Invertteri

Invertteri muuntaa aurinkopaneelien tuottaman tasasähkön (DC, direct current) sähköverkossa käytettäväksi vaihtosähköksi (AC, alternating current). Tässä yhteydessä käytettävää invertteriä kutsutaan myös verkkoinvertteriksi. Suomen kielellä voidaan puhua vaihtosuuntaajasta, englanniksi sama laite on nimeltään inverter,  saksaksi Wechelricter, sähkön laadun mukaan siniaaltoinvertteri ja teknisesti kyseessä on taajuusmuuttaja.  Näillä eri termeillä kuvataan samaa laitetta.

Verkkoinvertteri kytkee ja aurinkopaneelit suoraan kiinteistön sähköverkkoon ilman akkuja, joka mahdollistaa aurinkosähkön käytön ensin itse ja ylijäämän automaattisen myynnin sähköverkkoon. Suomessa invertteri kytketään sähköverkkoon verkkoyhtiön mittarin jälkeen kiinteistön kulutuslaitteiden rinnalle. Tällaisella kytkennällä järjestelmästä tulee yksinkertainen ja edullinen.

Invertterin tehot:

  • 1,5 – 12kVA tehoise invertterit sopivat erityisesti kotikäyttöön
  • 15 – 50kVA tehoiset invertterit sopivat erityisesti maatila- ja yrityskäyttöön

Invertterin ominaisuuksista

Invertterin tärkein ominaisuus on että se toimii turvallisesti ja parantaa olemassa olevan sähköverkon toimintaa. Toiseksi invertterin tulee toimia tehokkaasti ja muuntaa aurinkopaneelien tuottamasta tasasähköstä hyvälaatuista siniaaltoista verkkovirtaa mahdollisimman pienin häviöin.

Invertterin tärkeimpiä ominaisuksia ovat:

  1. muuntaa aurinkopaneelien sähköä hyvällä hyötysuhteella verkkosähköksi
  2. tukea sopivaa määrä aurinkopaneeleita
  3. tukea aurinkopaneelien asentamista useampaan suuntaan ja kallistukseen
  4. sopia asennukseen ulos ja sisällä riippuen halutusta asennuspaikasta
  5. kestää mahdollisimman pitkän käyttöiän toimintakunnossa
  6. helppo ja kattava laitteen toiminnan nettipohjainen seuranta
  7. mahdollistaa järjestelmän laajentamisen ostetun ja myydyn sähkön mittaukseen, kuormien älykkääseen ohjaukseen, akkujen käyttöön sekä sähköauton alykkääseen lataukseen hankkimalla yhteensopivia lisäosia
  8. on sekä sähköturvallinen että paloturvallinen
  9. olla edullinen hankkia, asentaa ja käyttää

Hyötysuhde

Kunnollisen verkkoinvertterin hyötysuhde pyörii 97,5-98,5% paikkeilla. Verkkoinvertterin datalehdessä invertterin hyötysuhteesta ilmoitetaan kaksi lukua hyötysuhde ja ns. eurooppalainen hyötysuhde, joka on painotettu keskiarvo hyötysuhteesta keski-eurooppalaisissa oloissa. Invertteri muuttaa hyötysuhteen ilmoittaman osan aurinkopaneelin tasasähköstä verkkosähköksi. Loppuosa 1,5-2,5% aurinkopaneelien tuottamasta sähköstä muuttuu invertterissä hukkalämmöksi.

Laajennettavuus

SMA Sunny Tripower ja SMA Sunny Boy -inverttereistä muodostuvaa aurinkosähkövoimalaa voi laajentaa erilaisilla lisäosilla. Perusversiossa aurinkosähkövoimala tuottaa sähköä ja tuotetun sähkön määrää voi seurata nettipohjaisen Sunny Portal -palvelun avulla. Tällaista järjestelmää voi laajenta SMA Home Manager 2.0 -laitteen lisäämällä. SMA Home Manager 2.0 -laitteen avulla voi mitata

Sähköturvallinen

Valmistaja vakuuttaa invertterin olevan eurooppalaisten vaatimusten mukainen ja sähköturvallinen laite kiinnittämällä invertteriin CE-merkin. Toinen sähköturvallisuuteen liittyvä vaatimus on saarekekäytön esto ja Suomen sähköverkkoon kytkettävältä sähköntuotantolaitteelta vaadittavien suojausasetusten toteuttaminen. Käytännössä yksinkertaisin tapa näiden vaatimusten toteuttamiseen on, että invertteri on saksalaisen VDE-AR-N-4105 2011-08 -mikrotuotantonormin mukainen ja konfiguroitu “Saksan asetuksilla”.

