Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Системи електропостачання з одночасним використанням традиційної подачі струму і електроенергії від сонця - економічно обгрунтоване рішення для приватного домоволодіння, котеджних, дачних селищ і виробничих приміщень.

Незамінний елемент комплексу - гібридний інвертор для сонячних батарей, що визначає режими подачі напруги, що забезпечує безперебійність і ефективність роботи геліосистеми.

Щоб система працювала ефективно, потрібно не тільки вибрати оптимальну модель, але і правильно її підключити. А як це зробити - ми розберемо в нашій статті. Також розглянемо існуючі види перетворювачів і кращі пропозиції на ринку на сьогоднішній день.

Оцінка можливостей гібридного інвертора

Використання відновлюваної енергії сонця в комбінації з централізованим електропостачанням дає ряд переваг. Нормальне функціонування геліосистеми забезпечує злагоджена робота її основних моделей: сонячних батарей, контролера заряду, акумулятора, а також одного з ключових елементів - інвертора.

Інвертор геліосистеми - пристрій для конвертації постійного струму (DC), що надходить від фотоелектричних панелей, в змінну електроенергію. Саме на струмі напругою 220 В працює побутова техніка. Без інвертора вироблення енергії безглузда.

Схема роботи системи: 1 - сонячні модулі, 2 - контролер заряду, 3 - акумуляторна батарея, 4 - перетворювач напруги (інвертор) з подачею змінного струму (АС)

Провести оцінку можливостей гібридної моделі краще в порівнянні з особливостями роботи його найближчих конкурентів - автономних і мережевих «конвертерів».

Мережевий тип перетворювача

Пристрій працює на навантаження загальної електромережі. Вихід від перетворювача приєднаний до споживачів електроенергії, мережі АС.

Схема відрізняється простотою, але має кілька обмежень:

  • працездатність при доступності змінного струму в мережі;
  • напруга електромережі має бути відносно стабільним і відповідати робочому діапазону перетворювача.

Різновид затребувана в приватних будинках з чинним «зеленим» тарифом на електрифікацію.

Днем при мінімальному енергоспоживанні, вироблений струм надходить в мережу по «зеленим» розцінками, з вечора до ранку будівлю «підживлюється» від централізованого постачання електрикою

Автономний варіант приладу

Прилад живиться від акумулятора, який отримує заряд від сонячних панелей через МРРТ-контролер. В системі використовуються різні типи батарей, в тому числі високотехнологічні літієві акумулятори.

При максимальному «наповненні» акумулює пристрої надлишок електроенергії передається на вхід інвертора, вихід якого приєднаний з кінцевими споживачами АС.

У разі нестачі сонячної активності енергія береться з акумуляторних батарей і проходить «конвертацію» через інвертор напруги.

Особливості роботи автономної установки:

  • можливість незалежної роботи за відсутності мережевого змінного струму;
  • деякі моделі підтримують режим функціонування за «зеленим» тарифом;
  • ККД установок - 90-93%.

Для забезпечення абсолютної автономності об'єкта потрібен точний розрахунок потужності геліопанелей і достатня енергоємність акумулятора.

Варіант незалежного використання інвертора без включення в систему централізованого мережевого підключення. Автономний перетворювач затребуваний в місцевості з повною відсутністю або низькою якістю подачі електрики

Гібридний тип інвертора

Модель відрізняється від вище описаних пристроїв особливої «архітектурою» виготовлення. Усередині передбачена особлива схема живлення, що дозволяє в режимі перетворювача паралельно функціонувати з джерелом струму (мережею, генератором).

Одночасно йде живлення навантаження від центральної мережі і сонячних батарей, при цьому функція пріоритету відведена постачальнику постійного струму.

Гібридний перетворювач дозволяє максимально ефективно споживати енергію сонця, не перемикаючись з мережі електропостачання від центральної станції або генератора

Конкурентні переваги закладені в багатофункціональності інверторів гібридного типу:

  1. Мережа - свого роду місткий акумулятор з ККД в 100%. Всі надлишки, вироблені фотоелектричними пластинами можна перенаправити в центральну мережу по «зеленому» тарифу.
  2. Забезпечення безперебійного живлення. При відключенні основного електроживлення система перебудовується в автономний режим, захищаючи всіх споживачів від «стрибків» напруги.
  3. Підвищення ліміту потужності мережі при пікових навантаженнях за рахунок додавання енергії від акумуляторно-інверторного комплексу.

