Zamów za darmo 🔥 najnowszy katalog projektów 🔥

Sprawdź

Doradzamy 7 dni w tygodniu. Pon.-pt. 8-21, sob.-niedz. 9-17

Zadzwoń! 71 715 20 60 lub

Falownik – jak działa i gdzie najlepiej zamontować falownik?

Falownik

Falownik nazywany jest inwerterem i stanowi ważną część instalacji fotowoltaicznej. Przetwarza promieniowanie słoneczne, czyli prąd stały na prąd zmienny, który zdolny jest zasilać urządzenia elektryczne w domu. Jednak nie jest to jedyne zadanie, któremu może podołać. Falownik pozwala na kontrolowanie prędkości obrotu silnika, dlatego wykorzystywany jest w wielu różnych instalacjach elektrycznych.

Instalacje fotowoltaiczne pojawiają się coraz częściej na dachach polskich projektów domów. Przekonaliśmy się co do tego, że energia pozyskiwana ze źródeł odnawialnych, jakim jest między innymi promieniowanie słoneczne, jest warta uwagi. Pozwala w dużym stopniu uniezależnić się od dostaw tej energii ze źródeł konwencjonalnych i po prostu zaoszczędzić.

Warto dowiedzieć się, jak działa inwerter, który jest kluczowym elementem instalacji fotowoltaicznej. Gdzie powinno się go montować i czy  jego montaż trzeba uwzględnić już na etapie projektowania domu? Warto też wziąć pod uwagę, że może być on stosowany w wielu innych urządzeniach elektrycznych. 

Falownik - co to jest?

W języku angielskim falownik nosi nazwę „Power inwerter”. Określa się go także jako przemiennik częstotliwości. Czym jest to urządzenie i do czego służy?

Jego podstawowym zadaniem jest zamiana prądu stałego (DC) na prąd zmienny (AC), o regulowanej częstotliwości napięcia wyjściowego w urządzeniach elektrycznych. Falownik pozwala na regulowanie częstotliwości napięcia i daje możliwość regulacji rozruchu oraz prędkości obrotowej w silnikach elektrycznych. Dzięki wykorzystaniu tego rozwiązania możliwe jest regulowanie pracy silnika w taki sposób, że może on działać z większą lub mniejszą szybkością.

Zdarza się, że falownik określany jest przemiennikiem częstotliwości, choć istnieją subtelne różnice w zasadach działania takich urządzeń. Przemiennik transformuje prąd przemienny o określonej częstotliwości na prąd stały o regulowanym zakresie.

Jak skonstruowany jest falownik? Jego budowa zakłada wykorzystanie kilku istotnych elementów:

  • płytki montażowej wyposażonej w powierzchnię odpowiadającą za przewodzenie prądu,
  • przewodu sterującego do modułu funkcyjnego,
  • zacisku 2-biegunowego, który odpowiada za uziemienie silnika i ekranowanie silnika,
  • uziemienia przewodu silnika,
  • ekranowania przewodu silnika,
  • ekranowanego przewodu silnika i przewodu PTC,
  • łącznika kablowego. 

Najpopularniejsze rodzaje falowników

Pierwotnie wykorzystywane były falowniki tyrystorowe. Tyrystor jest elementem półprzewodnikowym, który składa się z 4 warstw w układzie p-n-p-n. Jest wyposażony w 3 elektrody. Dwie z nich są przyłączone do warstw końcowych, a trzecia do jednej ze środkowych – typu p. Elektrody przyłączone skrajnie nazywane są katodą i anodą. Tyrystor przewodzi prąd w kierunku od anody do katody. Obecnie wykorzystywane są bardziej zaawansowane falowniki.

Podstawowa kwalifikacja falowników wyróżnia dwa ich rodzaje. W zależności od tego, do jakiego silnika falownik jest przystosowany, może być to falownik do silnika trójfazowego lub jednofazowego. W przypadku urządzeń współpracujących z silnikiem trójfazowym, wyróżnia się:

  • falownik jednofazowy,
  • falownik trójfazowy. 

Takiego podziału dokonano, biorąc pod uwagę sposób zasilania urządzenia. 

Falownik jednofazowy jest zasilany z jednej fazy, ale wyposażony jest w potrójne wyjście 230 V. Istnieje też falownik trójfazowy, zasilany trójfazowo, który ma także trójfazowe wyjście 3 razy po 230 V. Pod względem sposobu zasilania inwerterów należy wskazać falowniki napięcia i prądu. Pierwszy z wymienionych zasilany jest źródłem napięciowym, np. baterią kondensatora, a falownik prądu, jak sama nazwa wskazuje, zasilany jest ze źródła prądowego. 

