Гибридный инвертор для солнечных батарей: выбор и принципы устройства

Энергосистемы с одновременным использованием традиционного электроснабжения и электричества от солнца – это экономически выгодное решение для частных домов, коттеджей, дачных поселков и производственных помещений.

Обязательным элементом комплекса является гибридный инвертор для солнечных панелей, который определяет, как подается напряжение, обеспечивая бесперебойную и эффективную работу солнечной системы.

Чтобы система работала эффективно, необходимо не только выбрать оптимальную модель, но и правильно ее подключить. А как это сделать: разберем в нашей статье. Также мы учтем типы существующих преобразователей и лучшие предложения на рынке сегодня.

Оценка возможностей гибридного инвертора

Использование возобновляемых источников энергии солнца в сочетании с централизованной подачей электроэнергии дает ряд преимуществ. Нормальная работа солнечной системы обеспечивается слаженной работой ее основных моделей: солнечных батарей, контроллера заряда, аккумулятора и одного из ключевых элементов – инвертора.

Солнечный инвертор – устройство для преобразования постоянного тока (DC) от фотоэлектрических панелей в переменное электричество. Именно на токе с напряжением 220 В работает бытовая техника. Производство электроэнергии бессмысленно без инвертора.

Схема работы системы: 1 – солнечные модули, 2 – контроллер заряда, 3 – аккумулятор, 4 – преобразователь напряжения (инвертор) переменного тока (AC)

возможности гибридной модели лучше оценивать по характеристикам ближайших конкурентов: автономных и сетевых «преобразователей».

Конвертер типов сети

Устройство работает от нагрузок электросети. Выход преобразователя подключен к потребителям электроэнергии, сети переменного тока.

Схема простая, но имеет ряд ограничений:

• работа при наличии переменного тока в сети;
• напряжение сети должно быть относительно стабильным и находиться в рабочем диапазоне инвертора.

Разнообразие востребовано в частных домах с действующим «зеленым» тарифом на электрификацию.

В течение дня с минимальным потреблением энергии произведенная электроэнергия поступает в сеть по «зеленым» тарифам, с вечера до утра здание «питается» от централизованной электросети

Автономная версия устройства

Устройство питается от аккумулятора, который заряжается солнечными батареями через контроллер MRPT. В системе используются батареи нескольких типов, в том числе высокотехнологичные литиевые.

При максимальном «наполнении» накопителя избыточная электроэнергия передается на вход инвертора, выход которого подключен к конечным потребителям переменного тока.

В случае отсутствия солнечной активности энергия берется из аккумуляторов и «преобразуется» через инвертор напряжения.

Особенности автономной установки:

• возможность автономной работы при отсутствии переменного тока в сети;
• КПД установок 90-93%.
• некоторые модели поддерживают «зеленый» тарифный режим;

Чтобы гарантировать абсолютную автономность системы, необходим точный расчет мощности солнечных панелей и достаточная энергоемкость батареи.

Возможность автономного использования инвертора без включения централизованного подключения к сети в системе. Автономный преобразователь требуется в районах с полным отсутствием или низким качеством электроснабжения

Инвертор гибридного типа

Модель отличается от описанных выше устройств особой производственной «архитектурой». Внутри находится специальная электрическая схема, позволяющая в режиме преобразователя работать параллельно с источником тока (сетью, генератором).

В то же время нагрузка питается от центральной сети и солнечных батарей, а приоритетная функция закреплена за поставщиком постоянного тока.

Гибридный преобразователь позволяет наиболее эффективно использовать солнечную энергию, не прерывая электроснабжение от центральной станции или генератора

Конкурентные преимущества заключаются в универсальности гибридных инверторов:

1. Сеть представляет собой своего рода емкую батарею со 100% -ным КПД. Все излишки, генерируемые фотоэлектрическими пластинами, могут быть перенаправлены в центральную сеть по «зеленой ставке.
2. Обеспечьте бесперебойное питание. При отключении основного питания система перестраивается в автономный режим, защищая всех потребителей от скачков напряжения.
3. Увеличьте лимит мощности сети при пиковых нагрузках за счет добавления энергии от комплекса аккумулятор-инвертор.

