Hybridní invertor pro solární panely: typy, přehled nejlepších modelů + vlastnosti připojení

Napájecí systémy se současným využitím tradičního napájení a elektřiny ze slunce jsou ekonomicky spolehlivým řešením pro soukromé domácnosti, chaty, rekreační vesnice a průmyslové areály.

Nepostradatelným prvkem komplexu je hybridní střídač pro solární panely, který určuje režimy napájení a zajišťuje tak nepřerušovaný a efektivní provoz solárního systému.

Aby systém fungoval efektivně, je potřeba nejen vybrat optimální model, ale také jej správně zapojit. A na to, jak to udělat, se podíváme v našem článku. Zvážíme také stávající typy převodníků a nejlepší nabídky na současném trhu.

Posouzení schopností hybridního střídače

Využití obnovitelné solární energie v kombinaci s centralizovaným napájením poskytuje řadu výhod. Normální fungování solárního systému je zajištěno koordinovaným provozem jeho hlavních modelů: solárních panelů, regulátor nabíjení, baterie, stejně jako jeden z klíčových prvků – střídač.

Invertor solárního systému je zařízení pro přeměnu stejnosměrného proudu (DC) přicházejícího z fotovoltaických panelů na střídavou elektřinu. Domácí spotřebiče pracují s proudem 220 V. Bez střídače nemá výroba energie smysl.

Schéma činnosti systému: 1 – solární moduly, 2 – regulátor nabíjení, 3 – baterie, 4 – měnič napětí (střídač) s napájením střídavým proudem (AC)

Je lepší hodnotit schopnosti hybridního modelu ve srovnání s provozními vlastnostmi jeho nejbližších konkurentů - autonomních a síťových „převodníků“.

Převodník typu sítě

Zařízení pracuje na zátěži obecné elektrické sítě. Výstup z měniče je připojen ke spotřebičům elektřiny, AC síti.

Schéma je jednoduché, ale má několik omezení:

• provozuschopnost, když je v síti k dispozici střídavé napájení;
• Síťové napětí musí být relativně stabilní a v provozním rozsahu měniče.

Tato odrůda je žádaná v soukromých domech se současným „zeleným“ tarifem pro elektrifikaci.

Během dne je při minimální spotřebě energie vyráběný proud dodáván do sítě za „zelené“ sazby, od večera do rána je budova „napájena“ z centralizovaného zásobování elektrickou energií

Autonomní verze zařízení

Zařízení je napájeno z baterie, který přijímá nabíjení ze solárních panelů prostřednictvím MPPT regulátoru.Systém využívá různé typy baterií, včetně high-tech lithiových baterií.

Při maximálním „naplnění“ akumulačního zařízení je přebytečná elektřina převedena na vstup střídače, jehož výstup je napojen na koncové spotřebiče AC.

V případě nedostatečné sluneční aktivity je energie odebírána z baterií a prochází „přeměnou“ přes napěťový střídač.

Vlastnosti autonomní instalace:

• možnost nezávislého provozu při absenci síťového střídavého proudu;
• některé modely podporují výkupní cenu;
• Účinnost zařízení je 90-93%.

Aby byla zajištěna absolutní autonomie objektu, přesné výpočet výkonu solárního panelu a dostatečnou kapacitu baterie.

Možnost samostatného použití střídače bez centralizovaného síťového připojení do systému. Autonomní měnič je žádaný v oblastech s úplnou absencí nebo nízkou kvalitou dodávky elektřiny

Typ hybridního invertoru

Model se od výše popsaných zařízení liší speciální výrobní „architekturou“. Uvnitř je umístěn speciální elektrický obvod, který umožňuje pracovat paralelně se zdrojem proudu (síť, generátor) v režimu měniče.

Zároveň je zátěž napájena z centrální sítě a solární panely, přičemž přednost má dodavatel DC.

