Инвертор для солнечных батарей - сетевые, автономные, гибридные модели

Что такое гибридный инвертор

В последнее время возникла путаница в определении этого понятия, так как многие производители называют свои инверторы гибридными, хотя на самом деле они таковыми не являются.

Инвертор может включать в себя контроллер для заряда аккумуляторов от источника постоянного тока — солнечных батарей или ветроустановок. Очень часто и такие инверторы производителя называют «гибридными». Основанием для этого является тот факт, что в этом инверторе совмещены 2 различных устройства — инвертор и контроллер для солнечных панелей или ветрогенератора. Однако такие устройства лучше называть «комбинированными«, а не гибридными.

Особенностью гибридного инвертора является именно возможность параллельной работы с источником переменного тока — сетью или генератором — в режиме инвертора. Гибридный инвертор может использовать энергию от аккумуляторов, заряжаемых от возобновляемого источника энергии, одновременно с энергией от сети/генератора, не отключаясь от сети. При этом должна быть возможность выставлять приоритет для источника постоянного или переменного тока; например, при выставлении приоритета для источника постоянного тока в первую очередь нагрузка питается от аккумуляторов, а недостающая энергия берется от источника переменного тока. Часто имеется возможность ограничивать ток или мощность, которые берутся от сети или генератора.

Приоритет для источника постоянного тока возможен только путем полного отключения сети от входа и переходом на работу полностью от аккумуляторов. Это приводит к «дерганной» работе системы и дополнительному циклированию аккумуляторов. Хорошо, если имеется возможность выбирать напряжение, при которых сеть отключается и подключается. Но во многих недорогих ББП такой возможности нет и пороговые напряжения жестко заданы без возможности регулирования.

Некоторые гибридные инверторы имеют функцию добавления мощности инвертора к мощности источника переменного тока. Эта функция очень полезна, если источник переменного тока имеет ограниченную мощность, которая недостаточна для электроснабжения пиковой нагрузки. В этом случае в ББП устанавливается максимальный ток, который можно брать от сети или генератора, а недостающая мощность берется от аккумуляторов и подмешивается к сетевой. Таким образом можно питать нагрузку мощностью, равной сумме мощностей инвертора и источника переменного тока (сети или генератора). Различные производители называют эту функцию по разному — например, в инверторах Studer Xtender она называется Smart Boost, в инверторах Schnieder Electric Conext XW — Power Shaving, в инверторах Outback G(V)FX — Grid support и т.п.

Сравнение блока бесперебойного питания 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.

ББП не способен выполнять функцию «подмеса» накопленной электроэнергии от аккумуляторных батарей с сетевой. Приоритетное потребление от источника DC реализовано путем отключения от сети и переходом на работу от аккумулятора

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.

Сравнение функций популярных модификаций гибридных «конвертеров» и ББП. В серии моделей Victron предусмотрена возможность увеличения инверторной мощности за счет сетевой

Лучшие модели

Довольно надежные инверторы российского производства поставляет компания «Электро Интел», базирующаяся в Нижнем Новгороде. Хороший тому пример — модель «ВД-163». В качестве защитного аппарата тут установлен автоматический выключатель. Предусмотрена опция горячего старта. Сила рабочих токов – от 25 до 160 А.

Прочие параметры таковы:

функция форсирования дуги и противостика;
напряжение на холостом ходу не снижается;
рабочий ток – строго от 50 до 60 Гц;
уверенная работа при температурах от — 40 до + 40;
сухая масса – 4,3 кг;
электротехническая защита на уровне IP23S;

На другой отечественный аппарат «Торус 200» дается гарантия уже 36 месяцев. Производитель заявляет, что эта модель прошла аттестацию на применение в работах НАКС и совместима с электродами сечением до 6 мм. Сварочный ток на пике достигает 320 А. Дисплей работает на цифровых элементах и выдает подробную необходимую информацию. Сила тока регулируется плавно.

Другие свойства:

напряжение в холостом режиме – 69 В;
минимальный рабочий ток – 40 А;
масса устройства – 10,3 кг;
работа от сети 165—265 В;
режим ТИГ-сваривания.

Среди немецких устройств выгодно выделяется продукция Fubag. Серия IQ отличается компактным исполнением корпусов. Модель 160 в этой линейке характеризуется легкостью. Горячий старт и «антистик» – как и у вполне солидной техники. Для транспортировки предусмотрен мягкий ремень из нейлона.