При уменьшении потребления гелиокомплекс переходит в режим зарядки и через некоторое время снова готов к работе. На функцию двойного источника питания могут указывать: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

Галерея изображенийФото из Задача гибридных инверторов – преобразовать непрерывную энергию, вырабатываемую фотоэлементами батареи, в переменный ток, подходящий для питания стандартных бытовых приборов. При этом он будет действовать как обычный инвертор. В ассортименте гибридных инверторов есть модели, мощность которых может быть добавлена ​​к мощности сети. Эта функция необходима, если мощности электрической линии недостаточно для развития пиковой нагрузки.В большинстве случаев для преобразования энергии, вырабатываемой частными мини-электростанциями, достаточно однофазного гибридного инвертора. Для общественных и промышленных установок лучше всего приобретать трехфазный. При незначительном энергоснабжении от солнечных панелей аккумуляторы заряжаются от сети. Если потребляемая мощность из сети слишком велика, добавьте батареи или дополнительно приобретите Powerwall со встроенным инвертором. Расположение оборудования, необходимого для работы солнечной системы, в одном корпусе позволяет компактно и удобно расположить устройства. Гибридный инвертор предлагает возможность более гибкой конфигурации для получения энергии от солнечных панелей или сети.Рабочие параметры гибридного инвертора отображаются на ЖК-дисплее гибридного инвертора. При подключении к ПК практически любое новое устройство может отправлять данные владельцу или хранить их в облаке для отчетности производителю. Модели гибридных инверторов Оборудование солнечных панелей Вариант подключения гибридного инвертора Электропитание переменного тока Трехфазное и однофазное оборудование Li-ion аккумулятор со встроенным инвертором. Оборудование для гибкой регулировки потребления. Отображение рабочих параметров на экране

Мощность добавляется по следующим принципам:

• если потребляемая мощность ниже максимального потребления сети, помимо питания нагрузки заряжается аккумуляторная батарея;
• если нагрузка превышает предельное значение мощности сети, нехватка компенсируется электричеством, запасенным солнечной батареей.
• при отсутствии сетевого напряжения электроэнергия потребляется, принимается батареей и преобразуется инвертором;

Перечисленные режимы работы поддерживают гибридные модели с зарядными устройствами.

Некоторые многофункциональные инверторы предназначены для одновременного подключения нескольких линий переменного тока для автоматического переключения. Высокотехнологичные модели самостоятельно регулируют заряд аккумулятора

Разнообразие преобразователей тока

Выбирая «сердце» автономной энергосистемы, следует правильно сравнивать задачи, которые ставятся перед оборудованием, с его потенциальными возможностями.

Основными особенностями классификации гибридных инверторов являются: алгоритм изменения режимов работы, форма выходного напряжения и возможность обслуживания однофазной или трехфазной сети.

Сравнение BBP и гибридной установки

Некоторые компании непреднамеренно обманывают потребителя, называя источник бесперебойного питания (ИБП) гибридным инвертором. Казалось бы, оба устройства выполняют схожие задачи, но есть одно существенное отличие.

BBP – это инвертор с зарядным устройством. Модуль гарантирует, прежде всего, потребление энергии от фотоэлектрической системы, а в противном случае он переключается на потребление от сети.

Блок питания не может выполнять функцию «смешивания» электрической энергии, накопленной аккумуляторами, с электросетью. Приоритет потребления от источника постоянного тока достигается отключением от сети и переключением на работу от батареи

Работа системы в «рывком» режиме вызывает дальнейший цикл батареи и ускоряет ее износ. Большинство недорогих источников питания имеют нерегулируемое пороговое напряжение.

В гибридных инверторных моделях солнечных панелей такие перенапряжения исключены – агрегат подстраивается под необходимую мощность и работает одновременно с несколькими источниками питания.

Вы можете сами выбрать приоритетное потребление. Как правило, упор делается на использование энергии солнечных батарей. В некоторых гибридных установках есть возможность ограничить потребление энергии из городской сети.

