Что такое инвертора для солнечных панелей

Солнечный инвертор

Пост опубликован: 17 ноября, 2017

В настоящее время альтернативная энергетика все более прочно входит в повседневную жизнь современного человека и причин тут несколько. Это и экологическая безопасность подобных производств, и возможность создать автономную систему электроснабжения, которая, по истечении срока окупаемости, может приносить определенный доход пользователю.

Одним из видов производства электрической энергии, использующем альтернативный и возобновляемый источник, является солнечная энергетика, а одним из устройств, обеспечивающим работу солнечной электростанции в автоматическом режиме, является инвертор.

Что это такое

Солнечный инвертор – это техническое устройство, служащее для преобразования постоянного электрического тока, напряжением 12/24/48 В, вырабатываемого солнечными батареями, в переменный, используемый для освещения и питания различных приборов и устройств напряжением 220/380 В.

Зачем он нужен

Работа солнечной электростанции в качестве основного или резервного источника электроснабжения, предполагает подключение определенного количества нагрузки, в качестве которой выступают бытовые приборы и технические устройства, для работы которых требуется переменный ток напряжением 220/380 В.

В свою очередь, солнечная батарея (панель), вырабатывает постоянный ток напряжением более низкого порядка, посредством которого заряжаются аккумуляторные батареи, входящие в состав солнечной электростанции (накопители выработанного электричества).

Схема работы солнечной электростанции приведена на рисунке:

Для того, чтобы преобразовать, накопленную в аккумуляторах электрическую энергию, в параметры, соответствующие параметрам подключаемых устройств, и служат технические устройства, называемые инверторами.

Типы солнечных инверторов

Инверторы, для солнечных электростанций, производятся в различной исполнении и отличаются друг от друга по техническим характеристикам, стоимости и наличию средств автоматики и защиты. А вот типов подобных устройств, определяющих их способность работать по отношению к традиционной сети электроснабжения (от энергоснабжающих организаций), всего три, это:

1. Автономные («off grid») – способны работать только отдельно от внешних электрических сетей, используются для автономных систем электроснабжения.
2. Сетевые («on grid») –работают в синхронном режиме с внешней сетью электроснабжения. Инверторы данного типа, кроме своей основной функции, (преобразования напряжения), контролируют качество электрической энергии внешней сети (напряжение и частота), а также способны передавать излишки генерированной энергии для реализации во внешнюю сеть электроснабжения.

• Гибридные («hybrid») – совмещают в себе функции автономных и сетевых устройств, обладают большим количеством настроек, позволяющих отрегулировать различные режимы работы.

Инверторы сетевого типа

Отличительной особенностью сетевых инверторов является характер их работы по отношению к вешней электрической сети.

Устройства данного типа устанавливаются в электрическую цепь между солнечной панелью и электрической сетью 220/380 В. Установка сетевого инвертора предполагает работу солнечной электростанции без наличия накопителей энергии (аккумуляторов), когда выработанный солнечными батареями ток идет на питание отдельных потребителей, подключаемых непосредственно к инвертору, а излишки – во вешнюю сеть. Работа такого устройства осуществляется только в дневное время, когда есть солнечный свет.

Инверторы автономного типа

Инверторы автономного типа работают в составе солнечных электростанций, обеспечивающих автономное электроснабжение потребителей электрической энергии. Технические устройства данного типа преобразуют накопленную в аккумуляторах энергию до требуемых параметров и обеспечивают надежность автономного электроснабжения.

В зависимости от формы выходного сигнала по току, инверторы данного типа подразделяются на: синусоидальные и квази-синусоидальные.

Синусоидальные инверторы обладают лучшими техническими показателями, но больше по габаритным размерам и стоимости, нежели квази-синусоидальные, что определяет сферу их использования и распространение на рынке подобных устройств.

