Гибридная солнечная панель: особенности батарей нового поколения

Содержание
  1. Получение электроэнергии из солнечных батарей
  2. Выбор мощности системы на солнечных батареях
  3. Реальная мощность инвертора
  4. Байпас
  5. Перегрузка
  6. Приоритеты
  7. Автономные солнечные электростанции
  8. Сетевые солнечные электростанции
  9. Гибридные солнечные электростанции
  10. Что такое гибридная солнечная панель
  11. Методы построения гибридных автономных и резервных систем электроснабжения
  12. Соединение элементов энергосистемы на стороне постоянного тока
  13. Соединение элементов системы на стороне переменного тока
  14. Сравнение эффективности систем с соединением на постоянном и переменном токе.
  15. Эффективность использования энергии от солнечных батарей
  16. Рассмотрим случаи с использованием генератора.
  17. Что такое гибридный инвертор, принцип действия
  18. Для чего нужен солнечный инвертор?
  19. Отличия от ББП
  20. Виды и особенности
  21. По форме сигнала на выходе
  22. По количеству фаз
  23. Виды инверторов для СЭС
  24. Синусоидальные
  25. Прямоугольные
  26. Псевдосинусоидальные
  27. Подключение инвертора к солнечной батарее
  28. Схема
  29. Этапы
  30. Выбор инвертора
  31. Обзор моделей
  32. Сетевые инверторы Conext компании Schneider Electric
  33. Инверторы голландской компании TBS Electronics
  34. Инверторы российского производства (МАП “Энергия”)
  35. Китайская компания GoodWE
  36. Особенности различных моделей
  37. Studer Xtender
  38. Schnieder Electric Conext XW/XW+
  39. Outback G(V)FX(R)
  40. МАП SIN PRO Гибрид и Dominator
  41. Rich Electric CombiPlus

Получение электроэнергии из солнечных батарей

Энергия солнца преобразуется в электрическое напряжение постоянного тока. Очевидно, что напрямую солнечную батарею к домашней электросети подключить нельзя, поскольку там должно действовать напряжение 220 (230) вольт переменного тока частотой 50 Гц. Для преобразования постоянного напряжения нужен инвертор для солнечных батарей, на выходе которого будут те самые стандартные 220 В.

Гибридная система электропитания на аккумуляторах и солнечных батареях

Но солнечная энергия достаточной интенсивности действует далеко не всегда. Досада ещё в том, что период активности солнца может не совпадать с периодом, когда необходима электроэнергия.

Другими словами, солнечную энергию нужно накопить, а только потом преобразовать. Для накопления солнечной энергии используют аккумуляторы, которые потом в нужный момент отдают электроэнергию через инвертор в нагрузку.

Заправляет всем этим процессом инвертор для солнечных батарей (внешний вид показан в начале статьи), который по совместительству является контроллером сетевого напряжения и заряда аккумуляторов. Он направляет энергию солнечных батарей для зарядки аккумуляторов, а затем, когда это нужно, запасённую в аккумуляторах электроэнергию преобразует в напряжение 220В 50Гц и отдает в нагрузку. Когда аккумуляторы разряжены, напряжение с улицы есть, а солнца нет, они заряжаются от городской сети.

Когда с улицы поступает нормальное напряжение, солнечный инвертор работает в режиме “Байпас”, то есть пропускает ток со своего входа на выход без преобразований.

Фактически, инвертор с аккумуляторными и солнечными батареями может быть частью системы бесперебойного питания. С той лишь разницей, что там энергия берётся (и запасается) только от городской электросети, а в солнечных инверторах – приоритетно от солнечных батарей.

Выбор мощности системы на солнечных батареях

Прежде, чем покупать и устанавливать солнечный инвертор, нужно потратить время на анализ существующей электрической системы дома. Определиться с максимальной и средней потребляемой мощностью, пусковыми токами, системой заземления.

Рекомендую свою статью обо всех существующих системах заземления, их отличиях, достоинствах и недостатках.

Мощность инвертора должна быть выбрана равной либо больше максимального потребления дома.

Логично, что от аккумуляторных батарей зависит мощность и эффективность всей системы. К инверторам разной мощности нужно подключать АКБ, различные по емкости и подключать их последовательно:

Схема подключения аккумуляторов к инверторам различной мощности

Возможно для получения большей мощности включить инверторы параллельно. Для этого нужно дополнительно применить платы коммуникации (параллельной работы), чтобы инверторы могли работать правильно. Вот пример схемы подключения, когда мощности двух инверторов складываются:

Два инвертора в параллель. Схема подключения инверторов для солнечных батарей

Мощностью инвертора будет определяться мощность всей системы. Но тут не всё так однозначно, и стоит учесть некоторые факторы.

Реальная мощность инвертора

Вся нагрузка сразу никогда не включается, и нужно провести тщательный анализ потребления в течение некоторого времени. Для этого можно воспользоваться токовыми клещами или анализатором качества напряжения. Про примеры использования анализатора качества напряжения HIOKI 3197 я писал здесь и здесь.

Байпас

В режиме “Байпас” инвертор пропускает через себя всю мощность домашней сети. И нужно учитывать, что мощность при байпасе (когда инвертор фактически не работает) и при преобразовании одинакова. По крайней мере, так уверяет производитель.

Перегрузка

Некоторые домашние электроприборы работают кратковременно. Например, чайник, СВЧ-печь обычно включаются на 2-3 минуты. Другие приборы, имеющие электродвигатели, обладают пусковыми токами, которые длятся несколько секунд.

Эти факторы обычно учитываются в инверторах, и они могут держать перегрузку в 2-3 раза в течение нескольких секунд, а перегрузку в 1,5 раза – несколько минут. Значения эти, конечно, ориентировочные, и зависят от модели инвертора.