Сравнение функций популярных модификаций гибридных и BBP «конвертеров». В моделях серии Victron возможно увеличение мощности инвертора за счет сети

Вариации формы волны инвертора

Солнечные преобразователи классифицируются по типу выходного сигнала.

Различать:

• чистая синусоида;
• меандр.
• модифицированный синус (почти синусоидальный);

Последний вариант практически не применяется, так как резкая смена полярности вызывает сбои в работе оборудования.

Инвертор с «U-образным» сигналом не сможет защитить устройства от скачков напряжения. Кроме того, большая часть бытовой техники не чувствует “извилистого” тока

Что такое чистая синусоида?

Преобразователь выдает сигнал высокого качества, превосходящий сигнал тока сети. Это лучший вариант, обеспечивающий работу «чувствительного» оборудования: отопительных котлов, компрессоров, электродвигателей, медицинского оборудования и устройств на базе трансформаторных источников питания.

Недостатки синусоидальных инверторов: дороговизна и большие габариты. Покупка синусоидального преобразователя обойдется в два раза дороже, чем почти синусоидальная модель с той же конечной мощностью

Особенности квази-синуса

Передача энергии сигнала в виде модифицированной синусоидальной волны может снизить эффективность некоторых устройств, вызвать шум, вызвать помехи или вызвать отказ оборудования.

При питании низкочастотных трансформаторов, асинхронных и синхронных двигателей видны потери мощности 20-30%. Этот «недостаток» преобразуется в тепловую энергию, излишне нагревая устройства.

Псевдосинусоидальные инверторы компактны и доступны по цене. Их использование рекомендуется для питания устройств без индуктивных нагрузок, рассчитанных на потребление активных составляющих электрической энергии.

В эту группу входят: термоэлектрические нагреватели, лампы накаливания систем освещения и другие резистивные конструкции.

Варианты модифицированной груди: 1 – усложненная форма меандра с изломом, 2 – приближение к чистому синусу за счет увеличения количества переходов

Форма выходного сигнала указывается в паспорте инвертора или ИБП. Возможные обозначения: «Назад» – гарантия отсутствия чистого синуса, «Смарт» – вероятность получения на выходе качественного тока.

Некоторые производители в сопроводительном документе отмечают гармонические искажения (индекс гармонических искажений). Если параметр меньше 8%, прибор производит почти идеальную грудь.

Однофазные и трехфазные модели

Однофазные инверторы в основном интегрируются в схему бытовой фотоэлектрической системы со стандартным напряжением 220 В.

Диапазон выходного напряжения при подключении к одной фазе в разных моделях варьируется от 210-240В, выходная частота 47-55Гц, мощность 300-5000Вт.

Однофазные инверторы выпускаются на стандартные значения напряжения аккумуляторной батареи: 12, 24 и 48 В. Чтобы преобразователь не работал на пределе своих возможностей, необходимо согласовать мощность «преобразователя» с напряжением солнечная батарея или аккумулятор.

Диапазон зависимости характеристик аккумулятора (напряжение – В) и солнечного преобразователя (номинальная мощность – Вт): 12 В – в пределах 600 Вт, 24 В – до 1,5 кВт, 48 В – более 1,5 кВт

Трехфазные инверторы используются для обеспечения трехфазного тока, питающего электродвигатели. Основное применение – производство, лаборатории, коммерческие цели.

Трехфазные инверторы отличаются большой мощностью (3-30 кВт), широким диапазоном выходного переменного напряжения (220В / 400В).

На рынке также есть комбинированные модели. К ним относятся однофазные инверторы с возможностью синхронизации выходов инвертора со сдвигом фаз – это позволяет питать трехфазные нагрузки. В другой статье мы рассмотрели всевозможные технологии преобразования энергии от солнечных батарей.

Параметры выбора солнечного инвертора

Эффективность преобразователя и всей системы электроснабжения во многом зависит от правильного выбора параметров оборудования.

Помимо вышеперечисленных функций, вам следует оценить:

• вид защиты;
• Эффективность;
• установочные размеры;
• наличие дополнительных функций.
• рабочая температура;
• выходная мощность;

Более подробно все эти особенности мы рассмотрим ниже.

