Системы электроснабжения с одновременным использованием традиционной подачи тока и электроэнергии от солнца – экономически обоснованное решение для частного домовладения, коттеджных, дачных поселков и производственных помещений.
Незаменимый элемент комплекса – гибридный инвертор для солнечных батарей, определяющий режимы подачи напряжения, обеспечивающий бесперебойность и эффективность работы гелиосистемы.
Чтобы система работала эффективно, нужно не только выбрать оптимальную модель, но и правильно ее подключить. А как это сделать – мы разберем в нашей статье. Также рассмотрим существующие виды преобразователей и лучшие предложения на рынке на сегодняшний день.
Оценка возможностей гибридного инвертора
Использование возобновляемой энергии солнца в комбинации с централизованным электроснабжением дает ряд преимуществ. Нормальное функционирование гелиосистемы обеспечивает слаженная работа ее основных моделей: солнечных батарей, контроллера заряда, аккумулятора, а также одного из ключевых элементов – инвертора.
Инвертор гелиосистемы – устройство для конвертации постоянного тока (DC), поступающего от фотоэлектрических панелей, в переменную электроэнергию. Именно на токе напряжением 220 В работает бытовая техника. Без инвертора выработка энергии бессмысленна.
Провести оценку возможностей гибридной модели лучше в сравнении с особенностями работы его ближайших конкурентов – автономных и сетевых «конвертеров».
Сетевой тип преобразователя
Устройство работает на нагрузки общей электросети. Выход от преобразователя подсоединен к потребителям электроэнергии, сети АС.
Схема отличается простотой, но имеет несколько ограничений:
- работоспособность при доступности переменного тока в сети;
- напряжение электросети должно быть относительно стабильным и соответствовать рабочему диапазону преобразователя.
Разновидность востребована в частных домах с действующим «зеленым» тарифом на электрификацию.
Автономный вариант прибора
Прибор запитывается от аккумулятора, который получает заряд от солнечных панелей через МРРТ-контроллер. В системе используются батареи разных типов, в том числе высокотехнологичные литиевые аккумуляторы.
При максимальном «наполнении» аккумулирующего устройства излишек электроэнергии передается на вход инвертора, выход которого подсоединен с конечными потребителями АС.
В случае недостатка солнечной активности энергия берется из аккумуляторных батарей и проходит «конвертацию» через инвертор напряжения.
Особенности работы автономной установки:
- возможность независимой работы при отсутствии сетевого переменного тока;
- некоторые модели поддерживают режим функционирования по «зеленому» тарифу;
- КПД установок – 90-93%.
Для обеспечения абсолютной автономности объекта требуется точный расчет мощности гелиопанелей и достаточная энергоемкость аккумулятора.
Гибридный тип инвертора
Модель отличается от выше описанных устройств особой «архитектурой» изготовления. Внутри предусмотрена особая электросхема, позволяющая в режиме преобразователя параллельно функционировать с источником тока (сетью, генератором).
Одновременно идет питание нагрузки от центральной сети и солнечных батарей, при этом функция приоритета отведена поставщику постоянного тока.
Конкурентные преимущества заложены в многофункциональности инверторов гибридного типа:
- Сеть – своего рода вместительный аккумулятор с КПД в 100%. Все излишки, выработанные фотоэлектрическими пластинами можно перенаправить в центральную сеть по «зеленому» тарифу.
- Обеспечение бесперебойного питания. При отключении основного электропитания система перестраивается в автономный режим, защищая всех потребителей от «скачков» напряжения.
- Повышение лимита мощности сети при пиковых нагрузках за счет добавления энергии от аккумуляторно-инверторного комплекса.
При спаде потребления гелиокомплекс переход в режим зарядки и через время вновь готов к использованию. Функция удвоенной мощности может обозначаться: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.