Важные свойства:

допустимые напряжения – от 150 до 240 В;
совместимые электроды – от 1,6 до 4 мм;
размеры – 25х11,2х16,2 см;
масса нетто – 2,7 кг;
коэффициент рабочего времени на максимальном токе – 40%.

Серия IN того же производителя отличается качественным процессорным управлением. Внимания точно заслуживает трехфазная версия с расширенными возможностями IN 256 T CEL-НАКС. Ее рабочий ток достигает 250 А. Предусмотрена опция Tig-Lift. Доступна, наряду с ТИГ, и сварка типа MMA.

Остальные частности:

при температуре 40 градусов ПВ до 60%;
размеры – 23х50х36 см;
минимальный ток – 10 А;
холостой ход при 62 В;
потребление до 10 кВт тока за час.

Точно стоит посмотреть и на другую германскую продукцию — марку Brima. Яркий пример — MMA-180. Это устройство:

держит холостой ход при 68 В;
дает на дугу напряжение около 27 В;
имеет нагрузочный период 60%;
отличается мощностным коэффициентом 0,93;
обладает изоляцией уровня F;
работает на токах от 140 до 250 В.

Производитель заявляет, что такой аппарат пригодится для сваривания:

углеродистых;
нержавеющих;
легированных сталей.

Среди итальянских инверторов отличные позиции на рынке занимает продукция фирмы Blueweld. К однофазному профессиональному классу относится такой ее продукт, как Active Tig 227 MV/PFC. Эта система одинаково хорошо справится с задачами TIG и MMA. Во втором режиме возможен горячий старт. Краткая техническая характеристика такова:

сварочный ток – от 5 до 200 А;
ПВ 60% при силе 140 А;
сечения электродов – от 1,6 до 4 мм;
габариты – 38,5х15х26,5;
масса нетто – 6,3 кг.

К универсальному классу с полным основанием относится инвертор Technomig 260 Dual Synergic. Его эксплуатация сильной упрощена фирменной технологией One Touch. Устройство подходит и для технического обслуживания, и для масштабных кузовных работ. Поддерживается сварка черного металла, оцинкованных и нержавеющих листов.

В пользу модели свидетельствуют:

разнообразие пользовательских программ;
опция ручной настройки длины дуги;
режим сварки в точечном месте;
надежный и удобный жидкокристаллический экран;
режим Tig-Lift.

Преимущества инверторных батарей

Современные жилища часто подвергаются перепадам напряжения и перебоям с электричеством. Больше всего от этого страдает система отопления, так как в большинстве домов воду нагревают при помощи электроэнергии. Наличие постоянного электричества влияет на бесперебойную работу газового котла. Циркулирующего насоса и управляющей автоматики.

Если отопительный котел остановится, то вполне вероятно, то произойдет разрыв труб, по которым проходит вода, что приведет к разрушению отделочных материалов и появлению трещин в строительной конструкции. Инверторные батареи в последние годы приобрели широкую популярность и стали вытеснять индивидуальные генераторы. Инверторы работают благодаря тому, что специальные батареи поставляют ему источник питания.

Преимущества инвертора:

Звук и быстрое включение. Инвертор запускается бесшумно: никто даже не заметить, как запуститься аккумуляторная питания инверторов.

Бесшумность при работе. Если генераторы на топливе работают очень шумно, то инвертор не производит шума вообще.

Нет выхлопных газов

При использовании генераторов важно хорошо продумать расположение и вывод труб, через которые газы покидают комнату. Инвертор не выбрасывает выхлопные газы.

Пожаробезопасность

Для работы инвертора не требуется топливо, то снижает опасность его возгорания.

Мобильность. Инвертор можно располагать в любом удобном месте.

При размещении инвертора важно обратить внимание на то, что в комнате должна быть качественная теплоизоляция. Использование инверторов не только эффективно, о и выгодно. Конечно, его покупка и установка будут стоить денег, но в дальнейшем инверторы окупятся и значительно сэкономят средства

Конечно, его покупка и установка будут стоить денег, но в дальнейшем инверторы окупятся и значительно сэкономят средства.

Мощность инвертора в зависимости от параметров фотоэлектрической системы

Мощность подбираемого преобразователя зависит от номинальной мощности солнечных батарей (по стороне постоянного тока) и максимальной мощности нагрузки по стороне переменного тока.