Edullinen hankkia, asentaa ja käyttää

Edullinen hankintahinta tarkoittaa järkevää invertterin EUR/W-hintaa.  Tähän voidaan vaikuttaa, kun invertteriin asennetaan oikean kokoinen eli järkevästi ylimitoitettu aurinkopaneelisto. Asentaminen on edullista, kun järjestelmän voi ottaa käyttöön ilman monimutkaisia ja hitaita esim. sähköasentajan tekemiä asetusmuutoksia. Vaadittavia asetusmuutoksia tulee olla vähän ja ne tulee olla itse tehtävissä selkeiden ohjeiden avulla. Käytön edullisuus tulee siitä, että samaa laitetta voi käyttää mahdollisimman pitkään ilman maksullisia huoltokäyntejä, laitteen vaihtoa tai kuukausimaksuja. Pitkäikäinen laite voi olla halvempaa vaihtoehtoa edullisempi, jos sitä voi käyttää pidempään pienemmillä asennus- ja huoltokustannuksilla.

Tekniset ominaisuudet

Tyypillisen verkkoinvertterin teknisiä tietoja ovat:

  • AC-liitäntäteho kertoo aurinkopaneelien yhteistehon, joka invertteriin (vähintään) voidaan liittää
  • AC-teho kertoo  maksimitehon, jonka invertteri voi maksimissaan tuottaa
  • käynnistysjännite kertoo minimijännitteen, joilla invertteri käynnistyy
  • MPPT-alue kertoo minimi- ja maksimijännitteen, joka välillä invertterin maksimitehopisteenseuraaja (MPPT) toimii kunnolla
  • liitäntä sähköverkkoon on 1-vaiheinen tai 3-vaiheinen
  • sopiiko sisä- ja/tai ulkoasennukseen, minimitoimintalämpötila, maksimikosteus
  • suojausasetukset VDE-AR-N-4105 2011-08 ym.
  • invertterin verkkoliitännät (Ethernet, Bluetooth, WLAN, RS422, ym.) kertovat tavoista, jolla invertteri kytketään nettiin, jotta invertterin toimintaa pystytään valvomaan

Aurinkopaneelien kytkentä invertteriin

Aurinkopaneelit kytketään verkkoinvertterin kanssa yleensä sarjaan ja tällaista sarjaan kytkettyä aurinkopaneelien joukkoa kutsutaan paneeliketjuksi. Tässä yhteydssä käyttävästä puhutaan ns. string-invertteristä. Yhden aurinkopaneelin kanssa käytettävää invertteriä kutsutaan mikroinvertteriksi.

3-vaiheinvertterin kanssa yleensä 10-22 aurinkopaneelia sarjaan.

3-vaiheinen vai 1-vaiheinen invertteri

Invertterin kytkentä sähköverkkoon voi olla joko 3-vaiheinen (kolmivaiheinen) tai 1-vaiheinen (yksivaiheinen). 3-vaiheinvertteri on parempi kuluttajan ja sähköverkon kannalta, 1-vaihelaitteitä käytetään todella pienissä aurinkosähköjärjestelmissä sekä 1-vaiheliittymien (yksivaiheliittymän) kanssa.

3-vaiheinvertterin paremmuus johtuu sähkötekniikkaan liittyvien seikkojen lisäksi taloudelliseen kannattavuuteen liittyvästä Suomessa yleisesti käytetystä sähkön mittaustavasta.

5kVA tehoinen SMA Sunny Tripower 5000TL-20 on 3-vaiheinvertteri.

Yksinkertaistettuna vain Carunan, Vantaan Energian ja (pää)osa Loisteen sähkömittareista käyttää mittaustapaa, joka on tekee 1-vaiheinvertterin sähköstä yhtä hyödyllistä kuluttajalle kuin 3-vaiheinvertterin sähkö. Muiden verkkoyhtiöiden alueella 1-vaiheinvertterin tuottama aurinkosähkö on käytössä vain 1/3 talon sähkölaitteissa ja 3-vaiheinvertteri on selkeästi parempi valinta.

Lisäksi verkkoyhtiöiden ohjeet sallivat vain alle 16A liitetyt eli alle 3680W tehoiset 1-vaiheinvertterit ns. vinokuorman välttämiseksi.

Invertterin tulee olla 1-vaiheinen, jos talon tai huoneiston sähköliittymä on 1-vaiheliittymä. Tällaisessa tilanteessa tosin kannattaa tarkastaa mahdollisuus liittymän vaihtoon 3-vaiheiseksi.

2,5kVA tehoinen SMA Sunny Boy 2.5 on 1-vaiheinvertteri.

Invertteri viimeistelee aurinkosähkövoimalan

Valitsin SMA:n invertterit yhteistilauksen käyttöön 2012 syksyllä. Tämän suuren saksalaisen tekijän valmistuksen laatu ja testauskäytännöt tekivät vaikutuksen. Valinta SMA Sunny Tripower -invertteriin tapahtui lopullisesti siinä vaiheessa, kun huomasin, että laitteessa ylijännitesuojaukseen liittyvät osat oli tehty kentällä vaihdettavaksi eli kuluvat osat oli suunniteltu vaihdettavaksi eikä kyseessä ollut kertakäyttölaite.

Tämä viiden vuoden kokemus SMA:n laitteista on vahvistanut erään paikallisen yliopiston professorin lausahduksen ”SMA on invertterien Rolls-Royce” ajatuksen. Aurinkosähköjärjestelmän invertterin tulee kestää iso osa aurinkosähköjärjestelmän vähintään 30 vuoden pitoajasta ilman invertterin vaihtoa, esim. puolet. SMA:n laitteet ovat toimineet ja kohdattuihin ongelmiin on saatu vastaukset teknisestä tuesta. Kohdatut ongelmat ovat olleet asennuksessa tai käytössä itse aiheutettuja tai luonnonilmiöden tekosia.

Kappaleen ensimmäisessä kuvassa SMA Sunny Tripower 5000TL-20 Taipalsaarella varta vasten aurinkosähkövoimalaksi rakenttavan autotallin rakennustyömaalla kuvattuna. Osallistuja on suunnitellu ja rakentanut invertterin alle ja päälle seinään tuuletusritilät pitämään invertteriä viileänä.

SMA etuna on huippulaatu, toimivat tekninen tuki ja takuuvaihdot, monipuoliset ominaisuudet, helppo käyttöönotto ja kilpailukykyinen hinta.

Aurinkovirta-yhteistilauksen tuottamat aurinkosähkön tuotantotilastot ovat pääosin invertterin ja paneelien osalta vertailukelpoisia, kun useampi sata osallistujaa käyttää saman valmistajan samoja laitteita.

Invertterin muodostaman järjestelmän laajennettavuus

Invertterinkin kanssa on huomattu sellaisia etuja, mitkä perustelevat tämän invertterin käyttöä sen sijaan että invertterin hinnassa säästettäisiin 100 – 400 euroa. On etua, että SMA:n laitteen saan kytkettyä verkkoon ilman tunnin mittaista ammattilaisen tekemään asetusten muutosta. Invertterin saa kytkeä tehtaalta suoraan tulevilla Saksan asetuksilla Suomessa sähköverkkoon ilman suojausasetusten muutosta. Toinen suurempi etu on, että SMA:n laitteita voidaan ottaa käyttöön 1 laite kerrallaan ja edetä kohti yhä monimutkaisempia ratkaisuja ilman, että jo asennettuja laitteita vaihdetaan tulevaisuudessa.

SMA-järjestelmän laajentaminen tulevaisudessa laitteita lisäämällä:

  1. ensin hankitaan invertteri esim. SMA Sunny Tripower 5000TL-20
  2. invertteri voidaan ilman kytkeä kodin tietoverkkoon ja webissä toimivaan seurantapalveluun yhdistämällä invertteri Ethernet-kaapelilla kodin reitittimeen ilman, että invertteriin tarvii hankkia lisäosia
  3. myöhemmin voidaan ottaa käyttöön invertterin kuormanohjausrele, jolla esim. lämminvesivaraajaa voidaan ohjata tuotetun sähkön määrän mukaan
  4. kun halutaan aloittaa ostetun ja myydyn sähkön mittaus, järjestelmään voidaan lisätä SMA Home Manager 2.0 -mittaus/ohjauslaite: https://www.sma.de/en/products/monitoring-control/sunny-home-manager-20.html
  5. kun halutaan ohjata lämminvesivaraaja ylimääräisen sähkön mukaan, SMA Home Manager 2.0 -laitteeseen voidaan lisätä ohjattava sähkökuorma, esim lämminvesivaraajan vastus
  6. kun talouteen hankitaan ladattava hybrdi- tai sähköauto SMA Home Manager 2.0 -laitteen ohjaukseen voidaan liittää sähköauton latauspiste, esim. Mennekes Amtron Wallbox -laitteen yhteensopiva malli
  7. käyttövettä tuottava yhteensopiva ilmavesilämpöpumppu voidaan liittää SMA Home Manager 2.0 -laitteen ohjaukseen
  8. akut ja SMA Sunny Storage tai SMA Sunny Island -pohjainen invertteri voidaan liittää järjesjestelmään ja SMA Sunny Home Manager 2.0 ohjaa akkujen toimintaa, ottaen huomioon huomisen aurinkosähköennusteen ja opitun talon sähkönkäyttöprofiilin
  9. tuuliturbiini voidaan liittää kodin 230V/400V sähköverkkoon ja SMA Home manager 2.0 -laitteen mittaus ja mahdollisesti asennettu akkukäyttö ottavat myös tämän oman sähkön huomioon toiminnassaan

