Хибриден инвертор за слънчеви панели: видове, преглед на най-добрите модели + характеристики на свързване

Системите за захранване с едновременно използване на традиционно захранване с ток и електричество от слънцето са икономически разумно решение за частни домакинства, вилни и ваканционни селища и промишлени помещения.

Незаменим елемент от комплекса е хибриден инвертор за слънчеви панели, който определя режимите на захранване, осигуряващи непрекъсната и ефективна работа на слънчевата система.

За да работи системата ефективно, трябва не само да изберете оптималния модел, но и да го свържете правилно. И ние ще разгледаме как да направите това в нашата статия. Също така ще разгледаме съществуващите видове конвертори и най-добрите оферти на пазара днес.

Оценка на възможностите на хибриден инвертор

Използването на възобновяема слънчева енергия в комбинация с централизирано захранване осигурява редица предимства. Нормалното функциониране на слънчевата система се осигурява от координираната работа на нейните основни модели: слънчеви панели, контролер за зареждане, батерия, както и един от ключовите елементи – инвертора.

Инверторът на слънчевата система е устройство за преобразуване на постоянен ток (DC), идващ от фотоволтаични панели в променливо електричество. Домакинските уреди работят на ток от 220 V. Без инвертор производството на енергия е безсмислено.

Схема на работа на системата: 1 – соларни модули, 2 – контролер на заряда, 3 – батерия, 4 – преобразувател на напрежение (инвертор) с променлив ток (AC)

По-добре е да се оценят възможностите на хибриден модел в сравнение с експлоатационните характеристики на най-близките му конкуренти - автономни и мрежови „конвертори“.

Преобразувател на тип мрежа

Устройството работи върху товара на общата електрическа мрежа. Изходът от преобразувателя е свързан към консуматори на електроенергия, AC мрежа.

Схемата е проста, но има няколко ограничения:

• работоспособност при наличие на AC захранване в мрежата;
• Мрежовото напрежение трябва да бъде относително стабилно и в работния диапазон на преобразувателя.

Този сорт е търсен в частни домове с текуща „зелена“ тарифа за електрификация.

През деня, с минимално потребление на енергия, генерираният ток се подава към мрежата на „зелени“ тарифи, от вечер до сутрин сградата се „захранва“ от централизираното електроснабдяване

Автономна версия на устройството

Устройството се захранва от батерия, който получава заряд от соларни панели чрез MPPT контролер.Системата използва различни видове батерии, включително високотехнологични литиеви батерии.

При максимално „запълване” на запомнящото устройство, излишната електроенергия се прехвърля към входа на инвертора, чийто изход е свързан към крайните консуматори на АС.

В случай на недостатъчна слънчева активност, енергията се взема от батериите и претърпява „преобразуване“ чрез инвертор на напрежение.

Характеристики на автономната инсталация:

• възможност за независима работа при липса на променлив ток в мрежата;
• някои модели поддържат преференциална тарифа;
• Ефективността на инсталациите е 90-93%.

За осигуряване на абсолютна автономност на даден обект, прецизни изчисляване на мощността на слънчевия панел и достатъчен капацитет на батерията.

Възможност за самостоятелно използване на инвертора без включване на централизирана мрежова връзка в системата. Автономен преобразувател е търсен в райони с пълно отсъствие или ниско качество на електрозахранването

Хибриден инверторен тип

Моделът се различава от гореописаните устройства по специалната си производствена „архитектура“. Вътре е предвидена специална електрическа верига, която му позволява да работи паралелно с източник на ток (мрежа, генератор) в режим на конвертор.

В същото време товарът се захранва от централната мрежа и слънчеви панели, с приоритет на доставчика на DC.