В случае небольших фотоэлектрических установок (до 5 кВт) можно обойтись одним инвертором соответствующей мощности. В случае фотоэлектрических систем с большей мощностью следует устанавливать несколько инверторов работающих в каскаде. Это позволит уменьшить риск простоя солнечных панелей в случае выхода из строя одного преобразователя, так же есть возможность анализа работы каждого отдельного прибора и сравнение эффективности каждого из них.

Во многих источниках, вы можете найти информацию о том, что инвертор для солнечных батарей на стороне постоянного тока должен быть на 20-30% выше, чем общая максимальная мощность солнечных панелей. Однако практика показывает, что такой запас может привести к снижению производительности фотоэлектрической установки. Это происходит в результате того, что реальные значения интенсивности солнечного излучения в Украине не так уж и сильно превышают значение 1000 Вт/м² указанное в паспортных данных к солнечным батареям

К тому же следует принять во внимание, что при высоких температурах (в летнее время, когда мы имеем максимальное количество солнечного излучения) производительность солнечных панелей падает. Так же имеются незначительные потери в проводах и при запылении солнечных панелей

Производительность инвертора в зависимости от загрузки солнечными батареями

Глядя на эксплуатационные характеристики преобразователей можно увидеть, что эффективность работы инвертора снижается в нижнем диапазоне мощности. Явное снижение эффективности начинается при нагрузке инвертора ниже 30% от номинальной мощности. Поскольку, по меньшей мере, 40% солнечного излучения попадает на солнечные батареи в диапазоне 100 – 400 Вт/м² (в диапазоне большем 1000 Вт/м² не более 10%) то завышение мощности инвертора может привести к существенному снижению эффективности преобразования тока.

На основании этих данных, следует принимать мощность инвертора равной значению от 90% до 120% к номинальной мощности солнечных батарей

Лучше принимать во внимание географическое расположение солнечной фотоэлектрической системы (90% на севере и до 120% на юге)

Еще один аргумент в пользу установки меньших инверторов — стоимость. Преобразователь может составлять 30% от общего объема инвестиций. Его завышение приводит к нежелательному увеличению общей стоимости фотоэлектрической системы.

Как рассчитать мощность инвертора

Мощность этого оборудования зависит от номинальной мощности солнечных батарей (по стороне постоянного тока) и максимальной мощности нагрузки по стороне переменного тока.

Другими словами, нужно учесть полную мощность всех солнечных панелей (допустимая погрешность от 90% до 120%) в сети и мощность всех устройств, которые могут быть одновременно запитаны в эту сеть.

Если с панелями все понятно, их номинальная мощность указана в характеристиках, то с потреблением все сложнее. Определять нужно потребляемую пиковую или пусковую мощность устройств, которая может быть в 5-7 раз больше рабочей.

Даже непродолжительная нагрузка во время запуска 2-3 секунды, превышающая мощность инвертора, не позволит запустить через него такой прибор.

Выбираем по напряжению

Такой параметр как входное напряжение также важен, поскольку напрямую влияет на эффективность работы системы. Рекомендуемые параметры:

12 В при мощности системы до 600 Вт,
24 В при мощности системы от 600 до 1500 Вт,
48 В при мощности системы более 1500 Вт.

Выбираем по КПД

Такой показатель определяется количеством энергии, которую прибор потратил впустую, например на свою работу. Энергопотребление самого инвертора не должно превышать 5-10% проходящей через него энергии. Иначе это устройство можно считать малоэффективным.

Большинство современным инверторов имеют КПД 90-95%.

Вес оборудование

Качественный инвертор не может быть легким, так как использует трансформатор. Условно можно взять следующие цифры: 1 килограмм на 100 Ватт.

Меандровые и синусоидальные, тип сигнала

Слева- синусоиндальная система, справа – меандровая.

Меандровые, более дешевый вариант, однако такие приборы не защищают сеть от перепадов напряжения и допускают его резкие скачки, что может негативно сказаться на работе бытовой техники и много оборудования. Это проблему можно решить установкой дополнительного стабилизатора.

Синусоидальные более дорогие, но напряжение на входе и выходе практически одинаковое, а колебания более плавные и не вредит технике.

Синусоидальный инвертор подойдет для частного дома поскольку все индуктивные нагрузки (холодильники, стиральные машины, насосы, кондиционеры и т.п.) просто не будут работать при прямоугольной форме выходного напряжения.

Квазисинусоид — это своего рода компромисс между прямоугольной формой и чистым синусом. Большинство синусоидальных моделей являются качественными, однако встречаются и ненадежные экземпляры.