Приоритеты

Необходимо решить, какие приборы нуждаются в бесперебойном питании, а какие могут “потерпеть”. Поэтому будет разумно через солнечный инвертор подключать не все электроприборы, а только самые важные. Например, электрокотёл, розетки кухни (включая холодильник), освещение.

А очень мощные и не столь необходимые приборы подключать напрямую, минуя инвертор. Это могут быть бойлер, проточный водонагреватель, и т.п.

Учет всех этих факторов поможет правильно выбрать инвертор для дома и разумно сэкономить.

Автономные солнечные электростанции

Автономные СЭС предназначены для полностью автономного питания объектов при отсутствии электроснабжения от сети. В состав автономной системы электроснабжения входят:

• инвертор;
• аккумулятор для заряда;
• солнечная панель;
• контроллер;
• фурнитура для электрооборудования и тому подобное.

Автономные солнечные электростанции — это отличное решение, если вам нужно обеспечить полноценное функционирование:

• удаленной дачи;
• небольшого загородного домика;
• кемпинга или зоны отдыха;
• фермы или иного сельскохозяйственного объекта.

Преимущества автономных солнечных электростанций:

• чистая и безопасная электроэнергия;
• полная независимость от центрального электроснабжения;
• быстро монтируются и простые в использовании;
• позволяют контролировать необходимый уровень потребления электроэнергии.

Недостатки автономных солнечных электростанций:

• не подходят для тех, кто планирует воспользоваться преимуществами «зеленого тарифа»;
• комплектуются аккумуляторными батареями, которые требуют периодической замены и значительно увеличивают стоимость СЭС;
• ограниченный ресурс (при уменьшении солнечной активности);
• требуют аварийного источника питания;
• высокая стоимость оборудования СЭС.

Существует много моделей автономных СЭС для дома, в зависимости от мощности и функциональных возможностей.

Сетевые солнечные электростанции

Сетевая солнечная электростанция способна не только обеспечить домашнее хозяйство необходимой электроэнергией, но и использовать ее для «зеленого тарифа». Сетевая СЭС выгодное с точки зрения срока окупаемости. В комплект сетевой солнечной электростанции входят:

• инвертор сетевой;
• солнечные панели;
• фурнитура для крепления электрооборудования и тому подобное.

Преимущества сетевой солнечной электростанции:

• экологичность системы;
• относительно простое техническое обслуживание;
• бесшумная работа;
• возможность работать по «зеленому» тарифу, получая фиксированную плату за продажу электроэнергии государству.

Недостатки сетевой СЭС:

• высокая стоимость оборудования;
• изменчивость используемых энергоресурсов из-за сезонности и других факторов;
• требует периодической чистки: в летний период от пыли, а в зимний — от снега.

Гибридные солнечные электростанции

Гибридная солнечная электростанция сочетает в себе отдельные аспекты сетевой и автономной СЭС. В комплект входят:

• инвертор гибридный;
• аккумуляторы (батареи)
• фурнитура для крепления электрооборудования и автоматика;
• солнечные панели для крепления на крыше или в другом месте.

Гибридные СЭС работают на объектах, где есть доступ к сети, в качестве резервного источника питания. Гибридные солнечные электростанции актуальны для использования в больницах, отдельных предприятиях коммунальной отрасли или даже бюджетных учреждений. Такая станция может быть как резервным источником питания, так и приносить дополнительные поступления от избытка энергии. Средний срок окупаемости 4-6 лет.

Преимущества гибридных СЭС:

• позволяют изменять настройки в соответствии с потребностями пользователей;
• не изменяет качественных показателей при отсутствии сети или солнца;
• позволяют генерировать электричество от различных источников.

Недостатки гибридных СЭС:

• высокая стоимость оборудования;
• значительно больший срок окупаемости;
• требуют дополнительного технического обслуживания.

В последние годы наблюдается тенденция к увеличению использования солнечной энергии, как для частных, так и для корпоративных целей. Покупая готовые солнечные электростанции для дома, важно правильно рассчитать потребляемую мощность. Для анализа расходов по частным домом можно воспользоваться показаниям счетчика, включая сезонные колебания затрат энергии.

Что такое гибридная солнечная панель

Это симбиоз солнечных тепловых коллекторов с фотоэлектрическими панелями. Обычно те элементы, которые составляют типовую панель, под лучами солнца значительно нагреваются, а, следовательно, это приводит к потере электрического напряжения. Так, к примеру, когда такой солнечный элемент нагревается выше 25°С всего на один градус, он теряет 0,02 Вольта напряжения, что в общем расчете составит 0,4-0,5% на каждый градус.

Не стоит думать, что в средней полосе России или на севере такой нагрев возможен лишь в ясные дни летом. Например, в мае к полудню такая батарея может раскалиться до 50 градусов, что ведет к значительной потере производительности.

В этом случае необходимо каким-то образом снизить эти потери энергии, охлаждая батарею, но, не прекращая при этом доступа солнца.

Для решения этого технического вопроса, производители гелиосистем предложили как вариант использование охлаждение водой, поступающей из некого термосифона, который может в то же время выполнять функции бойлера для нагрева воды.

В результате вода, охлаждающая солнечный элемент, и повышающая его производительность примерно на 45% после нагрева может использоваться для бытовых нужд.

Методы построения гибридных автономных и резервных систем электроснабжения

Доказано, что гибридные системы электроснабжения с использованием возобновляемых источников энергии являются экономически обоснованным решением проблемы электрификации в сельской местности и в других районах, где точка подключения к сети централизованного электроснабжения находится далеко, или есть существующее подключение к сетям ненадёжно. Обычно строительство новых линий электропередачи для маломощных потребителей экономически не оправдано.