Модели гибридных инверторов
Комплекс аппаратуры для солнечных панелей
Вариант подключения гибридного инвертора
Получение энергии из сети переменного тока
Трехфазное и однофазное оборудование
Литий-ионный аккумулятор со встроенным инвертором
Аппаратура для гибкой настройки потребления
Отображение рабочих параметров на экране
Добавление мощности происходит по следующим принципам:
- если используемая мощность ниже предельного сетевого потребления, то кроме питания нагрузки осуществляется заряд аккумулирующей батареи;
- в отсутствии напряжения в сети расходуется электроэнергия, полученная от аккумулятора и преобразованная инвертором;
- если нагрузка превышает граничное значение мощности сети, то недостаток восполняется аккумулированной электроэнергией от солнечной батареи.
Перечисленные режимы работы способны поддерживать гибридные модели с зарядным устройством.
Разновидности преобразователей тока
Выбирая «сердце» автономной системы электроснабжения, следует правильно сопоставить возлагаемые задачи на оборудование с его потенциальными возможностями.
Основными признаками классификации гибридных инверторов являются: алгоритм изменения рабочих режимов, форма выходного напряжения и возможность обслуживания одно- или трехфазной сети.
Сравнение ББП и гибридной установки
Некоторые компании непроизвольно вводят потребителя в заблуждения, именуя блок бесперебойного питания (ББП) гибридным инвертором. Казалось бы, оба прибора выполняют схожие задачи, но есть существенное отличие.
ББП представляет собой инвертор с зарядным приспособлением. Модуль в первую очередь обеспечивает расходование энергии от фотоэлектрической установки, а при ее недостатке – переключается на потребление от сети.
Функционирование системы в «дерганом» режиме провоцирует дополнительное циклирование аккумулятора и ускоряет его износ. В большинстве недорогих ББП пороговое напряжение установлено без возможности регулирования.
В моделях гибридных инверторов для солнечных батарей подобные скачки исключены – агрегат подстраивается под требуемую мощность и работает одновременно с разными источниками тока.
Можно самостоятельно выбирать приоритетное потребление. Как правило, упор делается на расходование энергии от солнечных батарей. В некоторых гибридных агрегатах предусмотрена опция ограничения мощности, поступающей от городской сети.
Разновидности по форме сигнала инвертора
Преобразователи тока солнечных батарей классифицируют по типу выходного сигнала.
Различают:
- чистая синусоида;
- модифицированный синус (квази-синусоида);
- меандр.
Последний вариант на практике практически не используется, так как резкая смена полярности вызывает сбои в работе аппаратуры.
Что такое чистая синусоида?
Преобразователь выдает высококачественный сигнал, превосходящий форму тока сети. Это оптимальный вариант, обеспечивающий работу «чувствительной» аппаратуры: котлов отопления, компрессоров, электродвигателей, медицинской техники и приборов на базе трансформаторных источников питания.
Особенности квази-синуса
Передача энергетики сигнала в форме модифицированной синусоиды способна снижать эффективность работы некоторых приборах, провоцировать появление шумов, вызывать помехи или приводить к поломке оборудования.
При питании низкочастотных трансформаторов, асинхронных, синхронных двигателей просматривается потеря мощности на 20-30%. Этот «недочет» преобразуется в тепловую энергию, излишне нагревая приборы.
Инверторы с псевдосинусоидальным сигналом отличаются компактностью и приемлемой стоимостью. Их использование целесообразно для питания приборов без индуктивных нагрузок, рассчитанных на потребление активных составляющих электромощности.
К этой группе относятся: теплоэлектрические нагреватели, лампы накаливания осветительных систем и другие резистивные конструкции.
Форма выходного сигнала указывается в паспорте инвертора или бесперебойника. Возможные обозначения: «Back» – гарантия отсутствия чистого синуса, «Smart» – вероятность получения на выходе качественного тока.
Некоторые производители в сопроводительном документе отмечают коэффициент гармоник (индекс нелинейных искажений). Если параметр менее 8%, то агрегат выдает практически идеальный синус.