При спаді споживання геліокомплекс перехід в режим зарядки і через час знову готовий до використання. Функція подвоєною потужності може позначатися: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

Додавання потужності відбувається за такими принципами:

  • якщо використовувана потужність нижче граничного мережевого споживання, то крім харчування навантаження здійснюється заряд акумулюючої батареї;
  • у відсутності напруги в мережі витрачається електроенергія, отримана від акумулятора і перетворена інвертором;
  • якщо навантаження перевищує граничне значення потужності мережі, то недолік компенсується акумульованої електроенергією від сонячної батареї.

Перераховані режими роботи здатні підтримувати гібридні моделі з зарядним пристроєм.

Деякі багатофункціональні інвертори розраховані на одночасне підключення декількох ліній змінного струму для автоматичного введення резерву. Високотехнічні моделі самостійно регулюють заряд акумулятора

Різновиди перетворювачів струму

Вибираючи «серце» автономної системи електропостачання, слід правильно зіставити покладені завдання на обладнання з його потенційними можливостями.

Основними ознаками класифікації гібридних інверторів є: алгоритм зміни робочих режимів, форма вихідної напруги і можливість обслуговування одно- або трифазної мережі.

Порівняння ББП і гібридної установки

Деякі компанії мимоволі вводять споживача в оману, називаючи блок безперебійного живлення (ББЖ) гібридним інвертором. Здавалося б, обидва прилади виконують схожі завдання, але є істотна відмінність.

ББП є інвертор із зарядним пристроєм. Модуль в першу чергу забезпечує витрачання енергії від фотоелектричної установки, а при її нестачі - перемикається на споживання від мережі.

ББП не здатний виконувати функцію «підмішування» накопиченої електроенергії від акумуляторних батарей з мережевою. Пріоритетне споживання від джерела DC реалізовано шляхом відключення від мережі і переходом на роботу від акумулятора

Функціонування системи в «смикання» режимі провокує додаткове циклирование акумулятора і прискорює його зношення. У більшості недорогих ББП порогове напруга встановлено без можливості регулювання.

У моделях гібридних інверторів для сонячних батарей подібні скачки виключені - агрегат підлаштовується під необхідну потужність і працює одночасно з різними джерелами струму.

Можна самостійно вибирати пріоритетний споживання. Як правило, упор робиться на витрачання енергії від сонячних батарей. У деяких гібридних агрегатах передбачена опція обмеження потужності, що надходить від міської мережі.

Порівняння функцій популярних модифікацій гібридних «конвертерів» і ББП. У серії моделей Victron передбачена можливість збільшення инверторной потужності за рахунок мережевий

Різновиди за формою сигналу інвертора

Перетворювачі струму сонячних батарей класифікують за типом вихідного сигналу.

розрізняють:

  • чиста синусоїда;
  • модифікований синус (квазі-синусоїда);
  • меандр.

Останній варіант на практиці практично не використовується, тому що різка зміна полярності викликає збої в роботі апаратури.

Інвертор з подачею «П-образного» сигналу не зможе захистити пристрою від перепадів напруги. До того ж, основна частина побутової техніки не сприймає «меандровий» ток

Що таке чиста синусоїда?

Перетворювач видає високоякісний сигнал, що перевершує форму струму мережі. Це оптимальний варіант, що забезпечує роботу «чутливої» апаратури: котлів опалення, компресорів, електродвигунів, медичної техніки та приладів на базі трансформаторних джерел живлення.

Недоліки інверторів синусоїдальної коливання: висока вартість і великі габарити. Купівля перетворювача з чистим синусом обійдеться в два рази дорожче моделі з квазі-синусоїдою при рівних показниках підсумкової потужності

Особливості квазі-синуса

Передача енергетики сигналу в формі модифікованої синусоїди здатна знижувати ефективність роботи деяких приладах, провокувати появу шумів, спричинювати радіоперешкоди та приводити до поломки обладнання.

При харчуванні низькочастотних трансформаторів, асинхронних, синхронних двигунів проглядається втрата потужності на 20-30%. Цей «недолік» перетворюється на теплову енергію, надмірно нагріваючи прилади.

Інвертори з псевдосінусоідальним сигналом відрізняються компактністю і прийнятною вартістю. Їх використання доцільне для живлення приладів без індуктивних навантажень, розрахованих на споживання активних складових електропотужності.