В большинстве случаев при построении систем используется конфигурация с соединением различных источников энергии на стороне постоянного тока. Однако в последнее время, после появления надёжных и относительно дешёвых моделей сетевых и гибридных инверторов, все больше применяется соединение различных источников энергии на стороне переменного тока. Это обеспечивает не только большую гибкость, но и высокую эффективность использования энергии различных источников за счет уменьшения потерь в системе — на преобразование напряжений и потери в аккумуляторах.

Соединение элементов энергосистемы на стороне постоянного тока

Это наиболее распространённый и известный способ. Общая схема приведена на рисунке.

Соединение солнечных батарей и ветроустановки на стороне постоянного тока

Здесь солнечные батареи через контроллер заряда (PWM или MPPT) заряжает аккумуляторные батареи. Одновременно аккумуляторные батареи могут заряжаться от сети. Далее постоянный ток от солнечных батарей и аккумуляторов преобразуется в инверторе в переменный ток напряжением 220В (или 380В, если вам нужна трехфазная система). Этим током питается нагрузка.

К недостатками системы можно отнести

  • несколько ступеней преобразования солнечной энергии (контроллер, заряд-разряд аккумуляторов, инвертор) на стороне низкого напряжения постоянного тока.
  • необходимость довольно сложной организации системы, если нужно дать приоритет для солнечных батарей относительно сети централизованного электроснабжения. А такой приоритет весьма желателен, так как без этого дорогие солнечные батареи будут работать вхолостую, если у вас есть напряжение в сети.

Для того, чтобы в первую очередь использовать энергию от солнечных батарей, нужно поставить в систему или ББП, который может отключаться от входа переменного тока (от сети) при напряжении на аккумуляторах выше заданного значения (например, ББП Steca Xtender), или включить в систему отдельное такое устройство. Нужно отметить, что функции этого устройства не так уж и просты. Чтобы делать то же самое, что делает ББП Xtender, это устройство должно:

  • следить за напряжением на аккумуляторных батареях, включать сеть, если напряжение понизилось ниже заданного в течение определенного промежутка времени
  • после включения сети по низкому напряжению на аккумуляторной батарее обеспечить полный зарядный цикл аккумуляторов (как минимум фазы заряда максимальным током и насыщения)
  • отключить сеть после окончания этих фаз заряда если напряжение на аккумуляторах поднялось выше заданного
  • делать это в зависимости от времени суток, т.к. нет смысла отключать сеть после зарядного цикла ночью — все равно ночью заряда от солнечных батарей нет.
  • иметь контактор на максимальный ток, который может быть в системе. Такой контактор не только недешев, но и потребляет от сети заметный ток.

Стоимость такого устройства будет скорее всего больше, чем разница между стоимостью инвертора Steca Xtender и более дешевыми инверторами (например, Xantrex или Outback). В случае применения инверторов Xtender XTM решение на оборудовании Xtender будет намного дешевле.

Соединение элементов системы на стороне переменного тока

Соединение элементов системы на стороне переменного тока

Соединение элементов системы на стороне переменного тока обладает наибольшей гибкостью и возможностью изменения и наращивания системы в дальнейшем. См. статью в журнале EnergyFresh (ссылка выше).

Основные требования к элементам системы.

  1. Батарейный инвертор должен быть двунаправленным, т.е. иметь возможность принимать энергию с выхода переменного тока.
  2. Этот инвертор должен иметь способность контролировать работу сетевого инвертора. Продвинутые инверторы могут изменять частоту выходного напряжения. Если такой возможности нет, то в инверторе должны быть дополнительные контакты, которые управляются напряжением на АБ
  3. Мощность батарейного инвертора должны быть равна или больше суммарной мощности сетевых инверторов, подключенных к его выходу. При отсутствии сети и нагрузки, вся вырабатываемая энергия от сетевых инверторов направляется на заряд АБ
  4. Стандартный тест сети, который обычно выполняет сетевой инвертор, должны быть более «умным», чем использовавшееся ранее измерение импеданса сети. Иначе есть риск такой ситуации, когда сетевой инвертор будет постоянно включаться- выключаться. Еще лучше, если у сетевого инвертора предусмотрен режим «off-grid».
  5. Оптимальным по эффективности будет совместное применение сетевых инверторов и контроллеров заряда постоянного тока. Распределение по мощности зависит от профиля потребления энергии нагрузкой. Это также добавит надежности в работе системы (см. ниже)

Возможность использования стандартных сетевых инверторов для солнечных батарей или ветроустановок в автономных системах может облегчить дизайн системы. Становится возможным располагать солнечные батареи далеко от аккумуляторных батарей, более того — можно объединять в одну систему несколько солнечных батарей, расположенных на разных зданиях.

Большим преимуществом является возможность соединять различные компоненты системы по обычной сети 220В переменного тока. Известно, что кабели постоянного тока должны быть толстыми и короткими, т.к. обычно используется напряжение 12/24/48В. Это является большим ограничением при создании системы, если расстояния между солнечными батареями, ветроустановкой и аккумуляторами значительные.

Таким образом, основные преимущества системы с соединением по шине переменного тока:

  1. Низкая цена и доступность массово производимых сетевых инверторов
  2. Возможны большие расстояния между элементами системы
  3. При потреблении энергии в дневное время — очень высокая эффективность системы.

