Przewodnik po falownikach 3-fazowych: rodzaje, rozmiary i sposób wyboru odpowiedniego dla energii słonecznej

Zasilanie trójfazowe jest standardowym źródłem zasilania w większości europejskich domów, warsztatów i budynków komercyjnych i zmienia prawie każdą decyzję dotyczącą projektu instalacji fotowoltaicznych. Falownik 3-fazowy pobiera prąd stały z układu fotowoltaicznego lub zestawu akumulatorów i dostarcza go w postaci zrównoważonego trójfazowego prądu przemiennego, dzięki czemu system może bezpośrednio zasilać obciążenia trójfazowe, równomiernie eksportować do sieci i utrzymywać prądy fazowe w granicach określonych przez operatora sieci. Niezależnie od tego, czy wybierasz jednostkę podłączoną do sieci na dachu magazynu, wyposażasz inwerter hybrydowy w istniejącą trójfazową tablicę rozdzielczą, czy budujesz system magazynowania dla małego obiektu komercyjnego, wciąż powracają te same pytania. W tym przewodniku opisano działanie tych falowników, dostępne obecnie konfiguracje oraz prawidłowe ich dobieranie i zabezpieczanie.

Co to jest falownik 3-fazowy?

Falownik 3-fazowy to urządzenie energoelektroniczne, które przekształca sygnał wejściowy prądu stałego na trzy oddzielne przebiegi wyjściowe prądu przemiennego, każdy przesunięty o 120 stopni od następnego. W europejskiej sieci 400 V każda faza ma napięcie około 230 V względem przewodu neutralnego i 400 V między fazami, a moc wyjściowa jest zablokowana na częstotliwości sieci 50 Hz. Ponieważ te trzy przebiegi są symetryczne, ich prądy chwilowe znoszą się pod zrównoważonym obciążeniem, dlatego silniki trójfazowe działają płynnie i dlatego sprzęt trójfazowy potrzebuje mniej materiału przewodzącego, aby przenieść tę samą ilość mocy.

Różnica w stosunku do falownika jednofazowego to nie tylko liczba zacisków wyjściowych. Jednostka trójfazowa musi sterować trzema odnogami jednocześnie, mierzyć napięcie i prąd na każdej fazie niezależnie i zachować stabilność, gdy obciążenia są nierównomiernie rozłożone. Ta dodatkowa praca kontrolna pozwala zasilać duże pompy ciepła, maszyny warsztatowe i trójfazowe ładowarki pojazdów elektrycznych bez pułapu prądowego, jaki narzuca zasilanie jednofazowe.

Jak działa falownik trójfazowy

MPPT i łącze DC

Po stronie prądu stałego jeden lub więcej modułów śledzących maksymalny punkt mocy w sposób ciągły wyszukuje napięcie i prąd, przy których panel fotowoltaiczny wytwarza najwięcej. Zebrana energia jest wzmacniana do stabilizowanego łącza prądu stałego, zwykle o napięciu kilkuset woltów w konstrukcjach hybrydowych niskiego napięcia i od 400 do 800 V w systemach akumulatorów wysokiego napięcia. Po podłączeniu akumulatora łącze to staje się magistralą dwukierunkową: moc może przepływać z fotowoltaiki do akumulatora, z akumulatora z powrotem do stopnia inwertera lub bezpośrednio do strony prądu przemiennego.

Most trójfazowy

Sercem falownika jest sześć urządzeń przełączających, po dwa na fazę wyjściową. Przełączanie PWM o wysokiej częstotliwości syntetyzuje prąd sinusoidalny w każdym odgałęzieniu, a filtr wyjściowy wygładza tętnienie przełączania w czysty przebieg. Pętla synchronizacji fazowej zapewnia dopasowanie sygnału wyjściowego do sieci pod względem częstotliwości i kąta fazowego, co ma znaczenie zarówno dla bezpiecznego łączenia równoległego, jak i dokładnej kontroli współczynnika mocy.

Sterowanie, monitorowanie i wsparcie sieci

Inteligentna warstwa nowoczesnych jednostek poza stopniem mocy: ograniczenie eksportu poprzez miernik CT, kontrola wyjścia niezrównoważonego, transfer zapasowy dla niezbędnych obciążeń oraz zdalne monitorowanie przez Wi-Fi, Ethernet lub 4G. Te cechy, w większym stopniu niż parametry znamionowe, odróżniają dwa falowniki o identycznej mocy w codziennej pracy.

Jednofazowa a trójfazowa: co właściwie się zmienia

Poniższa tabela podsumowuje praktyczne różnice, które mają największe znaczenie przy podejmowaniu decyzji pomiędzy projektem jednofazowym a trójfazowym.