Hybridní měnič umožňuje co nejefektivněji spotřebovávat solární energii bez přepínání z napájení z centrální stanice nebo generátoru

Konkurenční výhody spočívají ve všestrannosti hybridních měničů:

1. Síť - druh kapacitní baterie s účinností 100%.Veškeré přebytky generované fotovoltaickými deskami lze přesměrovat do centrální sítě za „zelený“ tarif.
2. Zajištění nepřetržitého napájení. Po vypnutí hlavního napájení se systém přepne do autonomního režimu, který chrání všechny spotřebiče před napěťovými rázy.
3. Zvýšení limitu výkonu sítě během špičkového zatížení přidáním energie z komplexu baterie-střídač.

Při poklesu spotřeby se solární komplex přepne do režimu nabíjení a po chvíli je opět připraven k použití. Funkci dvojitého napájení lze označit: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

K přidávání energie dochází podle následujících zásad:

• pokud je použitý výkon pod maximální spotřebou sítě, pak se kromě napájení zátěže nabíjí akumulátor;
• při absenci napětí v síti se spotřebovává elektřina přijatá z baterie a přeměněná střídačem;
• pokud zátěž překročí limitní hodnotu výkonu sítě, pak je nedostatek doplněn akumulovanou elektřinou ze solární baterie.

Uvedené provozní režimy jsou schopny podporovat hybridní modely s nabíječkou.

Některé multifunkční střídače jsou navrženy tak, aby propojily více AC linek současně a zajistily tak automatické zálohování.High-tech modely nezávisle regulují nabíjení baterie

Typy proudových měničů

Při výběru „srdce“ autonomního napájecího systému byste měli správně porovnat úkoly přidělené zařízení s jeho potenciálními schopnostmi.

Hlavní rysy klasifikace hybridních měničů jsou: algoritmus pro změnu provozních režimů, tvar výstupního napětí a schopnost obsluhovat jednofázovou nebo třífázovou síť.

Porovnání PSU a hybridní instalace

Některé společnosti nevědomky klamou spotřebitele tím, že jednotku nepřerušitelného napájení (UPS) nazývají hybridním střídačem. Zdálo by se, že obě zařízení plní podobné úkoly, ale je tu podstatný rozdíl.

BPS je střídač s nabíječkou. Modul primárně zajišťuje odběr energie z fotovoltaické instalace a při nedostatku energie přechází na odběr ze sítě.

UPS není schopna vykonávat funkci „směšování“ akumulované elektřiny z baterií se sítí. Přednostní odběr ze stejnosměrného zdroje je realizován odpojením od sítě a přechodem na bateriový provoz

Fungování systému v „trhavém“ režimu vyvolává další cyklování baterie a urychluje její opotřebení. U většiny levných PSU je prahové napětí nastaveno bez možnosti regulace.

U modelů hybridních střídačů pro solární panely jsou takové skoky vyloučeny - jednotka se přizpůsobí požadovanému výkonu a pracuje současně s různými zdroji proudu.

Prioritní spotřebu si můžete zvolit sami. Typicky je kladen důraz na spotřebu energie ze solárních panelů.Některé hybridní jednotky mají možnost omezení výkonu dodávaného z městské sítě.

Porovnání funkcí populárních modifikací hybridních „převodníků“ a BPS. Řada modelů Victron poskytuje možnost zvýšit výkon měniče díky síti

Odrůdy podle tvaru signálu měniče

Proudové měniče solárních článků jsou klasifikovány podle typu výstupního signálu.

Existují:

• čistá sinusovka;
• modifikovaný sinus (kvazi-sinusová vlna);
• meandr.

Druhá možnost se v praxi prakticky nepoužívá, protože prudká změna polarity způsobuje poruchy v zařízení.

Střídač, který dodává signál ve tvaru „U“, nebude schopen chránit zařízení před napěťovými rázy. Většina domácích spotřebičů navíc neakceptuje meandrový proud

Co je to čistá sinusovka?

Převodník vytváří vysoce kvalitní signál, který je lepší než průběh síťového proudu. Toto je nejlepší možnost pro zajištění provozu „citlivých“ zařízení: topných kotlů, kompresorů, elektromotorů, lékařských zařízení a zařízení na bázi transformátorových napájecích zdrojů.

