Гибридный инвертор для солнечных батарей: выбор и принципы устройства

Сферы применения

Инверторы используются в различных ситуациях:

В дальних поездках обеспечивают возможность подключения к аккумулятору автомобиля необходимых приборов (холодильника, электрических инструментов и т.д.).
Преобразование энергии, полученной от альтернативных источников (например, от солнечных батарей).

Резервное энергоснабжение дома на случай неожиданного отключения электричества.
Источник энергии на загородных участках при отсутствии централизованной электрификации и т.д.

Для выполнения каждой из этих задач выбирают соответствующие модели преобразователей. Чаще всего инверторы 12/220 используются автомобилистами.

Устройства с входным напряжением 12 В и 24 В не являются взаимозаменяемыми!

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).

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

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

Виды солнечных панелей

Солнечные батареи функционируют долго, могут вырабатывать постоянный ток, даже если погода пасмурная. Вместе с тем появляется возможность предупредить возникновение скачков напряжения. Как результат, техника на объекте, подключенная к такому источнику электроэнергии, служит дольше, т. к. созданы более щадящие условия эксплуатации (исключается риск повышения, падения напряжения, отключение питания).

Модуль представляет собой панель, состоящую из нескольких преобразователей, объединенных между собой. Чтобы изменить характеристики солнечной батареи, добавляют такие конструкции. Но эффективность работы подобных устройств зависит не только от количества модулей, а еще и от того, насколько правильно была выполнена установка (учитывают углы наклона панелей, интенсивность солнечного освещения на участке). Модули представлены видами:

Монокристаллические. Производятся из чистого материала – монокристаллического кремния. Его отличает высокие показатели эффективности. Причем КПД солнечных элементов – около 22%, а панелей на их основе – не более 18%. Такие модули рекомендуется применять в местности, где уровень освещенности часто низкий.

Монокристаллическая солнечная панель

Поликристаллические. По стоимости они предпочтительнее, т. к. производятся из мультикристаллических пластин. Еще одна причина низкой цены – недостаточно высокая производительность. Рекомендуется применять такие модули, если в местности сравнительно одинаковый уровень освещенности в разное время, отсутствуют резкие перепады.

Аморфные. Другое название – тонкопленочные солнечные батареи. Они отличаются универсальным действием (применяются на разных объектах, в различных целях). Могут устанавливаться там, где жаркое солнце внезапно сменяется облачной погодой. Теоретически аморфные панели в будущем будут использоваться не только на крышах, но и на сумках, других бытовых изделиях. Минусом таких панелей является более низкая производительность, если сравнивать с поли-, монокристаллическими.

Тонкопленочные (аморфные) солнечные панели

Гетероструктурные. Считаются наиболее эффективными, их КПД достигает 25%. Панели вырабатывают электроэнергию при солнечной и пасмурной погоде. В России такую продукцию представляет марка «Хевел». Компания-производитель разрабатывает и внедряет собственную технологию производства гетероструктурных панелей.

Гетероструктурные солнечные панели

Основные элементы конструкции:

аккумулятор, позволяющая устранить перепады напряжения, вызванные изменением освещенности панели, а еще одна накапливает энергию;
инвертор – преобразователь тока (из постоянного в переменный);
контроллер: обеспечивает стабильную работу модуля, т. к. контролирует все параметры (температуру, зарядное напряжение аккумулятора и др.).

В продаже встречаются готовые системы, а также отдельные элементы для сбора с учетом собственных потребностей.

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.

Диапазоны мощностей Xtender: ХТS – 0,9-1,4 кВт, ХТМ – 1,5-4 кВт, ХТН – 3-8 кВт. Напряжение на выходе – 230 Вт, частота – 50 Гц

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.

Prosolar Hibrid – оптимизация выработки электроэнергии

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 преобразователи 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 лидеры: 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 конверторов 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).

