Czy wiesz, że różnica między falownikiem a transformatorem to nie tylko kwestia technologii, ale i ogromny wpływ na koszty operacyjne oraz efektywność procesów? W tym artykule odkryjesz, jak nowoczesne falowniki zmieniają oblicze przemysłu, jakie mają zastosowania oraz dlaczego warto znać ich potencjał.

Czym jest falownik i czym różni się od transformatora?

Falownik (ang. inverter) to urządzenie, które przekształca prąd stały (DC) na prąd przemienny (AC) o określonej częstotliwości i napięciu. Proces ten jest niezbędny w systemach zasilania, w których energia elektryczna musi być dostosowana do potrzeb odbiorników lub sieci energetycznych.

Główną cechą falownika jest możliwość płynnej regulacji częstotliwości oraz napięcia wyjściowego, co pozwala na precyzyjne sterowanie pracą urządzeń, takich jak silniki elektryczne, systemy HVAC, pompy, wentylatory oraz systemy fotowoltaiczne.

Z kolei transformator to urządzenie, które zmienia poziom napięcia prądu przemiennego bez zmiany jego częstotliwości. Transformator opiera swoje działanie na zjawisku indukcji elektromagnetycznej i jest wykorzystywany głównie do podnoszenia lub obniżania napięcia w sieciach elektroenergetycznych. W odróżnieniu od falownika, transformator nie jest w stanie zmieniać częstotliwości prądu ani przekształcać prądu stałego na przemienny.

Zasadnicza różnica polega zatem na funkcji i zakresie zastosowań.

Falownik kontroluje zarówno napięcie, jak i częstotliwość prądu, co pozwala na dynamiczne sterowanie pracą urządzeń elektrycznych, natomiast transformator pełni rolę "stabilizatora napięcia" na większą skalę, np. w sieciach elektroenergetycznych. W praktyce obie technologie mogą się wzajemnie uzupełniać, tworząc bardziej kompleksowe systemy zasilania.

W dalszej części artykułu zgłębimy fachową nomenklaturę, zastosowania falowników oraz ich wpływ na nowoczesne technologie i efektywność energetyczną.

Przyjrzymy się także przykładom projektów zrealizowanych w Polsce oraz w ramach funduszy unijnych, które pokazują, jak innowacyjne rozwiązania napędzają transformację energetyczną.

Różnice w nazewnictwie falowników w zależności od zastosowań

W zależności od zastosowania, terminologia związana z falownikami różni się, odzwierciedlając specyfikę ich funkcji w różnych systemach.

Zastosowania przemysłowe:

W kontekście przemysłowym, falowniki są często określane jako przemienniki częstotliwości lub przekształtniki częstotliwości. Ich głównym zadaniem jest regulacja prędkości obrotowej silników elektrycznych poprzez zmianę częstotliwości napięcia zasilającego. Pozwala to na precyzyjne dostosowanie pracy maszyn do wymagań procesów technologicznych, co zwiększa efektywność energetyczną i wydajność produkcji.

Zastosowania fotowoltaiczne:

W systemach fotowoltaicznych falowniki są nazywane inwerterami lub falownikami solarnymi. Ich rolą jest konwersja prądu stałego (DC) generowanego przez panele słoneczne na prąd przemienny (AC), kompatybilny z siecią elektroenergetyczną. Dzięki temu energia słoneczna może być wykorzystywana do zasilania urządzeń domowych lub przesyłana do sieci.

Różnice w terminologii:

Choć oba urządzenia pełnią funkcję przekształcania energii elektrycznej, ich nazewnictwo odzwierciedla specyficzne zastosowania:

• Przemiennik częstotliwości: Stosowany głównie w przemyśle do sterowania silnikami elektrycznymi poprzez zmianę częstotliwości napięcia zasilającego.

• Inwerter solarny: Wykorzystywany w systemach fotowoltaicznych do konwersji prądu stałego na przemienny, umożliwiając integrację z siecią elektroenergetyczną.

Zrozumienie tych różnic jest znaczące przy projektowaniu i wdrażaniu systemów energetycznych, aby zapewnić ich optymalną pracę i zgodność z wymaganiami technicznymi.

Zastosowanie falowników w przemyśle — lepsza efektywność energetyczna

W przemyśle, gdzie optymalizacja zużycia energii jest jednym z głównych celów, falowniki odgrywają kluczową rolę. Najczęściej stosuje się je do regulacji prędkości obrotowej silników elektrycznych. Dzięki falownikom możliwe jest precyzyjne dostosowanie mocy do rzeczywistego zapotrzebowania, co pozwala uniknąć strat energii wynikających z pracy urządzeń z pełną mocą przez cały czas.

Zastosowanie w Polsce i UE: W ramach unijnych projektów dotyczących efektywności energetycznej, takich jak "Energiewende" w Niemczech czy programy modernizacyjne w polskich przedsiębiorstwach, falowniki są stosowane w systemach wentylacji i klimatyzacji (HVAC), układach pomp wodnych, a także w systemach przenośników taśmowych w centrach logistycznych. W Polsce jednym z beneficjentów funduszy UE był zakład przemysłowy w sektorze ceramicznym, który wdrożył falowniki do regulacji pracy pieców obrotowych, co pozwoliło obniżyć zużycie energii elektrycznej o 25%.

Co warto zapamiętać?

• Precyzyjne sterowanie prędkością silników — umożliwia dynamiczne dostosowanie prędkości obrotowej silnika do aktualnych potrzeb procesu, co zmniejsza straty energii.

• Ograniczenie strat energii — falowniki minimalizują marnotrawstwo energii, ponieważ urządzenia pracują tylko z taką mocą, jaka jest potrzebna w danym momencie.

• Niższe koszty eksploatacyjne — mniejsze zużycie energii i możliwość unikania niepotrzebnych przestojów przekładają się na obniżenie kosztów operacyjnych.

• Mniejsze zużycie urządzeń i wydłużenie ich żywotności — łagodniejszy rozruch i regulacja prędkości pracy obniżają zużycie mechaniczne silników, co zwiększa ich trwałość.

Falowniki w energetyce odnawialnej — fundament systemów PV

Systemy fotowoltaiczne (PV) nie mogą działać bez falowników. To one przekształcają prąd stały (DC) generowany przez panele fotowoltaiczne na prąd zmienny (AC) używany w sieci energetycznej. Co więcej, nowoczesne falowniki PV pełnią funkcję "mózgu systemu", umożliwiając zdalne monitorowanie i sterowanie produkcją energii.

Programy projektowe: Programy dofinansowań, takie jak "Mój Prąd" w Polsce, promują inwestycje w instalacje PV wyposażone w falowniki najnowszej generacji. Na przykład, falowniki z funkcją monitorowania online pozwalają użytkownikom na bieżąco śledzić ilość wyprodukowanej energii, co umożliwia optymalizację zużycia. Na poziomie unijnym systemy PV z falownikami wspierają cele Europejskiego Zielonego Ładu (European Green Deal), zmierzające do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.

Co warto zapamiętać?

• Konwersja prądu stałego na przemienny — umożliwia zasilanie urządzeń sieciowych energią z systemów PV lub akumulatorów.

• Możliwość monitorowania produkcji energii — nowoczesne falowniki z funkcją monitoringu online pozwalają na zdalne śledzenie wydajności systemu i wykrywanie ewentualnych problemów.

• Integracja z systemami zarządzania energią (EMS) — umożliwia inteligentne sterowanie przepływem energii, co optymalizuje wykorzystanie zasobów energetycznych w budynkach i zakładach przemysłowych.

Jak dobrać falownik do konkretnej aplikacji?

Dobór odpowiedniego falownika do konkretnej aplikacji przemysłowej wymaga uwzględnienia wielu parametrów, takich jak:

• Rodzaj silnika — falownik musi być zgodny z typem silnika (np. asynchroniczny, synchroniczny, BLDC).

• Zakres mocy — falownik musi obsłużyć maksymalną moc urządzenia.

• Rodzaj obciążenia — aplikacje o zmiennym obciążeniu, takie jak pompy lub wentylatory, wymagają innych ustawień niż aplikacje o stałym obciążeniu (np. przenośniki).

Zastosowanie w projektach: W Polsce falowniki zostały zastosowane w systemach pompowni wodociągowych w ramach projektów wspieranych przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiGW). Dzięki zastosowaniu falowników do sterowania pompami, zmniejszono zużycie energii nawet o 30%, co miało ważne znaczenie dla lokalnych samorządów poszukujących oszczędności w budżetach komunalnych.

Najnowsze technologie w falownikach — od sterowania wektorowego po IoT

W ostatnich latach rozwój falowników poszedł w kierunku większej automatyzacji i zdalnego monitorowania. Systemy te są teraz wyposażone w technologie sterowania wektorowego (VFD) oraz komunikację z systemami IoT, co umożliwia ich integrację z systemami zarządzania energią (EMS).

Zastosowanie falowników opartych o technologie IoT jest jednym z elementów projektów Smart City finansowanych przez Unię Europejską. Przykładem może być wdrożenie inteligentnych systemów sterowania oświetleniem miejskim, gdzie falowniki pozwalają na dostosowanie intensywności oświetlenia w czasie rzeczywistym w zależności od ruchu pieszego i natężenia ruchu drogowego.

Jeśli poszukujesz wsparcia w zakresie doboru i wdrożenia falowników dostosowanych do Twoich potrzeb — zespół Energeks jest gotowy do działania. Nasze doświadczenie w branży elektroinżynierskiej oraz dostęp do nowoczesnych technologii pozwalają nam oferować rozwiązania szyte na miarę.

Skontaktuj się z nami, a pomożemy Ci wdrożyć systemy zwiększające efektywność i obniżające koszty operacyjne!

Źródła:

https://www.youtube.com/@EngineeringMindset