Критерий n. 1 – мощность устройства

Рейтинг «солнечного» инвертора выбирается исходя из максимальной нагрузки в сети и ожидаемого времени работы. В режиме запуска привод может обеспечить кратковременное увеличение мощности при вводе емкостных нагрузок в эксплуатацию.

Этот период типичен, когда включены посудомоечные, стиральные машины или холодильники.

При использовании осветительных ламп и телевизора подойдет маломощный инвертор мощностью 500-1000 Вт. Как правило, требуется расчет общей мощности приводимого оборудования. Требуемое значение указано прямо на корпусе устройства или в сопроводительном документе.

полученное значение желательно увеличить на 20-30% – это будет необходимая выходная мощность инвертора. Например, общая мощность оборудования 500 Вт / ч, время автономной работы 5 часов Расчет: 500 Вт / ч * 5 ч * 1,2 = 3000 Вт / ч

Критерий n. 2 – уровень защиты

Качественный солнечный инвертор должен иметь разные уровни защиты. Возможные варианты: принудительная система охлаждения, защита от короткого замыкания, защита от провалов и скачков напряжения в сети.

также немаловажно наличие герметичного усиленного корпуса, исключающего попадание пыли и частиц влаги. Индекс защиты электрического оборудования стандартизирован в соответствии со стандартом IEC-952.

Индекс обозначается как IP AB, где A – уровень защиты от проникновения посторонних частиц внутрь устройства, B – устойчивость к влаге

Для уличных условий подходят модели с индексом «IP65»: прочность и надежность инвертора позволяют использовать его в уличной атмосфере.

Критерий n. 3 – рабочая температура и габариты

Широкий диапазон значений – показатель достойного качества сборки инвертора. Значение показателя особенно актуально при размещении преобразователя в неотапливаемом помещении.

Вес – косвенный показатель качества инвертора. Бытует мнение: чем тяжелее преобразователь, тем он мощнее. Это связано с наличием трансформатора в высокомощном оборудовании.

В «легких» моделях отсутствие трансформатора может вызвать повреждение инвертора при приложении высокого пускового тока.

По наблюдениям, один килограмм веса солнечного преобразователя соответствует выходной мощности 100 Вт. Размер инвертора определяет способ его установки

Критерий n. 4 – КПД

Специалисты рекомендуют покупать нынешние «преобразователи» с КПД 90% и более. Только с этим параметром работа солнечной системы будет эффективной и ее расположение будет правильным. Потеря 10% солнечной энергии – недопустимая роскошь».

Дополнительные возможности. Расширенные функции влияют на стоимость оборудования и не всегда требуются. Однако некоторые варианты стоят вложений.

К полезным и нужным «приспособлениям» можно отнести:

• регулирование периода заряда аккумулятора;
• установка индикатора напряжения – предотвращение «скачков» сетевого напряжения;
• возможность совместной работы с сетевым преобразователем;
• возможность обновления инвертора путем обновления прошивки.
• обеспечение работы с аккумуляторами различных типов (щелочные, литий-железо-фосфатные, гелиевые, AGM, кислотные);
• автоматическое добавление инверторной мощности в электросеть;
• выбор приоритетного источника тока;

Современные преобразователи могут быть подключены к ПК для программирования и мониторинга.

Производители предлагают бесплатное программное обеспечение для контроля работы электрооборудования и сетей. Интересная опция – возможность отправлять SMS-уведомления о состоянии системы по запросу пользователя

Обзор самых популярных гибридных преобразователей

Среди потребителей хорошие отзывы получили инверторы зарубежных компаний: Xtender (Швейцария), Prosolar (Китай), Victor Energy (Нидерланды), SMA (Германия) и Xantrex (Канада). Национальный представитель – MAP Sine.

Серия многофункциональных инверторов Xtender

Гибридный преобразователь Studer от Xtender – это воплощение швейцарского стандарта качества в силовой электронике. Солнечные инверторы серии Xtender отличаются показательными характеристиками сопротивления и широкими функциональными возможностями.