Основные технические характеристики

При выборе типа инвертора и возможности его установки в той или иной схеме электроснабжения, основными параметрами, определяющими выбор, служат его технические характеристики, каковыми являются:

• Мощность – определяет количество нагрузки (приборов и устройств), которое можно подключить к конкретному устройству. Номинальная мощность, указывает на длительно допустимую нагрузку, при подключении которой инвертор способен работать продолжительное время. Максимально допустимая (пиковая) мощность, определяет способность преобразовывать электрический ток не продолжительное время, в моменты запуска электрических двигателей или иных устройств, при включении которых в работу происходит скачек электрического тока (ток запуска).
• Вид выходного сигнала (форма синусоиды) – определяет возможность подключения того или иного оборудования к конкретной модели инвертора. При использовании более дешевых устройств, с квази-синусоидальной формой сигнала по электрическому току, возможны сложности в процессе эксплуатации приборов и агрегатов, чувствительных к качеству электрического тока (отопительные котлы, насосы, электронные устройства).
• Напряжение на входе и выходе – определяет возможность установки с определенным видом солнечных панелей, вырабатывающих электрический ток напряжением 12/24/48 В, и в соответствии с этим, напряжением сети питания потребителей – 220 и 380 В.
• Наличие защитных элементов – зависит от конкретной модели устройства. Основными видами защиты являются – защита от короткого замыкания и перегрузки.
• Дополнительные опции – также зависит от модели устройства. Это может быть установка встроенной розетки, жидкокристаллического дисплея, зарядного устройства и прочих элементов.

Популярные модели

Каждый пользователь выбирает для себя сам какую модель выбрать и где ее купить. Конечно же оптимальным местом для выбора и приобретения сложных технических устройств, к каковым относится солнечный инвертор, являются компании дилеры производителей подобных изделий, но не везде они присутствуют, поэтому можно воспользоваться сетью интернет, где можно найти модель, соответствующую предъявляемым к ней требованиям.

В настоящее время наибольшей популярностью пользуются серии и модели:

• «СибВольт» (Россия) – сетевые инверторы, номинальной мощностью от 1,5 до 3,0 кВт, на напряжение 12/24/48 В.
• «Sunrise» (Китай) – гибридного типа, номинальной мощностью 3,2 и 4,0 кВт, на напряжение 48 В.
• «UMA» (Россия) – автономного типа, номинальной мощностью от 2,4 до 4,0 кВт, на напряжение 24/48 В.
• «S300» (Тайвань) – автономного типа, номинальной мощностью 300,0 Вт, на напряжение 12/24 В.
• «Stark Country» (Китай) — гибридного типа, номинальной мощностью от 1,6 до 4,0 кВт, на напряжение 12/24/48 В.
• «Sunville SV15000s» (Россия) – сетевое устройство, номинальной мощностью 15,0 кВт.

Серии и конкретные модели, на рынке подобных товаров, представлены достаточно обширно, как в плане технических характеристик, так и компаний их выпускающих. В связи с этим всегда есть возможность выбрать устройство в соответствии с личными пожеланиями пользователя основываясь на критериях выбора рассмотренных ниже.

Как выбрать лучший?

Как уже было указано выше, на рынке подобных устройств, представлено большое количество моделей различных производителей, которые схожи по своим техническим характеристикам. Для того, чтобы выбрать инвертор, и при этом не ошибиться, необходимо следовать критериям выбора, которыми являются:

1. Номинальная мощность.
2. Максимальная (пиковая) мощность.
3. Форма выходного сигнала по току.
4. КПД.
5. Эксплуатационные показатели (температура, влажность, высота установки над уровнем моря).
6. Напряжение на «входе» и «выходе» устройства.
7. Наличие средств защиты от токов КЗ и перегрузки.
8. Наличие «спящего» режима, вентилятора охлаждения и дополнительных опций.
9. Габаритные размеры и вес.
10. Бренд и надежность производителя.
11. Стоимость.

Опираясь на выше приведенные критерии и зная параметры сети, каждый пользователь способен самостоятельно выбрать лучшую модель, из представленных, в настоящее время, в конкретном регионе или на интернет ресурсах.

Подключение инвертора к солнечной батарее

Инвертор является устройством, работающим в комплексе с другими элементами солнечной электростанции, которыми являются:

• Солнечная панель – источник электрической энергии;
• Аккумуляторная батарея – накопитель выработанной энергии;
• Контроллер заряда – отвечает за состояние аккумуляторных батарей, контролирует режим их работы — «заряд-разряд»;
• Провода и кабели – обеспечивают соединение всех устройств в единую электрическую цепь;
• Несущие конструкции – обеспечивают надежное крепление монтируемого оборудования, некоторые устройства, позволяют регулировать положение солнечных панелей в пространстве, в соответствии с расположением солнца.

Подключение инвертора в схему работы электрической станции, зависит от типа устройства, т.е. способности работать по отношению к внешней электрической сети.

Подключение, в зависимости от типа инвертора, выполняется по следующей схеме, для:

• Автономных («off grid») моделей.
• Модели данного типа устанавливаются между нагрузкой и аккумулятором, зарядка которого также осуществляется через контакты инвертора. У некоторых моделей, как показано на рисунке, может быть предусмотрен отдельный вход для подключения к электрической сети переменного тока, для обеспечения зарядки аккумуляторов, в случае невозможности их заряда от солнечных батарей.
  • Сетевых («on grid») моделей.

  Инверторы данного типа, включаются в электрическую цепь между солнечной батарей и элементами нагрузки и внешней электрической сетью. У данного типа устройств не предусмотрено подключение аккумуляторных батарей. В случаях, когда количество вырабатываемой электрической энергии превышает требуемые значения, излишки перераспределяются во внешнюю сеть.

  Гибридный тип подобных устройств, предполагает установку инвертора между аккумуляторами, внешней сетью и нагрузкой одновременно.Использование инвертора, в схемах солнечных электростанций, позволяет осуществлять их работу в автоматическом режиме, что значительно упрощает их использование и расширяет сферу применения.

  Источник

  Для чего нужен и как работает инвертор солнечных батарей

  

  Популярность использования солнечных батарей растет с каждым годом. Область применения набирает масштабы, их можно встретить при оборудовании тепличных комплексов, частных жилых помещений, многоквартирного фонда, фермерских хозяйств.

  Сложность системы в том, что при этом вырабатывается постоянный ток, который может подойти для сварочных аппаратов, освещения, электронных схем, старых автомобилей, зарядки аккумуляторов и т. д. Для организации полноценно функционирующей гелиосистемы требуется наличие еще нескольких элементов, в том числе и инвертора – сердца всей системы. Выбор следует осуществлять исходя из места установки и назначения прибора.

  Для чего нужен инвертор солнечных батарей

  В нашем мире много систем, потребляющих переменное напряжение в 220 В. В этом случае, необходим инвертор для солнечных батарей для преобразования тока в переменный, иначе его производство становится бессмысленным. Солнечные панели генерируют постоянное электричество с напряжением в 12 В, 24 В и максимальное значение – в 48 В. Именно инвертор делает использование таких батарей пригодным для сети в 220 В.

  Принцип работы солнечной батареи

  Конструктивные особенности

  Сам инвертор состоит из низкочастотного адаптера (диоды и выпрямитель), варикапа (функционирует за счет триодов проводимостью более 4 мк), динисторов (обеспечивают чувствительность) и обкладки.

  Многие модификации таких агрегатов состоят из обязательного элемента – блока-бесперебойника. При отсутствии подачи постоянного тока в случае аварий электросетей, электричество не прекратит поступление в аккумуляторную батарею (заряжается через зарядную установку), далее в инвертор и к месту потребления энергии в электроприборы. В структуру источника бесперебойного питания входит мониторинг уровня напряжения за счет микроконтроллера. Он дает команду к подключению источников питания в случае остановки основной подачи электричества.

  Наличие трансформатора в конструкции является необязательным звеном, зачастую утяжеляя ее. Но, при наличии этого элемента, появляется возможность вызвать сигнал на выходе супервысокого качества.