Наличие инвертора необходимо:

Для обеспечения круглосуточного бесперебойного питания в сети, использующей централизованную подачу энергии параллельно с аккумуляторами.
В сетевых системах электроснабжения – совместная работа сетевого on-grid инвертора и центральной электросетью.
Для систем, где основным или единственным источником электроэнергии выступают фотоэлектрические панели или ветряки.
В гибридных и комбинированных системах электроснабжения, совместная работа ВИЭ с центральной сетью.
На других объектах с автономным электропитанием, построенных по принципу off-grid систем.
В мобильных комплексах на базе солнечных панелей, использующихся автомобилистами и любителями многодневных пеших турпоходов.

Виды инверторов для солнечной батареи

Существует множество разновидностей данных приборов. И выбрать их не так-то просто.

Модифицированные или сетевые инверторы

В основе производства лежат диоды варикапы. У них есть низкочастотный модулятор. Это позволяет совершать вариации. Они отлично подойдут к круглым солнечным панелям. Большинство из них обладают проводностью более 40 мк. У них есть подкладки в изоляторах. Существуют даже такие, которые работают сквозь контроллер подзарядки.

У выпрямителей для инверторов имеется частота около 30 Гц, а иногда и выше.

Сетевой инвертор для солнечных батарей имеет следующие плюсы:

Малый размер.
Хорошая защита.
Малое потребление энергии.
Быстрая конвертация напряжения.

Иногда в корпусе инвертора встроен контроллер. Многие продавцы называют данный прибор гибридным. Но в действительности это не так, он комбинированный.

Гибридный инвертор

Сочетает в себе особенности всех остальных устройств данного типа. Это самый дорогой, но наиболее подходящий инвертор для солнечных батарей.

Гибридный прибор может дополнительно приобретать нагрузку из сети и АКБ. У него в приоритете постоянное напряжение. Если по каким-то причинам в аккумуляторе будет мало тока, то он возьмет его из сети.

Инверторы работающие в автономном режиме

Отлично подойдут для СБ разной мощности. Работают даже в момент возникновения перенапряжения до 4А. Идут на 3-и обкладывания. На них можно встретить обозначение «OFF Grid». Они не контактируют с бытовой сетью. Мощность может быть от 100 – 8000 ват.

Если встретился прибор с пометкой On Grid то это означает что у него есть дополнительная функция. Он может контролировать амплитудные перепады и частоту.

Если внешняя сеть выдает неисправность автономный инвертор отключится.

Со стороны многократного тока инвертор выбирают как следует из номинальной мощности солнечных панелей.
Ежели суммарная мощность применяемых в жилище устройств меньше возможных полномочий солнечной электростанции, тогда избытки произведенной электричества попадают во наружные электрические сети.
В случае если же мощности мало для нормальной работы домашних устройств, тогда осуществляется подпитка извне.
При неимении напряжения кормление сервируется от заряженного аккума. В случае, когда в систему не интегрированы аккумуляторные батареи, энергия, сделанная солнечной электростанцией, уходит в единую сеть.
Сетевые фотоэлектрические инверторы с великой эффективностью употребляют энергию, получаемую от солнечных батарей.

Основные плюсы:

Стоимость в пределах нормы.
Быстро преобразуют напряжение.
Стабильно работают при высокой влажности.
Легко устанавливается пониженный варикап.
Имеется подстройка частоты.
Электрическая проводимость пониженная.

Генерируют сигнал: 1) псевдо синусоидальный; 2) прямоугольный; 3) синусоидальный. Может встречаться название миандровые. То есть это не синусоидальные.

Первый имеет следующие особенности

Нечто среднее между двумя другими сигналами. Его особенности:

Небольшая стоимость.
Все приборы отлично работают.
Генерирует шумовые волны, создает помехи.
Чувствительные приборы при наличие данного сигнала работать не могут.

Характеристики второго

Лучше всего использовать этот тип для передачи напряжения к световым устройствам.