Nevýhody sinusových měničů: vysoká cena a velké rozměry. Nákup konvertoru s čistě sinusovou vlnou bude stát dvakrát tolik než model s kvazisinusovou vlnou se stejnými celkovými indikátory výkonu

Vlastnosti kvazi-sinusu

Přenos energie signálu ve formě modifikované sinusové vlny může snížit účinnost některých zařízení, vyvolat vznik šumu, způsobit rušení nebo vést k selhání zařízení.

Při napájení nízkofrekvenčních transformátorů, asynchronních, synchronních motorů je viditelná ztráta výkonu 20-30%.Tato „chyba“ se přeměňuje na tepelnou energii a nadměrně zahřívá zařízení.

Střídače s pseudo-sinusovým signálem jsou kompaktní a cenově dostupné. Jejich použití je vhodné pro napájení zařízení bez indukčních zátěží, určených ke spotřebě aktivních složek elektrické energie.

Tato skupina zahrnuje: termoelektrické ohřívače, žárovky pro osvětlovací systémy a jiné odporové konstrukce.

Modifikované sinusové možnosti: 1 – komplikovaný tvar meandru s pauzou, 2 – přiblížení se k čistému sinus zvýšením počtu přechodů

Tvar výstupního signálu je uveden v pasu střídače nebo zdroje nepřerušitelného napájení. Možná označení: „Back“ – záruka nepřítomnosti čisté sinusovky, „Smart“ – pravděpodobnost příjmu vysoce kvalitního proudu na výstupu.

Někteří výrobci uvádějí v průvodním dokumentu faktor harmonického zkreslení (index nelineárního zkreslení). Pokud je parametr menší než 8 %, pak jednotka vytváří téměř dokonalý sinus.

Jednofázové a třífázové modely

Jednofázové střídače jsou integrovány především do obvodu bytového fotovoltaického systému se standardním napětím 220V.

Rozsah výstupního napětí při připojení k jedné fázi u různých modelů se pohybuje od 210-240V, výstupní frekvence - 47-55 Hz, výkon - 300-5000 W.

Jednofázové měniče se vyrábí pro standardní napětí baterií: 12, 24 a 48 V. Aby měnič nepracoval na maximální kapacitu, je nutné sladit výkon „konvertoru“ s napětím solární baterie nebo baterie.

Rozsah závislosti charakteristiky baterie (napětí - V) a solárního měniče (jmenovitý výkon - W): 12 V - do 600 W, 24 V - do 1,5 kW, 48 V - nad 1,5 kW

Třífázové měniče slouží k napájení třífázového proudu pro napájení elektromotorů. Primární využití: výroba, dílny, komerční účely.

Třífázové měniče se vyznačují vysokým výkonem (3-30 kW), širokým rozsahem výstupního střídavého napětí (220V/400V).

Na trhu jsou k dispozici i kombinované modely. Patří mezi ně jednofázové měniče s možností synchronizace výstupů měniče s fázovým posunem – to umožňuje napájet třífázové zátěže. Zkontrolovali jsme všechny typy zařízení pro přeměnu proudu ze solárních panelů v náš další článek.

Parametry výběru solárního invertoru

Účinnost měniče a celého napájecího systému do značné míry závisí na správné volbě parametrů zařízení.

Kromě výše popsaných vlastností byste měli vyhodnotit:

• výstupní výkon;
• druh ochrany;
• Provozní teplota;
• instalační rozměry;
• účinnost;
• dostupnost doplňkových funkcí.

Podívejme se dále na všechny tyto vlastnosti podrobněji.

Kritérium č. 1 – výkon zařízení

Hodnocení solárního invertoru se volí na základě maximálního zatížení sítě a očekávané životnosti baterie. V režimu spouštění je měnič schopen dodat krátkodobé zvýšení výkonu v době uvádění kapacitních zátěží do provozu.

Toto období je typické při zapínání myček, praček nebo ledniček.

Při použití osvětlovacích lamp a televizoru je vhodný nízkopříkonový měnič 500-1000 W.Zpravidla je nutné vypočítat celkový výkon používaného zařízení. Požadovaná hodnota je uvedena přímo na těle přístroje nebo v průvodním dokumentu.