Соединение элементов системы по переменного тока становится все более популярным. Однако, нельзя сказать что это однозначно лучшее решение. К недостаткам можно отнести следующее:

  1. Возможно меньшая эффективность если нужно сначала сохранить энергию в аккумуляторах (см. расчеты ниже)
  2. Установки оборудования в разных местах иногда представляет неудобства — но это также может быть и преимуществом (см. выше замечания по высокому напряжению)
  3. Цена сетевого инвертора выше, чем цена MPPT контроллера. Современные MPPT контроллеры позволяют использовать более дешевые «сетевые» фотоэлектрические модули в автономных системах
  4. Зависимость работы сетевого инвертора от работы батарейного инвертора.

Сравнение эффективности систем с соединением на постоянном и переменном токе.

Стандартные конфигурации гибридных систем с несколькими источниками энергии используют соединение на шине постоянного тока, на шине переменного тока, или и то, и другое. Искусство проектировщика заключается в правильном выборе элементов системы и основной схемы соединений.

По эффективности использования энергии соединения по постоянному и переменному току отличаются. Необходимо придерживаться следующих простых правил:

  • Если основное потребление имеет место в темное время суток, то энергия должна храниться в аккумуляторных батареях. В этом случае соединение по постоянному току будет более оправданно.
  • Если бОльшая часть энергии потребляется днем, т.е. когда и солнечные батареи вырабатывают электричество, то лучше применять соединения по переменному току, т.к. в этом случае будет на одно преобразование энергии меньше
Распределение потребления энергии, вырабатываемой солнечной батареей

При сравнении примем следующие допущения:

  • КПД сетевого инвертора: 0,93-0,98
  • КПД батарейного инвертора в режиме инвертирования: 0,85-0,94
  • КПД батарейного инвертора в режиме заряда АБ: 0,9-0,95
  • КПД контроллера заряда: 0,95
  • КПД заряда-разряда АБ: 0,8

Если энергия, произведенная сетевым инвертором будет использоваться в ночное время, то общий КПД преобразований будет равен 0,96*0,9*0,9*0,8=0,662

Если энергия, произведенная сетевым инвертором будет использоваться в дневное время, то общий КПД преобразований будет равен 0,96

Если энергия, произведенная солнечными батареями передается через контроллер заряда и будет использоваться в ночное время, то общий КПД преобразований будет равен 0,95*0,9*0,8=0,68

Если энергия, произведенная солнечными батареями передается через контроллер заряда и будет использоваться в дневное время, то общий КПД преобразований будет равен 0,95*0,9=0,855

Таким образом, при основном потреблении днем при использовании сетевых инверторов можно дополнительно получить на 10% больше энергии, чем при использовании контроллеров заряда постоянного тока. Если энергия потребляется только в темное время суток, то при использовании сетевых инверторов будет теряться около 1,5-2% энергии по сравнению со схемой «обвязки» по постоянному току. Это все верно только если используется хороший MPPT контроллер заряда постоянного тока. Обычные ШИМ контроллеры не позволяют максимально использовать энергию солнечных батарей и имеют эффективность в среднем на 15% ниже — за счет неоптимального сочетания напряжения на АБ и в точке максимальной мощности солнечной батареи. Таким образом, если сравнивать схемы с сетевыми инверторами и с ШИМ контроллерами, первые всегда будут на 13-26% более эффективны, чем вторые.

Дополнительный плюс — при использовании сетевых инверторов обычно используется высокое напряжение (200-600В), а контроллеры для АБ работают максимум до 150В (обычно в 48В системе рабочее напряжение модулей около 70-100В). Вследствие этого можно сэкономить дополнительно на проводах от солнечных батарей, т.к. при меньших токах нужны меньшие сечения провода. Медь сейчас очень недешева. На уменьшении потерь в проводах можно сэкономить еще несколько процентов энергии.

Эффективность использования энергии от солнечных батарей

КПД системы при использовании
солнечного контроллера заряда АБ сетевого ФЭ инвертора
Основное время потребления энергии
днем в темное время суток днем в темное время суток
MPPT PWM MPPT PWM
85,5% 70% 68% 53% 96% 66,2%

Конечно, самым лучшим вариантом будет использование гибридной системы с обвязкой как по переменному, так и постоянному току. Однако, на практике, вряд ли имеет смысл вводить и сетевой инвертор, и контроллер заряда только лишь для того, чтобы повысить выработку системы на несколько процентов.

Гибридная «обвязка» имеет смысл для повышения надежности системы. Учитывая, что эффективность применения сетевых инверторов выше, основная часть солнечной батареи должна работать через сетевой инвертор. Однако, сетевой инвертор имеет один важных недостаток — если нет опорного напряжения в сети, он не работает. Поэтому батарейный инвертор должен работать всегда. Но что если после нескольких пасмурных дней и отсутствия сети аккумуляторы разрядились и инвертор выключился для того, чтобы защитить аккумуляторы от глубокого разряда? Автоматически система с обвязкой только по переменному току не запустится. Конечно, можно, когда появится солнце, отключить нагрузку и вручную включить инвертор (многие инверторы имеют функцию принудительного старта даже при разряженных АБ), чтобы дать сетевым инверторам подзарядить аккумуляторы. Но лучше иметь часть солнечных батарей, которые работают через контроллер постоянного тока и заряжают аккумуляторные батареи. В этом случае, когда АБ зарядятся от контроллера заряда, инвертор автоматически включится и запустит остальную часть системы — сетевые инверторы и нагрузку.

Поэтому мы рекомендуем иметь гибридную обвязку, если у вас полностью автономная система электроснабжения, или сеть пропадает на длительное (несколько дней и больше) время. Подразумевается, что резервного генератора нет, потому что если он есть, можно смело остановиться на «обвязке» по переменному току.

Рассмотрим случаи с использованием генератора.