Особенности:

Работают просто и понятно.
Стоимость низкая.
Не защищены от скачков напряжения.
Подходят не для каждого бытового прибора. Могут быть с ним просто не совместимы.

Синусоидальный сигнал и его характеристики

Продуцируют хороший ток с нужной синусоидой. Отлично подойдет для крупной бытовой техники.

Основные особенности:

Защищает технику от резкого изменения напряжения.
Стоят дорого.

Чем отличаются сетевые инверторы от автономных?

Автономные способны функционировать без доп АКБ. Работают данные приборы только с теми устройствами, которые способны выполнять контроль мощности. Когда мощность в норме они подключаются автоматически и генерируют электричество. В них встроены стандартные розетки.

Сетевые требуют приборы, которые будут заряжать АКБ. Так же у них есть специальные штуки, позволяющие не перепутать полярность при подключении. Они контролируют зарядку батареи.

Основные типы инверторов и возможности гибридных устройств

Комбинированные устройства, использующие природную энергию и центральные сети, обладают несомненными преимуществами. Основой таких комплексов служит солнечная энергосистема (рис. 1), включающая в себя солнечные панели, аккумулятор и контроллер заряда. Основным элементом является инвертор, преобразующий постоянный ток от солнечных панелей, в переменное напряжение 220 В. Без этого устройства получение природной электроэнергии теряет всякий смысл.

Сами инверторы по своей функциональности условно разделяются на сетевые (рис. 2), автономные (рис. 3) и гибридные (рис. 4). Сетевые устройства подключаются к общим электрическим сетям. На выходе к преобразователю подсоединяются потребители. Это наиболее простая схема с использованием инвертора и она имеет определенные ограничения. Работа системы становится возможной лишь при наличии в сети переменного тока. Параметры сетевого напряжения должны быть относительно стабильными и соответствовать техническим характеристикам инвертора.

Приборы сетевого типа лучше всего подходят для загородных домов, с электрификацией по так называемому зеленому тарифу. Днем при малых нагрузках приборы и оборудование работают от собственной энергии, а в ночное время питание объекта осуществляется от централизованного электроснабжения.

Автономные системы работают через аккумулятор. Вначале энергия солнечной панели накапливается в батарее, а затем отдается потребителям через инвертор и контроллер МРРТ. Работа от АКБ осуществляется при недостаточной солнечной активности, когда панели не справляются с подключенной нагрузкой. Подобные системы функционируют независимо от центральных сетей переменного тока. Их КПД в отдельных случаях может достигать 90% и выше. Применяются при полном отсутствии электроснабжения или низком качестве поставляемой электроэнергии.

Гибридный солнечный инвертор заметно отличается от сетевых и автономных систем. Он оборудуется специальными электрическими схемами, позволяющими одновременно работать в режиме преобразования и быть подключенными к внешним источникам тока. Питание приборов и оборудования происходит от солнечных панелей и от центральной сети. В этой связке преимущество отводится источнику постоянного тока.

Схемы с использованием гибридных инверторов отличаются следующими преимуществами:

Электрическая сеть выступает в роли своеобразного аккумулятора с максимальным КПД. Вся лишняя электроэнергия, вырабатываемая панелями, направляется в центральные сети по специальному тарифу.
Бесперебойное питание. Когда подача основной электроэнергии прекращается, система начинает функционировать в автономном режиме, обеспечивая дополнительную защиту от скачков и перепадов напряжения.
В периоды пиковых нагрузок лимит мощности можно повысить, добавляя в общую массу энергию, полученную через инвертор и аккумулятор. При падении нагрузки система переходит в режим зарядки, и спустя некоторое время она снова готова к использованию.

Существуют модели многофункциональных инверторов, к которым могут одновременно подключаться несколько линий переменного тока, выполняющих автоматический ввод резерва. Устройства, созданные по высоким технологиям, осуществляют самостоятельную регулировку уровня заряда АКБ.

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