Výslednou hodnotu je vhodné zvýšit o 20-30% - to bude požadovaný výstupní výkon měniče. Například celkový výkon zařízení je 500 W/h, výdrž baterie je 5 hod. Výpočet: 500 W/h*5h*1,2=3000 W/h

Kritérium č. 2 – úroveň ochrany

Kvalitní solární střídač by měl mít několik stupňů ochrany. Možné možnosti: systém nuceného chlazení, prevence zkratu, ochrana proti poklesům napětí a rázům v síti.

Je také důležité mít utěsněné, zesílené pouzdro, které zabraňuje vnikání prachu a vlhkosti dovnitř. Indikátor ochrany elektrických zařízení je standardizován podle standardizace IEC-952.

Index je označen jako IP AB, kde A je úroveň ochrany proti pronikání cizích částic do zařízení, B je odolnost proti vlhkosti.

Pro venkovní provozní podmínky jsou vhodné modely s indexem „IP65“ - síla a spolehlivost střídače umožňuje jeho použití ve venkovní atmosféře.

Kritérium č. 3 – provozní teplota a rozměry

Široký rozsah hodnot je indikátorem slušné kvality sestavení střídače. Hodnota ukazatele je důležitá zejména při umístění měniče v nevytápěné místnosti.

Hmotnost je nepřímým ukazatelem kvality měniče. Existuje názor - čím těžší je převodník, tím je výkonnější. To se vysvětluje přítomností transformátoru ve vysoce výkonných zařízeních.

U „lehkých“ modelů může nepřítomnost transformátoru způsobit poruchu měniče, když je dodáván vysoký startovací proud.

Podle pozorování odpovídá jeden kilogram hmotnosti solárního invertoru výstupnímu výkonu 100 W. Rozměry střídače určují způsob jeho instalace

Kritérium č. 4 – účinnost

Odborníci doporučují zakoupit současné „převodníky“ s účinností 90 % a více. Pouze s tímto parametrem bude provoz solárního systému efektivní a jeho uspořádání účelné. Ztráta 10 % solární energie je nepřijatelný luxus.

Další funkce. Pokročilé funkce ovlivňují náklady na vybavení a nejsou vždy žádané. Některé možnosti však stojí za vynaložené peníze.

Mezi užitečná a nezbytná „zařízení“ patří:

• automatické přidávání invertorového výkonu do elektrické sítě;
• nastavení doby nabíjení baterie;
• výběr prioritního zdroje proudu;
• udržování práce s různými typy baterií (alkalické, lithium-železofosfátové, helium, AGM, kyselé);
• možnost kombinovaného provozu se síťovým převodníkem;
• nastavení indikátoru napětí - zamezení „skoků“ v síťovém napětí;
• možnost upgradu měniče aktualizací firmwaru.

Moderní převodníky lze připojit k PC pro programování a monitorování.

Výrobci nabízejí bezplatný software pro sledování provozu firemních zařízení a elektrických sítí. Zajímavou možností je možnost zasílat SMS upozornění o stavu systému na žádost uživatele

Recenze oblíbených hybridních měničů

Mezi spotřebiteli získaly dobré hodnocení střídače od zahraničních společností: Xtender (Švýcarsko), Prosolar (Čína), Victor Energy (Holandsko), SMA (Německo) a Xantrex (Kanada). Tuzemský zástupce - MAP Sine.

Řada multifunkčních měničů Xtender

Hybridní měnič Studer od Xtender je ztělesněním švýcarského standardu kvality ve výkonové elektronice. Solární invertory řady Xtender se vyznačují působivými pevnostními charakteristikami a rozsáhlou funkčností.

Rozmanitost modelů: XTS - zástupci s nízkým výkonem, XTM - modely se středním výkonem, XTN - vysokovýkonné měniče.

Výkonové řady Xtender: XTS - 0,9-1,4 kW, XTM - 1,5-4 kW, XTN - 3-8 kW. Výstupní napětí – 230 W, frekvence – 50 Hz

Každá řada Xtender Hybrid nabízí následující funkce a možnosti:

• čistý sinusový přívod;
• „přidání“ energie do sítě z baterie;
• při poklesu síťového napětí se sníží spotřeba z centrálního napájení;
• dva režimy volby priority: první je „měkký“ s napájením do 10 %, druhý je úplný přechod na baterii;
• různá nastavení instalačního programu;
• řízení záložního generátoru;
• pohotovostní režim s širokým rozsahem ovládání;
• vzdálené sledování parametrů systému.

Všechny modifikace mají funkci Smart Boost - připojení k různým zdrojům energie (soustrojí generátoru, síťový střídač) a Power Shaving - garantované pokrytí špičkových zátěží.

Optimální hybridní měniče Prosolar

Čínský model má dobré vlastnosti a přijatelnou cenu (asi 1200 USD). Převodník optimalizuje provoz solárních panelů ukládáním nevyužité energie do baterie.

Technické vlastnosti: tvar napětí - sinusoida, účinnost konverze - 90%, hmotnost instalace - 15,5 kg, přípustná vlhkost - 90% bez kondenzace, teplota -25 ° C - +60 ° C

Charakteristické rysy:

• možnost sledovat limitní bod výkonu solární baterie;
• informační LCD displej zobrazující provozní parametry systému;
• 3-úrovňová nabíječka baterií;
• maximální nastavení proudu až 25A;
• invertorová komunikace.

Převodník se připojuje k PC pomocí softwaru (dodáváno jako stavebnice). Inovativním lemováním je možné měnič modernizovat.

Sinusové měniče Phoenix Inverter

Střídače Phoenix splňují vysoké nároky a jsou vhodné pro průmyslové aplikace. Řada Phoenix Inverter je vydána bez vestavěné nabíječky.

Převodníky jsou vybaveny informační sběrnicí VE.Bus a umožňují provoz v paralelním nebo třífázovém uspořádání.

Výkonový rozsah modelové řady je 1,2-5 kW, účinnost 95 %, typ napětí sinusový.

V tabulce jsou uvedeny charakteristiky hybridní modifikace měniče 48/5000 od Victron Energy. Odhadovaná cena Phoenix Inverter s výkonem 5 kW je 2500 USD.

Soutěžní výhody:

• Technologie „SinusMax“ podporuje spuštění „těžkých nákladů“;
• dva režimy úspory energie – možnost vyhledávání zátěže a snížení proudu naprázdno;
• přítomnost poplachového relé - upozornění na přehřátí, nedostatečné napětí baterie atd.;
• nastavení programovatelných parametrů přes PC.

Pro dosažení vysokého výkonu lze paralelně k fázi připojit až šest měničů. Například kombinace šesti zařízení s jmenovitým výkonem 48/5000 je schopna poskytnout výstupní výkon 48 kW/30 kVA.

Domácí MAP zařízení Hybrid a Dominator

Společnost MAP Energia vyvinula dvě modifikace hybridního měniče: Gibrid a Dominator.

Výkonový rozsah zařízení je 1,3-20 kW, doba přepínání mezi režimy je až 4 ms, je zajištěna možnost „čerpání“ elektřiny do městské sítě.

Srovnávací tabulka schopností převodníku. Oba typy jsou schopny pracovat v režimu ECO, každý model se „spojí“ s webovým serverem pro vzdálené monitorování a nastavení

Obecná charakteristika měničů napětí Hybrid a Dominator:

• transformátor na bázi torusu;
• Neexistuje žádná stabilizace vstupního napětí;
• výkonový režim „čerpání“;
• výstup je čistý sinus;
• generování přebytečné energie do sítě;
• omezení odběru proudu na AC vstupu;
• třída IP21;
• spotřeba v režimu spánku je 2-5W.

Účinnost měničů dosahuje 93-96%. Zařízení úspěšně prošla testy pro použití při ultranízkých teplotách (mezní hodnota -25°, krátkodobé snížení na -50 °C je přijatelné).

Možná schémata zapojení

Při výstavbě fotovoltaického komplexu kombinovaného s centrální sítí existují různé možnosti připojení střídače.