Оптимальное время для работы резервного генератора

Различные генераторы имеют различную точность поддержания частоты. Обычно, частота генератора выше при отсутствии нагрузки, и падает при перегрузках. Влияние сетевого инвертора, подключенного к выходу генератора, на его частоту трудно предсказать — оно будет отличаться для разных генераторов.

В случае сомнений, лучше установить реле, которое будет отключать сетевой инвертор от системы, когда запущен генератор. Генератор будет питать нагрузку и заряжать аккумуляторы. Это легко сделать путем программирования дополнительных управляющих контактов инверторов (Xtender, SMA).

Алгоритм работы гибридной системы с резервным генератором обычно предусматривает периодическую работу генератора. Это может быть сделано 2 способами:

  • генератор используется от случая к случаю и запускается при понижении напряжения на АБ
  • генератор запускается ежедневно. В этом случае лучше запланировать время работы генератора, а запуск при понижении напряжения на АБ использовать только при необходимости.

Лучшее время для планового запуска генератора — когда нет солнца и нагрузка максимальна. Обычно это вечерние часы (см. график выше). Лучше для питания пика нагрузки запускать генератор, чем сначала использовать энергию, запасенную в аккумуляторах, а потом заряжать их от того же генератора. При правильном планировании работы генератора, можно исключить ненужное циклирование аккумуляторов, повысить эффективность работы системы и продлить срок службы АБ.

Что такое гибридный инвертор, принцип действия

Начнем с теоретической части и разберемся с особенностями оборудования.

Гибридный инвертор — устройство, позволяющее параллельно использовать напряжение от источников постоянного (DC) и переменного (AC) тока. Приоритет отдается какому-то одному источнику, а второй находится «на подхвате» и подключается в случае потери напряжения.

Основная функция — преобразование постоянного тока в переменный с дальнейшим подключением к электрической сети дома для бесперебойного электроснабжения.

В качестве источника DC может выступать солнечная батарея, небольшая гидроэлектростанция, ветряная мельница и т. д.

Принцип действия гибридного оборудования зависит от времени суток:

  1. День. В этот период энергия солнца попадает на фотоэлемент, преобразуется в электричество и подается к инвертору для преобразования. На выходе получается напряжение, максимально подходящее для бытовой сети. После этого устройство питает электрическую сеть дома, заряжает АКБ, а при чрезмерном заряде сбрасывает «лишнее» в общую сеть по «зеленому» тарифу.
  2. Вечер, ночь. С учетом выбранного режима гибридный инвертор подает напряжение на дом от АКБ или от бытовой сети.

Благодаря переключению режимов, обеспечивается круглосуточная подача электричества в бытовую сеть без сбоев (даже при потере одного из источников питания).

В зависимости от применяемой модели гибридный инвертор может иметь следующие возможности:

  • «подмешивание» энергии от АКБ;
  • добавление мощностей оборудования и электросети;
  • регулировка частоты тока на выходе;
  • подключение сетевых фотоэлектрических инверторов;
  • автоматическое переключение цепи питания потребителей и т. д.

Для чего нужен солнечный инвертор?

Сетевой инвертор для солнечных батарей используется в полнофункциональных солнечных комплексах для преобразования постоянного тока в переменный с одновременным повышением напряжения. Рассмотрим подробнее, зачем нужен инвертор для солнечных батарей для 12 вольт.

Панели преобразуют энергию солнечного света в электрический ток, который через контроллер поступает на аккумуляторную батарею. Она накапливает заряд и отдает его по мере надобности, одновременно пополняя недостаток от солнечных модулей. Однако, пользоваться энергией от аккумуляторов могут лишь немногие приборы потребления, поскольку АКБ выдают постоянный ток низкого напряжения — 12, 24 или (редко) 48 В.

Необходим преобразователь напряжения для солнечных батарей, способный эти показатели превратить в стандартные значения, аналогичные сетевым. Эту задачу выполняет инвертор для солнечных панелей, который получает от аккумуляторов 12 (24, 48) В постоянного тока, а отдает потребителям обычные 220 В переменного.

Наиболее распространены обычные конвертеры, мощность которых находится в пределах 250-8000 Вт. Габариты таких приборов зависят от величины нагрузки, поскольку мощность обеспечивается дополнительными узлами в конструкции инвертора.

Особенности устройства:

  • КПД (в среднем) — 94 %, максимальное значение доходит до 99 %
  • полное отсутствие радиопомех
  • стабилизированное выходное напряжение
  • низкий коэффициент гармоник
  • температура эксплуатации влияет на качество, поэтому необходимо обеспечивать максимально широкий диапазон
  • наличие защиты от перегрузок
  • потери в режиме холостого хода минимальные
  • наличие защиты от воздействия влаги и механических повреждений

Отсутствие инвертора резко ограничивает возможности солнечных батарей. Они могут только заряжать аккумуляторы, обеспечивать питание для низковольтного освещения или иных специфических приборов. Солнечные инверторы для дома позволяют получить максимальную эффективность от панелей, обеспечить питание для любых бытовых технических устройств.

Примечательно, что при соединении трех инверторов в каскад можно получить трехфазное напряжение со стандартными параметрами, способное стать источником для мощных электродвигателей и прочих установок.

Отличия от ББП

Начинающие пользователи, да и некоторые консультанты в магазинах, часто путают гибридные инверторы и блоки бесперебойного питания (БПП).

Несмотря на множество схожих черт, эти устройства имеют много индивидуальных особенности.