Разнообразие моделей: ХТС – маломощные представители, ХТМ – средней мощности, ХТН – мощные инверторы.

Диапазоны мощностей Xtender: ХТС – 0,9-1,4 кВт, ХТМ – 1,5-4 кВт, ХТН – 3-8 кВт. Выходное напряжение – 230 Вт, частота – 50 Гц

Каждая серия гибридных преобразователей Xtender имеет следующие функции и опции:

• «Перемешивание» питания в сеть от АКБ;
• дежурный режим с широким диапазоном регулировки;
• контроль за работой резервного генератора;
• удаленный мониторинг параметров системы.
• разнообразие настроек установщика;
• чистый синусоидальный источник питания;
• при снижении напряжения в сети снижается потребление от блока питания;
• два режима выбора приоритета: первый – «мягкий» с подзарядкой от сети в пределах 10%, второй – полное переключение на аккумулятор;

Все версии имеют функцию Smart Boost – подключение к разным «поставщикам» источника питания (генераторная установка, сетевой инвертор) и Power Shaving – гарантированное покрытие пиковых нагрузок.

Оптимальные просолярные гибридные преобразователи

Модель китайского производства отличается хорошими характеристиками и приемлемой ценой (около 1200 долларов). Инвертор оптимизирует работу солнечных элементов, сохраняя неиспользованную энергию в батарее.

Технические характеристики: форма напряжения – синусоидальная, КПД преобразования – 90%, масса установки – 15,5 кг, допустимая влажность – 90% без конденсации, температура от -25 ° С до + 60 ° С

Отличительные черты:

• информативный компакт-диск, отображающий рабочие параметры системы;
• коммуникативность инвертора.
• регулирование максимального тока до 25А;
• 3-х уровневое зарядное устройство;
• возможность построения точки предельной мощности солнечной батареи;

Конвертер подключается к ПК через программное обеспечение (поставляется в комплекте). Есть возможность обновить инвертор с помощью инновационных вспышек.

Синусоидальные инверторы Phoenix Inverter

Инверторы Phoenix соответствуют высоким требованиям и подходят для промышленного применения. Серия Phoenix Inverter выпускается без встроенного зарядного устройства.

Преобразователи оснащены шиной данных VE.Bus и могут работать в параллельной или трехфазной конфигурации.

Диапазон мощностей модельного ряда 1,2-5 кВт, КПД 95%, вид напряжения синусоидальный.

В таблице приведены характеристики гибридной версии инвертора Victron Energy 48/5000. Ориентировочная стоимость инвертора Phoenix 5 кВт – 2500 долларов США.

Конкурентные преимущества:

• технология SinusMax поддерживает запуск «тяжелых нагрузок»;
• установка программируемых параметров через ПК.
• наличие реле сигнализации – оповещение о перегреве, низком напряжении аккумуляторной батареи и так далее;
• два режима энергосбережения: возможность поиска нагрузки и снижения тока холостого хода;

Для достижения высокой мощности можно параллельно подключить до шести инверторов к одной фазе. Например, комбинация из шести блоков 48/5000 может обеспечить выходную мощность 48 кВт / 30 кВА.

Домашние устройства MAC Gibrid и Dominator

МАП Энергия разработала две модификации гибридного преобразователя: Гибрид и Доминатор.

Диапазон мощностей оборудования 1,3-20 кВт, временной интервал переключения из одного режима в другой до 4 мс, предусмотрена возможность «качать» электроэнергию в городскую сеть.

Сравнительная таблица емкостей преобразователей. Оба типа могут работать в режиме ECO, каждая модель «обменивается данными» с веб-сервером для удаленного мониторинга и регулирования

Общие характеристики преобразователей напряжения Gibrid и Dominator:

• отсутствует стабилизация входного напряжения;
• класс IP21;
• ограничить потребление тока на входе переменного тока;
• потребление в «спящем» режиме – 2-5Вт.
• выработка избыточной энергии в сети;
• трансформатор на основе тора;
• режим «прокачки» мощности;
• выход – чистая грудь;

КПД преобразователей достигает 93-96%. Приборы успешно прошли испытания на использование при сверхнизких температурах (граничное значение -25 °, допускается кратковременное снижение до -50 ° С).

