instalacji fotowoltaicznej większej niż wskazana mocy, pozostaje nam zastosowanie wyłącznie inwertera trójfazowego, co wynika z warunku narzuconego przez dostawcę energii.