Однофазные и трехфазные модели
Однофазные инверторы преимущественно встраиваются в цепь фотоэлектрической системы бытового назначения со стандартным напряжением 220В.
Диапазон выходного напряжения при подключении на одну фазу в разных моделях колеблется в пределах 210-240В, выходная частота – 47-55 Hz, мощность – 300-5000 Вт.
Однофазные инверторы выпускаются под стандартные значения напряжения аккумуляторных батарей: 12, 24 и 48 В. Чтобы преобразователь не функционировал на пределе возможностей необходимо согласовать мощность «конвертера» с напряжением солнечной батареи или аккумулятора.
Трехфазные инверторы применяются для подачи трехфазного тока, обеспечивающего питание электродвигателей. Преимущественное применение – производство, цеха, коммерческое назначение.
Инверторы на три фазы отличаются высокой мощностью (3-30 кВт), широким диапазоном выходного переменного напряжения (220В/400В).
На рынке представлены и комбинированные модели. К ним относятся однофазные инверторы с возможностью синхронизации выходов преобразователя со сдвигом фаз – это позволяет питать трехфазные нагрузки. Все виды техники для преобразования тока от солнечных батарей мы рассмотрели в другой нашей статье.
Параметры выбора инвертора солнечной батареи
Эффективность работы преобразователя и всей системы электрообеспечения во многом зависит от грамотного выбора параметров оборудования.
Кроме вышеописанных характеристик следует оценить:
- выходную мощность;
- тип защиты;
- рабочую температуру;
- габариты установки;
- КПД;
- наличие дополнительных функций.
Рассмотрим далее все эти характеристики детальнее.
Критерий #1 – мощность прибора
Номинал «солнечного» инвертора подбирается из расчета максимальной нагрузки на сеть и предполагаемого времени автономной работы. В пусковом режиме преобразователь способен отдавать кратковременное повышение мощности на момент ввода в эксплуатацию емкостных нагрузок.
Такой период характерен при включении посудомоечных, стиральных машин или холодильников.
При использовании ламп освещения и телевизора подойдет маломощный инвертор на 500-1000 Вт. Как правило, требуется расчет суммарной мощности эксплуатируемой техники. Нужная величина указывается непосредственно на корпусе прибора или в сопроводительном документе.
Критерий #2 – уровень защиты
Качественный солнечный инвертор должен иметь несколько ступеней защиты. Возможные варианты: система принудительного охлаждения, предупреждение короткого замыкания, защита от провалов и выбросов напряжения в сети.
Немаловажно – наличие герметичного укрепленного корпуса, предупреждающего попадание вовнутрь частиц пыли, влаги. Показатель защиты электрооборудования нормируется согласно стандартизации IEC-952.
Для условий эксплуатации на открытом воздухе подойдут модели с индексом «IP65» – прочность и надежность инвертора допускает его применение во внешней атмосфере.
Критерий #3 – рабочая температура и габариты
Широкий интервал значений – показатель достойного качества сборки инвертора. Величина показателя особо актуальна при размещении преобразователя в неотапливаемом помещении.
Вес – косвенный показатель качества инвертора. Существует мнение – чем тяжелее преобразователь, тем он мощнее. Это объясняется наличием в высокомощном оборудовании трансформатора.
В «облегченных» моделях отсутствие трансформатора может стать причиной поломки инвертора при подаче высокого пускового тока.
Критерий #4 – коэффициент полезного действия
Специалисты рекомендуют приобретать «конвертеры» тока с КПД от 90%. Только с таким параметром работа гелиосистемы будет эффективной, а ее обустройство целесообразным. Потеря 10% солнечной энергии – недопустимая «роскошь».
Дополнительный функционал. Расширенные возможности влияют на стоимость оборудования и не всегда востребованы. Однако некоторые опции оправдывают затраченные средства.
К полезным и необходимым «девайсам» относятся:
- автоматическое добавление инверторной мощности к электроэнергии сети;
- регулировка периода зарядки аккумуляторной батареи;
- выбор приоритетного источника тока;
- поддержание работы с аккумуляторами разного типа (щелочными, литий железно-фосфатными, гелиевыми, AGM, кислотными);
- возможность комбинированной работы с сетевым преобразователем;
- установка показателя напряжения – предупреждение «скачков» сетевого напряжения;
- возможность модернизации инвертора за счет обновления прошивок.
Современные преобразователи могут подключаться к ПК для программирования и мониторинга.
Обзор популярных гибридных преобразователей
Среди потребителей хорошие отзывы получили инверторы иностранных компаний: Xtender (Швейцария), Prosolar (Китай), Victor Energy (Голландия), SMA (Германия) и Xantrex (Канада). Отечественный представитель – МАП Sine.
Линейка многофункциональных инверторов Xtender
Гибридный преобразователь Studer от компании Xtender – воплощение швейцарского стандарта качества в силовой электроники. Солнечные инверторы серии Xtender отличаются показательными прочностными характеристиками и обширной функциональностью.
Многообразие моделей: ХТS – маломощные представители, ХТМ – модели средней мощности, ХТН – высокомощные инверторы.
Каждой серии гибридных преобразователей Xtender присущи следующие характеристики и опции:
- чистая синусоида подачи;
- «подмес» мощности к сети от аккумулятора;
- при снижении сетевого напряжения потребление от центрального электроснабжения сокращается;
- два режима выбора приоритета: первый – «мягкий» с подпиткой от сети в пределах 10%, второй – полное переключение на аккумулятор;
- многообразие инстайллерских настроек;
- управление работой резервного генератора;
- режим ожидания с широким диапазоном регулирования;
- удаленный мониторинг параметров системы.
Во всех модификациях есть функция Smart Boost –подключение к разным «поставщикам» питания (генераторная установка, сетевой инвертор) и Power Shaving – гарантированное покрытие пиковых нагрузок.
Оптимальные преобразователи Prosolar Hybrid
Модель китайского производства имеет хорошие характеристики и приемлемую стоимость (около 1200 у.е.). Преобразователь оптимизирует работу солнечных батарей, сохраняя неизрасходованную энергию в аккумуляторе.
Отличительные особенности:
- опция отслеживания за точкой граничной мощности солнечной батареи;
- информационный ЖК-дисплей с отображением рабочих параметров системы;
- 3-х уровневое зарядное устройство аккумулятора;
- регулировка максимального тока до 25А;
- коммуникативность инвертора.
Преобразователь подсоединяется к ПК посредством программного обеспечения (поставляется комплектом). Есть возможность модернизации инвертора путем инновационной перепрошивки.
Синусоидальные инверторы Phoenix Inverter
Инверторы Phoenix удовлетворяют высоким требованиям и подходят для производственного применения. Серия Phoenix Inverter выпущена без встроенного зарядного устройства.
Преобразователи оснащены информационной шиной VE.Bus и допускают эксплуатацию в параллельных или трехфазных конфигурациях.
Диапазон мощностей модельного ряда – 1,2-5 кВт, КПД – 95%, тип напряжения – синусоида.
Конкурентные преимущества:
- технология «SinusMax» поддерживает запуск «тяжелых нагрузок»;
- два режима сбережения энергии – опция поиска нагрузки и понижение тока холостого хода;
- наличие реле сигнализации – оповещение о перегреве, недостаточном напряжении батареи и т.д.;
- настройка программируемых параметров через ПК.
Для достижения высокой мощности возможно параллельное подключение к фазе до шести преобразователей. Например, комбинация из шести приборов номиналом 48/5000 способна обеспечить выходную мощность – 48кВт/30кВА.
Отечественные приборы МАП Gibrid и Dominator
Компания МАП «Энергия» разработала две модификации гибридного преобразователя: Gibrid и Dominator.
Диапазон мощностей оборудования составляет 1,3-20 кВт, временной промежуток на переключение между режимами – до 4-х мс, предусмотрена возможность «подкачки» электроэнергии в городскую сеть.
Общие характеристики конвертеров 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.
КПД преобразователей достигает 93-96%. Приборы успешно прошли испытания на использование при сверхнизких температурах (граничное значение -25°, допустимы кратковременное снижение до -50 °С).
Возможные схемы подключения
При построении фотоэлектрического комплекса, комбинированного с центральной сетью, существуют разные варианты подсоединения инвертора.
Вариант #1 – схема с контроллером заряда DC
Наиболее популярный вариант, где заряжение аккумуляторной батареи осуществляется через солнечный контроллер МРРТ (анализ точки пиковой мощности).
Особенности решения:
- эффективное использование возобновляемой энергии при наличии/отключении сети;
- возможность активации работы от солнечной системы после разрядки аккумулятора.
А также еще одним решением является несколько увеличенные потери на преобразование энергии на участке «контроллер-аккумулятор-инвертор».
Вариант #2 – схема с гибридным и сетевым преобразователем
Сетевой преобразователь на выходе батарейного инвертора. Согласно схеме два конвертера подсоединены к разным солнечным батареям.
Гибридный преобразователь подведен к опционной фотоэлектрической панели для подзарядки аккумулятора, сетевой – соединен с основным солнечным модулем.
Характеристики системы:
- бесперебойная работа независимо от наличия центрального сетевого напряжения;
- высокий КПД и минимизация потерь на стороне DC благодаря достаточному уровню напряжения солнечной батареи;
- аккумуляторы почти всегда функционируют в буферном режиме, что увеличивает их срок службы;
- использование гибридных инверторов, рассчитанных на заряд аккумулятора с выхода;
- необходимость регулировки работы сетевого инвертора.
Суммарная мощность сетевого преобразователя не должна превышать мощность гибридного «конвертера» – это позволяет утилизировать энергию солнечных батарей в случае разряда аккумулятора, отключения сети.
Независимо от выбранной схемы, при подключении инвертора следует учитывать ряд нюансов:
- Проводные соединения для DC не должны быть длинными. Инвертор желательно располагать в близости (до 3-х м) от солнечных батарей, а далее «наращивать» магистраль с AC.
- Преобразователь недопустимо монтировать на конструкции из горючих материалов.
- Стеновой инвертор располагается на уровне глаз для удобства считывания информации с дисплея.
К подключению моделей мощностью более 500 Вт предъявляются особые требования. Соединение должно быть жестким с надежным контактом между клеммами прибора и проводами.
Также на нашем сайте есть другие статьи по солнечной энергетике и подключению отдельных компонентов и модулей при сборке автономной системы.
Рекомендуем к ознакомлению следующие материалы:
- Схема подключения солнечных батарей: к контроллеру, к аккумулятору и обслуживаемым системам
- Зарядное устройство на солнечных батареях: устройство и принцип работы зарядки от солнца
- Как сделать солнечную батарею своими руками: способы сборки и монтажа солнечной панели
Выводы и полезное видео по теме
Понятие «гибридного инвертора», его устройство, функции и варианты исполнения:
Обзор возможностей, режимов работы и эффективности использования многофункционального преобразователя InfiniSolar на 3 кВт:
Проектирование солнечной системы электроснабжения – сложная и ответственная задача. Расчет необходимых параметров, подбор составных компонентов гелиокомплекса, подключение и ввод в эксплуатацию лучше доверить профессионалам.
Допущенные ошибки могут привести к сбоям в системе и неэффективному использованию дорогостоящего оборудования.
Подбираете оптимальный вариант преобразователя для функционирования автономной системы энергоснабжения на солнечной энергии? У вас возникли вопросы, которые мы не затронули в этой статье? Задавайте их в комментариях ниже – мы постараемся вам помочь.
А может вы заметили неточности или несоответствия в изложенном материале? Или хотите дополнить теорию практическими рекомендациями, основываясь на личном опыте? Напишите нам об этом, поделитесь своим мнением.