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

Энергосистемы, сочетающие традиционное электропитание с солнечной энергией, представляют собой выгодный вариант для загородных домов, коттеджных посёлков, дач и промышленных объектов.

Неотъемлемая часть комплекса – гибридный инвертор для солнечных панелей, регулирующий подачу напряжения и гарантирующий беспрерывную работу гелиосистемы с максимальной эффективностью.

Для эффективной работы системы необходимо не только подобрать подходящую модель, но и правильно ее подключить. В статье рассматривается алгоритм подключения и различные типы преобразователей, а также лучшие модели на современном рынке.

Оценка возможностей гибридного инвертора

Объединение солнечной энергии с централизованной электросетью приносит ряд выгод. Эффективная эксплуатация гелиосистем обеспечивается согласованной работой их ключевых элементов: фотоэлектрических панелей, контроллера зарядаАккумулятора и один из ключевых элементов – инвертор.

Инвертор гелиосистемы преобразует постоянный ток от солнечных батарей в переменный. Бытовая техника функционирует на токе напряжением 220 В. Без инвертора производство электроэнергии теряет смысл.

Функционирование системы: солнечные панели, блок управления зарядкой, аккумулятор и устройство преобразования напряжения (инвертор), выдающее переменный ток.

Для оценки потенциала гибридного подхода целесообразно сравнить его с характеристиками близких по назначению аналогов: автономных и сетевых преобразователей.

Сетевой тип преобразователя

Устройство функционирует на нагрузках общего энергоснабжения. Выход преобразующего устройства подключен к потребителям электрической энергии, сети АС.

Схема проста, но имеет некоторые ограничения.

  • Функционирование при наличии переменного тока в электросети.
  • Электропитание сети должно быть устойчивым и находиться в границах рабочего диапазона преобразователя.

Эта разновидность пользуется спросом в частных домах, подключенных к тарифу на электроэнергию «зеленый».

В дневные часы при низком потреблении электроэнергии вырабатываемый ток попадает в сеть по льготным тарифам. С вечера до утра здание получает питание от централизованной системы электроснабжения.

Автономный вариант прибора

Прибор запитывается от аккумулятораПолучает энергию от солнечных панелей благодаря контроллеру МРРТ. В системе применяются различные типы батарей, включая передовые литиевые аккумуляторы.

При полном заряде накопительного устройства лишняя энергия поступает на вход преобразователя, выход которого подключен к финальным потребителям системы.

При нехватке солнечного света энергию получают из аккумуляторных батарей, после чего проводится преобразование напряжения инвертором.

Особенности работы автономной установки:

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

Для достижения полной независимости объекта необходима точность. расчет мощности гелиопанелей и достаточная энергоемкость аккумулятора.

Инвертор можно использовать автономно, без подключения к общедомовой сети. Такой преобразователь полезен там, где электроснабжение ненадежное или совсем отсутствует.

Гибридный тип инвертора

Этот образец выделяется особенной конструкцией. В его устройстве размещена уникальная электрическая схема, дающая возможность работать как преобразовывающего устройства одновременно с источником тока (сети или генератора).

Вместе с этим нагрузка получает питание от магистрали. солнечных батарейФункция приоритета предоставлена поставщику постоянного тока.

Гибридный преобразователь обеспечивает максимально эффективное использование солнечной энергии, не прерывая подключение к электросети от центральной станции или генератора.

Гибридные инверторы обладают конкурентными преимуществами благодаря своей многофункциональности.

  1. СетьЭто как бы большой аккумулятор с эффективностью в 100%. Излишнюю энергию, производимую фотоэлементами, можно передать в энергосистему по “зелёному” тарифу.
  2. Обеспечение бесперебойного питанияПри отсутствии основной электрической энергии система переходит на автономный режим, предохраняя всех подключенных приборов от скачков напряжения.
  3. Увеличение пропускной способности сети во время максимальных нагрузок Благодаря энергии, поставляемой комплексом аккумуляторных инверторов.

При снижении спроса гелиокомплекс переходит в режим зарядки и спустя некоторое время снова готов к работе. Функция усиленной мощности может называться «Smart Boots», «Power Shaving» или «Grid support».

Гибридные инверторы преобразуют энергию постоянного тока от солнечных панелей в переменный ток, который подходит для работы обычных бытовых устройств.
Гибридный инвертор оснащен контроллером, который препятствует перегреву аппаратуры.
Гибридный инвертор способен функционировать одновременно в электрических схемах с источниками переменного тока, такими как генератор или централизованная сеть. В этом случае его работа идентична обыкновенному инвертору.
Некоторые гибридные инверторы способны увеличивать общую мощность сети. Это полезно при нехватке мощности электросети для удовлетворения пиковых потребностей.
Частные мини-электростанции обычно используют однофазные гибридные инверторы для преобразования энергии. Общественные и производственные объекты лучше оснастить трехфазными инверторами.
При небольшом энергопотоке от солнечных панелей подзарядка аккумуляторов выполняется из электросети. При интенсивном потреблении энергии из сети увеличивают число аккумуляторов либо приобретают Powerwall с встроенным инвертором.
Совмещение оборудования солнечной электростанции в одном корпусе обеспечивает компактность и удобство размещения приборов. Гибридный инвертор дает возможность регулировать забор тока с большей гибкостью, как от солнечных панелей, так и от сети.
На ЖК-дисплее гибридного инвертора отображаются рабочие параметры. Практически все новые устройства при подключении к ПК могут отправлять данные владельцу или накапливать их в облаке для отчета производителю.

Включение дополнительных мощностей реализуется на основании следующих правил.

  • При мощности ниже максимального потребления сети помимо подпитки нагрузки выполняется заряд аккумуляторной батареи.
  • Без напряжённости в сети энергию используют из аккумулятора, переведённую инвертором.
  • Когда нагрузка выходит за пределы допустимой мощности сети, нехватку компенсируют за счет энергии, накопленной солнечными батареями.

Перечисленные режимы функционирования подходят для гибридных моделей с зарядкой.

Некоторые многофункциональные инверторы предназначены для одновременного подключения нескольких линий переменного тока с функцией автоматического ввода резерва. Модели повышенной сложности регулируют заряд аккумулятора автономно.

Разновидности преобразователей тока

При выборе «сердца» автономной системы электроснабжения важно согласовать поставленные перед оборудованием задачи с его потенциалом.

Классификация гибридных инверторов основывается на следующих критериях: алгоритм переключения режимов работы, вид выходного напряжения и способность обслуживать одно- или трёхфазные сети.

Сравнение ББП и гибридной установки

Некоторые компании обманывают покупателей, называя блок бесперебойного питания гибридным инвертором.

BBP — это устройство, которое одновременно является инвертором и зарядно-аккумуляционным модулем. В первую очередь оно использует энергию, поступающую от солнечной электростанции, а при её нехватке переключается на питание от сети.

Система не может смешивать энергию из аккумуляторов с сетью. Прямое питание от источника постоянного тока осуществляется отключением от сети и переходом на работу от аккумулятора.

Работа системы в прерывистом режиме заставляет аккумулятор работать в циклах чаще, что увеличивает его износ. В большей части бюджетных бесперебойников пороговое напряжение нельзя настроить.

В гибридных инверторах для солнечных батарей скачки мощности недопустимы: агрегат адаптируется к необходимому значению и функционирует совместно с различными источниками тока.

Можно индивидуально определять, какая энергия будет использоваться в первую очередь. Обычно предпочтение отдаётся потреблению электроэнергии, полученной с помощью солнечных батарей. Некоторые гибридные системы позволяют ограничить мощность, получаемую от электросети города.

Сравнительный анализ возможностей распространенных дополнений для гибридных преобразователей тока и блоков бесперебойного питания. Линейка устройств Victron дает возможность повысить мощнсть инвертора с помощью подключения к сети.

Разновидности по форме сигнала инвертора

Преобразователи тока от солнечных батарей разделяют по виду выходного сигнала.

Различают:

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

Последний вариант в действительности применяют редко, ведь внезапное изменение полярности нарушает работу техники.

Инвертор с сигналом в форме буквы «П» не предоставит защиты устройствам от скачков напряжения. Большинство бытовых приборов не обрабатывают волнообразный ток.

Что такое чистая синусоида?

Преобразователь генерирует сигнал высочайшего качества, превосходящий форму тока электросети. Это идеальный вариант для функционирования «чувствительной» аппаратуры: котлов отопления, компрессоров, электродвигателей, медицинских приборов и устройств на базе трансформаторных источников питания.

Инверторы синусоидального колебания имеют две основные проблемы: высокую цену и большой размер. Модель с чистым синусом будет стоить вдвое больше аналога с квази-синусоидой при одинаковой выходной мощности.

Особенности квази-синуса

Трансляция энергии сигнала в виде измененной синусоиды может снизить работоспособность отдельных устройств, порождать шумы, создавать помехи и даже привести к неисправностям.

При питании трансформаторов низкой частоты, асинхронных и синхронных двигателей наблюдается потеря энергии до 20-30%.

Инверторы с псевдосинусоидальным сигналом — компактные и недорогие устройства. Их можно использовать для питания бытовых приборов без индуктивной нагрузки, предназначенных для работы от активной мощности.

В эту группу входят теплоэлектрические нагреватели, лампы накаливания для освещения и прочие аналогичные устройства.

Варианты модификации синусоиды: 1 – усиление извилин с промежутком, 2 – стремление к классической форме синуса путём увеличения количества колебаний.

Описание выходного сигнала даётся в инструкции к инвертору или бесперебойнику. В качестве вариантов могут использоваться маркировки «Back» (без чистой синусоиды) и «Smart» (возможность качественного тока).

В технической документации некоторые производители указывают коэффициент гармоник, который показывает уровень нелинейных искажений. При значении этого параметра меньше 8% устройство генерирует сигнал, близкий к чистому синусоидальному.

Однофазные и трехфазные модели

Однофазные преобразователи часто интегрируются в схемы бытовых солнечных систем с напряжением 220В.

Выходное напряжение при подключении к одной фазе варьируется от 210 до 240 В в разных моделях, частота выхода составляет 47–55 Гц, а мощность — от 300 до 5000 Вт.

Инверторы переменного тока выпускаются для типовых значений напряжения аккумуляторных батарей: 12, 24 и 48 В. Для бесперебойной работы преобразователя необходимо подобрать его мощность в соответствии с напряжением солнечных батарей или аккумуляторов.

Характеристики аккумулятора (напряжение — В) и солнечного преобразователя (номинальная мощность — Вт): при напряжении 12 В — до 600 Вт, при напряжении 24 В — до 1,5 кВт, при напряжении 48 В — свыше 1,5 кВт.

Трифазные преобразователи предназначены для выработки трехфазного тока, используемого в электроприводах. Широко применяются в промышленности, производственных мастерских и коммерческих объектах.

Трехфазные инверторы обладают большой мощностью (от 3 до 30 кВт) и широким диапазоном регулируемого выходного напряжения (220 В/400 В).

На рынке есть комбинированные модели, такие как однофазные инверторы с возможностью синхронизации выходов преобразователя со смещенными фазами. Это позволяет подключать трехфазные нагрузки. другой нашей статье.

Критерии подбора преобразователя для солнечных панелей

Успех преобразователя и всей электрической системы обусловлен правильным подбором характеристик устройств.

Кроме того, что уже было описано, стоит учесть:

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

Рассмотрим далее все эти характеристики детальнее.

Критерий #1 — мощность прибора

Мощность «солнечного» инвертора подбирают с учетом максимальной нагрузки на сеть и ожидаемой продолжительности автономной работы. В процессе запуска преобразователь может временно увеличить мощность при включении емкостных нагрузок.

Включение некоторых бытовых приборов может вызвать подобную ситуацию.

Для работы ламп освещения и телевизора пригоден маломощный инвертор мощностью 500-1000 Вт. Расчет суммарной мощности потребляемой техники обязателен. Необходимую величину можно найти на корпусе прибора или в инструкции к нему.

Для получения необходимой выходной мощности инвертора следует увеличить полученное значение на 20-30%. Если суммарная мощность оборудования равна 500 Вт/ч, а срок автономной работы – 5 ч, то расчет будет выглядеть так: 500 Вт/ч*5ч*1,2=3000 Вт/ч.

Критерий #2 — уровень защиты

Надежный солнечный инвертор нуждается в защите на нескольких уровнях.
Это может быть система активного охлаждения, предотвращение коротких замыканий, а также защита от скачков и падений сетевого напряжения.

Важно наличие герметичного и усиленного корпуса для предотвращения проникновения внутрь пыли и влаги. Защита электрооборудования стандартизирована по IEC-952.

Индекс представлен обозначением IP AB, где А указывает уровень защиты от попадания внутрь устройств посторонних предметов, а В – стойкость к влиянию влаги.

Модели с маркировкой «IP65» пригодны для работы на улице благодаря прочности и надежности инвертора.

Критерий #3 — рабочая температура и габариты

Большой разброс значений свидетельствует о качественном исполнении инвертора.

Вес инвертора не всегда точно отражает его качество. Некоторые считают, что более массивные преобразователи мощнее из-за наличия в них трансформаторов.

В упрощённых моделях недостаток трансформатора может привести к выходу из строя инвертора во время запуска, когда ток достигает высокой величины.

Наблюдения показывают, что один килограмм солнечного преобразователя выдаёт мощность в 100 ватт. Способ монтажа инвертора зависит от его размеров.

Критерий #4 — коэффициент полезного действия

Эксперты советуют выбирать преобразователи тока с показателем энергоэффективности не менее 90%. Только при таком параметре функционирование гелиосистемы будет эффективным, а ее монтаж оправданным. Потеря десяти процентов солнечной энергии – нецелесообразная затрата.

Дополнительные функции могут повысить цену оборудования, но не всегда необходимы. Некоторые параметры всё же полезны и стоят своих денег.

К полезным и необходимым «девайсам» относятся:

  • Автоматизированное присоединение мощности инверторов к сетевой электроэнергии.
  • Настройка времени заряда аккумулятора.
  • выбор приоритетного источника тока;
  • Работа с аккумуляторами различных типов: щелочными, литий железно-фосфатными, гелиевыми, AGM и кислотными.
  • Возможность совместной работы с сетевым преобразователем.
  • Установка индикатора напряжения помогает предотвратить колебания напряжения в сети.
  • Модернизация инвертора путем обновления прошивок возможна.

Новые преобразователи можно подключать к персональным компьютерам для настройки и контроля.

Чтобы контролировать работу техники и электрических сетей, разработчики предоставляют безвозмездный софт. В составе интересная функция – уведомления по СМС о работоспособности системы по требованию пользователя.

Обзор популярных гибридных преобразователей

Потребители положительно отзываются об инверторах швейцарской компании Xtender, китайской Prosolar, голландской Victor Energy, немецкой SMA и канадской Xantrex. На российском рынке представлен МАП Sine.

Линейка многофункциональных инверторов Xtender

Преобразователь Studer от компании Xtender — это воплощение швейцарского качества в сфере силовой электроники. Инверторы серии Xtender обладают высокой прочностью и широким набором функций.

Существуют разные типы моделей: ХТS с малой мощностью, ХТМ средней и ХТН с высокой мощностью инверторов.

Мощности Xtender: ХТС — от 0,9 до 1,4 киловатт, ХТМ — от 1,5 до 4 киловатт, ХТН — от 3 до 8 киловатт. Напряжение на выходе — 230 вольт, частота — 50 Гц.

У каждого из гибридных преобразователей Xtender есть такие же характеристики и опции.

  • чистая синусоида подачи;
  • «подмес» мощности к сети от аккумулятора;
  • Уменьшение сетевого напряжения приводит к снижению энергопотребления от центрального источника электричества.
  • Существует два варианта выбора приоритета работы: «мягкий», при котором питание от сети доступно до 10%, и полный переход на аккумулятор.
  • многообразие инстайллерских настроек;
  • управление работой резервного генератора;
  • Режим паузы с большой областью настройки.
  • удаленный мониторинг параметров системы.

Все модели оснащены функцией Smart Boost – подключением к различным источникам электропитания (генератор, сетевой инвертор), а также Power Shaving – обеспечением стабильного покрытия пиковых нагрузок.

Оптимальные преобразователи Prosolar Hybrid

Модель из Китая обладает отличными характеристиками и доступной ценой (примерно 1200 долларов). Преобразователь улучшает функционирование солнечных панелей, накапливая неиспользованный заряд в аккумуляторе.

Форма напряжения — синусоида, коэффициент полезного действия преобразования — 90%, масса установки — 15,5 килограммов, допустимая влажность — 90% без конденсации, температура -25°С – +60°С.

Отличительные особенности:

  • Функция слежения за точкой максимальной мощности солнечного панельного блока.
  • Информационная панель, показывающая параметры работы системы.
  • 3-х уровневое зарядное устройство аккумулятора;
  • регулировка максимального тока до 25А;
  • коммуникативность инвертора.

Преобразователь подключается к компьютеру с помощью программы (входит в комплект). Инвертор можно модернизировать при помощи перепрошивки.

Синусоидальные инверторы Phoenix Inverter

Инверторы Phoenix соответствуют строгим требованиям и подходят для использования в промышленности. В серии Phoenix Inverter нет встроенного зарядного устройства.

Преобразователи оборудованы информационной шиной VE.Bus и подходят для работы в параллельных или трехфазных соединениях.

Мощность моделей варьируется от 1,2 до 5 киловатт, КПД составляет 95%, а напряжение — синусоидальное.

Таблица содержит характеристики гибридного инвертора Victron Energy модели 48/5000. Приблизительная цена Phoenix Inverter мощностью 5 кВт составляет 2500 долларов США.

Конкурентные преимущества:

  • Технология «SinusMax» позволяет запускать «тяжёлые нагрузки».
  • Существуют два режима экономии энергии: поиск оптимальной нагрузки и снижение тока холостого хода.
  • Реле сигнализации информирует о перегреве, низком напряжении батареи и др.
  • настройка программируемых параметров через ПК.

Чтобы получить высокую мощность, можно параллельно подключать к фазе до шести преобразователей. Так, шесть устройств мощностью 48/5000 Вт обеспечат выходную мощность в 48 кВт/30 кВА.

Отечественные приборы МАП Gibrid и Dominator

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

Мощность оборудования находится в диапазоне от 1,3 до 20 кВт, время переключения между режимами – не более 4 миллисекунд, имеется возможность подачи энергии в городскую сеть.

Сравнительная таблица демонстрирует возможности преобразователей. Обе модели поддерживают режим ЭКО, каждая подключается к Web-серверу для дистанционного контроля и настройки.

Характеристики преобразователей напряжения Gibrid и Dominator.

  • 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 с успехом прошли испытания в условиях экстремально низких температур (-25°C, при этом допускается кратковременное снижение до -50°С).

Возможные схемы подключения

При создании фотоэлектрического комплекса, подключенного к электросети, возможны различные способы присоединения инвертора.

Вариант #1 — схема с контроллером заряда DC

Самый распространенный способ подзарядки аккумулятора — через солнечный контроллер типа MPPT (анализирует точку максимальной мощности).

В схеме применяется преобразователь, способный подавать электричество в сеть или на нагрузку при напряжении аккумулятора выше пользовательского параметра.

Особенности решения:

  • Эффективное применение возобновляемых источников энергии с учётом наличия или отсутствия электрической сети.
  • Включение работоспособности при помощи солнечной энергии после разряда батареи.

В качестве альтернативы можно принять немного больший ущерб при преобразовании энергии между контроллером, аккумулятором и инвертором.

Вариант #2 — схема с комбинацией гибридного и сетевого преобразователя.

На выходе батарейного инвертора установлен сетевой преобразователь. По схеме два преобразователя подключены к различным солнечным батареям.

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

При работе от сети сетевой преобразователь обеспечивает резервируемую нагрузку. Эффективность преобразования около 95%. Дополнительная энергия направляется на аккумулятор, а при полной зарядке – в общую сеть.

Характеристики системы:

  • Работа возможна даже при отсутствии центрального сетевого напряжения.
  • Высокая эффективность работы и уменьшение потерь в преобразователях постоянного тока за счёт достаточного уровня напряжения солнечных батарей.
  • Аккумуляторы обычно работают в режиме буферизации, благодаря чему увеличивается их срок службы.
  • Применение гибридных инверторов для подзарядки аккумуляторов от выходного сигнала.
  • Нужно настроить работу сетевого преобразователя.

Общий güç сетевого преобразователя не должен быть больше мощности гибридного преобразователя — это дает возможность использовать энергию солнечных панелей при разряде аккумулятора или отключении электросети.

В процессе подключения инвертора важно учесть несколько особенностей, независимо от выбранной схемы.

  1. Проводящие кабели постоянного тока следует делать короткими. Инвертор лучше размещать рядом (в радиусе до 3 метров) с солнечными панелями, а дальше увеличивать протяженность трассы переменного тока.
  2. Монтаж преобразователя не разрешен на конструкциях из горючих материалов.
  3. Дисплей стенового инвертора расположен на уровне глаз для удобного считывания информации.

Моделям, мощностью более 500 Вт, необходимо выполнение особых условий подключения. Соединение должно быть жестким с надежным контактом между клеммами устройства и проводами.

На нашем сайте доступны статьи о солнечной энергетике и подключении элементов при сборке автономной системы.

Рекомендуем к ознакомлению следующие материалы:

  • Подключение солнечных панелей осуществляется к контроллеру, аккумуляторной системе и используемым устройствам.
  • Солнечное зарядное устройство: устройство и работа пополнения энергии от солнца
  • Изготовление солнечной батареи собственными силами: пошаговое руководство по сборке и установке фотоэлектрической панели.

Выводы и полезное видео по теме

О гибридном инверторе: конструкция, задачи и типы.

Описание характеристик, режимов и результативности применения инвертора InfiniSolar мощностью 3 кВт.

Проектирование энергосистемы на базе солнечных панелей — сложное и ответственное дело. Определение требуемых характеристик, подбор элементов гелиокомплекса, подключение и запуск системы желательны доверить специалистам.

Ошибки могут вызвать сбои системы и снизить эффективность работы оборудования, что приведет к лишним затратам. .

Выбираете преобразователь для автономной солнечной системы? Не нашли ответа на свой вопрос в статье? Задайте его в комментариях, мы поможем.

Не нашли неточностей или расхождений в тексте? Хотите внести практические советы, опираясь на собственный опыт? Поделитесь мыслью с нами.


Timofey