Хибридният преобразувател ви позволява да консумирате слънчева енергия възможно най-ефективно, без да превключвате от захранването от централната станция или генератор

Конкурентните предимства се крият в гъвкавостта на хибридните инвертори:

1. Нет - един вид обемна батерия с ефективност 100%.Целият излишък, генериран от фотоволтаичните плочи, може да бъде пренасочен към централната мрежа на „зелена“ тарифа.
2. Осигуряване на непрекъснато захранване. При изключване на основното електрозахранване системата преминава в автономен режим, предпазвайки всички консуматори от пренапрежения.
3. Увеличаване на лимита на мрежовата мощност по време на пикови натоварвания чрез добавяне на енергия от акумулаторно-инверторния комплекс.

При спад на потреблението соларният комплекс преминава в режим на зареждане и след известно време отново е готов за работа. Функцията за двойно захранване може да бъде обозначена като: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

Добавянето на мощност се извършва съгласно следните принципи:

• ако използваната мощност е под максималната мрежова консумация, тогава в допълнение към захранването на товара се зарежда акумулаторната батерия;
• при липса на напрежение в мрежата се консумира електроенергия, получена от батерията и преобразувана от инвертора;
• ако товарът надвишава пределната стойност на мрежовата мощност, тогава дефицитът се запълва с натрупана електроенергия от слънчевата батерия.

Изброените режими на работа са в състояние да поддържат хибридни модели със зарядно устройство.

Някои многофункционални инвертори са проектирани да свързват няколко AC линии едновременно, за да осигурят автоматично архивиране.Високотехнологичните модели независимо регулират заряда на батерията

Видове токови преобразуватели

Когато избирате „сърцето“ на автономна система за захранване, трябва правилно да сравните задачите, възложени на оборудването, с неговите потенциални възможности.

Основните характеристики на класификацията на хибридните инвертори са: алгоритъм за промяна на режимите на работа, формата на изходното напрежение и възможността за обслужване на едно- или трифазна мрежа.

Сравнение на PSU и хибридна инсталация

Някои компании неволно подвеждат потребителите, като наричат ​​непрекъсваемото захранване (UPS) хибриден инвертор. Изглежда, че и двете устройства изпълняват подобни задачи, но има значителна разлика.

BPS е инвертор със зарядно устройство. Модулът основно осигурява консумация на енергия от фотоволтаичната инсталация, а при липса на енергия преминава към консумация от мрежата.

UPS не е в състояние да изпълнява функцията на „смесване“ на натрупаната електроенергия от батериите с мрежата. Приоритетно потребление от DC източник се осъществява чрез изключване от мрежата и преминаване на работа на батерия

Функционирането на системата в режим на „дрънкане“ провокира допълнително циклиране на батерията и ускорява нейното износване. В повечето евтини PSU праговото напрежение се задава без възможност за регулиране.

При моделите хибридни инвертори за слънчеви панели такива скокове са изключени - устройството се адаптира към необходимата мощност и работи едновременно с различни източници на ток.

Можете сами да изберете приоритетното си потребление. Обикновено акцентът е върху консумацията на енергия от слънчеви панели.Някои хибридни агрегати имат възможност за ограничаване на захранването от градската мрежа.

Сравнение на функциите на популярни модификации на хибридни „конвертори“ и BPS. Серията модели Victron осигурява възможност за увеличаване на мощността на инвертора поради мрежата

Разновидности според формата на инверторния сигнал

Токовите преобразуватели на слънчеви клетки се класифицират според вида на изходния сигнал.

Има:

• чиста синусоида;
• модифициран синус (квазисинусоида);
• меандър.

Последният вариант практически не се използва на практика, тъй като рязката промяна на полярността причинява неизправности в оборудването.

Инвертор, който доставя "U-образен" сигнал, няма да може да защити устройствата от пренапрежения на напрежението. Освен това повечето домакински уреди не приемат меандърен ток

Какво е чиста синусоида?

Преобразувателят произвежда висококачествен сигнал, който превъзхожда формата на вълната на мрежовия ток. Това е най-добрият вариант за осигуряване на работата на "чувствително" оборудване: отоплителни котли, компресори, електродвигатели, медицинско оборудване и устройства, базирани на трансформаторни захранвания.