До цієї групи належать: теплоелектричні нагрівачі, лампи розжарювання освітлювальних систем та інші резистивні конструкції.

Варіанти модифікованого синуса: 1 - ускладнена форма меандру з паузою, 2 - наближення до чистого синусу за рахунок збільшення числа переходів

Форма вихідного сигналу вказується в паспорті інвертора або бесперебойніка. Можливі позначення: «Back» - гарантія відсутності чистого синуса, «Smart» - ймовірність отримання на виході якісного струму.

Деякі виробники в супровідному документі зазначають коефіцієнт гармонік (індекс нелінійних спотворень). Якщо параметр менше 8%, то агрегат видає практично ідеальний синус.

Однофазні та трифазні моделі

Однофазні інвертори переважно вбудовуються в ланцюг фотоелектричної системи побутового призначення зі стандартним напругою 220В.

Діапазон вихідної напруги при підключенні на одну фазу в різних моделях коливається в межах 210-240В, вихідна частота - 47-55 Hz, потужність - 300-5000 Вт.

Однофазні інвертори випускаються під стандартні значення напруги акумуляторних батарей: 12, 24 і 48 В. Щоб перетворювач не функціонувала на межі можливостей необхідно узгодити потужність «конвертера» з напругою сонячної батареї або акумулятора.

Діапазон залежності характеристик акумулятора (напруга - В) і сонячного перетворювача (номінальна потужність - Вт): 12 В - в межах 600 Вт, 24 В - до 1, 5 кВт, 48 В - понад 1, 5 кВт

Трифазні інвертори застосовуються для подачі трифазного струму, що забезпечує харчування електродвигунів. Переважне застосування - виробництво, цехи, комерційне призначення.

Інвертори на три фази відрізняються високою потужністю (3-30 кВт), широким діапазоном вихідного змінної напруги (220В / 400В).

На ринку представлені і комбіновані моделі. До них відносяться однофазні інвертори з можливістю синхронізації виходів перетворювача із зсувом фаз - це дозволяє живити трифазні навантаження. Всі види техніки для перетворення струму від сонячних батарей ми розглянули в інший нашій статті.

Параметри вибору інвертора сонячної батареї

Ефективність роботи перетворювача і всієї системи електрозабезпечення багато в чому залежить від грамотного вибору параметрів обладнання.

Крім вищеописаних характеристик слід оцінити:

  • вихідну потужність;
  • тип захисту;
  • робочу температуру;
  • габарити установки;
  • ККД;
  • наявність додаткових функцій.

Розглянемо далі всі ці характеристики детальніше.

Критерій # 1 - потужність приладу

Номінал «сонячного» інвертора підбирається з розрахунку максимального навантаження на мережу і передбачуваного часу автономної роботи. У пусковому режимі перетворювач здатний віддавати короткочасне підвищення потужності на момент введення в експлуатацію ємнісних навантажень.

Такий період характерний при включенні посудомийних, пральних машин або холодильників.

При використанні ламп освітлення і телевізора підійде малопотужний інвертор на 500-1000 Вт. Як правило, потрібно провести розрахунок сумарної потужності експлуатованої техніки. Потрібна величина вказується безпосередньо на корпусі приладу або в супровідному документі.

Отримане значення бажано збільшити на 20-30% - це і буде необхідна вихідна потужність інвертора. Наприклад, сумарна потужність обладнання складає 500 Вт / год, термін автономної роботи - 5 ч. Розрахунок: 500 Вт / год * 5ч * 1, 2 = 3000 Вт / год

Критерій # 2 - рівень захисту

Якісний сонячний інвертор повинен мати кілька ступенів захисту. Можливі варіанти: система примусового охолодження, попередження короткого замикання, захист від провалів і викидів напруги в мережі.

Важливо - наявність герметичного укріпленого корпусу, що попереджає попадання всередину частинок пилу, вологи. Показник захисту електрообладнання нормується згідно стандартизації IEC-952.

Індекс позначається як IP AB, де А - рівень захищеності від проникнення сторонніх часток всередину пристрою, В - витривалість до впливу вологою

Для умов експлуатації на відкритому повітрі підійдуть моделі з індексом «IP65» - міцність і надійність інвертора допускає його застосування у зовнішній атмосфері.

Критерій # 3 - робоча температура і габарити

Широкий інтервал значень - показник гідної якості збірки інвертора. Величина показника особливо актуальна при розміщенні перетворювача в неопалюваному приміщенні.

Вага - непрямий показник якості інвертора. Існує думка - чим важче перетворювач, тим він потужніший. Це пояснюється наявністю в високопотужними обладнанні трансформатора.

У «полегшених» моделях відсутність трансформатора може стати причиною поломки інвертора при подачі високого пускового струму.

Згідно зі спостереженнями, один кілограм ваги сонячного перетворювача відповідає вихідної потужності 100 Вт. Габарити інвертора визначають спосіб його монтажу

Критерій # 4 - коефіцієнт корисної дії

Фахівці рекомендують купувати «конвертери» струму з ККД від 90%. Тільки з таким параметром робота геліосистеми буде ефективною, а її облаштування за доцільне. Втрата 10% сонячної енергії - неприпустима «розкіш».

Додатковий функціонал. Розширені можливості впливають на вартість обладнання і не завжди затребувані. Однак деякі опції виправдовують витрачені кошти.

До корисним і необхідним «девайсів» відносяться:

  • автоматичне додавання инверторной потужності до електроенергії мережі;
  • регулювання періоду зарядки акумуляторної батареї;
  • вибір пріоритетного джерела струму;
  • підтримка роботи з акумуляторами різного типу (лужними, літій залізно-фосфатними, гелієвими, AGM, кислотними);
  • можливість комбінованої роботи з мережевим перетворювачем;
  • установка показника напруги - попередження «стрибків» напруги;
  • можливість модернізації інвертора за рахунок поновлення прошивок.

Сучасні перетворювачі можуть підключатися до ПК для програмування і моніторингу.

Для відстеження роботи обладнання та електромереж компанії виробники пропонують безкоштовне програмне забезпечення. Цікава опція - можливість відправки СМС-оповіщення про стан системи за запитом користувача

Огляд популярних гібридних перетворювачів

Серед споживачів хороші відгуки отримали інвертори іноземних компаній: Xtender (Швейцарія), Prosolar (Китай), Victor Energy (Голландія), SMA (Німеччина) і Xantrex (Канада). Вітчизняний представник - МАП Sine.

Лінійка багатофункціональних інверторів Xtender

Гібридний перетворювач Studer від компанії Xtender - втілення швейцарського стандарту якості в силової електроніки. Сонячні інвертори серії Xtender відрізняються показовими характеристиками міцності і великою функціональністю.

Різноманіття моделей: ХТS - малопотужні представники, ХТМ - моделі середньої потужності, ХТН - високопотужні інвертори.

Діапазони потужностей Xtender: ХТS - 0, 9-1, 4 кВт, ХТМ - 1, 5-4 кВт, ХТН - 3-8 кВт. Напруга на виході - 230 Вт, частота - 50 Гц

Кожній серії гібридних перетворювачів Xtender притаманні такі характеристики і опції:

  • чиста синусоїда подачі;
  • «Підмішування» потужності до мережі від акумулятора;
  • при зниженні напруги споживання від центрального електропостачання скорочується;
  • два режими вибору пріоритету: перший - «м'який» з підживленням від мережі в межах 10%, другий - повне перемикання на акумулятор;
  • різноманіття інстайллерскіх налаштувань;
  • управління роботою резервного генератора;
  • режим очікування з широким діапазоном регулювання;
  • віддалений моніторинг параметрів системи.

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.

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

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.

В таблице приведены характеристики гибридной модификации инвертора 48/5000 от компании Victron Energy. Ориентировочная стоимость Phoenix Inverter мощностью 5 кВт – 2500 у.е.

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.

Сравнительная таблица возможностей преобразователей. Оба вида способны работать в ЭКО режиме, каждая модель «связывается» с Web-сервером для удаленного мониторинга и корректировки

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).

Можливі схеми підключення

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).

В схеме используется преобразователь, поддерживающий передачу электричества в сеть или нагрузку, если напряжение аккумулятора превосходит заданный пользователем параметр

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.

При нормальных условиях (наличие сетевого тока) сетевой преобразователь питает резервируемую нагрузку, КПД преобразование – около 95%. Излишек энергии поступает на аккумулятор, а при его наполнении – в общую сеть

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:

  1. 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.
  2. Преобразователь недопустимо монтировать на конструкции из горючих материалов.
  3. 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

Висновки і корисне відео по темі

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.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Будівництво