Главные отличия:

  1. БПП — инвертор со встроенным зарядным устройством. Первоначально расходуется энергия, полученная от фотоэлементов, а при ее дефиците система переводится на питание от сети. В таком блоке нет схемы, позволяющей параллельно использовать электричество от сети и энергию АКБ. Они предназначен для раздельного питания и переводятся на другой режим работы в определенных обстоятельствах. Минус в том, что из-за частых переключений АКБ быстро изнашивается. Кроме того, в бюджетных моделях БПП нет опции регулирования максимального напряжения.
  2. Гибридные инверторы — более продвинутое оборудование, лишенное таких минусов. Устройство само настраивается на нужную мощность и может параллельно работать с разными источниками питания. При желании можно установить приоритет на AC или DC. В некоторых моделях можно лимитировать мощность от бытовой электросети.

Гибридные инверторы выгодно отличаются от БПП. Они имеют больший ресурс и способны параллельно работать от разных источников, обеспечивая бесперебойное питание.

Виды и особенности

Гибридные инверторы условно отличаются по нескольким критериям — форме сигнала и количеству фаз. Подробно рассмотрим особенности каждого направления.

По форме сигнала на выходе

Инвертор по форме сигнала бывает трех видов:

  1. Чистая синусоида. На выходе выдается почти идеальная кривая, которая мало отличается от формы синусоиды обычной сети. Это лучшее решение, когда необходимо запитать дорогостоящую аппаратуру, к примеру, компрессоры, котлы, электрические двигатели и другую.
  2. Квази-синус. Здесь кривая на выходе имеет неидеальный характер, что может негативно влиять на работу некоторых приборов. Как правило, появляются шумы и помехи, которые в сложных случаях приводят к выходу аппаратуры из строя. Если через гибридный инвертор питаются моторы (синхронные или асинхронные), мощность снижается где-то на треть, а также появляются признаки перегрева.

Устройства «Квази-синус» имеют небольшие размеры и доступную цену. Их рекомендуется использовать для приборов, в которых нет индуктивных нагрузок, к примеру, лампы накаливания, нагреватели и т. д. При покупке нужно смотреть на гармонические коэффициент, который должен быть меньше восьми процентов.

Что касается последней формы (меандр), она почти не применяется. Ее недостатком является резкое изменение полярности, из-за чего возможны сбои в работе и повреждение оборудования.

По количеству фаз

Следующий критерий для гибридных инверторов — количество фаз.

Здесь доступно два варианта:

  1. Однофазные. На выходе 210-240 В. Используются для бытовой сети. Частота — от 47 до 55 Гц, мощность от 0,3 до 5 кВт. Выпускаются под АКБ с напряжением 12, 24 и 48 В. Для правильной работы важно согласовать мощность устройства и напряжение солнечной батареи.
  2. Трехфазные. Применяются для питания электрических 3-фазных моторов в цехах, промышленности. Имеют мощность от 3 до 30 кВт. Напряжение — 220 или 400 В.
Трех фазный Fronius Symo GEN24 6.0 plus

При желании можно купить комбинированный вариант. Особенность модели — возможность питать одно- или трехфазную нагрузку за счет смещения фаз.

Виды инверторов для СЭС

Существует несколько разновидностей сетевых инверторов, отличающихся некоторыми особенностями конструкции и назначением. При сборке комплекса солнечных батарей используются различные варианты, требующие от владельца правильного понимания специфики и особенностей их работы. Прежде всего, инверторы различают по форме выходного сигнала:

  • синусоидальные
  • прямоугольные
  • псевдосинусоидальные

Синусоидальные

Наиболее предпочтительным вариантом конструкции является синусоидальный инвертор солнечных батарей. Он способен выдать наиболее качественную форму сигнала, оптимальную для всех бытовых приборов, технических и электронных устройств.

Прямоугольные

Инверторы с прямоугольным сигналом — самые дешевые, но их рекомендуют применять только для простых осветительных приборов. Многие виды бытовой техники от таких источников не могут работать.

Псевдосинусоидальные

Псевдосинусоидальные приборы — это компромисс между первым и вторым видами, способными работать с любыми устройствами. Однако, для работы с некоторыми чувствительными видами потребителей их лучше не использовать. Кроме того, от псевдосинусоидальных инверторов могут возникать помехи и шумы.

Кроме этого, есть инверторы, предназначенные для работы в разных условиях.

Подключение инвертора к солнечной батарее

Необходимо приготовить кабель соответствующего сечения, способный выдерживать все возможные нагрузки. Необходимо учитывать, что длина соединительного кабеля между солнечными панелями и инвертором не должна превышать 3 м. Если потребители расположены далеко от модулей, удлиняют высоковольтное плечо — кабель на 220 В. Рассмотрим порядок присоединения прибора к комплекту солнечного оборудования:

Схема

Простейшая схема подключения инвертора — в разрыв между потребителями и аккумуляторами. Этот вариант используется для автономных устройств.

Наиболее сложная схема — для сетевых или гибридных приборов. Параллельно с АКБ подключается сетевое напряжение (на соответствующие контакты), тут же присоединяется нагрузка. Дополнительная пара контактов предназначена для резервируемой системы (резервное освещение, аварийное питание и т. п.). Выбор схемы зависит от назначения и конструкции инвертора, а также наличия подключения к централизованной сети.

Этапы

Процесс соединения приборов никаких сложностей не вызывает. Все контакты поименованы, главная задача — не перепутать их в спешке. Сначала собирают весь комплект — панели, контроллер, АКБ. После этого подключают инвертор и проверяют работоспособность. Обнаруженные ошибки сразу устраняют. Когда появляется полная уверенность в правильности всех соединений, подключают полезную нагрузку — приборы питания. С этого момента солнечные батареи считаются введенными в эксплуатацию.