Недостатъци на инверторите със синусоида: висока цена и големи размери. Закупуването на преобразувател с чиста синусоида ще струва два пъти повече от модел с квазисинусоида с равни показатели за обща мощност

Характеристики на квазисинуса

Предаването на сигнална енергия под формата на модифицирана синусоида може да намали ефективността на някои устройства, да провокира появата на шум, да причини смущения или да доведе до повреда на оборудването.

При захранване на нискочестотни трансформатори, асинхронни, синхронни двигатели се вижда загуба на мощност от 20-30%.Този „дефект“ се превръща в топлинна енергия, прекомерно нагрявайки устройствата.

Инверторите с псевдосинусоидален сигнал са компактни и достъпни. Използването им е препоръчително за захранване на устройства без индуктивни товари, предназначени да консумират активни компоненти на електрическа енергия.

Тази група включва: термоелектрически нагреватели, лампи с нажежаема жичка за осветителни системи и други резистивни конструкции.

Опции за модифициран синус: 1 – сложна форма на меандър с пауза, 2 – приближаване до чист синус чрез увеличаване на броя на преходите

Формата на изходния сигнал е посочена в паспорта на инвертора или непрекъсваемото захранване. Възможни обозначения: "Назад" - гаранция за липсата на чиста синусоида, "Умен" - вероятността за получаване на висококачествен ток на изхода.

Някои производители отбелязват фактора на хармонично изкривяване (индекс на нелинейно изкривяване) в придружаващия документ. Ако параметърът е по-малък от 8%, тогава устройството произвежда почти перфектен синус.

Монофазни и трифазни модели

Монофазните инвертори се интегрират основно във веригата на жилищна фотоволтаична система със стандартно напрежение 220V.

Диапазонът на изходното напрежение при свързване към една фаза в различни модели варира от 210-240V, изходна честота - 47-55 Hz, мощност - 300-5000 W.

Произвеждат се монофазни инвертори за стандартни напрежения на акумулатора: 12, 24 и 48 V. За да се гарантира, че преобразувателят не работи на максималния си капацитет, е необходимо мощността на „преобразувателя“ да се съобрази с напрежението на слънчевата батерия или батерия.

Диапазон на зависимост на характеристиките на батерията (напрежение - V) и соларен преобразувател (номинална мощност - W): 12 V - в рамките на 600 W, 24 V - до 1,5 kW, 48 V - над 1,5 kW

Трифазните инвертори се използват за подаване на трифазен ток за захранване на електродвигатели. Основно предназначение: производство, цехове, търговски цели.

Трифазните инвертори се отличават с висока мощност (3-30 kW), широк диапазон на изходно променливо напрежение (220V/400V).

На пазара се предлагат и комбинирани модели. Те включват еднофазни инвертори с възможност за синхронизиране на изходите на преобразувателя с фазово изместване - това ви позволява да захранвате трифазни товари. Прегледахме всички видове оборудване за преобразуване на ток от слънчеви панели нашата друга статия.

Параметри за избор на соларен инвертор

Ефективността на преобразувателя и цялата система за захранване до голяма степен зависи от правилния избор на параметрите на оборудването.

В допълнение към характеристиките, описани по-горе, трябва да оцените:

• изходяща мощност;
• вид защита;
• Работна температура;
• монтажни размери;
• ефективност;
• наличие на допълнителни функции.

След това нека разгледаме всички тези характеристики по-подробно.

Критерий #1 - мощност на устройството

Мощността на слънчевия инвертор се избира въз основа на максималното натоварване на мрежата и очаквания живот на батерията. В режим на стартиране преобразувателят е в състояние да осигури краткотрайно увеличение на мощността по време на пускане в експлоатация на капацитивни товари.

Този период е типичен при включване на съдомиялни, перални или хладилници.

При използване на осветителни лампи и телевизор е подходящ инвертор с ниска мощност от 500-1000 W.По правило е необходимо да се изчисли общата мощност на използваното оборудване. Необходимата стойност е посочена директно върху тялото на устройството или в придружаващия документ.