Biorąc pod uwagę możliwości sterowania, falowniki można podzielić na skalarne i wektorowe. Falownik skalarny instalowany jest w napędach zmiennonapędowych, np. w parze z wentylatorami lub pompami. Dostarcza on do silnika minimalną ilość energii elektrycznej, co nie powoduje obniżenia wartości wyjściowej, poniżej wartości zadanej.

Inwerter wektorowy stosowany jest w systemach napędowych stałomomentowych i służy do płynnej regulacji prędkości obrotowej silników. Ma wysoki poziom zaawansowania mechanicznego przy sterowaniu silnikami prądu przemiennego. Gwarantuje wysoką skuteczność ich działania. Najczęściej oznaczany jest symbolem DTC.

Falowniki wektorowe dzielą się na bezczujnikowe, w których prędkość obrotowa silnika jest obliczana na podstawie modelu matematycznego oraz na inwerter ze sprzężeniem zwrotnym, w którym pomiar aktualnej wartości prędkości odbywa się z wykorzystaniem zamontowanego na wale silnika enkodera inkrementalnego.

Do szczególnych rodzajów falowników zalicza się urządzenia wykorzystywane powszechnie w fotowoltaice. Inwerter solarny, czy też fotowoltaiczny ma przekształcać prąd stały, który generowany jest przez panele PV z promieni słonecznych na napięcie zmienne o określonej fazie. Umożliwia on zasilanie instalacji elektrycznej w domu lub w innym obiekcie z zamontowaną instalacją fotowoltaiczną.

Nowoczesnym rodzajem inwerterów są hybrydy, czyli falowniki hybrydowe, które łączą w sobie funkcje urządzenia standardowego (szeregowego) z akumulatorowym. Z jednej strony przetwarzają one prąd stały na zmienny, ale są też w stanie magazynować energię.

Dowiedz się więcej: Ogrzewanie domu fotowoltaiką - czy to korzystna inwestycja?

Jak działa falownik i do czego można go użyć?

Jak działa falownik? Zasada działania uzależniona jest od jego typu, ale schemat funkcjonowania zwykle wygląda podobnie. W domowych instalacjach elektrycznych występuje prąd o częstotliwości mniej więcej 50 Hz, dzięki czemu można uruchomić silnik elektryczny, pracujący z określoną liczbą obrotów na minutę.

Inwerter zmienia tę liczbę, a przy tym umożliwia zamianę prądu przemiennego o stałej częstotliwości na prąd stały o zmiennej częstotliwości. Jedno lub trójfazowy falownik umożliwia modyfikację owej częstotliwości w zakresie od 0 do 50 Hz. Najbardziej zaawansowane inwertery są w stanie zwiększyć częstotliwość do ponad 80 Hz.

To, że falownik pozwala na regulowanie liczby obrotów na minutę, umożliwia kontrolowanie prędkości obrotowej i pracy silnika. Wraz ze zmniejszeniem częstotliwości prądu zmniejszeniu ulegnie prędkość obrotowa silnika i na odwrót. Wiemy już, jak działa falownik. Pojawia się jednak pytanie, gdzie najczęściej znajduje on zastosowanie? Inwerter może być wykorzystany do pracy pompy głębinowej i sprężarki.

Jednofazowy falownik użyty w silniku umożliwia regulowanie obrotów w wentylatorach, w mieszarkach, a często także i w pralkach. Może on służyć w systemach zamykania i otwierania automatycznych bram wjazdowych w domach jednorodzinnych. Ciekawą możliwością wykorzystania inwertera jest instalowanie go w samochodach elektrycznych. Falownik może sterować silnikiem asynchronicznym.

W tramwajach inwertery przekształcają prąd stały trakcji w prąd zmienny, który steruje napędem asynchronicznym napędzającym pojazd szynowy. Obecnie najczęściej falowniki wykorzystuje się w układach zasilania solarnego budynku przy użyciu instalacji fotowoltaicznej.

Falownik - ile kosztuje?

W zależności od rodzaju, trybu działania, sposobu zasilania oraz producenta, koszty nabycia falownika mogą być dość zróżnicowane. Cena zakupu jest uzależniona od specyfikacji technicznej produktu, ale wpływ ma na nią również to, czy falownik produkowany jest przez jedną z czołowych marek w tym zakresie, np. firmy Simens, Lenze i ABB.

Orientacyjny koszt nabycia inwertera trójfazowego takiej marki, który jest w stanie regulować częstotliwość pracy silnika w zakresie od 0 do 500 Hz, wynosi około 5 tys. zł. Natomiast za urządzanie Siemens V-20, będące jednofazowym inwerterem, którego prąd nominalny wynosi 13,6 A, a moc – 3 kW zapłacimy mniej, bo około 1400 zł.

Zasadniczo można przyjąć, że ceny falowników wahają się od kilkuset złotych do kilku, a nawet kilkunastu tysięcy. Droższe, ale markowe, mają długą gwarancję producenta, a przy tym naprawy wykonywane są najczęściej w autoryzowanych serwisach.

Jak podłączyć falownik?

Po wyborze odpowiedniego rodzaju czy mocy nominalnej i wejściowej falownika należy podłączyć go do urządzenia, z którym ma współpracować, na przykład do silnika. Inwerter w takim wypadku powinien mieć taką samą lub większą  energię w porównaniu z mocą napędzanego silnika elektrycznego.

Podłączenia należy dokonać według załączonego do urządzenia schematu z instrukcją dopięcia uzwojeń. Przydadzą się też informacje umieszczone na tabliczce znamionowej – w szczególności moc nominalna.

W przypadku falownika trójfazowego można wykonać podłączenie uzwojeń w gwiazdkę lub w trójkąt, a wybór jednego z trybów zależy od parametrów znamionowych urządzeń. Kiedy już podłączenie zostanie zrealizowane, należy sprawdzić czy prąd znamionowy silnika będzie miał właściwą wartość względem sposobu podłączenia uzwojeń

Trzeba zweryfikować prędkość nominalną silnika oraz częstotliwość znamionową napięcia zasilania. Finalizacja podłączenia falownika do silnika polega na przeanalizowaniu parametrów w programie inwertera.

Sprawdź: Solary - ile kosztują i czy warto instalować kolektory słoneczne?

Jak ustawić falownik?

Programowanie falownika do odpowiednich parametrów dotyczących częstotliwości wyjściowej i innych powinno odbywać się na podstawie tabliczki znamionowej i schematu dołączonego do inwertera.

Jeśli mamy silnik z mocą znamionową 3, to wówczas trzeba wykorzystać ustawienie falownika 3kw – siłę przypisaną do mocy znamionowej falownika. W przypadku mocy silnika 11 kW przy połączeniu w trójkąt parametr H30 należy ustawić na falowniku 11kW na 11.

Jaki falownik do fotowoltaiki będzie najlepszy?

Falownik odgrywa bardzo ważną rolę w fotowoltaice, ponieważ bez niego prąd pozyskiwany z promieniowania słonecznego nie mógłby zostać przekształcony na taki, który jest zdolny zasilać urządzenia domowe. Jego zadaniem jest zamiana napięcia stałego, generowanego przez panele lub akumulatory solarne, na napięcie zmienne o określonej fazie. To centralny element instalacji fotowoltaicznych, który jest dla nich po prostu niezbędny.

Do fotowoltaiki można wybrać różne falowniki, np. z wbudowanym transformatorem HF lub bez transformatorów, które są obecnie częściej spotykane. Są wyposażone w zaawansowane układy zabezpieczeń, dzięki czemu inwerter pracuje szybciej, sprawniej, a ma mniejszą wagę i wymiary.

Inny podział wyróżnia modele falowników typu wyspowego (off-grid), które nie oddają do sieci nadwyżki wyprodukowanego prądu, ale zasilają urządzenia domowe i ładują akumulatory czy magazyny mocy, a także falowniki on-grid, nazywane sieciowymi. Te ostatnie nawiązują połączenie z siecią energetyczną i przesyłają nadwyżkę, niezużyty prąd do sieci, z której można ją później odebrać. Nie pozwalają za to na magazynowanie energii w akumulatorach.

Przy wyborze falownika na potrzeby paneli PV trzeba wziąć pod uwagę liczbę faz. Inwerter trójfazowy do paneli fotowoltaicznych daje większą moc, a jego zaletą jest ograniczanie wartości prądu oraz równomierne wprowadzanie energii do każdej z trzech faz. Dzięki temu obserwowane są mniejsze wahania napięcia w sieci. Falownik trójfazowy w instalacji fotowoltaicznej umożliwia zastosowanie przewodów o mniejszych przekrojach podłączonych do paneli.

