Гибридные инверторы для солнечных батарей: типы, лучшие модели и подключение

Просмотров: 136

Сочетание электроснабжения от привычных сетей с солнечной энергией является выгодным вариантом для частных домов, коттеджных и дачных посёлков, а также промышленных объектов.

В состав комплекса входит незаменимый элемент — гибридный инвертор для солнечных батарей, который задаёт режимы подачи напряжения и обеспечивает бесперебойную работу гелиосистемы с высокой эффективностью.

Для эффективной работы системы требуется не только отбор подходящей модели, но и правильная её интеграция. Наши размышления по этому поводу изложены в статье.
Там же будут рассмотрены типы преобразователей и наиболее актуальные предложения рынка.

Оценка возможностей гибридного инвертора

Применение солнечной энергии совместно с централизованным электроснабжением обладает рядом преимуществ. контроллера зарядаАккумулятора и одного из главных компонентов – инвертора.

Инвертор гелиосистемы преобразует постоянный ток, получаемый с фотоэлектрических панелей, в переменную электроэнергию. Бытовая техника функционирует на токе напряжением 220 В. Без инвертора производство энергии теряет смысл.

Фото: img.freepik.com
Система функционирует следующим образом: солнечные модули преобразуют энергию солнца. Контроллер заряда регулирует заряд аккумулятора, который хранит накопленную энергию. Преобразователь напряжения, или инвертор, превращает постоянный ток в переменный и подаёт его в сеть.

Для более точного определения преимуществ гибридной модели целесообразно провести сравнительный анализ её работы с работой автономных и сетевых «конвертеров».

Сетевой тип преобразователя

Прибор функционирует на нагрузках общего энергоснабжения. Выход преобразователя подключен к потребителям электричества, сети автоматизированного управления.

Схема проста, однако обладает некоторыми ограничениями.

  • Возможность функционировать при наличии переменного тока в электросети.
  • Электросеть должна обеспечивать относительно стабильное напряжение, соответствующее рабочему диапазону преобразователя.

Эта разновидность популярна в загородных домах, где действует зеленый тариф на электроэнергию.

В светлое время суток при низком потреблении энергии вырабатываемый ток поступает в сеть по тарифам на «зеленую» энергию. С вечера до рассвета здание получает электроэнергию от централизованного источника.

Автономный вариант прибора

Прибор запитывается от аккумулятораДанный прибор питается от солнечных панелей посредством контроллера МРРТ. Системе свойственна многопрофильность: в ней применяются аккумуляторы различных видов, в том числе передовые литиевые.

При полном заряде накопительной системы избыток электрической энергии поступает на вход преобразователя, выход которого подключен к конечным потребителям автономной системы.

При нехватке солнечного освещения питание поступает из аккумуляторов, а затем преобразуется с помощью инвертора.

Особенности работы автономной установки:

  • Возможность функционирования автономно без подключения к электросети.
  • Некоторые модели работают по «зеленому» тарифу.
  • КПД установок – 90-93%.

Для полной независимости объекта необходим точный… расчет мощности гелиопанелей и достаточная энергоемкость аккумулятора.

Инвертор можно использовать отдельно, не подключая к общедомовой электросети. Такой автономный прибор полезен в местах с нестабильным или недостаточным электроснабжением.

Гибридный тип инвертора

Эта модель выделяется особенной конструкцией производства. В её устройстве расположена уникальная электрическая схема, дающая возможность в режиме преобразователя одновременно работать вместе с источником тока (электросетью, генератором).

Системы одновременно получает питание от центральной сети и… солнечных батарейПоставщик постоянного тока имеет преимущественное право.

Гибридный преобразователь обеспечивает максимальное использование солнечной энергии без разрыва подключения к электросети.

Гибридные инверторы обладают конкурентными преимуществами благодаря своей многофункциональности.

  1. Сеть Это своеобразный резервуар энергии с эффективностью преобразования равной 100 %. Избыток электроэнергии, вырабатываемый солнечными панелями, можно подать в общую энергосистему по льготной программе для «зеленого» тарифа.
  2. Обеспечение бесперебойного питанияВ случае потери главного источника питания система переходит на автономный режим, ограждая подключенных к ней устройств от резких скачков напряжения.
  3. Увеличение мощностных возможностей сети во время максимальных нагрузок. Благодаря энергии, поступающей от аккумуляторно-инверторного комплекса.

При снижении спроса гелиокомплекс переходит в режим подзарядки и спустя некоторое время снова доступен для работы. Функцию усиленной мощности можно обозначать как «Smart Boots», «Power Shaving» или «Grid support».

Гибридные инверторы преобразуют энергию постоянного тока, производимую солнечными панелями, в переменный ток, подходящий для работы обычных бытовых приборов.
Гибридный инвертор оснащен встроенным контроллером, который препятствует перегреву оборудования.
Гибридный инвертор способен функционировать одновременно в электрических схемах вместе с источниками переменного тока: генератором или центральной сетью, подобно обычному инвертору.
Среди гибридных инверторов существуют модели с возможностью добавления мощности к сетевой. Такая функция полезна при нехватке мощности электросети для покрытия пиковых нагрузок.
Частные миниэлектростанции чаще всего используют однофазные гибридные инверторы для преобразования энергии. Общественные и производственные объекты предпочтительнее снабжать трехфазными инверторами.
При малом энерговыходе солнечных панелей зарядка аккумуляторов осуществляется от сети. При высоком потреблении электроэнергии увеличивают число аккумуляторов или приобретают Powerwall с интегрированным инвертором.
Совмещение оборудования солнечной электростанции в одном здании обеспечивает компактное и удобное размещение устройств.
Гибридный инвертор дает большую свободу при настройке забора тока: от панелей или от сети.
На ЖК-дисплее гибридного инвертора выводятся рабочие параметры. При подключении к персональному компьютеру большинство современных устройств способны передавать информацию владельцу или собирать её в облаке для представления производителю.

Приращение мощностей осуществляется на основе следующих принципов:

  • При работе на мощности меньше предельного сетевого потребления дополнительно к питанию нагрузки производится заряд аккумулятора.
  • При отключении сетевого напряжения энергия потребляется из аккумулятора после преобразования инвертором.
  • Когда нагрузка выходит за пределы допустимой мощности сети, разницу покроет накопленная энергия солнечных панелей.

Возможность использования гибридных моделей с зарядным устройством предоставляют указанные режимы работы.

Некоторые многофункциональные инверторы предназначены для подключения нескольких линий переменного тока и автоматического ввода резерва. Современные модели сами контролируют заряд аккумулятора.

Разновидности преобразователей тока

При выборе «сердца» автономной системы электроснабжения нужно верно связать поставленные перед оборудованием задачи с его реальными возможностями.

Гибридные инверторы разделяют по алгоритму переключения режимов работы, форме выходного напряжения и возможности подключения к одно- или трёхфазной сети.

Сравнение ББП и гибридной установки

Некоторые фирмы по неосторожности вводят покупателей в заблуждение, называя блок бесперебойного питания гибридным инвертором.

BBP – это преобразователь с устройством для подзарядки. В основном модуль используется для расхода энергии от солнечной батареи, но в случае ее нехватки переключается на питание от электросети.

Системы бытового блока питания (ББП) не предназначены для смешивания энергии, собранной аккумуляторными батареями, с энергией электросети. Функция приоритетного потребления от источника постоянного тока реализована отключением от сети и переходом на питание от аккумулятора.

Работа системы в рывкообразном режиме приводит к усиленному циклированию аккумулятора и ускорению его износа. У многих бюджетных бесперебойников порог напряжения фиксирован и не поддается настройке.

В гибридных инверторах для солнечных батарей скачки выходной мощности исключены: агрегат регулирует мощность в соответствии с потребностью и функционирует совместно с различными источниками тока.

Самостоятельно можно устанавливать приоритет потребления. Обычно отдаётся предпочтение расходу энергии от солнечных панелей. Некоторые гибридные устройства предлагают возможность ограничить мощность, получаемую от электросети.

Сравнение возможностей популярных модификаций гибридных преобразователей и блоков бесперебойного питания. В линейке моделей Victron есть функция повышения мощности инвертора за счёт сети.

Разновидности по форме сигнала инвертора

Преобразователи тока от солнечных батарей разделяют на типы по характеру выходного сигнала.

Различают:

  • чистая синусоида;
  • модифицированный синус (квази-синусоида);
  • меандр.

Из-за того что резкий перепад полярности нарушает работу устройств, последний вариант применяется редко.

Инвертор, работающий по схеме подачи «П»-образного сигнала, не обеспечит защиту устройств от скачков напряжения. Большинство бытовых приборов также не способны обрабатывать «меандровый» ток.

Что такое чистая синусоида?

Преобразователь генерирует сигнал высокого качества, превосходящий по форме сетевой ток. Это наилучший вариант для функционирования чувствительного оборудования: котлов отопления, компрессоров, электродвигателей, медицинских приборов и устройств с трансформерными источниками питания.

Инверторы синусоидального колебания имеют недостатки: высокую цену и большой размер. При одинаковой выходной мощности преобразователь с чистым синусом стоит вдвое дороже, чем модель с квази-синусоидой.

Особенности квази-синуса

Передача энергии сигнала в виде измененной синусоиды может снижать производительность некоторых устройств, создавать шум, вызывать помехи и повреждать оборудование.

При питании низкочастотных трансформаторов и асинхронных, синхронных двигателей наблюдается потери мощности до 20-30%. Это приводит к перегреву приборов, так как «недочет» преобразуется в тепловую энергию.

Инверторы с псевдосинусоидальным сигналом привлекательны своей компактностью и доступной ценой. Их можно применять для работы устройств без индуктивной нагрузки, предназначенных для потребления активной части электроэнергии.

К этой группе принадлежат теплоэлектрические нагреватели, лампы накаливания для систем освещения и другие резистивные устройства.

Варианты модифицированного синуса: 1 — извилистая форма с паузой, 2 — переход к чистой форме путем увеличения количества переходов.

Описание выходного сигнала содержится в инструкции к инвертору или бесперебойнику. Возможные варианты: «Back» — отсутствие чистого синуса, «Smart» — возможность получения качественного тока.

В инструкции некоторые изготовители указывают коэффициент гармоник, отражающий степень нелинейных искажений. При значении меньше 8% прибор формирует практически совершенный синусоиду.

Однофазные и трехфазные модели

Однофазные инверторы обычно устанавливают в схемах фотоэлектрических систем для бытовых нужд с номинальным напряжением 220 вольт.

Выходное напряжение при подсоединении к одной фазе у разных моделей варьируется от 210 до 240 В, частота выхода — от 47 до 55 Гц, мощность — от 300 до 5000 Вт.

Выпускаются однофазные инверторы для стандартных напряжений аккумуляторных батарей: 12, 24 и 48 В. Для работы преобразователя в штатном режиме необходимо подобрать мощность инвертора под напряжение солнечной панели или аккумулятора.

Зависимость характеристик аккумулятора (напряжение, Вольт) и солнечного преобразователя (номинальная мощность, Ватт): при напряжении 12 В — не более 600 Вт, при напряжении 24 В — до 1,5 кВт, при напряжении 48 В — свыше 1,5 кВт.

Трифазные инверторы предназначены для подачи трёхфазного тока, необходимым для питания электродвигателей. Широко используются в производстве, цехах и коммерческих помещениях.

Трехфазные инверторы обладают большой мощностью (от 3 до 30 кВт) и имеют широкий диапазон регулирования выходного переменного напряжения (220 В / 400 В).

На рынке имеются и комбинированные модели инверторов. К ним относятся однофазные инверторы, способные синхронизировать выходы преобразователя с фазовым сдвигом – это позволяет питать трехфазные нагрузки. другой нашей статье.

Критерии отбора преобразователя энергии солнечных панелей.

Производительность преобразователя и всей системы электропитания зависят от правильного подбора характеристик устройств.

В дополнение к уже перечисленным особенностям, стоит также учесть:

  • выходную мощность;
  • тип защиты;
  • рабочую температуру;
  • габариты установки;
  • КПД;
  • наличие дополнительных функций.

Рассмотрим далее все эти характеристики детальнее.

Критерий #1 — мощность прибора

Номинал инвертора для солнечной энергии выбирают, исходя из максимальной нагрузки на сеть и предполагаемого времени автономной работы. В начальном режиме преобразователь может кратковременно увеличивать мощность при включении емкостных нагрузок.

Включение посудомоечной машины, стиральной машины или холодильника часто сопровождается подобным периодом.

Для ламп освещения и телевизора подойдет маломощный инвертор мощностью 500-1000 Вт. Обычно нужно рассчитать суммарную мощность работающего оборудования. Необходимая величина указана на корпусе прибора или в инструкции к нему.

Желательно увеличить полученное значение на 20-30%, это и будет требуемая выходная мощность инвертора. Например, суммарная мощность оборудования составляет 500 ватт в час, срок автономной работы – 5 часов. Расчёт: 500 ватт в час * 5 часов * 1,2 = 3000 ватт в час.

Критерий #2 — уровень защиты

Надежный солнечный инвертор оборудован несколькими защитными механизмами. К ним относятся системы принудительного охлаждения, предохранители от короткого замыкания, а также защита от скачков и перепадов сетевого напряжения.

Важно наличие герметичного и укрепленного корпуса, предохраняющего от проникновения внутрь частиц пыли и влаги. Уровень защиты электрооборудования регламентируется стандартом IEC-952.

Индекс имеет вид IP AB, где A указывает уровень защиты от проникновения инородных предметов, а B — устойчивость к влаге.

Для работы под открытым небом годятся модели с индексом «IP65». Такая прочность и надежность инвертора позволяют использовать его на улице.

Критерий #3 — рабочая температура и габариты

Большой разброс значений говорит о высоком качестве сборки инвертора. Этот показатель особенно важен при установке преобразователя в необогреваемых помещениях.

Масса инвертора является косвенным индикатором его качества.
Существуют утверждения: более массивный преобразователь свидетельствует о большей мощности. Такая связь обусловлена присутствием трансформатора в мощных устройствах.

В упрощённых моделях отсутствие преобразователя может привести к выходу из строя инвертора при сильном начальном токе.

Наблюдения показывают, что один килограмм солнечного преобразователя выдает мощность в 100 Вт. Способ монтажа инвертора определяется его габаритами.

Критерий #4 — коэффициент полезного действия

Эксперты советуют выбирать преобразователи тока с КПД не ниже 90%. Только при таком показателе функционирование гелиосистемы будет эффективным, а ее установка оправданной. Потеря десяти процентов солнечной энергии – это слишком большая «расходность».

Дополнительные функции могут увеличить цену устройств, но при этом не всегда актуальны для всех пользователей. Некоторые опции всё же представляют собой выгодную инвестицию.

К полезным и необходимым «девайсам» относятся:

  • Добавление мощностей инвертора к энергии электрической сети автоматически.
  • Настройка времени зарядки аккумулятора.
  • выбор приоритетного источника тока;
  • Поддержка функционирования аккумуляторов различных типов: щелочных, литиево-железо-фосфатных, гелиевых, AGM и кислотных.
  • Можно использовать сетевой преобразователь совместно с другими устройствами.
  • Установка контрольного значения напряжения предотвращает скачки в подаче электроэнергии.
  • Модернизация инвертора возможна через обновление прошивок.

Современные преобразователи можно подключать к персональным компьютерам для программирования и наблюдения за работой.

Чтобы контролировать работу техники и электрических сетей, изготовители предоставляют безвозмездное ПО. Полезная функция – получение СМС-уведомлений о ситуации в системе по желанию пользователя.

Обзор популярных гибридных преобразователей

Потребители положительно отзываются об инверторах швейцарской компании Xtender, китайской Prosolar, голландской Victor Energy, немецкой SMA и канадской Xantrex. Среди отечественных производителей представлен МАП Sine.

Линейка многофункциональных инверторов Xtender

Студер от Xtender — это гибридный преобразователь, который демонстрирует швейцарский стандарт качества в области силовой электроники. Инверторы солнечной энергии серии Xtender обладают высокой прочностью и широким функционалом.

Существуют различные модели: ХТС – малые по мощности, ХТМ – средние по мощности, ХТН – мощные инверторы.

Мощность моделей Xtender: ХТС — от 0,9 до 1,4 кВт, ХТМ — от 1,5 до 4 кВт, ХТН — от 3 до 8 кВт. Напряжение на выходе составляет 230 В, частота — 50 Гц.

Гибридные преобразователи Xtender обладают следующими характеристиками и опциями каждой серии.

  • чистая синусоида подачи;
  • «подмес» мощности к сети от аккумулятора;
  • Уменьшение сетевого напряжения приводит к уменьшению расхода энергии от централизованного источника питания.
  • Предлагаются два варианта выбора приоритета: мягкий режим с подзарядкой от сети до 10% и полный переход на работу от аккумулятора.
  • многообразие инстайллерских настроек;
  • управление работой резервного генератора;
  • Режим ожидания с большим спектром настроек.
  • удаленный мониторинг параметров системы.

В каждой версии имеется функция Smart Boost — подключение к различным источникам электропитания (генераторной установке, сетевому инвертору) и Power Shaving — обеспеченное перекрытие пиковых нагрузок.

Оптимальные преобразователи Prosolar Hybrid

Произведенная в Китае модель обладает хорошими характеристиками и доступной стоимостью (около 1200 долларов). Преобразователь повышает эффективность работы солнечных батарей, направляя излишки энергии в аккумулятор.

Технические характеристики: форма выходного напряжения — синусоида, КПД преобразования — 90 %, вес установки — 15,5 кг, допустимая влажность — 90 % без конденсации, температура -25°С – +60 °С.

Отличительные особенности:

  • Функция контроля точки максимальной мощности солнечного panel’а.
  • Информационный дисплей на базе жидкокристаллических элементов с выводом рабочих параметров системы.
  • 3-х уровневое зарядное устройство аккумулятора;
  • регулировка максимального тока до 25А;
  • коммуникативность инвертора.

Посредством прилагаемого программного обеспечения преобразователь подключается к компьютеру. Инновационная перепрошивка позволяет модернизировать инвертор.

Синусоидальные инверторы Phoenix Inverter

Инверторы Phoenix соответствуют высоким требованиям и предназначены для промышленного использования. В серии Phoenix Inverter отсутствует встроенное зарядное устройство.

Преобразователи оборудованы шиной связи VE.Bus и подходят для работы в параллельном или трёхфазном исполнении.

Мощность моделей варьируется от 1,2 до 5 кВт, коэффициент полезного действия составляет 95%, тип напряжения — синусоидальный.

Таблица содержит характеристики гибридной версии инвертора 48/5000 фирмы Victron Energy. Ориентировочная цена на Phoenix Inverter мощностью 5 кВт составляет 2500 долларов США.

Конкурентные преимущества:

  • Технология «SinusMax» позволяет запускать приложения с большой нагрузкой.
  • Две функции экономии энергии: поиск оптимальной нагрузки и снижение тока при отсутствии нагрузки.
  • Реле сигнализации информирует о перегреве и низком напряжении батареи.
  • настройка программируемых параметров через ПК.

Для получения высокой мощности можно соединить до шести преобразователей параллельно на одну фазу. Например, шесть устройств мощностью 48/5000 Вт смогут обеспечивать выходную мощность 48 кВт/30 кВА.

Отечественные приборы МАП Gibrid и Dominator

Компания МАП «Энергия» создала два типа гибридных преобразователей: Gibrid и Dominator.

Мощность оборудования находится в пределах от 1,3 до 20 кВт, время переключения между режимами не превышает 4 миллисекунд, доступна функция подачи электроэнергии в городскую сеть.

Сравнительная таблица возможностей преобразователей. Два вида способны работать в экономном режиме, каждая модель подключается к веб-серверу для дистанционного контроля и настройки.

Характеристики преобразователей напряжения Гибрид и Доминатор.

  • трансформатор на базе тора;
  • стабилизация входного напряжения отсутствует;
  • режим «подкачки» мощности;
  • выход – чистый синус;
  • генерация переизбытка энергии в сеть;
  • ограничение тока потребления на входе АС;
  • класс IP21;
  • расход в «спящем» режиме – 2-5Вт.

Эффективность преобразователей составляет 93-96%. Устройства прошли испытания в условиях экстремально низких температур: предельная температура -25°, допустимо кратковременное снижение до -50°С.

Возможные схемы подключения

При сооружении фотоэлектрических комплексов, работающих совместно с электросетями, возможны различные способы подключения инверторов.

Вариант #1 — схема с контроллером заряда DC

Самый распространённый способ подзарядки аккумулятора — через солнечный контроллер MPPT (определение пика мощности).

Схема использует преобразователь, способный подавать электричество в сеть или на нагрузку при напряжении аккумулятора выше пользовательской установки.

Особенности решения:

  • Использование возобновляемых источников энергии с учетом наличия или отсутствия электросети.
  • Активация работы от солнечного питания после разряда аккумулятора.

В качестве решения можно увеличить потери энергии при преобразовании от контроллера к аккумулятору и инвертору.

Вариант #2 — схема с гибридным и сетевым трансформатором.

На выходе батарейного инвертора установлен сетевой преобразователь. Схема соединяет два конвертера с двумя разными солнечными батареями.

Гибридный преобразователь подключен к опциональной фотоэлектрической панели для зарядки аккумулятора, а сетевой — к основному солнечному модулю.

При наличии сетевого тока сетевой преобразователь снабжает резервируемую нагрузку энергией. Эффективность преобразования составляет около 95%. Лишняя энергия заряжает аккумулятор, а при полном его заряде – подаётся в общею сеть.

Характеристики системы:

  • Работа без перебоев, вне зависимости от электропитания сети.
  • Высокая эффективность преобразования энергии и снижение потерь на стороне постоянного тока за счет достаточного напряжения солнечных панелей.
  • Аккумуляторы часто работают в режиме накопления энергии, что продлевает срок их службы.
  • Применение инверторов, способных заряжать аккумулятор от собственного вывода.
  • Потребуется настроить работу сетевого преобразователя.

Общая мощность сетевого преобразователя не должна быть больше мощности гибридного конвертера, чтобы можно было использовать энергию солнечных батарей при разряде аккумулятора или отключении электрической сети.

При подсоединении инвертора важно помнить о некоторых моментах, независимо от выбранного варианта подключения.

  1. Длина проводов постоянного тока не должна быть большой. Инвертор лучше разместить рядом (в пределах 3 метров) с солнечными батареями, а затем протягивать кабель переменного тока.
  2. Монтаж преобразователя не допускается на конструкциях из горючих материалов.
  3. Инвертор размещен на уровне глаз, чтобы информацию с дисплея было удобно читать.

Модели мощностью свыше 500 Вт подключают по особым правилам. Подключение должно быть жестким, с надежными контактами между клеммами прибора и проводов.

Наш сайт содержит дополнительные материалы о солнечной энергии, а также инструкции по подключению отдельных компонентов и модулей для самостоятельной сборки автономной системы.

Рекомендуем к ознакомлению следующие материалы:

  • Подключать солнечные батареи нужно к контроллеру, аккумулятору и потребителям электроэнергии.
  • Солнечный аккумулятор: конструкция и принципы подзарядки
  • Изготовление солнечной батареи своими руками: инструкция по сборке и установке

Выводы и полезное видео по теме

О гибридном инверторе: конструкция, назначение и типы.

Описание возможностей, режимов работы и практичности многофункционального преобразователя InfiniSolar мощностью 3 кВт.

Разработка систем электроснабжения на основе солнечных панелей представляет собой сложное и важное дело. Определение требуемых характеристик, выбор элементов гелиокомплекса, подключение и запуск в работу желательно поручить специалистам.

Ошибки работы могут вызвать неполадки в системе и снизить эффективность использования дорогого оборудования. .

Выбираете преобразователь для автономной солнечной энергосистемы? У вас остались вопросы, не освещённые в данной статье? Спросите в комментариях – будем рады помочь.

Обратили внимание на ошибки или противоречия в тексте? Хотите предложить практические советы, опираясь на свой опыт? Поделитесь с нами своими мыслями.


Cheh