Препоръчително е да увеличите получената стойност с 20-30% - това ще бъде необходимата изходна мощност на инвертора. Например общата мощност на оборудването е 500 W/h, животът на батерията е 5 часа Изчисление: 500 W/h*5h*1.2=3000 W/h

Критерий #2 - ниво на защита

Висококачественият соларен инвертор трябва да има няколко степени на защита. Възможни опции: система за принудително охлаждане, предотвратяване на късо съединение, защита срещу спадове на напрежението и пренапрежения в мрежата.

Също така е важно да имате запечатан, подсилен корпус, който предотвратява навлизането на частици прах и влага вътре. Индикаторът за защита на електрическото оборудване е стандартизиран съгласно стандарта IEC-952.

Индексът е обозначен като IP AB, където A е нивото на защита срещу проникване на чужди частици в устройството, B е устойчивост на влага.

За условия на работа на открито са подходящи модели с индекс “IP65” - здравината и надеждността на инвертора позволява използването му във външна атмосфера.

Критерий #3 - работна температура и размери

Широк диапазон от стойности е показател за прилично качество на сглобяване на инвертора. Стойността на индикатора е особено актуална при поставяне на конвертора в неотопляема стая.

Теглото е косвен показател за качеството на инвертора. Има мнение - колкото по-тежък е конверторът, толкова по-мощен е той. Това се обяснява с наличието на трансформатор в оборудване с висока мощност.

При „леките“ модели липсата на трансформатор може да доведе до повреда на инвертора, когато се подаде висок стартов ток.

Според наблюдения, един килограм тегло на слънчевия инвертор отговаря на изходна мощност от 100 W. Размерите на инвертора определят начина на монтажа му

Критерий #4 - ефективност

Експертите препоръчват закупуване на текущи „конвертори“ с ефективност от 90% или повече. Само с този параметър работата на слънчевата система ще бъде ефективна и нейното устройство целесъобразно. Загубата на 10% от слънчевата енергия е недопустим лукс.

Допълнителна функционалност. Разширените възможности влияят върху цената на оборудването и не винаги са търсени. Някои опции обаче си струват похарчените пари.

Полезните и необходими „устройства“ включват:

• автоматично добавяне на инверторна мощност към електрическата мрежа;
• регулиране на периода на зареждане на батерията;
• избор на приоритетен източник на ток;
• поддържане на работа с различни видове батерии (алкални, литиево-железни фосфатни, хелиеви, AGM, киселинни);
• възможност за комбинирана работа с мрежов преобразувател;
• настройка на индикатора за напрежение - предотвратяване на "скокове" в мрежовото напрежение;
• възможност за надграждане на инвертора чрез актуализиране на фърмуера.

Съвременните конвертори могат да бъдат свързани към компютър за програмиране и наблюдение.

Производителите предлагат безплатен софтуер за наблюдение на работата на фирмено оборудване и електрически мрежи. Интересна опция е възможността за изпращане на SMS известия за състоянието на системата при поискване от потребителя

Преглед на популярни хибридни конвертори

Сред потребителите инверторите от чуждестранни компании получиха добри отзиви: Xtender (Швейцария), Prosolar (Китай), Victor Energy (Холандия), SMA (Германия) и Xantrex (Канада). Вътрешен представител - MAP Sine.

Xtender гама от многофункционални инвертори

Хибридният преобразувател Studer от Xtender е въплъщение на швейцарския стандарт за качество в силовата електроника. Соларните инвертори от серията Xtender се отличават със своите впечатляващи якостни характеристики и широка функционалност.

Разнообразие от модели: XTS - маломощни представители, XTM - средномощни модели, XTN - инвертори с висока мощност.