  В конструкцию системы может входить вентилятор, функционирующий принудительно и рассчитанный на бесшумную работу с несколькими режимами (в самых дорогих моделях).

  Существует возможность объединения нескольких инверторов в трехфазные агрегаты с увеличенной мощностью и расширенным кругом задач, рассчитанные на 380 В (трехфазная сеть).

  Современные солнечные инверторы

  Принцип работы

  Сначала солнечная батарея выступает в роли преобразователя солнечных лучей в электрический ток, затем должным образом происходит заряд аккумуляторной системы током и правильным напряжением, поддержание этого заряда в аккумуляторах, и, за счет подсоединения инверторного аппарата постоянный ток преобразуется в переменный.

  Инвертор – устройство полупроводникового типа, то есть золотая середина между электропроводимостью металлов и диэлектриков (одни имеют очень высокую отметку этого показателя, другие не проводят электричество). Для использования энергии в темное время суток, накопление происходит в аккумуляторе.

  Важные характеристики

  • во избежание пустой траты энергии, коэффициент полезного действия должен превышать уровень в 90%; среднее значение доходит до 94%, у оптимальных моделей – до 99%;
  • категорическое отсутствие радиопомех;
  • условие: стабилизированное напряжение на выходе (преимущество отдается трапециевидному типу); минимальное напряжение на входе;
  • низкий показатель гармоник;
  • диапазон температурного режима – чем шире, тем лучше (влияет на качество работы прибора);
  • восприимчивость к нагрузкам;
  • защита от перегрузок и перегревов;
  • минимизация потерь при отсутствии напряжения (при холостом ходе);
  • номинальная мощность и максимальный ток на выходе и входе;
  • средне-взвешенная эффективность – коэффициент, показывающий полезность при переменных значениях напряжения;
  • диапазон определения максимально возможного напряжения (точку возможной характеристики мощности сетевого инвертора для солнечных батарей);
  • уровень защиты кода исполнения от внешнего доступа воды и твердых объектов.

  к содержанию ↑

  Выбор инвертора

  При подборе подходящего инвертора для солнечных панелей необходимо учитывать нагрузку мощности на пике активности (номинальные значения в этом случае не учитываются), для этого находим произведение пускового тока и напряжения в сети. В упрощенных моделях достаточно рассчитать ток по номиналу. От солнечной панели к потребителю тока идет напряжение в 12 В, контролер отправляет сигнал в инвертор, где, преобразуя напряжение, на выходе будет 220 В.

  Сетевые модификации

  Эта разновидность инверторов создается на основе емкостных диодов (варикапов) с низкочастотным модулятором для вариаций. Использование сетевых конструкций чаще всего подходит для солнечных панелей в виде тарелки. Многие из них имеют проводимость больше 40 мк, с подкладками в изоляторах, некоторые функционируют сквозь контролер заряда. Что касается инверторных выпрямителей, то их частота превышает показатель в 30 Гц.

  Преимущества: компактность, высокая защищенность, приемлемая скорость преобразования с низким уровнем энергопотребления.

  Гибридный инвертор может все, что сетевой, плюс дополнительно имеет несколько функций: повышать мощность сети при перегрузках, продолжать работу при потере сети в 220 В, убирает проблему со счетчиками. Некоторые производители, совмещая в приборе инвертор и контроллер, пытаются убедить клиентов, что их преобразователи являются гибридными, хотя это неправда, эти устройства называются комбинированными.

  Особенность гибридного инвертора заключается в умении параллельно получать нагрузку из сети и от аккумуляторной батареи и имеет приоритетное значение от источника с постоянным током, не пренебрегая источниками с постоянной подачей электричества. При определении приоритетного ресурса, основная нагрузка ложится на него, недостающее электричество берется от второго элемента питания.

  Автономные инверторы

  Подходят для солнечных панелей различных мощностей, приспособлены функционировать при перенапряжении силы тока до 4 А, оборудуются на три обкладывания.

  Преимущества: можно установить низкоомный варикап, электропроводимость низкая, возможность настройки частотности вариантов. Стабильно действуют при повышенной влажности, скоростное преобразование, рыночная цена вполне приемлемая для потребителя.

  Классификация по признаку формы на выходе: прямоугольный, синусоидальный и псевдосинусоидальный сигнал.

  С прямоугольным сигналом

  По рекомендациям специалистов эти устройства лучше применять для подачи энергии к осветительным приборам.

  • Преимущества: проходная цена, простота в использовании.
  • Недостатки: нет прикрытия от перепадов напряжения, узкий круг применения (не для всех приборов и устройств в быту походит по причине несовместимости).

  Синусоидальный сигнал

  Вырабатывают высококачественный ток с правильной синусоидой, чище идущего из розеток электричества. Подходит для подключения массивных бытовых приборов: холодильников, котлов, кондиционеров, насосов.

  • Преимущества: дает защиту бытовым приборам от скачков напряжения.
  • Недостаток: высокая стоимость.

  Псевдосинусоидальный сигнал

  Компромисс вариантов, представленных выше.

  • Преимущества: обеспечивают функционирование всех бытовых устройств и техники, стоят недорого.
  • Недостатки: не подходят для работы чувствительных приборов, создают помехи и шумовые волны.

  к содержанию ↑

  Подключение инвертора

  Чтобы правильно подключить инвертор, нужно знать ряд нюансов:

  • кабель выбираем средней длины (не слишком длинный, и не короткий); при отдаленности солнечного элемента, его можно удлинить, при условии длины кабеля от источника энергии до инвертора не превышающей трех метров;
  • обратить внимание на сечение кабеля (соответствие силе тока мощности прибора и сечения);
  • обеспечить жесткое крепление кабеля, чтобы избежать появления искры и впоследствии – пожара;
  • при применении бесперебойников, монтаж автоматических выключателей идет напрямую в цепь постоянно подающегося тока;
  • обратить внимание на форму выходного сигнала напряжения инвертора перед использованием его в системе;
  • определиться: какая нужна чистота сигнала, чтобы избежать поломок приборов, не все устройства могут работать при искаженной форме синуса (газовые котлы, насосы с непрерывным периодом циркуляции, подключение видео- и аудиокамер – требуют повышенной точности).

  Принцип работы прост и каждый может подключить инвертор для солнечной батареи своими руками.

  Схема подключения системы из солнечных батарей с сетью к содержанию ↑

  Обзор моделей

  Одна из самых дорогих моделей – фотоэлектрический инвертор производства Китай компании ChintPower Systems Co., LTD: форма сигнала в виде чистого синуса с низким уровнем шума (меньше 30 дБ), с номинальными характеристиками мощности и напряжения 1000 ВА и 230 В соответственно. Максимальная мощность солнечной батареи с таким инвертором – 1200 Вт. Стоимость 40669 рублей.

  Самая бюджетная модель – инвертор/зарядное устройство от компании Cyber Power: сигнал с чистой синусоидой, автоматическое переключение, подходит для маломощных приборов, максимальная и номинальная выходная мощность – 200 ВА, выходное напряжение – 220 В, переключение на аккумуляторные батареи за 4 мс. Стоит недорого – 5900 рублей.

  Золотая середина – инвертор с зарядным устройством и PWM контроллером от фирмы Voltronicpower: оптимальная модель с синусоидой чистой формы и пиковой мощностью в 1600 Вт; выходное напряжение – 230 В с частотой сигнала на выходе в 50 Гц. Стоимость колеблется в районе 20 000 рублей.

  Панели устанавливаются на максимально освещенной части крыши или стены постройки для эффективного функционирования. Важно при монтировании панели соблюдать нужный угол к горизонту и учесть степень затемнения территории (крепить подальше от предметов, создающих тень).

  Источник

  Читайте также:  Как правильно сделать солнечные батареи