Villanyszerelők Lapja

Áttekintő táblázat alapján

Napelemes inverterek kiválasztása

2018. június 18. | Lantos Tivadar |  507 | |

Napelemes inverterek kiválasztása

Néhány évvel ezelőtt még elszórtan találkozhattunk az inverterek fogalmával. Leginkább a hétvégi lakókocsis, sátoros kirándulásokkor bukkantak elő, hogy a hálózatról működő háztartási eszközöket ideig-óráig üzemeltetni lehessen akkumulátorról is, vagy a szünetmentes táplálás egyik megoldásaként találkozhattunk velük. Ma már a napelemek elterjedésének, vagy az energiahatékony teljesítményvezérlésnek köszönhetően lépten-nyomon használjuk az invertereket.

Csak trafó nélkül

E havi áttekintő táblázatunk a napelemekhez használatos inverterekkel foglalkozik. Az inverterek működésének lényege, hogy az egyenfeszültségű jelből, 50 Hz frekvenciájú, szinuszos jelalakú, a hálózattal szinkronizált (tehát azonos fázishelyzetű) váltakozófeszültséget állítanak elő, megfelelően vezérelt félvezetős áramkörökkel. Két fő típusuk létezik a gyakorlatban, a transzformátoros (50 Hz-es vagy nagyfrekvenciájú, ún. HF transzformátorral) és transzformátor nélküli kivitel. Az előbbi készülékek előnye, hogy galvanikus leválasztást biztosítanak a DC és az AC oldal között, így érintésvédelmi szempontból biztonságosabb működésűek, mert a DC oldalon megjelenő feszültség nem kerülhet ki az AC oldalra. A transzformátor nélküli inverterek hátránya, hogy ez a galvanikus leválasztás nem biztosított, így egyéb védelmi eszközök beépítése szükséges. Többek között a +/– pólusokat megszakító DC kapcsolókkal kerülhető el a véletlenszerű visszatáplálás a nyilvános villamos hálózatba (VDE 0126-1-1 és IEC 6210 szabványok szerint). Ezenkívül szükségessé vált a földelésihiba-figyelő (a transzformátor nélküli inverterekben a DC oldal nincs földelve) és a hibaáram-figyelő elektronika beépítése is. Nem feledkezhetünk meg a túláram- és villámvédelemről sem az inverter DC bemeneti oldalán, amely egy esetleges villámcsapás esetén megakadályozza a túláram visszajutását az AC villamos hálózatba. Mégis a transzformátor nélküli invertereknek sokkal több előnye van a transzformátorossal szemben, könnyebbek, olcsóbbak és magasabb hatásfokú áram átalakításra képesek. Mint az összehasonlító táblázatunkból is kitűnik, a piacon található napelemes rendszerek esetén a trafó nélküli készülékek terjedtek el (táblázatunkban is csak ilyen készülékek szerepelnek), így jelen írásban is erre a technológiára korlátozódunk.

Az inverter helye a napelemes rendszerben

Nagy DC feszültség, jobb hatásfok

A transzformátor nélküli inverterek jobb hatásfokú működéshez minél nagyobb DC oldali feszültség szükséges. A DC oldali indítófeszültség általában egy jobb inverter esetén minimum 250 V, vagyis az AC hálózati feszültséget (230 V) meghaladó. Kisebb teljesítményű inverterek esetében – ahol kisszámú napelem dolgozik a DC bemenetre – szükséges beépíteni egy ún. BOOST elektronikát, amely megnöveli a DC feszültséget. Azonban ennek köszönhetően a kimenő áramerősség kisebb lesz, amely a teljesítményt is befolyásolja negatív irányban. A BOOST működését az alábbi ábra mutatja be.

A feszültségnövelő BOOST kapcsolása és működése

A felső ábrán az alapkapcsolás látható, a PWM itt is azt jelenti, hogy a Q kapcsolót impulzusszélesség-modulált jellel vezéreljük. Az alatta balra található ábránál a Q kapcsolót bekapcsoltuk. Ekkor az induktivitáson elkezd növekedni az átfolyó áram, ezzel az induktivitásban mágneses energia tárolódik. A D dióda zárva van, a kimeneti áramot a C kondenzátor biztosítja. A következő pillanatban a kapcsolót kikapcsoljuk, ezt mutatja a jobbra látható ábra. Ekkor az induktivitás továbbra is fenn akarja tartani az áramot, a tekercs önindukciós feszültsége kinyitja a diódát, és töltjük a kondenzátort meg szolgáltatjuk a kimenő áramot is. Még mielőtt a kimeneti feszültség a megengedettnél nagyobb lenne, a kapcsolót ismét bekapcsoljuk, és a folyamat kezdődik elölről.