Диапазони на мощността на Xtender: XTS - 0,9-1,4 kW, XTM - 1,5-4 kW, XTN - 3-8 kW. Изходно напрежение – 230 W, честота – 50 Hz

Всяка серия Xtender Hybrid предлага следните характеристики и опции:

• подаване на чиста синусоида;
• „добавяне“ на захранване към мрежата от батерията;
• при намаляване на мрежовото напрежение се намалява консумацията от централното захранване;
• два режима на избор на приоритет: първият е „мек“ с захранване в рамките на 10%, вторият е пълно преминаване към батерията;
• разнообразие от настройки на инсталатора;
• управление на резервния генератор;
• режим на готовност с широк диапазон на управление;
• дистанционно наблюдение на параметрите на системата.

Всички модификации имат функцията Smart Boost - свързване към различни доставчици на енергия (генератор, мрежов инвертор) и Power Shaving - гарантирано покритие на пиковите натоварвания.

Оптимални хибридни конвертори Prosolar

Моделът, произведен в Китай, има добри характеристики и приемлива цена (около 1200 USD). Преобразувателят оптимизира работата на слънчевите панели, като съхранява неизползваната енергия в батерията.

Технически характеристики: форма на напрежението - синусоида, ефективност на преобразуване - 90%, тегло на монтажа - 15,5 кг, допустима влажност - 90% без кондензация, температура -25°C - +60°C

Отличителни черти:

• възможност за проследяване на точката на ограничаване на мощността на слънчева батерия;
• информационен LCD дисплей, показващ работните параметри на системата;
• 3-степенно зарядно за акумулатор;
• регулиране на максимален ток до 25A;
• инверторна комуникация.

Преобразувателят е свързан към компютър чрез софтуер (доставя се като комплект). Възможно е модернизиране на инвертора чрез иновативно мигане.

Синусоидални инвертори Phoenix Inverter

Инверторите Phoenix отговарят на високи изисквания и са подходящи за индустриални приложения. Серията Phoenix Inverter се предлага без вградено зарядно устройство.

Конверторите са оборудвани с информационна шина VE.Bus и позволяват работа в паралелни или трифазни конфигурации.

Обхватът на мощността на моделната гама е 1,2-5 kW, ефективността е 95%, типът на напрежението е синусоидален.

Таблицата показва характеристиките на хибридната модификация на инвертора 48/5000 от Victron Energy. Прогнозната цена на Phoenix Inverter с мощност 5 kW е 2500 USD.

Конкурентни предимства:

• Технологията “SinusMax” поддържа пускането на “тежки товари”;
• два енергоспестяващи режима – опция за търсене на натоварване и намаляване на тока на празен ход;
• наличие на алармено реле - известяване за прегряване, недостатъчно напрежение на батерията и др.;
• настройка на програмируеми параметри чрез компютър.

За да се постигне висока мощност, до шест преобразувателя могат да бъдат свързани паралелно към една фаза. Например, комбинация от шест устройства с рейтинг 48/5000 е в състояние да осигури изходна мощност от 48 kW/30 kVA.

Домашни MAP устройства Hybrid и Dominator

Компанията MAP Energia разработи две модификации на хибридния преобразувател: Gibrid и Dominator.

Обхватът на мощността на оборудването е 1,3-20 kW, периодът от време за превключване между режимите е до 4 ms, осигурена е възможност за „изпомпване“ на електроенергия в градската мрежа.

Сравнителна таблица на възможностите на конвертора. И двата вида могат да работят в ECO режим, като всеки модел се „свързва“ с уеб сървър за дистанционно наблюдение и настройка

Общи характеристики на преобразувателите на напрежение Hybrid и Dominator:

• трансформатор на базата на тор;
• Няма стабилизация на входното напрежение;
• режим на "изпомпване" на мощността;
• изходът е чист синус;
• генериране на излишна енергия в мрежата;
• ограничаване на консумацията на ток на AC входа;
• клас IP21;
• консумацията в режим “sleep” е 2-5W.

Ефективността на преобразувателите достига 93-96%. Устройствата са преминали успешно тестове за използване при ултраниски температури (гранична стойност -25°, допустимо е краткотрайно понижаване до -50°C).

Възможни схеми на свързване

При изграждане на фотоволтаичен комплекс комбиниран с централна мрежа има различни варианти за свързване на инвертор.