Возможные схемы подключения

При строительстве фотоэлектрического комплекса, совмещенного с центральной сеткой, существует несколько вариантов подключения инвертора.

Вариант № 1 – схема с контроллером заряда постоянного тока

Самый популярный вариант, при котором аккумулятор заряжается через солнечный контроллер MRPT (Peak Power Point Analysis).

В схеме используется преобразователь, который поддерживает передачу электроэнергии в сеть или нагрузку, если напряжение батареи превышает заданный пользователем параметр

Особенности решения:

• эффективное использование возобновляемых источников энергии при наличии / отключении сети;
• возможность активировать работу от солнечной системы после разрядки аккумулятора.

И еще одно решение – это еще и небольшое увеличение потерь на преобразование энергии в секции «контроллер-аккумулятор-инвертор».

Вариант № 2 – схема с гибридным и сетевым преобразователем

Сетевой преобразователь на выходе аккумуляторного инвертора. По схеме два преобразователя подключены к разным солнечным батареям.

Гибридный преобразователь подключается к дополнительной фотоэлектрической панели для зарядки аккумулятора, сетевой преобразователь подключается к основному солнечному модулю.

В нормальных условиях (наличие сетевого тока) сетевой преобразователь питает резервную нагрузку, эффективность преобразования составляет примерно 95%. Избыточная энергия поступает в аккумулятор, а при полной зарядке – в общую сеть

Особенности системы:

• высокий КПД и минимизация потерь на стороне постоянного тока благодаря достаточному уровню напряжения солнечной батареи;
• необходимость адаптации работы сетевого инвертора.
• использование гибридных инверторов, предназначенных для зарядки АКБ от выхода;
• аккумуляторы почти всегда работают в буферном режиме, что увеличивает срок их службы;
• бесперебойная работа независимо от наличия напряжения центральной сети;

Общая мощность сетевого преобразователя не должна превышать мощность гибридного «преобразователя»: это позволяет использовать энергию солнечных батарей в случае разряда батареи или сбоя питания.

Независимо от выбранной схемы, при подключении инвертора необходимо учитывать ряд нюансов:

1. Соединения кабеля постоянного тока не должны быть длинными. Желательно размещать инвертор рядом (до 3 м) от солнечных батарей, и таким образом «строить» линию с переменным током.
2. Запрещается монтировать привод на конструкции из горючих материалов.
3. Настенный инвертор расположен на уровне глаз для облегчения чтения информации с дисплея.

Особые требования предъявляются к подключению моделей мощностью более 500 Вт. Подключение должно быть жестким с надежным контактом между выводами устройства и проводами.

Также на нашем сайте есть другие статьи по солнечной энергии и подключению отдельных узлов и модулей при сборке автономной системы.

Рекомендуем ознакомиться со следующими материалами:

• Схема подключения солнечных панелей: к контроллеру, к батарее и к обслуживаемым системам
• Как сделать солнечную панель своими руками: как собрать и смонтировать солнечную панель
• Солнечное зарядное устройство: как работает и как работает солнечная зарядка

Выводы и полезные видео по теме

Понятие «гибридный инвертор», его устройство, функции и опции:

Обзор возможностей, режимов работы и эффективности использования многофункционального преобразователя InfiniSolar 3 кВт:

Проектирование солнечной энергосистемы – сложная и ответственная задача. Расчет необходимых параметров, подбор комплектующих гелиокомплекса, подключение и ввод в эксплуатацию лучше доверить профессионалам.

Ошибки могут привести к сбоям системы и неэффективному использованию дорогостоящего оборудования.

Вы ищете лучший инвертор для автономной солнечной энергосистемы? У вас есть вопросы, которые мы не рассмотрели в этой статье? Задайте их в комментариях ниже – мы постараемся вам помочь.

А может быть, вы заметили неточности или неточности в представленном материале? Или хотите дополнить теорию практическими советами, основанными на личном опыте? Напишите нам об этом, поделитесь своим мнением.