1 или 3 фазный

Здесь все просто, для частного дома подойдет любой из них. Если даже вам не нужны 3 фазы, будете использовать одну. Для промышленности необходимо только 3х фазный, так как большинство оборудования работаю именно по такому принципу.

Что учесть при выборе преобразователя тока?

При покупке инвертора для солнечных батарей не следует зацикливаться лишь на форме выходного сигнала. Нужно учесть ещё множество параметров, чтобы обеспечить полноценную работу устройства и всей системы. Эти параметры указаны ниже.

Напряжение на входе. Нужно обязательно согласовывать напряжение и мощность инвертора. Тогда в соединительных проводах не будет больших потерь и преобразователь не будет работать на пределе своих возможностей. Специалисты рекомендуют использовать следующие связки напряжение-мощность: 12 вольт и 600 ватт, 24 и 600─1500, 48 и больше 1500;
Мощность на выходе. В идеальном случае номинал выходной мощности инвертора равен суммарной мощности потребителей. В реальности номинал преобразователя для солнечных батарей берут из расчёта самой мощной нагрузки в сети. В бытовых электроприборах может возникать пусковой ток, существенно превышающий номинал преобразователи. Лучше всего выбирать инвертор, исходя из пиковых значений мощностей. Если на приборе и в руководстве к нему не указывается пиковая мощность, то номинальная, скорее всего, и является таковой;
Виды защиты. Качественные модели преобразователей тока для солнечных батарей должны оснащаться сразу несколькими схемами защиты. Это могут быть такие системы, принудительное охлаждение, защита от низкого и высокого напряжения аккумулятора, а также от короткого замыкания. В качественных инверторах также ставится защитный контур от перегрузки на выходе устройства.
Рабочая температура. Это важный момент, если вы собираетесь установить инвертор в неотапливаемой комнате или постройке. Интервал рабочих температур указывается в спецификации. Если интервал широкий, то практически всегда это свидетельствует о качестве продукта;
Вес. Большая масса косвенно свидетельствует о качестве инвертора. Объясняется это наличием в них тяжёлого трансформатора. В преобразователях тока для солнечных батарей низкого качества применяется схема без трансформатора. Поэтому они значительно легче и легко ломаются при прохождении высокого пускового тока. Согласно практическим наблюдениям, на один килограмм веса должно быть примерно 100 ватт мощности на выходе. Например, преобразователь тока с выходной мощностью должен иметь массу около 10 килограмм;
Дежурный режим. Аппарат должен имеет дежурный режим или режим ожидания. С помощью этой функции можно серьёзно экономить заряд аккумуляторов. После того как отключается нагрузка, инвертор переходит в «дежурный режим». Мощность расходуется только на поддержание работоспособности. В этом режиме мощность потребления должна быть около 1 процента от номинала. Есть преобразователи для солнечных батарей, где этот режим можно включать и отключать вручную;
КПД

Этот параметр имеет важное значение. Выбирайте модели с КПД не менее 90 процентов

Преобразователь с КПД менее 90% теряет 1/10 часть солнечной энергии, а это недопустимые потери для гелиосистемы.

Максимальное напряжение в цепи

В отличии от тока напряжение, выдаваемое солнечной батареей, увеличивается при падении температуры панели. Расчеты проводят для граничной температуры батареи равной -25 ° C. Теоретически более высокие напряжения будут иметь место при дальнейшем падении температуры, однако на практике зимой практически невозможно получить температуру на солнечном модуле менее чем -25 ° C в условиях необходимой освещенности для начала генерации энергии. При расчете максимального напряжения учитываются напряжение холостого хода температурный коэффициент β_T.

Значение максимального напряжения рассчитывается по формуле:

где:

Uoc (Tr) — значение напряжения при температуре — 25 °C;
U_oc — напряжение холостого хода (38,5 В);
Tr — минимальная рабочая температура (-25 °C);
β_T— температурный коэффициент модуля (-0,31%/K).

Следовательно:

Uoc (Tr) = 38,5 · (1 + (-25 — 25) · (-0,31 / 100) ) = 44,46

Основываясь на этом значении, мы можем подсчитать количество модулей в стринге, соединенные последовательно.

где: U_{DC max} — максимально допустимое значение напряжения на входе преобразователя.

N_max ≤ 1000 / 44,46 = 22,49

Округляя до целого числа в меньшую сторону, получаем, что в один стринг можно установить до 22 солнечных батарей.

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.

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.