Вариант №1 - схема с DC заряден контролер

Най-популярният вариант е, когато батерията се зарежда чрез соларен контролер MPPT (анализ на пикова мощност).

Веригата използва преобразувател, който поддържа преноса на електричество към мрежата или товара, ако напрежението на батерията надвишава зададен от потребителя параметър

Характеристики на решението:

• ефективно използване на възобновяема енергия, когато мрежата е включена/изключена;
• възможност за активиране на работа от соларната система след разреждане на батерията.

И друго решение са леко увеличените загуби за преобразуване на енергия в секцията "контролер-батерия-инвертор".

Вариант №2 - схема с хибриден и мрежов преобразувател

Мрежов преобразувател на изхода на акумулаторния инвертор. Според схемата два преобразувателя са свързани към различни слънчеви панели.

Хибридният преобразувател е свързан към опционалния фотоволтаичен панел за презареждане на батерията, а мрежовият преобразувател е свързан към основния соларен модул.

При нормални условия (наличие на мрежов ток), мрежовият преобразувател захранва резервния товар, ефективността на преобразуване е около 95%. Излишната енергия отива в батерията, а когато е пълна, отива в общата мрежа

Характеристики на системата:

• непрекъсната работа независимо от наличието на централно мрежово напрежение;
• висока ефективност и минимизиране на загубите от страна на DC поради достатъчно ниво на напрежение на слънчевата батерия;
• батериите почти винаги работят в буферен режим, което увеличава експлоатационния им живот;
• използването на хибридни инвертори, предназначени за зареждане на батерията от изхода;
• необходимостта от регулиране на работата на мрежовия инвертор.

Общата мощност на мрежовия преобразувател не трябва да надвишава мощността на хибридния „преобразувател“ - това ви позволява да използвате енергията на слънчевите панели в случай на разреждане на батерията или прекъсване на мрежата.

Независимо от избраната схема, при свързването на инвертора трябва да се вземат предвид редица нюанси:

1. Не е необходимо кабелните връзки за DC да са дълги. Препоръчително е да поставите инвертора в непосредствена близост (до 3 m) до слънчеви панели и след това да „изградите“ основната линия с AC.
2. Преобразувателят не трябва да се монтира върху конструкции от запалими материали.
3. Стенният инвертор е разположен на нивото на очите за лесно разчитане на информацията от дисплея.

Има специални изисквания за свързване на модели с мощност над 500 W. Връзката трябва да е твърда с надежден контакт между клемите на устройството и проводниците.

Също така на нашия уебсайт има други статии за слънчева енергия и свързване на отделни компоненти и модули при сглобяване на автономна система.

Препоръчваме ви да прочетете следните материали:

• Схема на свързване на соларни панели: към контролера, към акумулатора и обслужваните системи
• Слънчево зарядно устройство: устройство и принцип на работа на слънчево зареждане
• Как да направите слънчева батерия със собствените си ръце: методи за сглобяване и инсталиране на слънчев панел

Изводи и полезно видео по темата

Концепцията за „хибриден инвертор“, неговата структура, функции и опции:

Преглед на възможностите, режимите на работа и ефективността при използване на мултифункционалния конвертор InfiniSolar 3 kW:

Проектирането на слънчева електрозахранваща система е сложна и отговорна задача. Най-добре е да поверите изчисляването на необходимите параметри, избора на компоненти на соларния комплекс, свързването и пускането в експлоатация на професионалисти.

Допуснатите грешки могат да доведат до системни повреди и неефективно използване на скъпо оборудване.

Избирате ли най-добрата опция за конвертор за работа на автономна система за захранване със слънчева енергия? Имате ли въпроси, които не сме разгледали в тази статия? Попитайте ги в коментарите по-долу - ние ще се опитаме да ви помогнем.

Или може би сте забелязали неточности или несъответствия в представения материал? Или искате да допълните теорията с практически препоръки въз основа на личен опит? Пишете ни за това, споделете вашето мнение.