Možnost #1 - obvod s regulátorem DC nabíjení

Nejoblíbenější možností je nabíjení baterie pomocí solárního regulátoru MPPT (analýza bodu špičkového výkonu).

Obvod využívá převodník, který podporuje přenos elektřiny do sítě nebo zátěže, pokud napětí baterie překročí uživatelem zadaný parametr

Vlastnosti řešení:

• efektivní využívání obnovitelné energie, když je síť zapnutá/vypnutá;
• možnost aktivace provozu ze solárního systému po vybití baterie.

A dalším řešením jsou mírně zvýšené ztráty při přeměně energie v sekci „regulátor-baterie-střídač“.

Možnost #2 - schéma s hybridním a síťovým převodníkem

Síťový převodník na výstupu bateriového střídače. Podle schématu jsou dva měniče připojeny k různým solárním panelům.

Hybridní měnič je připojen k volitelnému fotovoltaickému panelu pro dobíjení baterie a síťový měnič je připojen k hlavnímu solárnímu modulu.

Za normálních podmínek (přítomnost síťového proudu) napájí redundantní zátěž síťový měnič, účinnost konverze je asi 95 %. Přebytečná energie jde do baterie, a když je plná, jde do obecné sítě

Vlastnosti systému:

• nepřetržitý provoz bez ohledu na přítomnost centrálního síťového napětí;
• vysoká účinnost a minimalizace ztrát na stejnosměrné straně díky dostatečné napěťové úrovni solární baterie;
• baterie téměř vždy pracují v režimu vyrovnávací paměti, což zvyšuje jejich životnost;
• použití hybridních měničů určených k nabíjení baterie z výstupu;
• nutnost upravit provoz síťového střídače.

Celkový výkon síťového převodníku by neměl překročit výkon hybridního „převodníku“ - to umožňuje využít energii solárních panelů v případě vybití baterie nebo výpadku sítě.

Bez ohledu na zvolený obvod je třeba při připojování měniče vzít v úvahu řadu nuancí:

1. Drátové připojení pro DC nemusí být dlouhé. Je vhodné umístit střídač do těsné blízkosti (do 3 m) solárních panelů a poté „vybudovat“ hlavní vedení s AC.
2. Převodník se nesmí montovat na konstrukce z hořlavých materiálů.
3. Nástěnný invertor je umístěn v úrovni očí pro snadné čtení informací z displeje.

Na připojení modelů s výkonem vyšším než 500 W jsou kladeny zvláštní požadavky. Spojení musí být pevné se spolehlivým kontaktem mezi svorkami zařízení a vodiči.

Také na našem webu jsou další články o solární energii a propojování jednotlivých komponent a modulů při sestavování autonomního systému.

Doporučujeme vám přečíst si následující materiály:

• Schéma připojení pro solární panely: k regulátoru, k baterii a servisovaným systémům
• Solární nabíječka baterií: zařízení a princip fungování solárního nabíjení
• Jak vyrobit solární baterii vlastníma rukama: způsoby montáže a instalace solárního panelu

Závěry a užitečné video k tématu

Pojem „hybridní invertor“, jeho struktura, funkce a možnosti:

Přehled možností, provozních režimů a efektivity použití 3 kW multifunkčního měniče InfiniSolar:

Návrh systému solárního napájení je složitý a zodpovědný úkol. Výpočet potřebných parametrů, výběr komponent solárního komplexu, zapojení a zprovoznění je nejlépe svěřit profesionálům.

Udělané chyby mohou vést k selhání systému a neefektivnímu používání drahého zařízení.

Vybíráte nejlepší možnost měniče pro provoz autonomního systému zásobování solární energií? Máte otázky, které jsme v tomto článku nezodpověděli? Zeptejte se jich v komentářích níže - pokusíme se vám pomoci.

Nebo jste si možná všimli nepřesností či nesrovnalostí v předloženém materiálu? Nebo chcete teorii doplnit praktickými doporučeními na základě osobních zkušeností? Napište nám o tom, podělte se o svůj názor.