Выбор инвертора

Устройство современного инвертора

При выборе инвертора необходимо обращать особое внимание на целый ряд технических параметров:

  • номинальная и пиковая мощность;
  • коэффициент полезного действия (КПД);
  • потребляемая мощность без нагрузки;
  • величина температурного диапазона;
  • масса прибора;

Также необходимо обратить внимание на зависимость мощности инвертора от выходного напряжения солнечной или аккумуляторной батареи системы бесперебойного питания солнечных энергоустановок:

  • при 12 В – до 600 Вт;
  • при 24 В – от 600 до 1500 Вт;
  • при 48 В – более 1500 Вт.;

И на наличие защиты от:

  • перегрузки по выходу;
  • короткого замыкания;
  • перегрева;
  • высокого и пониженного, поступающего от батарей напряжения;
Предварительно оценить технические параметры инвертора возможно даже по его весу. Исходя из того, что на 100 ватт выходной мощности приходится 1 кг собственной массы прибора, можно определить, оснащен ли инвертор выходным трансформатором. Выходной трансформатор положительно характеризует качественный инвертор.

Широкий температурный диапазон инвертора также положительно характеризует его работоспособность.

Электроэнергия, получаемая от солнечной батареи, будет экономиться, если:

  1. КПД инвертора находится в пределах 90-95%.
  2. Мощность, потребляемая инвертором без нагрузки, не превышает 1% от величины его рабочей (номинальной) мощности.

Мощности инвертора должно быть достаточно для обеспечения совокупной номинальной потребляемой мощности всех электроприборов, предполагаемых для подключения к солнечной энергоустановке (расчетное значение).

Однако необходимо помнить о том, что практически все электроприборы обладают пусковой мощностью, то есть мощностью, необходимой для пуска конкретного электроприбора.

Эта мощность используется в течение нескольких секунд, после чего прибор начинает функционировать в штатном режиме. Выбирая инвертор, необходимо помнить, что пусковая мощность, указанная в документации, должна ориентировочно в полтора раза превышать величину рабочей (номинальной) мощности.

Обзор моделей

Конструктивные отличия инверторов напрямую определяются типом, к которому они относятся. Сетевые инверторы для систем солнечного энергоснабжения без применения дополнительных аккумуляторов, оснащаются регуляторами отбора максимальной мощности и специальными устройствами для контроля мощности солнечных батарей.

Такие схемотехнические решения позволяют инвертору включаться автоматически в тот момент, когда мощность солнечных батарей достаточна для генерирования переменного тока. Кроме того сетевые инверторы оснащаются стандартными электрическими розетками для подключения различных устройств.

Автономные инверторы конструктивно отличаются от сетевых наличием устройств, которые обеспечивают зарядку аккумуляторных батарей. Кроме того их оснащают целым рядом конструктивных узлов, защищающих аккумуляторы от перезаряда, неправильной полярности аккумуляторов и недозаряда.

Существует огромное количество моделей инверторов для солнечных батарей, которые выпускаются во многих странах мира.

Рассмотрим некоторые из числа тех, что присутствуют на рынке России:

Сетевые инверторы Conext компании Schneider Electric

Эти инверторы разработаны с целью повышения эффективности использования солнечных батарей, устанавливаемых на крышах частных и многоквартирных жилых домов. Они выдержали испытания на надежность MEOST (Multiple Environmental over Stressed Testing) и могут эксплуатироваться в самых тяжелых климатических условиях. К

ПД инверторов Conext составляет 97,5% даже при пиковых нагрузках. Линейка инверторов, присутствующих на рынке обеспечивает функционирование солнечных энергоустановок мощностью от 3 до 20 кВт.

Стоимость инверторов Conext находится в ценовом диапазоне 86900-327300 руб.

Инверторы голландской компании TBS Electronics

Компания с 1996 года выпускает только синусоидальные инверторы Poversine. Ее продукция представлена как маломощными инверторами для отдельных потребителей (номинальная мощность от 175 до 600 Вт) по цене 9400-21600 руб., так и более мощными (номинальная мощность от 850 Вт до 3,5 кВт) стоимостью 37050-79800 руб.

Инверторы российского производства (МАП “Энергия”)

Ассортимент российского производителя очень широк и представлен инверторами мощностью от 800 Вт до 1,2 кВт.

Существует несколько серий инверторов:

  • МАП SIN– инверторы с чистым синусом, ценовой диапазон составляет 22700-130500 руб.;
  • МАП HYBRID – синусоидальные инверторы с возможностью подкачки дополнительной энергии от аккумуляторов, стоимостью от 29700 до 166500 руб.;
  • МАП HYBRID 3 фазы – инверторы с трехфазной конфигурацией.

Все инверторы МАП “Энергия” оснащены мощным зарядным устройством, позволяющим осуществлять зарядку любых типов аккумуляторов.

Китайская компания GoodWE

Продукция которой представлена сетевыми инверторами различной мощности. Компания отличается от остальных тем, что вместе с инверторами предоставляет программу для расчета сетевой системы на солнечных батареях, которая учитывает ориентацию солнечных батарей по углу их наклона, сторонам света и пр.

Кроме того, установив сетевой солнечный инвертор GoodWE, потенциальный потребитель получает возможность наблюдать за его работой с помощью планшетного компьютера или смартфона. Для этого необходимо установить специальное приложение, построенное на операционной системе Android. Также китайский производитель приятно удивляет невысокой ценой на свою продукцию.

Так, широко применяемый в Крыму, трехфазный сетевой инвертор GW20K-DT мощностью 20 кВт стоит 4800 долларов США при установленной гарантии 5 лет. Предлагается также увеличение гарантийного срока до 10 лет, правда тогда его цена возрастает до 5500 долларов США.

Особенности различных моделей

Ниже перечислены некоторые особенности реализации различных функций в инверторах и ограничения в настройках.

