Hem - Växelriktare - Vad är en växelriktare
Sammanfattning
En växelriktare för solceller är en elektronisk apparat som den el som tillhörande solpaneler producerar passerar innan elen antingen matas ut på ett elnät eller används inom till exempel en fastighet. Växelriktarens främsta uppgift är att omvandla likström (DC) från solpaneler till växelström (AC).
En växelriktare ska antingen kopplas till en solpanel (om det är en mikroväxelriktare) eller till flera solpaneler (om det är en strängväxelriktare). Läs mer här: Så väljs växelriktare för solceller
En växelriktare till solcellers funktion är att omvandla likström till växelström och anpassa spänning och ström för att optimera tillhörande solpanelers elproduktion. Därtill övervakar den att produktionen av solel är säker och att elen som matas ut från växelriktaren håller en lämplig spänningsnivå.
De huvudsakliga uppgifterna en växelriktare i en solcellsanläggning gör är att:
En växelriktare för solcellers främsta funktion är att omvandla den likström (DC) en solcellsanläggnings solpaneler producerar till växelström (AC). Orsaken till att ström måste omvandlas till AC är att apparaterna i ett hushåll använder AC samt att AC krävs för att för att kunna mata ut el på elnätet. En minnesregel är att växelriktare riktar (omvandlar) ström till växelström.
Omvandling från DC till AC i en växelriktare går till så att först omvandlas den likström de tillhörande solpanelerna producerar till högfrekvent växelström. Detta uppnås genom att likströmmens riktning snabbt växlas fram och tillbaka. Därefter transformerar växelriktaren elektriciteten till lämplig spänning och frekvens. För el till hushållsbruk är spänningen i normala fall 230 Volt och frekvensen 50 Hertz.
En viktig uppgift en växelriktare för solceller har är att optimera en solcellsanläggnings produktion av solel. Det sker genom att växelriktaren justerar nivåerna av ström och spänning i anläggningen för att maximera den effekt som solpanelerna i solcellsanläggningen levererar.
För växelriktare (strängväxelriktare) utförs denna optimering av så kallade Maximum Power Point Trackers (MPPT:er). Oftast är en strängväxelriktare försedd med två MPPT:er. Ur optimeringssynvinkel möjliggör en växelriktare med två MPPT:er att en solcellsanläggning kan delas upp i två delar som optimeras var för sig.
Är samtliga solpaneler i en solcellsanläggning försedda med effektoptimerare utförs dock optimering av solelsproduktionen av effektoptimerarna och inte av växelriktaren.
En växelriktare för solceller behöver transformera (ändra) nivån på spänningen från de tillhörande solpanelerna till en nivå som är lämplig för elanvändning. Detta innebär ofta en nedtransformering från cirka 500–1 000 Volt (likspänningen från en sträng solpaneler) till 230 Volt (normal växelspänning för hushåll).
En solcellsanläggnings växelriktare ansvarar för att anläggningen drivs på ett säkert sätt. Till exempel hämtar växelriktaren information om det tillhörande elnätet. Uppstår det fel på elnätet eller om elnätet stängs av för service stänger växelriktaren automatiskt av solcellsanläggningen (anti-öskydd).
Orsaken till att växelriktare stängs av vid fel eller service på det tillhörande elnätet är att det vore förenat med fara att mata ut spänning på ett elnät samtidigt som personer arbetar med reparation eller underhåll av elnätet.
En växelriktare mäter den mängd el en solcellsanläggning producerar och visar sedan denna information i till exempel en app eller på en display utanpå växelriktaren. Mängden solel som matas ut på elnätet mäts dock inte av växelriktarens elmätare utan av en smart elmätare som anpassats för försäljning av solel.
Se också: så mycket producerad solel ger en solcellsanläggning.
För lagring av solel i ett solcellsbatteri finns tre växelriktarlösningar: hybridväxelriktare, batteriförberedda växelriktare samt komplettering av en växelriktare med en extra likriktare och laddningsregulator. I batteriförberedda växelriktare är oftast en laddningsregulator inbyggd i växelriktaren.
Detta innebär att för många vanliga växelriktare (strängväxelriktare) är lagring av solel i ett solcellsbatteri inte möjlig utan kompletterande utrustning. Se också: så fungerar lagring av solel i ett solcellsbatteri.
För att en växelriktare ska kunna drivas utan anslutning till elnätet krävs antingen
För att kunna köra en solcellsanläggning med ödrift (frånkopplad från elnätet), måste anläggningens växelriktare ha stöd för så kallad ödrift. Orsaken är att växelriktare i normala fall är försedda med en funktion (anti-ödrift) som gör att de automatiskt stängs av om växelriktaren förlorar kontakten med elnätet.
Att välja en växelriktare som har stöd för ödrift är dock oftast i sig inte tillräckligt för att få köra en solcellsanläggning med ödrift. Därtill behöver solcellsanläggningen i regel anpassas, till exempel genom att förses med frånskiljare samt byte av dvärgbrytare. Se också: solcellsanläggningar med stöd för ödrift.
Att köra en solcellsanläggning off-grid syftar oftast på att solcellsanläggningen helt saknar anslutning till ett omkringliggande elnät. I detta fall behöver inte växelriktaren vara anpassad för så kallad ödrift. Däremot behövs i regel ett solcellsbatteri eller annan form av möjlighet att lagra solel.
Se också: solceller med stöd för off-grid.
Växelriktare kan delas in i typerna:
En strängväxelriktare är en växelriktare där likström från de anslutna solpanelerna leds in till växelriktaren i så kallade strängar. En sträng är ett antal (oftast 6–20 stycken) seriekopplade solpaneler. Strängväxelriktare för solcellsanläggningar under 20 kW brukar ha 3–9 strängar.
En strängväxelriktare har i regel 1–3 (oftast 2) stycken strängoptimerare, så kallade MPPT:er (Maximum Power Point Trackers). Med två MPPT:er kan till exempel ofta solpaneler placerade i östlig riktning optimeras av den ena MPPT:en, och solpaneler placerade i västlig riktning optimeras av den andra MPPT:en.
Växelriktare med effektoptimerare är strängväxelriktare som kommunicerar med effektoptimerare som placerats intill anläggningens tillhörande solpaneler. Effektoptimerarna ansvarar i detta fall för att optimera solpanelernas elproduktion medan växelriktaren sköter omvandlingen av likström till växelström.
Själva växelriktaren kan vara specifikt konstruerad för att arbeta tillsammans med effektoptimerare. I dessa fall fungerar växelriktaren antingen suboptimalt eller inte alls utan tillhörande optimerare. Så är till exempel fallet för SolarEgdes växelriktare. I en solcellsanläggning med växelriktare från SolarEdge styrs samtliga solpanelers elproduktion av effektoptimerare.
Även om en strängväxelriktare inte är specifikt konstruerad för att användas med effektoptimerare går de flesta strängväxelriktare att förse med effektoptimerare. Dessa växelriktare förses vanligtvis med effektoptimerare av märket Tigo. Med effektoptimerare från Tigo behöver inte samtliga solpaneler förses med optimerare. För de solpaneler som inte förses med effektoptimerare sköts optimering av strängväxelriktarens MPPT:er.
Mikroväxelriktare är växelriktare som både omvandlar likström till växelström och sköter effektoptimering. En mikroväxelriktare sköter vanligtvis en solpanel men den kan också kopplas till 2–4 solpaneler. När mikroväxelriktare används förses i regel alla solpaneler i en solcellsanläggning med varsin mikroväxelriktare eftersom de därigenom ersätter behovet av strängväxelriktare.
En hybridväxelriktare är en växelriktare som är kompatibel med lagring av solel i ett solcellsbatteri. Med en hybridväxelriktare (hybridomriktare) behöver inte ett solcellsbatteri förses med en likriktare för att kunna lagra solel. Det är däremot ofta nödvändigt vid användning av strängväxelriktare.
Att en växelriktare är batteriförberedd betyder i normala fall att växelriktaren kan anslutas till ett solcellsbatteri utan att extra utrustning krävs. Begreppet ”batteriförberedd växelriktare” saknar dock en klar definition och ibland syftar de som använder begreppet på en hybridväxelriktare.
I praktiken kan alla växelriktare sägas vara batteriförberedda eftersom batterier också kan adderas till en solcellsanläggning med en vanlig strängväxelriktare. Dock krävs det i detta fall i regel en likriktare (som omvandlar AC till DC) och eventuellt en laddregulator.
Centrala växelriktare är växelriktare som utmärks av att de har hög effekt, i normala fall mellan 150–2 500 kW. De används framförallt inom industrin som ett alternativ till flera strängväxelriktare. I jämförelse med strängväxelriktare har centrala växelriktare i regel lägre inköpskostnad per kWp.
Trots att centrala växelriktare har låg inköpskostnad per kWp och hög pålitlighet är de i normala fall inte lämpliga för solcellsanläggningar till bostäder. En orsak till det är att märkeffekten hos centrala växelriktare i regel är för hög för att vara lämplig för icke-kommersiella solcellsanläggningar.
Centrala växelriktare är också betydligt tyngre och mer utrymmeskrävande än strängväxelriktare (med motsvarande effekt). De behöver därför monteras på mark eller ett golv.
Enligt Energiföretagen ska solcellsanläggningar som installeras i Sverige uppfylla ställda krav enligt EU-förordningen 2016/631 samt Energimarknadsinspektionens föreskrifter EIFS 2018:2. Därutöver finns andra krav enligt föreskrifter, standarder och branschrekommendationer (1).
En köpare av en solcellsanläggning kan dock inte förväntas ha kunskap om alla krav på anläggningens växelriktare. Det är därför den som installerar solcellsanläggningen som ansvarar för att kraven är uppfyllda.
Rikta-rätt listan är en lista på växelriktare som enligt branschorganisationen Energiföretagen uppfyller de krav som ställs på växelriktare för solceller (2). Tillverkare av växelriktare kan ansöka hos Energiföretagen om att en växelriktare ska inkluderas i Rikta Rätt-listan.
Att en växelriktare finns med på Rikta-rätt-listan innebär dock inget formellt godkännande av växelriktaren. Å andra sidan är det inte heller en förutsättning att en växelriktare finns med på Rikta Rätt-listan för att den ska få anslutas till ett elnät. Det är det företag som äger det elnät en solcellsanläggning ska anslutas till som i slutändan avgör om installationen av växelriktaren är korrekt utförd och om solcellsanläggningen får anslutas till elnätet.
Om en växelriktare finns med på Rikta-Rätt listan är sannolikheten hög att växelriktaren blir godkänd vid en installation. Tanken med Rikta Rätt-listan är att, genom att välja en växelriktare som finns med på listan, minska risken att en växelriktare väljs som sedan inte blir godkänd av elnätsföretaget. Innan ett inköp av växelriktare genomförs kan det därför löna sig att kolla upp om en växelriktare finns med på listan.
Enligt en studie från Bern University of Applied Science (BUAS) uppskattas cirka 2/3 av alla växelriktare ha en livslängd som överstiger 15 år (3). I jämförelse är växelriktares garantitid i regel 5–12 år. Det finns dock ofta möjlighet att förlänga en växelriktares garantitid till 20–25 år.
I studien från BUAS definieras livslängd som tiden innan ett fel inträffar som negativt påverkar mängden energi en växelriktare kan leverera. Hemsol har inte kännedom om studier av växelriktares livslängd under svenska förhållanden. I brist på studier om växelriktares livslängd kan en växelriktares garantitid i alla fall ses som en indikation på dess förväntade livslängd.
Läs mer: livslängd för solpaneler.
Enligt Hemsol kan de viktigaste begreppen i en växelriktares datablad delas upp i:
Hur informationen i en växelriktares produktblad är strukturerad skiljer sig dock mellan olika tillverkare. Därtill använder tillverkare av växelriktare i viss utsträckning även olika begrepp för samma sak.
Tre särskilt viktiga begrepp att titta efter gällande växelriktare är:
En växelriktares märkeffekt är den växelströmseffekt (AC) en växelriktare kan avge. Märkeffekten begränsar hur mycket likströmseffekt (DC) växelriktaren kan omvandla från de solpaneler den är ansluten till. En växelriktare på 10 kW klarar således av att omvandla 10 kW likströmseffekt.
Eftersom alla växelriktares verkningsgrad är under 100 % krävs dock i praktiken att tillhörande solpaneler levererar 10,2–10,4 kW (DC) för att en växelriktare med märkeffekten 10 kW ska avge 10 kW AC. Orsaken är effektförluster vid omvandlingen från DC till AC.
Växelriktare finns i märkeffekter från cirka 1 till 2 500 kW men för solcellsanläggningar till villor är märkeffekten vanligtvis cirka 5–15 kW.
En MPPT (Maximum Power Point Tracker) är en funktion i en växelriktare som används för att optimera solpanelers produktion av solel. Med två MPPT:er kan till exempel en sträng solpanelers elproduktion optimeras av den ena MPPT:en och övriga solpanelers elproduktion av den andra MPPT:en.
Strängväxelriktare som används i solcellsanläggningar monterade på villatak har i regel 1–3 MPPT:er, där 2 stycken är vanligast förekommande. Eftersom varje MPPT kan användas till att optimera en grupp av solpaneler, till exempel en sträng solpaneler, innebär fler MPPT:er bättre möjligheter att optimera en solcellsanläggnings elproduktion.
Framförallt när solpanelerna i en solcellsanläggning är placerade i ett flertal olika väderstreck är antalet MPPT:er en viktig faktor vid val av växelriktare.
Antalet faser anger antalet ledningar som en växelriktare levererar ström till och växelriktare delas upp i:
En 1-fas växelriktare är en växelriktare där strömmen avges i en (1 st) ledning (fas). De har i regel en effekt på 1–8 kW och används därför främst till mindre solcellsanläggningar. Att en växelriktare har en fas medför också i regel att de inte kan leverera ström till alla apparater i ett hushåll.
Strömmen från elnätet som matas in till bostäder i Sverige är 3-fas växelström (tre stycken sinsemellan tidsförskjutna 1-fas växelströmmar). De elförbrukare i ett hushåll som använder 3-fasström är framförallt spisar med ugn och vissa (oftast större) tvättmaskiner. De flesta övriga elförbrukarna i ett hushåll använder däremot 1-fas ström.
För att effektivt utnyttja 3-fasens alla tre 1-faser är elförbrukarna i ett hushåll (kylskåp, element etcetera) i regel fördelade på de olika 1-faserna. Av denna anledning kan en 1-fasväxelriktare i regel inte leverera el till alla apparater i ett hushåll.
En 3-fas växelriktare är en växelriktare där strömmen avges i 3 st ledningar (faser). Vid 3-fasström har de tre olika faserna samma frekvens men de tre strömmarna är sinsemellan fasförskjutna med 120 grader. Det medför att summan av strömmarna vid varje tidpunkt (bortsett från störningar) är noll.
I det svenska elnätet levereras trefasström. Inuti en vanlig bostad är olika elförbrukare (laster) i normala fall uppdelade i tre faser. Det innebär att olika apparater i ett hushåll använder olika fasströmmar. Det är en anledning till att trefasväxelriktare är vanligast för solcellsanläggningar till bostäder i Sverige.
Verkningsgraden för en växelriktare anger hur stor andel av den effekt som en solcellsanläggnings solpaneler producerar som kan matas ut från växelriktaren i form av växelström. I regel har en växelriktare en verkningsgrad (Vägd Europeisk Verkningsgrad) på cirka 96–98 %.
En växelriktares verkningsgrad vid en given tidpunkt beror bland annat på förhållandet (kvoten) mellan den AC-effekt växelriktaren levererar och dess märkeffekt (maximala effekt). Generellt sett har växelriktare en hög verkningsgrad när de arbetar på 50–100 % av märkeffekten.
Den kvot mellan avgiven effekt och märkeffekt vid vilken en växelriktare arbetar som mest effektivt varierar något mellan olika växelriktare. Är kvoten däremot under 30 % sjunker en växelriktares verkningsgrad betydligt (Bild 4).
I en växelriktares datablad anges ofta två begrepp för växelriktarens verkningsgrad:
En växelriktares maximala verkningsgrad är den högsta effekt som levereras ut från växelriktaren i förhållande till den effekt tillhörande solpaneler levererar in till växelriktaren. Växelriktare uppnår maximal verkningsgrad när de arbetar till 60–100 % av dess märkeffekt (beroende av modell).
En växelriktares Vägda Europeiska verkningsgrad är en uppskattning av växelriktarens genomsnittliga verkningsgrad under realistiska driftsförhållanden. Uppskattningen görs genom att verkningsgraden vid olika nyttjandegrad (kvot mellan utlevererad AC-effekt och märkeffekt) vägs samman.
Vid sammanvägningen viktas respektive nyttjandegrad efter hur vanligt förekommande den är (Tabell 1). Även om viktningen gjorts med hänsyn till mellaneuropeiskt klimat speglar Vägd Europeisk Verkningsgrad bättre än Maximal Verkningsgrad en växelriktares verkningsgrad under normal drift.
Begrepp från en växelriktares allmänna data som Hemsol har valt att behandla är:
Vissa växelriktare har en display på utsidan av växelriktaren för presentation av driftsdata. Det vanligaste är dock att en växelriktare är försedd med olika tekniker för överföring av information. Därigenom kan informationen visas på en datorskärm och med vissa tekniker även i en mobiltelefon.
En Ethernetkabel skapar en direkt (icke trådlös) förbindelse mellan en växelriktare och en dator. Det är en pålitlig men inte alltid praktisk lösning. Placeras till exempel en växelriktare på en vägg utomhus behöver Ethernetkabeln dras in i fastigheten för att driftsinformation ska kunna avläsas.
Många växelriktare erbjuder tillgång till WLAN (Wireless Local Area Network), vilket är ett trådlöst lokalt nätverk. Att ett nätverk är trådlöst innebär att överföring av data är möjlig utan fysiska kablar. En vanlig typ av WLAN är Wi-Fi som inomhus har en räckvidd på upp till 50 meter.
WLAN kan vara en lämplig lösning när en växelriktare till exempel placerats utomhus eller i ett garage, men det inte finns behov av att kunna se driftsdata i en mobil. WLAN sammanblandas ibland felaktigt med termen VLAN (Virtual Local Network) varför många anser att termen “Trådlöst LAN” hellre bör användas.
En del växelriktare möjliggör åtkomst till data även utanför en växelriktares direkta närhet genom att erbjuda tillgång till mobilnät såsom 2G, GPRS, 3G, 4G och 5G. Beteckningen “G” står för “generation”. Till exempel betyder 3G den 3:e generationens mobila nätverk.
En viktig skillnad mellan de olika generationerna är att hastigheten för överförd data har ökat för varje ny generation. GPRS (General Packet Radio Service) är inte en officiell standard men kan förenklat beskrivas som ett mellanting mellan 2G och 3G.
En växelriktares kapslingsklass (IP-klass) beskriver dess skydd mot att fasta partiklar eller vätska tränger in i växelriktaren. Växelriktare avsedda för utomhusbruk har ofta en IP-klass på 65 eller högre för att de ska klara av kraftigt regn och förhindra att dammpartiklar tränger in i växelriktaren.
I Tabell 2 återges innebörden av olika IP-klasser för växelriktare (och andra apparater).
*Enligt Elsäkerhetsverket översättning (4).
För kylning av växelriktare till solceller avsedda för bostäder används i regel passiv kylning (naturlig konvektion) eller forcerad kylning (fläkt). Vid naturlig konvektion sker värmeöverföring mellan ytor inuti växelriktaren och luft genom att temperaturskillnaden mellan luft och ytor utnyttjas.
För att underlätta värmeöverföring via naturlig konvektion förses växelriktare ofta med flänsar. Flänsar görs i material med god värmeledningsförmåga (till exempel aluminium) och har stor yta i förhållande till dess volym.
Kylning av växelriktare är viktigt eftersom hög värme är en huvudorsak till att elektronik fallerar. Många växelriktare har därför en funktion som minskar den effekt växelriktaren avger om dess temperatur överstiger 45–50 ⁰C. Därtill har växelriktare av naturliga orsaker lägre verkningsgrad vid högre temperaturer.
Enligt fläkttillverkaren Shenzhen Minxin Industry Co., Ltd används mestadels passiv kylning för växelriktare med en effekt lägre än 20 kW (5). En orsak till det är att passiv kylning är en mer kostnadseffektiv lösning än forcerad kylning (6). Med passiv kylning undviks också det ljud som fläktar avger.
Ju högre effekt en växelriktare har, desto mer värme genererar den (givet samma verkningsgrad). Det medför att passiv kylning ofta inte är tillräcklig när en växelriktares effekt överstiger en viss nivå (som varierar beroende på modell av växelriktare).
För att generera en spänningsnivå som är anpassad för de apparater som nyttjar strömmen från växelriktaren kan en växelriktare antingen använda en eller flera transformatorer eller transformatorlös (TL) teknik. Växelriktare till solceller för mindre anläggningar (< 20 kW) använder i regel TL-teknik.
I en växelriktare med transformator utför en eller flera transformatorer omvandling av energi mellan olika ström- och spänningsnivåer. En transformator består ofta av två lindade ledningar (spolar) och en järnkärna.
En transformator är galvaniskt isolerad. Det innebär att ingen elektrisk ström kan passera mellan de samverkande kretsarna (lindningar i Bild 8). Däremot kan energi och information passera genom en transformator tack vare elektromagnetisk induktion.
En växelriktare med transformatorlös teknik är en växelriktare där transformering av spänning utförs genom en datoriserad flerstegsprocess som involverar ett flertal elektriska komponenter. Växelriktare med transformatorlös teknik är inte galvaniskt isolerade.
För växelriktare till icke-kommersiella solcellsanläggningar är transformatorlös (TL) teknik i regel att föredra. Anledningen är att TL-växelriktare i regel är billigare, tar mindre utrymme i anspråk och har lägre energiförluster jämfört med växelriktare med transformatorteknik.
Växelriktare med transformator är en äldre teknik men används fortfarande ibland där risken för elektriska stötar särskilt måste beaktas. Anledningen är att de, till skillnad från TL-växelriktare, är galvaniskt isolerade.
Hemsol har valt ut tre stycken skyddsanordningar vilka inte alltid ingår i en växelriktare:
En likströmsbrytare till solceller är en apparat som används för att koppla bort förbindelsen mellan en solcellsanläggnings likströmsdel (elproduktion från solpaneler) och dess växelriktare. Till exempel används en likströmsbrytare när det behöver utföras service på en solcellsanläggning.
En DC-brytare är en obligatorisk del av en solcellsanläggning. För att en växelriktares DC-brytare ska få användas istället för en fristående DC-brytare måste DC-brytaren ha så kallade lastfrånskiljaregenskaper enligt standarden SS-EN 60947-3 (7)
Enligt Bengt Stridh (universitetslektor inom solcellsystem) framgår det ofta i växelriktarens produktinformationen om det är fråga om en lastfrånskiljare (8). Vid oklarheter rekommenderar Hemsol dock att fråga tillverkaren. Behöver en separat DC-brytare införskaffas är inköpskostnaden cirka 700–1 200 kronor.
Ljusbågsdetektering är en funktion som används för att upptäcka och motverka förekomst av ljusbågar. Ljusbågar är kontinuerliga elektriska urladdningar av starkström som flödar genom luften mellan två ledare. Ljusbågsdetektering benämns i växelriktares produktblad ofta AFCI (Arc Fault Current Interrupter)
Förutom att vissa växelriktare har funktioner för ljusbågsdetektering kan nämnas att SolarEgde har optimerare som är försedda med ett system utformat för att förhindra uppkomst av ljusbågar (9).
Enligt Senergia kan växelriktare försedda med ljusbågsdetektering endast upptäcka seriella ljusbågar. Seriella ljusbågar orsakas av att strömmens väg genom en kabel (ledare) störs eller förhindras. Anledningar kan exempelvis vara att felaktiga kontakter används, glapp i kontakter eller kabelbrott (10).
Två andra typer av ljusbågar som kan uppkomma är parallella ljusbågar och ljusbågar “mot jord”. Parallella ljusbågar uppkommer mellan olika ledare. De kan till exempel orsakas av att två närliggande ledningars isolering brutits ner (till exempel en “plus”-ledare och en “minus”-ledare).
Ljusbågsdetektering i växelriktare kan övervägas eftersom solcellsanläggningar, till skillnad från många andra elanläggningar, saknar en naturlig “släckningsmekanism” för ljusbågar. Det finns dock i skrivande stund (mars 2023) inget krav på ljusbågsdetektering för solcellsanläggningar.
Anledningen till att solcellsanläggningar saknar en naturlig “släckningsmekanism” för ljusbågar är dels att solpaneler producerar likström, dels att solceller alltid har en spänning över sig när de utsätts för solinstrålning. För 50 Hz växelström är däremot strömstyrkan noll 100 gånger per sekund vilket fungerar som en naturlig avstängningsmekanism för ljusbågar.
Vissa växelriktare är utrustade med överspänningsskydd. Överspänningsskydd är ett skydd mot tillfälliga spänningar som är högre än den spänning en elanläggning är avsedd att användas med. Överspänningar är kortvariga, i regel kraftiga, spänningsimpulser som kan medföra fara för människor och egendom.
Överspänningsskydd betecknas ofta SPD vilket är en förkortning av det engelska uttrycket Surge Protective Device. Överspänningsskydd delas i normala fall in i klass 1, 2 och 3. Förenklat kan klass 1 (grovskydd) sägas användas för kraftiga strömvågor orsakade av framförallt direkta blixtnedslag.
Klass 2 överspänningsskydd (mellanskydd) är det huvudsakliga skyddssystemet som används för lågspänningsinstallationer, till exempel för att skydda elektriska apparater i ett hushåll. Klass 3 används för känsliga belastningar (apparater) och de används tillsammans med klass 2 SPDs och som ett komplement till dessa.
En växelriktare till solceller måste inte ha överspänningsskydd. Det kan däremot vara ett krav att en solcellsanläggning är utrustad med överspänningsskydd. För att bedöma om överspänningsskydd är ett krav ska en riskanalys genomföras i enlighet med Elinstallatörsreglerna avsnitt 712.443.101 (11).
Det är lämpligt att redan vid val av växelriktare rådgöra med företaget som installerar solcellerna vilket behov av skydd mot överspänning en solcellsanläggning behöver. Framkommer det att överspänningsskydd behövs ska enligt elinstallationsreglerna skyddet också omfatta solcellsinstallationens likströmssida (AC).
Förses en solcellsanläggning med överspänningsskydd ska skyddet därtill också samordnas med tillhörande fastighets övriga överspänningsskydd, som till exempel åskledare. Enligt Länsförsäkringars faktablad 27 ska vidare solcellsanläggningar för industrier och lantbruk alltid förses med överspänningsskydd (12).
Är en växelriktare utrustad med överspänningsskydd är skydden vanligtvis av klass 2 eller klass 3. Växelriktare kan ha överspänningsskydd för både likström och växelström. Beroende på en solcellsanläggnings behov kan olika skyddsklass användas för likströmsdelen respektive växelströmsdelen.
Några viktiga begrepp för en växelriktares likströmsingångar är:
Egenskaperna hos en växelriktares likströmsingångar bestämmer framförallt på vilka sätt solpaneler kan kopplas ihop i olika strängar.
En växelriktares maximala likströmseffekt anger hur stor effekt växelriktaren klarar av ta emot från en solcellsanläggnings solpaneler. Ju högre likströmseffekten är i förhållande till växelriktarens märkeffekt för växelström (AC), desto mer kan växelriktarens effekt underdimensioneras gentemot solcellsanläggningen.
Att underdimensionera en växelriktare kan ibland spara kostnader trots att en (liten) del av den solel tillhörande solpaneler genererar därigenom går förlorad. Orsaker till det är att priset på växelriktare ökar med dess effekt och att en alltför stor växelriktare kan medföra att tillhörande fastighets huvudsäkring kan behöva höjas.
En växelriktares maximala ingångsspänning anger den högsta spänningen för en sträng av solpaneler. Den används för att beräkna det största antal solpaneler som kan kopplas tillsammans i en sträng. Överskrids ingångsspänningen kan växelriktaren förstöras och det täcks ej av växelriktarens garanti.
Ingångsspänningen för en sträng beräknas utifrån en solpanels öppna kretsspänning (Voc) vid STC (Standard Test Condition) samt Vocs temperaturkoefficient. En solpanels Voc ökar ju kallare det är. Eftersom STC förutsätter 25°C behöver därför även beaktas hur kallt det kan bli där solpanelerna placeras.
I Tabell 3 redogörs för ett exempel på beräkning för att bestämma det maximala antalet solpaneler i en sträng. Det är dock installatören av en solcellsanläggning som ansvarar för solpaneler kopplas så att den maximala ingångsspänningen inte överskrids.
* Solpaneldata hämtade från solpanelen Longi TDS LR4-72HIH (425 W) (13). ** 1 000 Volt är en vanlig ingångsspänning för växelriktare för solcellsanläggningar.
*** Beräknad enligt 46,3 * (1-0,0027)^(-20-25) = 52,3.
**** Beräknad enligt 1000/52,3 = 17,95. Eftersom ingångspänningen inte får överskridas har värdet avrundats nedåt.
En växelriktares minimala ingångsspänning är den lägsta nivå på inspänning växelriktaren kan ha innan den stängs av. I regel är det bättre ju lägre den minimala ingångsspänningen är eftersom det minskar mängden solljus som krävs på tillhörande solpaneler för att växelriktaren ska förbli i drift.
Ett sätt att höja ingångsspänningen till en växelriktare är att om möjligt koppla samman fler solpaneler i en sträng. Hur solpaneler bör kopplas samman påverkas dock av ett flertal faktorer och bestäms vanligen av installatören till en solcellsanläggning.
En växelriktares startingångsspänning är den lägsta nivå på inspänning som krävs för att en växelriktare ska starta. Startingångsspäningen är i regel högre än växelriktarens minimala ingångsspänning. Orsaken är att en växelriktares switchade kraftelektronik kräver en något högre inspänning vid uppstart än vid drift.
Hur många ingångar per Maximum Power Point Tracker (MPPT) en växelriktare har anger antalet strängar av solpaneler som kan kopplas till en MPPT. Att kunna koppla fler än en sträng solpaneler till samma MPPT tillåter i vissa fall mer flexibel placering av solpaneler och mindre behov av kabeldragning.
MPP-spänningsområde är det spänningsområde för en växelriktare vid vilken växelriktarens MPPT:er kan välja en kombination av spänning och ström som maximerar solpanelernas effekt. Områdets gränser är i regel lägre än maximal (tillåten) ingångsspänning och kan vara högre än den minimala ingångsspänningen.
Är MPP-spänningsområdets nedre gräns högre än den minimala inspänningen medför det att MPPT:erna inte kan välja den kombination av ström och spänning som ger optimal solelproduktion vid låga spänningsnivåer (till exempel vid låg solinstrålning).
MPP-spänningsområdet kan variera beroende på en växelriktares effekt och fabrikat. I Tabell 4 ges ett exempel för två olika storlekar på effekten för växelriktaren Sunny Tripower från SMA.
Exempel på företag, i alfabetisk ordning, som säljer växelriktare i Sverige:
Att en växelriktare har en ren sinusvåg betyder i regel att den avger en sinusformad (jämnt vågformad) växelspänning. Med detta synsätt avger en växelriktare antingen en ren eller modifierad sinusvåg. En modifierad sinusvåg är en kurva bestående av steg som försöker efterlikna sinusformens utseende.
Växelriktare till solceller avger ren (egentligen icke modifierad) växelström. En orsak till det är att många apparater i ett hem såsom kylskåp, mikrovågsugnar och nyare TVs behöver matas med ren växelström för att fungera väl.
Växelriktare med modifierad sinusvåg fungerar dock oftast för enklare elektronik som lampor och verktyg och används ibland (dock i regel ej i solcellsanläggningar) eftersom de är billigare i inköp än växelriktare med ren sinusvåg.
I praktiken avger inte växelriktare till solceller en helt sinusformad (ren) växelström. Orsaken är att moderna växelriktare använder switchad elektronik som avger övertoner. Övertoner är också sinusformade men deras frekvens är en heltalsmultipel av växelströmmens huvudsakliga frekvens (grundtonen).
En alltför stor mängd övertoner har negativa effekter på elektronisk utrustning och kan leda till att nolledaren överbelastas. Till exempel kan övertoner vara orsak till att belysning flimrar eller att datorer låser sig eller kraschar. Att switchad elektronik används trots att de avger övertoner beror på att de medför lägre effektförluster för en växelriktare.
Andelen övertoner anges i en växelriktares datablad av Total Harmonic Distortions (THD). THD uttrycks som summan av storleken (egentligen effektivvärdet) av en sinusvågs övertoner dividerad med grundtonens storlek. Eftersom övertoner är negativa är det bättre ju lägre THD-värde en växelriktare har. Det flesta växelriktare för solceller har i regel THD under 3 % vilket i normala fall är acceptabelt.
Nej, i normala fall kan en solcellsanläggning för en bostad inte fungera utan en (eller flera) växelriktare. En orsak är att den likström som solpaneler producerar behöver omvandlas till växelström för att kunna matas ut på elnätet. Därtill kräver merparten av apparaterna i en bostad växelström.
Växelriktare krävs dock inte för mindre så kallade solcellspaket som säljs på varuhus som exempelvis Jula och Biltema. Dessa solcellspaket är på 12 eller 24 Volt och kan till exempel användas för att förse en husbil och ibland även en mindre sommarstuga med el.
Eftersom endast likström används i detta fall behövs ingen växelriktare men däremot en laddningsregulator för att kunna ladda upp tillhörande batteri med el.
Ja, växelriktare och inverter betyder i allmänhet samma sak. Uttrycket inverter kommer från det engelska språket och används där för att beteckna växelriktare (omvandlare). Alla typer av växelriktare omvandlar likström till växelström medan växelriktare till solceller även utför andra uppgifter.
I standby-läge (till exempel på natten) förbrukar en växelriktare cirka 1–10 Wh el per timme. Under antagandet att en växelriktare i genomsnitt är i standby-läge 12 timmar per dygn samt förbrukar 2 W el per timme i standby-läge innebär det en elförbrukning på cirka 9 kWh per år.
Indirekt förbrukar växelriktare dock betydligt mer el eftersom deras verkningsgrad i regel ligger på 96–98 %. För en 10 kWp solcellsanläggning medför detta uppskattningsvis en elenergiförlust på 200–400 kWh per år.
HemSol är ett litet företag. Hjälpa oss att kunna skriva fler utförliga artiklar genom att recensera oss.
Ditt omdöme gör stor skillnad!
Jämför offerter från pålitliga installatörer verksamma på din ort.
Vi använder cookies för att förbättra din upplevelse. Genom att använda siten godkänner du att cookies används för detta ändamål. Läs mer.