Lopussa monimutkaisen järjestelmän rakentaminen voidaan alkaa aurinkosähköinvertterin hankinnalla ja tehdä tarvittavat laajennukset myöhemmin.

Invertterin asennus

Invertteri asennetaan aurinkopaneelien ja talon sähkökeskukseen tehtävän liitännän väliin tarvittavien suojalaitteiden kanssa. Invertterin asennus tulee tehdä invertterivalmistajan asennusohjeiden mukaan. Tärkeimmät asennusohjeista löytyvät seikat ovat: tyhjän tilan tarve invertterin ympärillä, invertterin ympäristövaatimukset  sekä sen tarvitsemat suojalaitteet. Invertterin käyttöohjeisiin tulee tutustua invertterin käynnistyksen, pysäytyksen ja vikatilanteiden hoitamisen suhteen. Vikatilanteiden hoitamisesta kertoo lisää valmistajan huolto-ohje.

Tällä sivustolla pääasiassa käsiteltävä SMA Sunny Tripower -invertterin voi asentaa sekä ulos että viileään sisätilaan laitteen ilmasto- ja tiiveysluokituksen puitteissa.

Tuuli-, aurinko- ja pienvesivoiman itserakentajat FB-ryhmässä Risto jokinen kommentoi SMA Sunny Tripower -invertterin sijoituspaikan valintaansa näin: “Laitoin omani sisätilaan kellarin askarteluhuoneen betoniseinään. Noiden laitteiden kanssa ikäni puuhanneena sanoisin että niille on ‘myrkkyä’ 1) ylilämpö, eli auringonpaiste 2) kondensiovesi, eli pintoihin tiivistyvä kosteus ( myös kotelon ja piirilevyjen pinnalle) ja 3) lämpötilanmuutosten suuruus ja nopeus. Noiden perusteella päädyin sisätilaan, mutta nuo varjonpuolen seinustat ja puolilämpimät tilat ovat myös ok. Ihan sateeseen en laittaisi vaikka laite periaatteessa sen kestää, mutta räntä, jää lumi on paha yhdistelmä. ps. jos laite on sisätilassa niin hukkalämmönkin saa talteen. (muutama sata kWh vuodessa)”.

SMA Sunny Tripower 5000-12000TL -invertterit voidaan kytkeä nettiin Ethernet-kaapelin ja RJ45-liittimen avulla. Oheisessa kuvassa näytetään nettikaapelin liittimen kytkentäpaikka invertterin alla.

Invertterin sähköliitäntä, läpivienti ohjausreleen kaapelia varten, nettikaapeli ja aurinkopaneeleilta tuleva DC-kaapeli SMA Sunny Tripower -invertterin alta kuvattuna.

Lisätietoa inverttereistä valmistajan sivuilta

Lisätietoja saksalaisen SMA Solar Technology AG:n valmistamien SMA Sunny Tripower ja SMA Sunny Boy -inverttereistä löytyy valmistajan webbisivuilta, https://www.sma.de/en/, nopeiten seuraavien suorien linkkien avulla.

3-vaiheisten SMA Sunny Tripower -invertterien tietoja:

5-12kVA invertterit kotiin – https://www.sma.de/en/products/solarinverters/sunny-tripower-5000tl-12000tl.html

15-25kVA invertterit maatilalle ja yrityksiin – https://www.sma.de/en/products/solarinverters/sunny-tripower-15000tl-20000tl-25000tl.html

50kVA invertteri isommalle maatilalle ja isompaan yrityskäyttöön – https://www.sma.de/en/products/solarinverters/sunny-tripower-core1.html

1-vaiheisten SMA Sunny Boy -invertterien tietoja:

Suosittelen 1-vaiheinverttereitä VAIN Caruna, Caruna Espoo, Loiste (osa mittareista sopivia) ja Vantaan Energia Sähköverkot verkkoyhtiöiden alueilla käytettäväksi, koska muiden verkkoyhtiöiden alueella sähkön mittaustapa ei sovi 1-vaiheinvertterien järkevään käyttöön.

1,5-2,5kVA invertterit kotiin – https://www.sma.de/en/products/solarinverters/sunny-boy-15-25.html

Invertterien valmistusmaa

Aurinkovirran suosittelemien SMA-invertterien valmistusmaa on edelleen Saksa: http://files.sma.de/dl/22701/MiG_HK_xx_22.pdf

Kaksi SMA:n 1-vaiheista mallia, joita saa käyttää Suomessa (sekä kaksi muuta Suomessa ei käytettävissä ole mallia), on valmistettu Kiinassa, mutta näitä ei käytetä yhteistilauksen laitevaihtoehtoina.

Invertterin hinnoittelu

Kun aurinkopaneelien hinnat ovat 2013-2018 laskeneet käytetyn Heckert-paneelien osalta -40% niin SMA-invertterien hinnat ovat tulleet alas samassa ajassa vain -14%.

Esimerkkihintoja Aurinkovirta-yhteistilauksen osallistujille:

1-vaiheiset (alv 24%):

  • 1,5KVA SMA Sunny Boy 1.5 – 572,46 EUR
  • 2,5kVA SMA Sunny Boy 2.5 – 770,41 EUR

3-vaiheiset (alv 24%):

  • 5kVA SMA Sunny Tripower 5000TL-20 – 1524,13 EUR
  • 7kVA SMA Sunny Tripower 7000TL-20 – 1484,26 EUR
  • 9kVA SMA Sunny Tripower 9000TL-20 – 2070,49 EUR

3-vaiheiset maatila/yritysmallit (alv 0%):

  • 15kVA SMA Sunny Tripower 15000TL-30 – 2136,88 EUR
  • 25kVA SMA Sunny Tripower 25000TL-30 – 2327,62 EUR
  • 50kVA SMA Sunny Tripower CORE1 – 4332,75 EUR

Hinnat alv 24% paitsi erikseen mainitut maatila/yritysmallit alv 0%, ilman rahtia, rahti 20-85 EUR + alv riippuen invertterin koosta.

Invertterin tehon ilmoittamisesta

SMA-invertterien teho ilmoitetaan invertterin nimen yhteydessä olevan numeron avulla ja tarkemmin invertterin datalehdessä. Esim. yleisen SMA Sunny Tripower 5000TL-20 -invertterin 5000 tarkoittaa invertterin sähköverkkoon tuottaman näennäistehon 5000VA (volttiampeeri) ja pätötehon 5000W (watin) huippuarvoa tai rajoitusta. Yleensä sähköverkossa näennäistehon 5000VA rajoitus tulee käyttöön ensin, joka aiheuttaa invertterin tuottaman pätötehon rajoittamisen esim. 4776W. Rajoitus johtuu VDE-AR-N-4105 -standardin vaatimasta verkkojännitteen rajoitusmekanismista, joka perustuu loistehon generointiin.  Myös  verkkojännitteen poikkeaminen 230V vaikuttaa syötettävään maksimitehoon. Tarkemmat arvot riippuvat tilanteesta ja verkkoyhtiön ja kiinteistön oman sähköverkon arvoista.

Toisaalta invertterin tehoa ei kannata ylimitoittaa, koska siitä aiheutuvia kustannuksia ei yleensä saada takaisin tilanteissa, joissa huipputuotanto yleensä myydään.

Vastaavalla tavalla SMA Sunny Boy 2.5 -invertterin 2.5 kertoo invertterin näennäistehon 2500VA (datalehden kohta Max. apparent AC power) ja pätötehon 2500W (Rated power (at 230 V, 50 Hz)) rajoituksesta.

Lisätietojan sähkötehon eri suureista:
Loisteho – https://fi.wikipedia.org/wiki/Loisteho
Pätöteho – https://fi.wikipedia.org/wiki/P%C3%A4t%C3%B6teho
Näennäisteho – https://fi.wikipedia.org/wiki/N%C3%A4enn%C3%A4isteho