Miksi invertteriä kutsutaan aurinkosähköjärjestelmän aivoiksi?

Voi olla, että tutkiessasi aurinkopaneeleja olet törmännyt sanaan verkkoinvertteri. Verkkoinvertterillä tarkoitaan yksinkertaisesti laitetta, joka muuntaa aurinkopaneeliesi tasavirran (DC) sähköverkkoon sopivaksi vaihtovirraksi (AC). Aurinkopaneeliesi tuottama energia on tasavirtaa, jota nykyaikaiset kotitaloudet ja sähköverkot eivät suoraan voi hyödyntää, koska kotitalous käyttää vaihtovirtaa. Päästäänkin päivän aiheeseen eli invertteriin, joka on keskeinen komponentti aurinkovoimalassa ja jonka valinta sekä huolellinen tarkastelu on hyvin tärkeää aurinkopaneelien tuottamien säästöjen maksimoimiseksi.

Invertterin päätehtävänä on siis muuntaa aurinkopaneelien tuottama tasavirta käyttökelpoiseksi vaihtovirraksi, jotta sitä voidaan hyödyntää kotitalouksissa ja syöttää takaisin sähköverkkoon. Mutta invertterin tehtävät ei itseasiassa lopu tähän, vaan sillä on myös pari muuta käyttökohdetta aurinkosähköjärjestelmässä, jotka tekee arjesta helpompaa. On myös hyvä mainita tässä vaiheessa, että voimme noin yleisesti jakaa invertterit karkeasti kahteen, on mikroinvertterit, jolloin jokaiselle paneelille kytketään oma pienempi invertterinsä. Tällöin jokainen mikroinvertteri vastaa kyseisen aurinkopaneelin optimaalisesta toiminnasta. Sitten on niin kutsutut keskusinvertterit, jossa yksi isompi invertteri vastaa kaikista sarjaan kytketyistä aurinkopaneeleista.

Yleistietoa invertteristä

Invertterin nimellisteho (esim. Fronius Symo 6kW) kuvaa invertterin maksimitehoja. Mikäli invertterin teho on paljon aurinkosähköjärjestelmäsi nimellistehoa suurempi, puhutaan invertterin ylimitoituksesta. Sanotaan näin, että ilman takuiden raukeamista voit ylikuormittaa noin 20-50 % sen nimellistehosta, mutta tämä tietenkin vaihtelee valmistajien ja invertterimallien välillä, sillä esimerkiksi Fronius Symoa voi ilman takuiden raukeamista ylikuormittaa jopa 2-kertaisesti.

Invertterin ylimitoittaminen pitkäaikaisesti ei ole kuitenkaan missään nimessä suositeltavaa. Mitä enemmän invertteriä ylikuormitetaan, sitä enemmän se vaatii energiaa muuntaakseen sähkövirtaa. Tällöin aurinkopaneelien invertterin hyötysuhde laskee ja hukkaenergiaa syntyy enemmän. Mainitsemassani Froniuksen Symossa on esimerkiksi 98 % maksimihyötysuhde. Toiseksi, etenkin jos invertteriä ylikuormitetaan pitkäaikaisesti ja ääritapauksissa, sen käyttöikä voi heikentyä huomattavasti. Normaalisti voit olettaa, että aurinkopaneelien invertteri kestää käytössä noin 10-15 vuotta. Sen lisäksi on tietysti otettava huomioon, että invertteri voi ihan pysyvästikin vaurioitua liiallisesta ylikuormituksesta.

Mitä muita tehtäviä aurinkopaneelien invertterillä on?

Aurinkopaneelien invertteri säätelee voimalan yleistä toimintaa

Invertterillä on myös roolinsa aurinkovoimalan optimaalisen jännitteen, tehon ja toiminnan säätelyssä olosuhteiden muuttuessa. Invertteriä usein kutsutaan aurinkosähköjärjestelmän aivoiksi, eikä suotta. Siksi onkin tärkeää miettiä millaisen invertterin kotiin hankkii. Se ei ainoastaan muunna tasavirtaa vaihtovirraksi, vaan myös valvoo ja säätelee aurinkosähköjärjestelmäsi tuottamaa jännitettä ja tehoa varmistaakseen, että tuotettu sähkö on oikeanlaatuista ja turvallista käyttää. Se mikä kiehtovaa ja hyvä muistaa, niin Invertteri myös reagoi dynaamisesti päivänvalon voimakkuuden, lämpötilan ja muiden ulkoisten tekijöiden muutoksiin näin säätelemällä aurinkopaneelien tehoa. Näin invertteri takaa, että järjestelmä toimii optimaalisella teholla ja minimoi tehohäviöt muuttuvissa olosuhteissa. Lisäksi invertteri suojaa järjestelmää mahdollisilta ylikuormituksilta ja ylijännitteilta, jotka voivat syntyä äkillisissä säämuutoksissa tai teknisissä vioissa​​​​.

Invertteri suojaa kotisi sähköverkkoa

Invertteri auttaa nukkumaan yösi rauhassa. Nykyajan invertterit on varusteltu yhä paremmilla turvallisuussäädöillä, jotka takaavat sen, että ongelmatilanteessa tilanne saadaan hallintaan. Inverttereistä löytyy esimerkiksi ylijännitesuojat säädösten mukaan, joka katkaisee virran syötön verkkoon, jos jännite nousee liian korkeaksi. Näin aurinkopaneelien invertteri suojaa kotisi sähkölaitteita vaurioilta. Invertteri auttaa myös virtapiikkien hallinnassa. Virtapiikit ovat lyhyitä ja äkillisiä, joten niitä on vaikea ennustaa. Sen takia invertterin tehtävänä on suodattaa niitä, jotta kotisi sähköverkko pysyy kunnossa. Aurinkopaneelien riskit ovat ymmärrettävästi puhuttaneet omakotitaloasujia viime vuosina. Kuten aikaisemmin kerroinkin, perinteisesti keskusinvertterin kanssa aurinkopaneelit kytketään sarjaan. Jos katolle kytketään esimerkiksi kahdeksan kappaletta 50 volttisia aurinkopaneeleja, katolla on 400 volttia. Mikroinvertterin kanssa jokainen aurinkopaneeli kytketään omalla johdollaan, jolloin katolla on maksimissaan 50 volttia. Esimerkiksi tulipalon sattuessa, syöttökaapelin virransyöttö voidaan katkaista välittömästi sähkökeskuksesta. Keskusinvertterin kanssa tämä ei ole mahdollista.

Invertterin valinta

Mitä eroa mikroinvertterillä ja keskusinvertterillä on?

Kuten aiemmin jo mainitsinkin, Suomessa on kahdenlaisia inverttereitä tarjolla. On keskusinverttereitä ja on mikroinverttereitä. Se kumpi sinulle sopii paremmin, riippuu hieman asennuskohteesta ja tarpeista. Mutta käydään tarkemmin valintaan liittyviä tekijöitä läpi ihan kohta.

• Keskusinvertterit, jotka tunnetaan myös nimellä string-invertterit, ovat suosittuja yksinkertaisissa asennuksissa, joissa aurinkopaneelit ovat samalla lappeella ilman varjostusta niin, ettei esimerkiksi vain muutamaan paneeliin kohdistu varjoa. Tällöin aurinkopaneelit kytketään usein sarjaan. Keskusinvertterin etuna on niiden helppo vianetsintä ja useimmiten alhaisempi kustannus verrattuna mikroinvertteriin. Siksi keskusinvertteri on pitkään ollut Haittapuolena on, että jos esimerkiksi yhdessä paneelissa on vikaa tai se on varjostunut, tämä vaikuttaa laskee koko aurinkosähköjärjestelmän tuottoa.

• Mikroinvertterit asennetaan suoraan jokaisen aurinkopaneelin taakse, mahdollistaen jokaisen paneelin itsenäisen suorituskyvyn maksimoinnin. Ne ovat ihanteellisia monimutkaisissa asennuksissa, joissa paneelit ovat useilla kattopinnoilla tai osittain varjostetulla alueella. Mikroinvertterien etuihin kuuluvat pidempi käyttöikä, parannettu suorituskyky ja turvallisuus matalamman jännitteen ansiosta. Ne mahdollistavat myös järjestelmän helpomman laajentamisen ilman invertterin päivitystä​​.

Mikroinvertteri vs keskusinvertteri

Alkuun on hyvä mainita, että keskimäärin mikroinvertterin hankinta nostaa 20-30 % aurinkosähköjärjestelmän hintaa. Mutta, tämäkin on selkeästi tapauskohtaista ja esimerkiksi “Aurinkoenergiaa” -Facebook-ryhmässä on käyty keskustelua, että välillä mikroinverttereistä saadut tarjoukset ovat olleet jopa halvempia, kuin osa keskusinverttereillä varustetuista tarjouksista. Toki, myös mikroinvertterien ja keskusinvertterien hyötysuhteissa on vielä nykyään hieman erotusta. Nykyään parhaat keskusinvertterit on varustettu jopa 98 % hyötysuhteella, kun mikroinverttereissä parhaat hyötysuhteet on 95-97 % tasoa. Mikroinvertterien alhaisempi hyötysuhde ei kuitenkaan yleensä ole merkittävä tekijä järjestelmän kokonaistehokkuuden kannalta. Mikroinvertterien muut edut, kuten parempi tehokkuus varjossa ja pidempi käyttöikä, usein kompensoivat alhaisemman hyötysuhteen.

Keskusinverttereissä tosiaan iso miinus on se, että yhden aurinkopaneelin vajaatoiminta heikentää merkittävästi koko aurinkosähköjärjestelmän tuottoa. Tämä johtuu siitä, että keskusinvertteri on suunniteltu muuntamaan koko järjestelmän tuottama tasavirta vaihtovirraksi yhtenä kokonaisuutena. Jos yksi paneeli tuottaa vähemmän energiaa esimerkiksi varjostuksen vuoksi, se voi alentaa koko paneelisarjan jännitettä ja virtaa, mikä puolestaan vaikuttaa keskusinvertterin kykyyn muuntaa energia tehokkaasti​​​​.

Kun jokaiseen aurinkopaneeliin on kytketty oma mikroinvertterinsä, yhden paneelin varjostuminen tai aliteho vaikuttaa ainoastaan kyseisen paneelin tuottoon, eikä se leviä koko järjestelmään. Tämän seurauksena mikroinvertterit tarjoavat paremman suorituskyvyn ja tehokkuuden erityisesti monimutkaisissa tai osittain varjostetuissa asennuksissa, missä yksittäisten paneelien suorituskyvyn maksimointi on tärkeää​​​​.

Mitä tekijöitä invertterin valinnassa kannattaa punnita?

Invertterin mitoitus

Invertterin nimellisteho tietenkin määrittelee pitkälti hintaa ja myös sen, että invertterisi vastaa aurinkovoimalasi tuottotarpeita. Siksi se on yksi tärkeimmistä tekijöistä, joita kannattaa miettiä. Jos suunnitelmissa ei ole aurinkovoimalan laajennus, voit pitää nyrkkisääntönä, että invertterin nimellistehon on hyvä olla +/- hieman yli tai ali aurinkosähköjärjestelmän nimellisteho. Jos taas ajatuksena on, että aurinkosähköjärjestelmää halutaan tulevaisuudessa ehkä laajentaa, se kannattaa ottaa huomioon ja invertteriä hieman ylimitoittaa tarpeen mukaan, jotta järjestelmää voi kulutehokkaasti sitten laajentaa. Yleisestihän, jos järjestelmässä käytetään mikroinverttereitä niin laajennus on paljon helpompaa tehdä, kuin keskusinverttereiden kanssa, koska aurinkopaneelit on tällöin kytketty sarjaan tämän invertterin kanssa.

Hinta

Suoraa halvinta invertteriä ei kannata yleensä valita pelkän hinnan vuoksi, koska usein hintojen takana on selkeät syyt, esimerkiksi erilaiset hyötysuhteet, takuut tai muut turvallisuustekniset tekijät. Vastaavasti myöskään kallein invertteri ei välttämättä ole se niin sanottu way-to-go, mutta sanoisinkin, että jokaisen on hyvä tarkastella omia tarpeita sekä järjestelmää ja tehdä sitten päätös invertterin hinnasta. Mikroinvertterit tunnetusti on maksanut noin 20-30 % enemmän, kuin keskusinvertterit. Mutta kuten mainitsin, nykypäivänä joissain kohteissa kuluttajat ovat saaneet jopa mikroinverttereistä tarjouksia halvemmalla, kuin keskusinverttereistä. Mainittakoon vielä, että Suomessa asennetaan sekä länsimaalaisia inverttereitä kuten itävaltalaista Froniusta, saksalaista SMA:ta, Solar Edgeä, Kacoa kuin sitten myös Kiinasta tulevia Growattia, Solista, Sofar Solaria ja Huaweitakin. Suomen suurimmat aurinkosähköä asentavat yritykset ovat viime vuosina suosineet valikoimassaan hieman enemmän kiinalaisia inverttereitä. Joku voi ajatella, että länsimaalaiset invertterit on valmistettu laadukkaammin ja, että niiden käyttöikä voi olla kiinalaisia inverttereitä pidempi. Kiinalaiset versiot ovat hieman halvempia hinnaltaan sekä niitä riittää varastoissa, joten niitä on Suomessa asennettu viime vuosina enemmän.

Vikatilanteet

Mallikuvassamme näkyy hyvin mikroinvertterien ja keskusinvertterin keskeinen ero. Mikroinverttereissä yhden paneelin tuoton alenema ei vaikuta muiden paneelien toimintaan. Mikäli keskusinvertterillä varustetun aurinkovoimalan paneeleista yksi esimerkiksi likaantuu tai sen yhteen paneeliin muodostuu varjostuma iltapäivän auringossa, aurinkosähköjärjestelmän kaikkien paneeleiden tuotto laskee tämän heikoimman paneelin tasolle. Mikroinvertterien kanssa tilanne on erilainen, koko aurinkosähköjärjestelmän tuotto ei suinkaan laske, vain ainoastaan kyseisen aurinkopaneelin. Siksi suosittelemme sinua tarkastelemaan, onko esimerkiksi mahdollista, että osaan aurinkopaneeleista voisi muodostua varjostumia, jotka heikentävät näin ollen tuottoa merkittävästi. Jos kyseessä on simppeli asennus, jossa aurinkopaneelit asennetaan yhdelle lappeelle eikä aurinkopaneeleilla ole vaaraa joutua osittain varjoon, kannattaa ehkä hankkia keskusinvertteri. Toki, joissain kohteissa osa mikroinverttereistä saatavista tarjouksista voi silti olla halvempia ja näin mikroinvertterin hankinta on ehkä järkevämpää.

Invertterin tyyppi

Invertterit voitaisiin jakaa karkeasti kolmeen kastiin. On sekä on-grid, hybrid-, että off-grid inverttereitä. Yleisin näistä tyypeistä, eli on-grid invertteri pystyy syöttämään sähköverkoon kotitaloudessa tuotettua sähköä, sekä ostamaan sitä myös verkosta silloin, kun aurinkopaneelien tuotto ei vastaa kulutushuippuja. On-grid invertterit ovat myös hinnaltaan useimmiten halvimpia, mutta energiaomavaraisuuden näkökulmasta hybrid-invertteri on parempi vaihtoehto. Mikäli sähköverkkoon tulee ongelmia, myöskään on-grid invertteri ei voi sähköverkosta virtaa ostaa tai hyödyntää aurinkosähköä. Hybrid-invertterin avulla tässä vaiheessa voidaan hyödyntää kätevästi akustoon ladattua sähköä. Hybrid-invertteri mahdollistaa sen, että voit liittää akuston aurinkosähköjärjestelmääsi ja ladata sekä hyödyntää näin ollen myös akustoa tuottosi ja energiankulutuksesi tasapainottelussa. Off-grid invertteri taas on invertteri, joka ei ole liitetty sähköverkkoon ja tälläinen invertteri asennetaankin yleensä mökille, jossa aurinkopaneeleilla saadaan katettua kesän mökkeilyn sähkönkulutus. Toisin sanoen, jos hankit esimerkiksi aurinkovoimalaa omakotitaloosi, off-grid invertteristä ei tarvitse välittää, mutta moni meillä Solle.fi:llä kilpailuttaessaan ilmoittaa, että tulevaisuudessa voimalaan on tulossa akusto, jolloin yritykset tietää, että kuluttajalle olisi hyvä asentaa hybrid-invertteri.

Järjestelmän seuranta ja optimointi

Mikroinvertterit yleisesti optimoivat järjestelmäsi tuottoa paremmin, kuin keskusinvertterit. Tämä johtuu siitä, että mikroinvertterin tehtävänä on huolehtia yksittäisen paneelin toiminnasta, siinä missä keskusinvertteri muuntaa sähköä koko aurinkosähköjärjestelmän tasolla. Mikroinvertterien avulla pystyt siis seuraamaan tarkemmin myös aurinkopaneeliesi tuottoa, kun näät tarkan erittelyn kuinka monta prosenttia kukin aurinkopaneeli on päivän tai valitun ajanjakson aikana tuottanut. Näin havaitset mahdolliset yksittäisen aurinkopaneelin ongelmat ja vikatilat paremmin.

Älyominaisuudet

Kaikissa inverttereissä ei nykypäivänä vielä ole mahdollisuutta aurinkovoimalan tuoton etäseurantaan invertterin sovelluksen kautta esimerkiksi. Usein tälläiset invertterit voi pääasiassa olla nimenomaan länsimaalaisia ja muutenkin hinnaltaan hieman kalliimpia, kuin yksinkertaisemmilla ominaisuuksilla varustettu verrokki. Siksi suosittelen miettimään, onko etäseuranta sinulle itsellesi esimerkiksi keskeinen ominaisuus, jota invertteriltäsi kaipaat. Paljon mediassakin puhuttaneet tietoturvariskit kiinalaisissa palveluissa on läsnä myös inverttereissä. Mikäli hankit älyominaisuuksilla varustetun invertterin, jollekin saattaa olla tärkeää, että se on valmistettu nimenomaan länsimaassa tietoturvan takaamiseksi.