Időjárási tényező

Annak érdekében, hogy az inverterünk a napfelkelte után minél hamarabb elinduljon, és a napelemes rendszerünk energiát termeljen, javasolt minden bemeneti stringre a lehető legnagyobb számú napelemet rákötni, természetesen ügyelve arra, hogy a string bemeneti feszültsége soha ne haladja meg az inverter maximális feszültségtartományát. A napelemek teljesítménye nagymértékben függ a külső hőmérséklettől, így az invertereken megjelenő feszültség és áramerősségszint is ingadozó. Számításba kell tehát venni a telepítés helyszínén előforduló legalacsonyabb és legmagasabb hőmérsékleti értékeket, és annak megfelelően kell megválasztani az invertert, hogy a készülék maximális és minimális feszültség és áramerősség határértékei a névlegesen belül maradjanak. Idetartozik a táblázatban feltüntetett MPP (Maximum Power Point) érték, amely az a maximális teljesítményérték, ami a napelemekből kivehető, adott környezeti feltételek mellett. Ez a pont az üzemi körülmények változásával folyton változik. Az MPP tracker – hálózatra kapcsolt inverterek rendelkeznek ezzel funkcióval –, folyamatosan figyeli a napelem feszültségét, áramát és tartja a napelemekből maximalisan kivehető teljesítményt.

A transzformátor nélküli inverterek esetén van egy olyan bemeneti feszültségérték, amely mellett a legjobb hatásfokkal (a legkisebb DC-AC konverziós veszteséggel) tud az inverterünk energiát termelni, ezt „sweet-spot-nak” nevezik. Függően attól, hogy milyen algoritmus szerint működik az inverterünk, ez az érték invertertípusonként eltérő – általában a gyártók az inverterek adatlapján grafikon formájában ezt feltüntetik. Amennyiben maximális teljesítményre szeretnénk optimalizálni a napelemes rendszerünket, a string-hosszokat úgy ajánlott megtervezni, hogy 20 °C külső hőmérséklet mellett a munkaponti string-feszültség egybeessen az inverter „sweet-spotjával”.

Élettartam

Beépített távfelügyelettel minden egyes modul termelése külön-külön nyomon követhető, hiba vagy leállás esetén a rendszer automatikus értesítést küld e-mail, vagy sms formájában az illetékes karbantartóknak vagy a tulajdonosoknak. Az invertereket jellemzően 5 év garanciával kínálják a gyártók, várható élettartamuk 10-15 év. Ez azt is jelenti, hogy egy napelemes rendszernél és annak jellemzően tervezett 25 éves élettartama alatt egyszer számolni kell az inverter cseréjével. Nem elhanyagolható a fentiek miatt az inverterek szervizháttere, amely berendezéseknél a meghibásodási arány magasabb, mint a napelemek esetén.

Elhelyezés és tűzvédelem

Az invertereket lehetőség szerint hűvös, száraz, pormentes helyiségben, tehát belső térben célszerű elhelyezni. A legtöbb inverter IP védettsége lehetővé teszi ugyan a kültéri telepítést is, azonban valószínű, hogy a külső térben jobban érvényesülő időjárási hatások az inverter élettartamának rövidülését eredményezik. Ha mégis külső téri telepítés történik, akkor javasolt az invertereket tetővel védeni a közvetlen napsugárzástól és a csapadéktól.

Az inverterek fedetlen helyen is elhelyezhetők, ha megfelelően vannak szerelve és védve az időjárás viszontagságaitól

Védett helyen elhelyezett inverterek esetében más szerelési módot alkalmazhatnak.

A napelemes rendszerek megvalósítása során célszerű az egyenáramú vezetékszakaszt minél rövidebbre kialakítani. A magas feszültségű egyenáram ugyanis ívképződést okoz, így tűzvédelmi szempontból sokkal nagyobb kockázatot jelent, mint a váltóáram. Ez azt indokolja, hogy az inverter a napelemekhez minél közelebb legyen elhelyezve. Emiatt azonban nem célszerű pl. a padlástérben történő elhelyezést választani, mert az itt fellépő nyári magas hőmérséklet az inverter nem megfelelő hűtését eredményezheti, ami gyakori leszabályozáshoz vezethet, és természetesen az élettartamát is csökkentheti.

Az inverterek helyének megválasztását új megvilágításba helyezi az 54/2014. (XII. 5.) BM rendelet az Országos Tűzvédelmi Szabályzatról (OTSZ). Ennek 48. pontja a 87. §-ban a következőket írja elő: „A napelemmodulok közvetlen közelében, a DC oldalon villamos távműködtetésű és kézi lekapcsolási lehetőséget kell kialakítani.” Azt, hogy mi jelent a napelemek közvetlen közelében történő elhelyezés, a BM rendelethez tartozó Tűzvédelmi Műszaki Irányelv tartalmazza. Ha az invertert sikerül ezen a távolságon belül elhelyezni, akkor tekinthető úgy, hogy a napelemes rendszer külön távműködtetésű, és kézi kapcsoló alkalmazása nélkül is megfelel az OTSZ előírásainak.

Az összehasonlító táblázat a családi házas méretben legjellemzőbb, a hazai piacon megtalálható és a legtöbb szolgáltatónál engedélyezett 3000 W-os invertereket foglalja össze. Természetesen a gyártók a bemutatott készüléken túlmenően széles mérettartományban kínálnak invertereket, akár gyártónként tucatnyi további típust is.

InverterNapelemNapenergia