Przeczytaj: Jakie instalacje wewnętrzne występują na budowie?

Jak dobrać falownik do silnika?

Dobór odpowiedniego falownika do silnika jednofazowego lub trójfazowego powinien odbywać się w taki sposób, aby dostosować do siebie wszystkie jego parametry. Jeśli tylko wymagane jest regulowanie ilości obrotów na minutę w silniku, konieczne staje się zastosowanie w układzie działania falownika. Przed  jego zakupem trzeba zwrócić uwagę na podstawowe dane techniczne urządzenia z tabliczki znamionowej, takie jak:

  • napięcie zasilające,
  • moc i prąd silnika,
  • typ połączeń – gwiazda lub trójkąt,
  • obroty silnika.

Jeśli wiadomo, jaka jest moc silnika, łatwo można wybrać odpowiedni dla niego inwerter. Ważny jest dobór falownika o prądzie wyjściowym, który będzie co najmniej równy łącznemu prądowi wielu lub jednego silnika.

Należy też zwrócić uwagę na mechanikę systemu napędowego, a przede wszystkim rodzaj obciążenia silnika. Przy napędach lekkich, obecnych w pompach czy wentylatorach, wystarczający wydaje się falownik skalarny, natomiast w aplikacjach o większym obciążeniu – urządzenie z bezczujnikowym sterowaniem wektorowym.

Jak zrobić falownik samodzielnie?

Prosty falownik napięcia teoretycznie można zrobić samodzielnie, np. do zasilania pompy w akwarium. Potrzebne są schematy budowy inwertera i zakup elementów, które będą wchodziły w jego skład. Ważne jest, by zbudowane urządzenie działało przede wszystkim bezpiecznie. 

Autor artykułu

Podobne artykuły

Przepisy i formalności
Powierzchnia użytkowa – co to jest i jak ją liczyć?
Hol/Przedpokój
Zabudowa przedpokoju
Przepisy i formalności
Powierzchnia użytkowa – co to jest i jak ją liczyć?
Hol/Przedpokój
Zabudowa przedpokoju

Nowości w tej kategorii

Instalacje
Panele monokrystaliczne
20 lipca 2021 r. Adrianna Bartusik

Panele monokrystaliczne – co warto wiedzieć o panelach monokrystalicznych?

Dzięki fotowoltaice możesz korzystać z energii słonecznej, która jest przetwa...

Instalacje
Filtr do wody
12 lipca 2021 r. Adrianna Bartusik

Filtr do wody – jaki wybrać do domu i jak go zamontować?

Jakość wody z kranu może pozostawiać wiele do życzenia bez względu na to, skąd jest czerpana. Świadczą o tym, chociażby os...

Instalacje
Instalacja gazowa —
7 lipca 2021 r. Adrianna Bartusik

Instalacja gazowa — czym jest i do czego służy instalacja gazowa w domu jednorodzinnym?

Do zasilania systemu ogrzewania w domu możesz używać wielu paliw, między inny...

Instalacje
Magazyn energii co to jest i czy się opłaca?
5 lipca 2021 r. Wojciech Rynkowski

Magazyn energii – co to jest i czy się opłaca?

Coraz powszechniej słyszymy o magazynach energii. Ta nazwa brzmi może nieco tajemniczo, ale otaczają nas one zewsząd i są...

Instalacje
Panele monokrystaliczne
20 lipca 2021 r. Adrianna Bartusik

Panele monokrystaliczne – co warto wiedzieć o panelach monokrystalicznych?

Dzięki fotowoltaice możesz korzystać z energii słonecznej, która jest przetwa...

Instalacje
Filtr do wody
12 lipca 2021 r. Adrianna Bartusik

Filtr do wody – jaki wybrać do domu i jak go zamontować?

Jakość wody z kranu może pozostawiać wiele do życzenia bez względu na to, skąd jest czerpana. Świadczą o tym, chociażby os...

Instalacje
Instalacja gazowa —
7 lipca 2021 r. Adrianna Bartusik

Instalacja gazowa — czym jest i do czego służy instalacja gazowa w domu jednorodzinnym?

Do zasilania systemu ogrzewania w domu możesz używać wielu paliw, między inny...

Instalacje
Magazyn energii co to jest i czy się opłaca?
5 lipca 2021 r. Wojciech Rynkowski

Magazyn energii – co to jest i czy się opłaca?

Coraz powszechniej słyszymy o magazynach energii. Ta nazwa brzmi może nieco tajemniczo, ale otaczają nas one zewsząd i są...