Studer Xtender

Лучшие гибридные инверторы в мире на сегодня. В Xtender настраиваются практически все параметры, возможна максимально гибкая и продвинутая настройка системы автономного или резервного электроснабжения. Наши специалисты помогут вам реализовать самые дерзкие ваши пожелания при помощи этого оборудования. См. по тэгу Studer.

Schnieder Electric Conext XW/XW+

Серия XW (серого цвета) снята с производства, но возможен upgrade до функционала XW+. Сейчас выпускается серия XW+, белого цвета. На складах у дилеров еще можно найти серию SW — это упрощенные инверторы, больше в РФ не завозятся. Если вы уже владелец инвертора SE, обратите внимание на аксессуары — коммуникационный комплект Conext Combox, устройство для автозапуска генератора AGS, выносная панель управления SCP.

  1. Возможно задать только 1 промежуток времени для режима добавления мощности; в это время заряд аккумуляторов не происходит, даже если нагрузка меньше, чем ограничение по входному току от сети.
  2. Нельзя настроить или отключить автоматическое повторное включение при повышении напряжения на аккумуляторах после срабатывания защиты по низкому напряжению на АБ. При работе со старыми аккумуляторами или аккумуляторами недостаточной емкости может приводить к постоянному включению-выключению инвертора
  3. Невозможно ограничить потребление от сети настройками инвертора. Ограничение реализуется только подбором входного автомата.
  4. Частота на выходе при работе от АКБ для управления подключенным к выходу сетевым инвертором (любого, поддерживающего отключение или снижение генерации при увеличении частоты опорного напряжения) меняется только у серии XW+ при активированном режиме AC coupling. Также, этот ББП может управлять сетевыми инверторами той же фирмы по фирменному протоколу, для этого требуется соединение коммуникационным кабелем через шлюз ComBox.

Outback G(V)FX(R)

  1. Приоритет для источника постоянного тока активируется при активации «режима продажи» излишков в сеть, при этом нужно выставить значение тока продажи как 0. Также, возможно ограничить ток, отправляемый в сеть- в этом режиме все излишки от солнечных батарей или ветрогенераторов, которые не потребляются нагрузкой, отдаются в сеть. Можно полностью запретить отдачу в сеть, в этом случае излишки пропадают, но приоритет АКБ остается.
  2. Есть прошивки, делающие модели VFXR не просто гибридными, но и дают возможность подключать сетевой инвертор на выход, но по умолчанию в Россию ББП Outback приходят с другими прошивками. Требуется перепрошивка при помощи MATE3 (MATE2 не подходят!), можно делать самостоятельно. После этого можно подключать сетевой к выходу, но частоту на выходе они все-равно менять не могут. Управлять сетевым инвертором в этом случае можно только путем его выключения при помощи внешнего реле, управляемого «сухими контактами» ББП VFXR.

МАП SIN PRO Гибрид и Dominator

Эти инверторы российского производителя являются гибридными в части работы с аккумуляторами. Они могут давать приоритет для источника постоянного тока. К их выходу также можно подключать сетевой фотоэлектрический инвертор (это допускается), и при наличии сети энергия от сетевого инвертора передается на вход МАП.

Преимущества МАП Гибрид и Доминатор могут проявиться только при работе солнечных батарей через контроллеры заряда и при работе с сетевыми инверторами, подключенными к выходу. МАП Энергия Доминатор может заряжать аккумуляторы от сетевого инвертора, подключенного к выходу, в режиме работы Преимущества МАП Гибрид и Доминатор могут проявиться только при работе солнечных батарей через контроллеры заряда и при работе с сетевыми инверторами, подключенными к выходу. МАП Энергия Доминатор может заряжать аккумуляторы от сетевого инвертора, подключенного к выходу, в режиме работы ББП от аккумуляторов, т.е. при пропадании сетевого электричества аккумуляторы будут заряжаться, но действуют те же ограничения на величину зарядного тока, как и при заряде от сети — мощность ЗУ равна 40% от номинальной мощности ББП. Если будут излишки солнечной энергии — МАП начнет повышать частоту инвертора, чтобы снизить мощность сетевого инвертора или отключить его. Это нужно учитывать при проектировании системы электроснабжения с солнечными батареями.

Rich Electric CombiPlus

Эти инверторы тайваньского производителя допускают подключение сетевого инвертора к выходу, но управлять могут только сетевым инвертором SolarWorx по коммуникационному кабелю. Частоту на выходе не меняют. Поэтому на выход CombiPlus не рекомендуется подключать иные, чем SolarWorx, сетевые фотоэлектрические инверторы — он не сможет их отключить при наличии излишков солнечной электроэнергии.

Одним из преимуществ ББП CombiPlus является сохранение номинальной мощности до температуры 70°С. Ни один из инверторов известных нам других производителей не обладает такой характеристикой, обычно мощность на выходе начинает ограничиваться при разогреве инвертора до 45°С.

Источники

  • https://SamElectric.ru/powersupply/domashnyaya-energosistema-na-solnechnyh-batareyah.html
  • https://www.el-info.ru/avtonomnaya-setevaya-ili-gibridnaya-ses-otlichiya-preimushhestva-i-nedostatki/
  • https://e-solarpower.ru/gibridnye-solnechnye-paneli/
  • https://www.solarhome.ru/basics/autonom/system_coupling.htm
  • https://ElektrikExpert.ru/vse-pro-gibridnyj-invertor.html
  • https://Energo.house/sol/invertor-dlya-solnechnyh-batarej.html
  • https://slarkenergy.ru/solar/battery/invertor.html
  • https://www.solarhome.ru/inverter/bat-inverter/hybrid-inverters.htm

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: