Гибридный инвертор для солнечных батарей: виды, обзор лучших моделей + особенности подключения

Виды фотоэлементов

Основная и довольно сложная задача – найти и купить фотоэлектрические преобразователи. Они представляют собой кремниевые пластины, которые преобразовывают солнечную энергию в электричество. Фотоэлементы делятся на два типа: монокристаллические и поликристаллические. Первые более эффективны и отличаются высоким КПД – 20-25%, а вторые всего до 20%. Поликристаллические фотоэлементы ярко синие и менее дорогостоящие. А моно- можно отличить по форме – она не квадратная, а восьмиугольная, и цена на них выше.

Если паять получается не очень хорошо, то для подключения солнечной батареи своими руками рекомендуется приобретать готовые фотоэлементы с проводниками. Если же присутствует уверенность, что припаять элементы получится самостоятельно, не повредив преобразователь, можно приобрести набор, в котором проводники приложены отдельно.

Что представляет собой устройство?

Принцип работы системы, основу которой составляют солнечные батареи, заключается в выработке постоянного тока напряжение от 12 до 48В, который используется для зарядки аккумуляторов. Но поскольку бытовая техника нуждается в переменном токе, то она подключается к источнику питания через инвертор-преобразователь напряжения.

Основной задачей такого прибора является преобразование постоянного тока, производимого солнечными батареями в переменный. В дальнейшем такая энергия может использоваться различными устройствами. Мощность инвертора-преобразователя напряжения может быть от 100 до 8000 Вт. Это позволяет выбирать прибор, параметры которого соответствуют общей нагрузке в сети электропитания конкретного объекта.

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.

Принцип работы и разновидности

Схема работы системы с инвертором. (Нажмите для увеличения)Инвертор является полупроводниковым прибором. (Полупроводник – это вещество, которое имеет электропроводимость среднюю между той, которую имеет металл (высокая) и диэлектрик (не проводит электрический ток)).

В зависимости от типа фотоэлектрической системы, а также и от способа подключения к солнечной электростанции, существуют следующие виды этого аппарата:

1. Инвертор, предназначенный для автономной системы солнечных панелей. У него есть генератор частоты.
2. Сетевой инвертор. Работает синхронно с основной электрической сетью.
3. Гибридный. Подходит для двух видов подключения. Работает как с аккумулятором, так и непосредственно с самой станцией, вместе или по отдельности.

Статью об особенностях гибких солнечных батарей читайте здесь.

Эта статья о том, как выбрать солнечную батарею.

Вакуумные модификации

Вакуумная солнечная электростанция для дома всегда славилась своей производительностью. Однако на сегодняшний день такие модели являются дорогими. Данные устройства производятся с канальными переходниками, которые подключаются через порты. Если верить экспертам, то многие модели способны работать при низкой частоте и при этом выдавать высокое напряжение.

Показатель допустимой токовой нагрузки располагается на уровне 5 А. Системы защиты у батарей применяются разного класса. Отражатели довольно часто используются магнитного типа, и они устанавливаются на пластины. Преобразователи применяются низкой чувствительности. Если верить экспертам, то не стоит выбирать устройства с широкополосными приемниками. Они не способны работать от компаратора и при этом страдают от импульсных помех.

Сравнение возможностей различных гибридных инверторов

Гибридные инверторы, выпускаемые различными производителями основаны на одинаковом принципе работы и обладают однотипными достоинствами и недостатками, но все же у них есть различия, которые характеризуют их технические возможности и условия эксплуатации.

К таким различиям, на основании которых можно сравнить возможности той или иной модели, можно отнести следующие показатели:

• Возможность подмешивания энергии от аккумуляторных батарей к энергии от внешней сети, с приоритетом источников постоянного тока;
• Возможность добавления мощности устройства к сетевой мощности.
• Возможность подключения сетевого фотоэлектрического инвертора на выход устройства.
• Возможность регулирования частоты электрического тока на выходе устройства, в зависимости от напряжения на аккумуляторной батарее.
• Наличие режима автоматического переключения цепи питания потребителей «аккумулятор-внешняя сеть» в зависимости от напряжения на аккумуляторной батарее.

Классификация по количеству фаз

Инверторы, применяемые в гибридных системах, классифицируются по количеству фаз и могут быть одно- или трехфазными. Однофазные устройства как правило используются в системах с солнечными панелями со стандартными показателями напряжения в 220 вольт. Через них осуществляется питание бытовых приборов и другого оборудования. Выходное напряжение, подключенное к одной фазе, может колебаться в диапазоне от 210 до 240 В, изменения частоты на выходе составляют 47-55 Гц, а колебания мощности – от 300 Вт до 5 кВт.

Модификации однофазных инверторов работают с различными напряжениями аккумуляторов – 12, 24 и 48 вольт. Нежелательно, чтобы преобразователь работал в критических условиях, на пределе своих возможностей, поэтому его мощность согласовывается с напряжением АКБ или солнечных панелей.

Гибридный инвертор трехфазного типа предусмотрен для работы с соответствующими токами, которые используются для питания трехфазных электродвигателей. Они устанавливаются в производственных цехах и помещениях, на объектах коммерческого назначения. Эти приборы отличает очень высокая мощность – от 3 до 30 кВт и переменное напряжение в широком диапазоне – от 220 до 400 вольт.

Современный рынок электротоваров представлен также комбинированными преобразователями. Как правило, это однофазные приборы, способные синхронизировать выходы со сдвигом фаз. За счет этого становится возможным питание трехфазных нагрузок.

Разновидности инверторов в солнечных системах

Отсутствие инвертора делает энергетическую систему бесполезной для использования, поскольку полученная энергия не может быть использована по прямому назначению.

Инверторы можно условно разделить на три категории:

• Автономные устройства (рис. 1). Они самостоятельно соединяются с солнечным модулем и представляют собой обособленную часть общей фотоэлектрической системы. Эти приборы полностью независимы от внешней централизованной электрической сети. Мощность всех типов автономных инверторов составляет от 100 ватт до 8 киловатт.
• Сетевые или синхронные инверторы (рис. 2). Устанавливаются на участке между централизованной электросетью напряжением 220 вольт и солнечной батареей. Сетевой инвертор для солнечных батарей функционирует синхронно с основным источником тока и применяется только в дневное время для подключения отдельных электроприборов.
• Многофункциональные или гибридные инверторные устройства. Они не только преобразуют электрический ток, но и осуществляют корректировку амплитудных перепадов, частотных показателей и других параметров сети. Данное оборудование считается наиболее надежным, поскольку в случае неполадок во внешних сетях, происходит автоматическое отключение инвертора. Для накопления преобразованной электроэнергии применяются аккумуляторные батареи.

Существует дополнительная классификация солнечных инверторов, в зависимости от выходного напряжения. Поэтому они делятся на синусоидальные и меандровые. В первом случае выходное напряжение инвертора практически совпадает с аналогичным параметром домашней сети.

Данный вариант отлично подходит для электронной техники и оборудования, обладающими повышенной чувствительностью и отрицательно реагирующими на скачки и перепады напряжения. Выходной сигнал у таких инверторов представляет собой чистую синусоиду.

Меандровые устройства отличаются импульсными выходными сигналами, отображаемыми в прямоугольной форме, что является модифицированным синусом. Такие инверторы лучше всего подходят для оборудования, использующего преимущественно активную мощность.

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.

Гибридный инвертор для солнечных батарей: недостатки

Альтернативой получения энергии от солнца и преобразование ее в электрический ток являются солнечные электростанции. Преобразовать солнечную энергию в переменный ток система может только при наличии качественного инвертора. Гибридные инверторы сочетают в себе два вида инверторов: сетевые и автономные.

Самый большой плюс в том, то гибридный инвертор может использовать для своей работы постоянный и переменный ток

Важно заметить, что количество солнечного света и энергии, которая преобразуется, не повышается. Зато инвертор работает во много раз безопаснее

Недостатки гибридного инвертора:

• Невозможность функционирования без сетевого напряжения.
• Преобразователь энергии работает от аккумулятора, и если тот разрядиться, то инвертор перестанет работать.

Решить эту проблему можно. Для этого на всякий случай нужно всегда иметь дополнительные элементы, которые будут работать через контроллер. Использование гибридного инвертора – отличный вариант для экономного и разумного использования солнечной энергии. Растраты на покупку инвертора и его установку быстро окупаются.

Принцип работы

Основная задача преобразователя напряжения, каковым является по своей сути инвертор, заключается в преобразовании напряжения низкого порядка постоянного или переменного тока (12/24 Вольт), в напряжение более высшего порядка переменного тока (220/380 Вольт).

Принцип работы подобных устройств, основан на двойном преобразовании исходных параметров. Вначале напряжение, подаваемое на вход устройства, преобразуется из постоянного в переменное, а затем повышается до требуемых значений.

По своей конструкции гибридные инверторы совмещают в себе функции сетевого и автономного преобразователя напряжения. Наличие в конструкции контроллера заряда, позволяет исключить из электрической цепи один элемент, каковым являются отдельно устанавливаемые модели контроллеров.

Гибридный инвертор способен синхронизировать свою работу с внешней электрической сетью, что позволяет перекачивать излишки накопленной энергии в эту сеть. Устройства данного типа работают при отсутствии напряжения во внешней сети, переключая нагрузку потребителя на питание от аккумуляторных батарей в автоматическом режиме.

Данные агрегаты способны использовать накопленную энергию в аккумуляторах, которые заряжаются от солнечной панели или ветрового генератора, одновременно с энергией от внешней сети или иного источника энергии (генератора), не отключаясь при этом от этой самой сети.

Отличие инвертора от ББП

Проектируя систему гибридного электроснабжения, необходимо учитывать потенциальные возможности основного инвертора по обеспечению электроэнергией подключаемой нагрузки. Довольно часто данные устройства называют блоками бесперебойного питания (ББП). Однако, несмотря на целый перечень одинаковых функции и задач, это по сути два разных прибора, заметно отличающихся друг от друга.

Дело в том, что ББП является инвертором, в который дополнительно встроено зарядное приспособление. Данный модуль рассчитан на первоочередное расходование электроэнергии, вырабатываемой фотоэлементами, и лишь при ее недостаточном количестве он переключается на сетевое потребление. В ББП отсутствует схема, позволяющая совместно использовать энергию аккумуляторов и электричество центральной сети. Они рассчитаны на раздельное потребление и переключаются между собой при наступлении определенных условий.

Такая эксплуатация в режиме постоянных переключений увеличивает количество циклов зарядки и разрядки аккумуляторной батареи, вызывая ее преждевременный износ. Дешевые блоки бесперебойного питания лишены возможности регулировок значений порогового напряжения.

В гибридных инверторах, используемых вместе с солнечными батареями, отсутствуют все перечисленные недостатки, характерные для ББП. Эти устройства самостоятельно подстраиваются под нужную мощность и могут одновременно функционировать с разными видами источников электроэнергии. Регулировки предусматривают выбор приоритетного потребления и в большинстве случаев эта роль отводится солнечным панелям. Некоторые гибридные модели способны ограничивать мощность, поступающую из центральной сети.

Принцип работы инвертора

С технической точки зрения каждый инвертор по своей сути является преобразователем. Эти устройства относятся к комплексным источникам бесперебойного питания, обеспечивающим преобразование постоянного напряжения в переменное. Получаемые на выходе 220 вольт, обеспечивают нормальную работу приборов и бытовой техники, имеющихся в доме.

В качестве источников питания для инверторов используются наборы промышленных аккумуляторов повышенной емкости, в количестве нескольких единиц. К ним же подключено и все домашнее электрооборудование. При отключения напряжения в центральной сети, вся бытовая техника тут же переходит на электроснабжение от аккумуляторных батарей. При возобновлении основного питания, инвертор автоматически переходит в режим зарядки аккумуляторов, а домашнее оборудование начинает работать от центральной сети. Таким образом, обеспечивается бесперебойное электроснабжение частного дома.

Следует отдельно рассмотреть процессы накопления и хранения электроэнергии в инверторной системе. Нормальный рабочий цикл обеспечивается благодаря использованию специальных аккумуляторов повышенной мощности, обладающих емкостью от 200 ВА и выше. В отличие от обычных батарей, эти устройства изготавливаются по самым современным технологиям. Например, в аккумуляторах, изготовленных по технологии GEL, используется гелевый электролит, а не жидкостный. Сухим электролитом заполнены батареи, сделанные по технологии AGM. В последнем случае применяется специальная ткань, пропитанная электролитом и прочно запрессованная в пластины аккумулятора.

В случае повреждения из батареи может выпасть только пыль, не опасная для окружающих, что делает резервное электроснабжение инверторного типа экологически чистым и безопасным. Они могут свободно устанавливаться в жилых помещениях любого назначения. Сами аккумуляторы являются расходным оборудованием инверторных систем. Их срок службы составляет в среднем от 8 до 12 лет, после чего требуется замена поскольку дальнейшая эксплуатация приведет к потере мощности.

Принцип действия и общее устройство

Работу инвертора необходимо рассматривать только во взаимодействии со всей системой солнечных батарей. Их основой служат фотоэлементы, вырабатывающие постоянный ток. Далее, с помощью инвертора этот ток превращается в переменный, и питает приборы, рассчитанные на 220 вольт. Cами солнечные панели служат своеобразным преобразователем, превращающим лучистую энергию в электричество, сохраняемое в аккумуляторах.

За счет этого обеспечивается бесперебойное электроснабжение, независимо от стандартных электрических сетей. Полученная электроэнергия используется и в ночное время, поступая из аккумулятора на инвертор и превращаясь там в переменный ток.

Важной особенностью современных установок является возможность аккумуляции не только прямых, но и косвенных солнечных лучей. При ясной погоде используется только солнечный свет, а в пасмурные дни происходит сбор отраженного света

В последнем случае производительность системы несколько снижается, тем не менее, они способны постоянно вырабатывать ток, независимо от времени года.

От правильного выбора инверторной установки зависит мощность и частота всей гелиосистемы. Стандартная конструкция инвертора включает адаптер с диодами и выпрямителем, работающий на низких частотах, варикап с триодами, непосредственно преобразующий ток, а также гибридная обвязка, обеспечивающая запуск системы даже при разряженных аккумуляторах. Также в общей схеме присутствуют динисторы, связанные с повышенной чувствительностью компонентов к производимому электротоку.

ТОП-1: MAP HYBRID 243X3

Характеристики

• Количество фаз – 3;
• Мощность наибольшая – 9 кВт;
• Пиковое значение – 15 кВт;
• Суммарная мощность рекомендуемая – 100 Вт;
• Частота – 50 Гц;
• Температура рабочая – минус 25 – плюс 50;
• Размер – 630х370х510мм;
• Масса – 61,5 кг.

Совместимость

Совместима модель трехфазного гибридного инвертора с электрическими солнечными станциями и бытовой сетью, отличающийся завидным значением КПД. При отсутствии напряжения в одной из фаз, две оставшиеся его транслировать продолжат в сеть, а генерирование станет осуществляет АКБ.

Инверторы, при изменении частоты, поддерживают связь между собой и с генератором, и могут плавно подстраиваться под частоту имеющуюся.

Важно: продолжительность работы при достижении пикового значения мощности – 5 секунд, а величины, превышающей номинальную (режим автономный) – 20 минут

Максимальный ток в цепи

Ток, генерируемый солнечными батареями, зависит от типа соединения. В последовательном соединении сила тока равна значению самого слабого звена в стринге, например, частично затенённой панели. При параллельном соединении ток равен сумме токов от отдельных панелей. Значение тока также зависит от температуры, чем она выше, тем выше генерируемый ток. Изменение интенсивности тока в зависимости от температуры определяется коэффициентом I_sc панели (в нашем случае 0,04 %/K).

Максимальный ток, который может генерировать одна панель, можно рассчитать по формуле:

где:

• Isc _(Tr) — значение тока солнечной батареи при 70 ° C;
• I_sc — значение тока в условиях STC, указанное в характеристике модуля (9,17 А);
• T_r  — максимальная температура (70  °C);
• α_T — температурный коэффициент Isc (0,04 %/K).

I_{sc (Tr)} = 9,17 · (1 + (70-25) · 0,04 / 100)  = 9,33

Из расчетов видно, что для инвертора SYMO 10.0-3-M мощностью 10 кВт на первый вход трекера MPP не рекомендуется устанавливать боле 2-х параллельно соединённых солнечных батарей, а на второй возможно только последовательное соединение. Поскольку при параллельной обвязке токи суммируются. Сумма токов от трёх панелей (3 · 9,33 = 27,99 А) будет превышать максимальное значение в 27А (I dc max₁) для первого входа, а сумма токов от двух панелей в параллель (2 · 9,33 = 18,66) выше 16,5 А (I dc max₂) для второго входа MPPT.

Плюсы и минусы

Достоинствами использования гибридных инверторов являются:

• Способность работать в автоматическом режиме.
• Возможность работать в системах с разными техническими параметрами на входе устройства (постоянное или переменное напряжение).
• Напряжение на выходе преобразователей данного типа, может быть, как линейным (220 В), так и фазным (380 В), что позволяет их использовать в системах трехфазного автономного и резервного электроснабжения.
• Отсутствие шума, в процессе работы аппарата.
• Возможность установки в любом удобном месте для его расположения.
• Отсутствие вредных выбросов при работе.

Недостатками подобных моделей, можно считать:

• Не возможность эксплуатации при отсутствии напряжения во внешней электрической сети.
• При полной разрядке аккумуляторов, с которыми работает подобный преобразователь напряжения, он отключается, что приводит к сбою работы всей системы электроснабжения потребителя.
• При выходе из строя одного из блоков (инвертора или контроллера), приходится исключать из рабочей сети все устройство целиком.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin