W Polsce częściej używa się terminu „falownik”, natomiast „inwerter” pochodzi bezpośrednio od angielskiego słowa inverter i jest szczególnie popularny w branży fotowoltaicznej.
Inwerter a falownik – co musisz wiedzieć?
W języku polskim słowo ,,falownik’’ odnosi się do urządzenia, które przekształca prąd stały (DC) w prąd przemienny (AC). Natomiast „inwerter” to spolszczenie angielskiego terminu „inverter”, który również oznacza urządzenie o tej samej funkcji. Czym się różni falownik od inwertera? W kontekście fotowoltaiki oba terminy są używane zamiennie i oznaczają to samo urządzenie. W szerszym kontekście, zwłaszcza w przemyśle, falownik może odnosić się do urządzenia, które nie tylko przekształca prąd stały w przemienny, ale także umożliwia regulację częstotliwości i napięcia wyjściowego. To bardzo ważne m.in. w sterowaniu prędkością silników elektrycznych. W takim przypadku falownik jest częścią bardziej zaawansowanego układu – przemiennika częstotliwości.
Podsumowując, w kontekście fotowoltaiki falownik i inwerter są synonimami. Z kolei w zastosowaniu przemysłowym falownik może mieć dodatkowe funkcje związane z regulacją parametrów prądu przemiennego.
Instalacje, w których umieszcza się inwerter/falownik
Najczęściej spotykane falowniki i inwertery pracują w instalacjach fotowoltaicznych. Zamieniają energię produkowaną przez panele słoneczne na prąd o napięciu i częstotliwości zgodnych z wymaganymi w domowej sieci elektrycznej.
W przemyśle z kolei falowniki są stosowane do sterowania pracą silników elektrycznych. Umożliwiają precyzyjną regulację ich prędkości i momentu obrotowego. Na szeroką skalę wykorzystuje się je więc np. w produkcji samochodów elektrycznych, czyli w branży, która w ostatnich latach przeżywa rozkwit.
Według danych z Licznika Elektromobilności na koniec października 2024 roku po polskich drogach poruszało się 132 812 samochodów osobowych z napędem elektrycznym. W tej grupie znajdowało się 68 634 pojazdów w pełni elektrycznych (BEV), natomiast pozostałe 64 178 to hybrydy typu plug-in (PHEV).
Niezależnie od tego, czy inwerter bądź falowniki wykorzystuje się w branży odnawialnych źródeł energii, czy w silnikach, przynosi to liczne korzyści (bo zastępują one instalacje spalinowe). Najważniejsze z nich to:
- redukcja produkowanych zanieczyszczeń w porównaniu do silników spalinowych czy energii z sieci;
- większe możliwości związane z zastosowaniem maszyn (np. wózki widłowe z silnikami elektrycznymi można bez problemu stosować w pomieszczeniach zamkniętych – bez obaw o zatrucia, przekroczenie norm spalin);
- oszczędności – eksploatacja silników elektrycznych jest tańsza, podobnie jak energia z odnawialnych źródeł.
Falownik, inwerter – najważniejsze informacje. Jak działają?
Falownik/inwerter działa poprzez szybkie przełączanie tranzystorów mocy, które sterują przepływem energii elektrycznej, modulując zarówno napięcie, jak i częstotliwość prądu przemiennego. Można to porównać do cyfrowego „przełącznika”, który z ogromną prędkością włącza i wyłącza przepływ prądu stałego, tworząc sygnał przypominający sinusoidę – czyli kształt charakterystyczny dla prądu przemiennego w sieci energetycznej.
W uproszczeniu można powiedzieć, że urządzenie pobiera prąd stały z akumulatora, paneli słonecznych lub innych źródeł i „tworzy” z niego falę napięcia przemiennego, dostosowaną do wymagań odbiorników elektrycznych lub sieci energetycznej. Aby to osiągnąć, falownik wykorzystuje układy sterowania, które na bieżąco analizują parametry napięcia i częstotliwości, dostosowując sygnał tak, by był on jak najbardziej stabilny.
Można to zobrazować na przykładzie domowej instalacji fotowoltaicznej. Panele słoneczne generują prąd stały, który sam w sobie nie może zasilać urządzeń domowych, ponieważ większość sprzętów działa na prądzie przemiennym. Falownik pełni tu funkcję „tłumacza” energii – przekształca nieregularne impulsy prądu stałego w płynną sinusoidę o odpowiednim napięciu i częstotliwości (230 V i 50 Hz). Dzięki temu energia może być bezpiecznie wykorzystana do zasilania domu lub przekazana do sieci energetycznej.
W zaawansowanych systemach, np. w silnikach, falowniki pełnią też funkcję optymalizatorów mocy – zarządzając pracą całej instalacji, monitorując jej wydajność oraz dostosowując parametry działania do zmieniających się warunków. W efekcie falowniki nie tylko umożliwiają wykorzystanie energii, ale także zwiększają efektywność i stabilność całego procesu.
Zastosowanie falowników
Falowniki i inwertery mają szeroki zakres zastosowań. Gdzie się je wykorzystuje?
- Instalacje fotowoltaiczne – do konwersji prądu stałego z paneli słonecznych na prąd przemienny kompatybilny z siecią domową lub publiczną.
- Systemy UPS (zasilanie awaryjne) – odpowiadają za zapewnienie ciągłości pracy urządzeń w przypadku awarii sieci.
- Sterowanie silnikami elektrycznymi (falowniki) – ich zadania w tym przypadku to regulacja prędkości i momentu obrotowego w systemach automatyki przemysłowej.
- Pojazdy elektryczne – falowniki odpowiadają za konwersję energii zgromadzonej w bateriach na prąd przemienny do zasilania silników trakcyjnych.
Rodzaje falowników
Istnieje kilka rodzajów falowników. Każdy z nich ma nieco inną specyfikę i zastosowanie. Czym się wyróżniają?
Falowniki sieciowe (on-grid)
Są to urządzenia stosowane w instalacjach fotowoltaicznych podłączonych do publicznej sieci. Falownik synchronizuje parametry wyjściowe prądu przemiennego z parametrami sieci, co pozwala na bezpieczne oddawanie nadwyżek energii do systemu.
Falowniki wyspowe (off-grid)
Pracują w systemach niezależnych od sieci elektroenergetycznej, np. w domach zasilanych energią zmagazynowaną w akumulatorach. Off-gridowe falowniki są ważnym elementem systemów autonomicznych. Pozwalają na dostosowanie napięcia do potrzeb użytkownika.
Falowniki hybrydowe
Łączą funkcje falowników on-grid i off-grid, co oznacza, że mogą jednocześnie współpracować z siecią elektroenergetyczną oraz magazynować energię w akumulatorach, umożliwiając większą elastyczność w zarządzaniu nią.
Falowniki do sterowania silnikami
W przemyśle stosuje się inwertery o zmiennej częstotliwości (VFD – Variable Frequency Drive), które pozwalają na precyzyjne sterowanie prędkością silników elektrycznych. To przekłada się na optymalizację zużycia energii i lepszą kontrolę nad procesami produkcyjnymi.
Mikroinwertery – rozwiązania, które wyprą zwykłe falowniki i inwertery?
Mikroinwertery to nowoczesne rozwiązanie w dziedzinie fotowoltaiki, które zyskuje coraz większą popularność i powoli zaczyna konkurować ze standardowymi inwerterami. Ich główną zaletą jest to, że są instalowane bezpośrednio przy każdym panelu fotowoltaicznym. To pozwala na niezależną pracę pojedynczego modułu i optymalizację wydajności całej instalacji.
W przeciwieństwie do klasycznych falowników, które obsługują grupę paneli jednocześnie, mikroinwertery eliminują problem strat wynikających z zacienienia czy różnic w wydajności poszczególnych modułów. Dzięki temu każdy panel pracuje na maksymalnej wydajności. To natomiast w dłuższej perspektywie przekłada się na większą ilość wyprodukowanej energii i wyższy zwrot z inwestycji.
Kolejną zaletą mikroinwerterów jest ich modułowość – w razie awarii jednego elementu cała instalacja nie przestaje działać, jak ma to miejsce w systemach z centralnym falownikiem. To zwiększa niezawodność i zmniejsza koszty ewentualnych napraw.
Choć mikroinwertery są droższe w zakupie i instalacji niż tradycyjne falowniki, długoterminowe korzyści z ich zastosowania mogą sprawić, że inwestycja w nie się opłaci. Lepsza efektywność pracy, możliwość monitorowania każdego panelu osobno oraz dłuższa żywotność sprawiają, że coraz więcej inwestorów decyduje się na tę opcję. Dodatkowo producenci stale rozwijają technologię mikroinwerterów. To obniża ich ceny i sprawia, że stają się bardziej dostępne dla szerszego grona użytkowników.
Czy mikroinwertery całkowicie wyprą standardowe falowniki? Na ten moment trudno to przewidzieć. Ich zalety sprawiają jednak, że w przyszłości mogą stać się dominującą technologią, zwłaszcza w mniejszych instalacjach domowych i w obiektach, w których występują problemy z częściowym zacienieniem paneli. Warto śledzić rozwój tej technologii, ponieważ może ona wprowadzić kolejną rewolucję w sposobie zarządzania energią z odnawialnych źródeł.