Off-grid, eli sähköverkkoon kytkemättömissä järjestelmissä käytetään invertteriä muuttamaan akuston tasajännite tavanomaiseksi pistorasiasta saatavaa 230 V 50 Hz vaihtovirtaa vastaavaksi sähköksi. Invertteri mahdollistaa täten tavanomaisten kodin sähkölaitteiden, esimerkiksi jääkaappien, valaisimien ja työkalujen käytön sähköverkosta irrallisessa sähköjärjestelmässä.

Tyypillisesti aivan pienissä sähköverkosta irrallisissa järjestelmissä ei invertteriä käytetä, vaan hankitaan halutut laitteet suoraan 12V tai 24V syöttöjännitteellä, jolloin invertteriä ei tarvita. Esimerkiksi pelkkä valaistus tai matkapuhelinlataus on helpompaa ja kustannustehokkaampaa toteuttaa suoraan 12V jännitteellä. Suuremmissa järjestelmissä invertterin hankinta on kuitenkin perusteltua ja aiheellista.

Tässä osiossa keskitytään tarkastelemaan vain saarekekäyttöön tarkoitettuja off grid-inverttereitä. Nämä invertterit siis luovat itsenäisesti taajuuden AC-ulostuloon, ja näitä inverttereitä ei voi kytkeä syöttämään sähköä sähköverkkoon. Lisäksi on olemassa kotitalouskäyttöön tarkoitettuja verkkoinverttereitä, joilla syötetään aurinkopaneelien tuottama sähkö suoraan sähköverkkoon. 

Invertterin valinta

Invertterit jaetaan niiden tuottaman vaihtovirran perusteella kolmenlaisiin inverttereihin: puhdasta siniaaltoa, modifioitua siniaaltoa ja kanttiaaltoa tuottaviin invertteihin. Me eroaverkosta.comilla myymme ainoastaan puhdasta siniaaltoa tuottavia inverttereitä, sillä niiden tuottama laadukkaampi sähkö mahdollistaa käytännössä kaikentyyppisten laitteiden käytön. Modifioitua siniaaltoa tuottavat invertterit saattavat aiheuttaa ongelmia esimerkiksi tietyn tyyppisten latureiden ja virtalähteiden kanssa, eikä niillä ylipäänsä voi käyttää herkkiä elektroniikkalaitteita. Lisäksi kokemuksen perusteella puhdasta siniaaltoa tuottavilla inverttereillä on yleensä parempi kuormituksenkesto, eli niillä on mahdollista käynnistää paremmin erilaisia suuren kytkentävirran laitteita.

Kuvan lähde: KSTAR

Toinen valinnassa huomioitava asia on laitteet joita invertterillä tullaan käyttämään. Laitteiden teho määrittää invertteriltä vaadittavan tehon. Laitteen ottama nimellisteho selviää laitteen tietokilvestä. Erityisesti on huomioitava sähkömoottorien käynnistyksen vaatima teho. Sähkömoottori ottaa käynnistyessään moninkertaisesti nimellistehonsa, ja invertterin on kyettävä tuottamaan tämä teho. 

Haastavimpia ovat kuormitettuna käynnistyvät moottorit, esimerkiksi jääkaapit ja muut kylmälaitteet. Jääkaappia käytettäessä invertterin hetkellinen teho tulisi olla vähintään 6 - 8 kertainen jääkaapin nimellistehoon nähden. 100 W nimellistehon jääkaapille tulisi valita siis hetkelliseltä tehonkestoltaan vähintään 800 W invertteri. Myös monet muut sähkölaitteet ottavat käynnistyessään ja kytkeytyessään hetkellisesti suurempia tehoja kuin tehokilvessä on määritelty. Riittävän suurella invertterillä siis varmistetaan että laitteet toimivat moitteetta käynnistyessään, sillä yleensä laitteen käynnistyminen ottaa suurimman hetkellisen tehon invertteristä. Invertterin koon valinnassa tulee myös huomioida että sähköjärjestelmässä voi olla yhtäaikaa päällä useita laitteita.

Esimerkkejä laitteiden hetkellisestä tehonkulutuksesta käynnistyessä:

• Jääkaappi: 6 - 8 kertaa nimellisteho
• Vesipumppu:
• Valaistus: 
• Sähkövastukset, esim. lämmitin: 2-3 kertaa nimellisteho

Kaapelointi ja akuston virranantokyky

Sen lisäksi että invertterin tehon on oltava riittävä sähkölaitteille, on myös akuston ja kaapeloinnin pystyttävä toimittamaan invertterille riittävästi virtaa. Tämä korostuu erityisesti matalan jännitteen (12V) ja suuren tehon inverttereissä, joissa virrat ovat suuria ja kaapeleiden poikkipinta-ala kasvaa suureksi. Turvallisuuden kannalta on tärkeää että kaapelointi ei lämpene jatkuvassa kuormituksessa liiallisesti.

Akun ja invertterin välisessä kaapeloinnissa, eli DC-puolen kaapeloinnissa kulkee suuri virta, joten on tärkeää että kaikki liitännät on tehty huolella, kaapelipituus on mahdollisimman lyhyt, kaapelin poikkipinta-ala on riittävä ja akuston virranantokyky on riittävä. Johtimien läpi kulkeva suuri virta aiheuttaa jännitehäviötä johtimessa, ja tämä jännitehäviö ei saa olla liian suuri jottei invertterin tehonantokyky kärsi tai alijännitesuojaus kytkeydy. Invertterin maksimiteho laskee tulojännitteen laskiessa. Johdinhäviön lisäksi akuston napajännite laskee kuormitettuna ns. akun sisäisen resistanssin vuoksi. Suuremman akkukapasiteetin akuilla jännitteenalenema tietyllä virralla on pienempi kuin pienemmillä akuilla.

HUOM! Kaapeleiden mitoitus on aina tapauskohtaista, joten tällä sivulla me annamme ainoastaan viitteellisiä ohjeita siitä, kuinka mitoituksen voisi tehdä. Tarkka kaapeleiden kuormitettavuus riippuu mm. asennustavasta. Käänny tarvittaessa sähköalan ammattilaisen puoleen asennuksessa.  Katso myös kappale kaapelit ja sulakkeet.

Alla olevaan taulukkoon on koottu esimerkkejä suositellusta invertterin johtimien minimipoikkipinta-alasta sekä minimiakkukapasiteetista tyypillisillä invertterin hyötysuhteella ja arvoilla. Taulukko ottaa huomioon sekä jännitteenaleneman, että jatkuvan kuormitettavuuden. Kaapelikoko ja akkukoko on siis laskettu tapaukselle jossa invertteriä käytetään nimellisteholla pitkiä aikoja, ja lisäksi jännitteenalenema suurimmalla hetkellisellä teholla ei ole liian suuri. Taulukko on laskettu 0,75 m kaapelipituudelle yksijohtimisille kuparikaapeleille (eli virtapiirissä on yht. 1,5 m johdinta, + ja - kaapeli). Akuston koossa on käytetty tyypillisiä AGM lyijyakun arvoja.

Isojen inverttereiden kanssa voi olla perusteltua käyttää kahta johtoa yhden sijasta, jolloin johtojen taivuttelu on helpompaa. Myös jäähdytys toimii paremmin, kuin yhdellä isolla johdolla, jolloin voidaan käyttää pienempää kaapelin poikkipinta-alaa (ks. alla olevan taulukon kohta 3000W). 

Akkujännite [V]	Invertterin nimellisteho [W]	Invertterin suurin hetkellinen teho [W]	DC-piirin hetkellinen virta [A]	Kaapelin minimipoikkipinta-ala [mm2]	Akuston minimikoko [Ah]
12	500	1000	100	10,0	75
12	1000	2000	200	25,0	125
12	1500	3000	300	35,0	175
12	2000	4000	400	2x25,0 tai 1x50,0	250
12	3000	6000	600	2x35,0 tai 1x95,0	350

Taulukko 1. 12V invertterien suositellut kaapelipoikkipinta-alat ja minimiakkukapasiteetti. 0,75m kaapelipituus

12 V akkujännitteellä invertterin ja akuston välinen etäisyys on siis pyrittävä pitämään mahdollisimman lyhyenä, tai muutoin tarvittava johdinkoko kasvaa nopeasti epäjärkevän suureksi. Mikäli johdinkoko tai akkukapasiteetti ei ole riittävä, rajoittuu invertterin maksimiteho näiden takia. Lisäksi liian ohuella johtimella tai huonoilla liitoksilla tehty kaapelointi voi lämmetä ja aiheuttaa tulipalovaaran.

Järjestelmän akustojännitteen nosto helpottaa kaapelointia. Alla esimerkki 0,75 m kaapelipituudesta ja 24 V akkujännitteestä. Varsinkin suurempitehoisissa järjestelmissä kannattaa harkita 24 V akkujännitteen käyttöä.

Akkujännite [V]	Invertterin nimellisteho [W]	Invertterin suurin hetkellinen teho [W]	DC-piirin hetkellinen virta [A]	Kaapelin minimipoikkipinta-ala [mm2]	Akuston minimikoko [Ah]
24	500	1000	50	2,5	40
24	1000	2000	100	6,0	60
24	1500	3000	150	16,0	90
24	2000	4000	200	25,0	125
24	3000	6000	300	35,0	175

Taulukko 2. 24V invertterien suositellut kaapelipoikkipinta-alat ja minimiakkukapasiteetti. 0,75m kaapelipituus

Invertterin tehonkulutus ja akkukapasiteetti

Invertteri ei toimi koskaan 100 % hyötysuhteella, vaan osa muunnetusta sähköstä hukataan lämmöksi. Tyypillisesti invertterin hyötysuhde on yli 85 %, yleensä 90 - 95 %. Tämä on otettava huomioon järjestelmämitoituksessa, kun mitoitetaan sopivaa aurinkopaneelimäärää ja akkukapasiteettia. Lisäksi inverttereillä on merkittävä ns. omakäyttöteho tai tyhjäkäyntikulutus. Invertteri siis käyttää sähköä päällä ollessaan, vaikka siihen ei olisi kytketty sähkölaitteita ollenkaan. Omakäyttöteho on merkittävä tekijä, mikäli invertteriä pidetään päällä koko ajan, tällöin vuorokausitasolla käytetty energia on merkittävä. Uusissa ja laadukkaissa inverttereissä omakäyttöteho on pieni, tyypillisesti luokkaa 10 W, ja tähän kannattaa kiinnittää huomiota laitetta hankkiessa. 

Tulemme julkaisemaan verkkosivustollamme helppokäyttöisen mitoitusohjelman oikean aurinkopaneelimäärän ja akuston koon mitoittamisen mahdollistamiseksi.

© 2022 Engifar Oy