Główne typy falowników 3-fazowych

Falowniki trójfazowe podłączone do sieci

Nie mają one gniazda akumulatora i po prostu przesyłają energię fotowoltaiczną do sieci poprzez stopień beztransformatorowy. Stanowią najprostszą i najbardziej opłacalną opcję wytwarzania energii w ciągu dnia i sprawdzają się na dachach, gdzie każda kilowatogodzina jest eksportowana lub zużywana na miejscu w trakcie jej wytwarzania. Wydajność jest zazwyczaj najwyższa w tej klasie, a asortyment obejmuje małe jednostki o mocy 5 kW aż do modeli trójfazowych o mocy 80 kW do zastosowań na dachach komercyjnych.

Deye SUN-10K-G06P3-EU-AM2-P1 650~715 €/szt. Bez VAT Zobacz produkt →

Trójfazowe falowniki hybrydowe niskiego napięcia

Hybryda niskonapięciowa wykorzystuje zestaw akumulatorów 48 V po stronie prądu stałego, co czyni ją naturalnym wyborem w przypadku modernizacji i projektów, w których moduły akumulatorowe są dodawane stopniowo. Prądy ładowania i rozładowania są wyższe przy tej samej mocy, dlatego należy zwrócić uwagę na dobór kabla i dobór bezpieczników, ale technologia akumulatorów jest dojrzała, powszechnie dostępna i łatwa w serwisowaniu. Urządzenia te są popularne w większych domach rodzinnych i małych warsztatach, w których działają już urządzenia trójfazowe.

Deye SUN-8K-SG04LP3-EU Trójfazowy hybrydowy falownik niskiego napięcia 1310~1480€/szt. Bez VAT Zobacz produkt →

Trójfazowe hybrydowe falowniki wysokiego napięcia

Hybrydy wysokiego napięcia współpracują z modułami akumulatorów ułożonymi warstwowo pod napięciem od 200 do 800 V. Wyższe napięcie szyny utrzymuje prąd na niskim poziomie, więc wydajność i moc rezerwowa są zazwyczaj lepsze, a instalacja pozostaje zwarta nawet przy wzroście pojemności z 10 kWh do 60 kWh lub więcej. Jest to format określany obecnie przez większość nowych projektów magazynowania w budynkach mieszkalnych i lekkich obiektach komercyjnych, szczególnie tam, gdzie pojedynczy obwód rezerwowy musi zasilać pompę ciepła lub pompę studniową.

Inwerter hybrydowy Deye SUN-12K-SG01HP3-EU-AM2 1150~ 1280 €/szt. Bez VAT Zobacz produkt →

Trójfazowe systemy magazynowania typu „wszystko w jednym”.

W tym formacie falownik, moduły akumulatorowe, BMS i często urządzenie przełączające znajdują się w jednej szafie z jednym zestawem połączeń. Czas instalacji ulega skróceniu, błędy w okablowaniu stają się rzadsze, a producent może zestroić cały system jako jeden produkt. W przypadku projektów komercyjnych i przemysłowych tę samą logikę można zastosować w trójfazowych jednostkach PCS, statycznych przełącznikach zasilania i kontenerowych systemach akumulatorowych.

Dobór falownika 3-fazowego

Dobór rozpoczyna się od obciążenia, a nie od układu fotowoltaicznego. Krótka sekwencja pozwala zachować uczciwość liczb:

1. Zsumuj ciągłe obciążenie każdej fazy i sprawdź, czy żadna pojedyncza faza nie przekracza limitu niezrównoważenia dozwolonego przez falownik lub operatora sieci.
2. Porównaj wartość znamionową prądu stałego tablicy z wartością znamionową prądu przemiennego falownika; stosunek prądu stałego do prądu przemiennego pomiędzy 1,1 a 1,3 jest normalny w większości krajów Europy.
3. Sprawdź, ile wejść MPPT potrzebuje układ dachu, szczególnie tam, gdzie ciągi przewodów są zwrócone w różnych kierunkach lub znajdują się w półcieniu.
4. Dostosuj rozmiar baterii do wieczornego i nocnego zużycia, które chcesz pokryć, a następnie potwierdź, że moc ładowania i rozładowywania falownika faktycznie jest w stanie przenieść tę energię w dostępnych godzinach.
5. Wypisz obciążenia rezerwowe i ich początkowe przepięcia, a następnie sprawdź, czy falownik może je samodzielnie udźwignąć.
6. Zastosuj współczynnik obniżający temperaturę, ponieważ jednostka o temperaturze znamionowej 25 stopni będzie dostarczać mniej w gorącym pomieszczeniu technicznym.

Zwróć uwagę na różnicę między kW i kVA. Falownik trójfazowy o mocy 10 kW i współczynniku mocy 0,8 dostarcza 10 kVA mocy pozornej, co ma znaczenie przy dopasowywaniu urządzenia do transformatora lub generatora. Jeśli łączysz pamięć masową z obciążeniami trójfazowymi, kwestie kompatybilności dotyczące okien napięcia, równowagi faz i transferu zapasowego zostały omówione bardziej szczegółowo w naszym przewodnik dotyczący kompatybilności technicznej dla trójfazowych systemów magazynowania energii .

Podstawowe okablowanie i ochrona

Praca trójfazowa pozostawia mniejszy margines na improwizację niż praca jednofazowa, głównie dlatego, że przewód neutralny i urządzenia ochronne zachowują się inaczej.

• Użyj kabla pięciożyłowego i dobierz przewód neutralny pod kątem najgorszego braku równowagi, a nie prądu zerowego.
• Wybierz urządzenia różnicowoprądowe, które odpowiadają charakterystyce upływu prądu stałego falownika; typ A jest powszechny, a niektóre projekty wymagają typu B.
• Zamontuj ochronę przeciwprzepięciową prądu stałego i przemiennego w punkcie wejścia, szczególnie w sieciach wiejskich z liniami napowietrznymi.
• Zainstaluj licznik CT lub inteligentny licznik tam, gdzie operator sieci wymaga ograniczenia eksportu i sprawdź kierunek odczytu przed uruchomieniem.
• Trzymaj przewód uziemiający i połączenia wyrównawcze stojaków oddzielnie od przewodu neutralnego za pomocą jednego określonego punktu uziemienia.

Gdzie stosowane są falowniki trójfazowe

• Większe domy z pompami ciepła, kuchenkami trójfazowymi lub narzędziami warsztatowymi.
• Małe obiekty komercyjne, piekarnie i warsztaty, w których w profilu obciążenia dominują silniki.
• Obiekty rolnicze obsługujące pompy, wentylatory i sprzęt do przeładunku zboża.
• Komercyjne i przemysłowe projekty magazynowania wymagające arbitrażu taryfowego i reakcji na popyt.
• Huby ładowania pojazdów elektrycznych, w których trójfazowe ładowarki prądu przemiennego i stosy prądu stałego korzystają z tego samego źródła zasilania.

Najczęstsze błędy w wyborze

• Kupowanie samych kW i ignorowanie okna napięcia akumulatora i mocy ładowania.
• Zakładając, że każdy falownik trójfazowy dostarcza przewód neutralny; niektóre konstrukcje połączone z siatką są tylko trójprzewodowe.
• Przeoczenie limitu nierównowagi faz i zastanawianie się, dlaczego moc wyjściowa jest ograniczona.
• Zapominając, że zapasowe wyjście jest zwykle ograniczone do dedykowanej karty niezbędnych obciążeń.
• Nie pozostawiając miejsca na drugi moduł akumulatorowy, co wymusza późniejszy montaż nowego falownika.

Często zadawane pytania

Czy falownik 3-fazowy może pracować na zasilaniu jednofazowym?

Nie. Falownik trójfazowy wymaga trzech przewodów pod napięciem o określonej zależności fazowej. Jeśli dostępne jest tylko zasilanie jednofazowe, użyj zamiast tego jednofazowej jednostki hybrydowej lub zapytaj operatora sieci o modernizację trójfazową.

Czy falownik trójfazowy zawsze potrzebuje przewodu neutralnego?

Nie zawsze. Niektóre jednostki podłączone do sieci są przeznaczone do pracy trójprzewodowej, ale falowniki hybrydowe i falowniki z możliwością zasilania rezerwowego prawie zawsze wymagają przewodu neutralnego do zasilania niezrównoważonych obciążeń jednofazowych. Przed złożeniem zamówienia sprawdź schemat połączeń.

Co jest lepsze, akumulator niskonapięciowy czy wysokonapięciowy?

Wysokie napięcie jest odpowiednie dla nowych instalacji o większej mocy rezerwowej i rosnącej wydajności, natomiast niskie napięcie jest odpowiednie dla modernizacji i projektów, w których moduły są dodawane krok po kroku. Obydwa działają dobrze, gdy falownik jest odpowiednio dopasowany do akumulatora.

Wybór falownika 3-fazowego sprowadza się do dopasowania trzech rzeczy: profilu obciążenia w miejscu instalacji, formatu akumulatora, którego zamierzasz używać oraz sposobu, w jaki operator sieci chce, aby system zachowywał się w miejscu przyłączenia. Dopasuj je, a reszta projektu szybko ułoży się na swoim miejscu. Jeśli wolisz krótką listę z przetestowanego katalogu falowników trójfazowych, jednostek hybrydowych i dopasowanych zestawów, prześlij nam szczegóły swojego projektu a nasz zespół wróci z konfiguracją i wyceną.