Как выбрать инвертор для солнечных батарей
Все виды солнечных батарей могут вырабатывать только постоянный ток.Есть большое количество потребителей, которые используют именно его (множество электронных схем, сварочный электрод, старые автомобили, освещение, электрическая передача на некоторых типах судна, зарядка аккумуляторов, радиоаппаратура и др.).
Тем не менее, в повседневной жизни приходится сталкиваться с не меньшим количеством приборов, которые потребляют 220В-ное переменное напряжение. Для них требуется преобразователь прямого тока в переменный, то есть инвертор.
Принцип работы и разновидности
Схема работы системы с инвертором. (Нажмите для увеличения)Инвертор является полупроводниковым прибором. (Полупроводник – это вещество, которое имеет электропроводимость среднюю между той, которую имеет металл (высокая) и диэлектрик (не проводит электрический ток)).
В зависимости от типа фотоэлектрической системы, а также и от способа подключения к солнечной электростанции, существуют следующие виды этого аппарата:
- Инвертор, предназначенный для автономной системы солнечных панелей. У него есть генератор частоты.
- Сетевой инвертор. Работает синхронно с основной электрической сетью.
- Гибридный. Подходит для двух видов подключения. Работает как с аккумулятором, так и непосредственно с самой станцией, вместе или по отдельности.
Важные характеристики
- Высокий КПД (обязательно выше 90%, тогда энергия не будет тратиться впустую).
- Недопустимость каких-либо помех на радиочастотах.
- Стабилизация выходного напряжения (желательно трапециевидный тип).
-
Низкий коэффициент гармоник. - Широкий температурный диапазон. Чем он шире, тем выше качество прибора.
- Способность переносить перегрузки.
- Прибор должен быть защищён от перегрева.
- Маленькие потери при маленьких нагрузках на холостом ходу. (Холостой ход – такой режим работы прибора, при котором отключено напряжение).
Модели для солнечных электростанций
Сегодня у многих возникает необходимость в автономной системе энергоснабжения дома. Чаще всего для этого используют домашние солнечные электростанции, как наиболее доступные и наименее сложные в установке, к тому же ее можно сконструировать своими руками.И если сами солнечные панели можно сделать самостоятельно, закупив по частям необходимые элементы, то инвертор и аккумулятор стоит купить фирменный, потому как цена на них невысока, и сделать их качественно в домашних условиях достаточно затруднительно.
При выборе инвертора важно обратить внимание на характеристики, которые были перечислены выше. Все они должны быть указаны в описании товара.
Зарубежные производители предлагают большое разнообразие инверторов, специально предназначенных для солнечных электростанций.
Данные инверторы уже имеют как блок регулятора, что позволяет отбирать максимальную мощность, так и блок регулятора заряда. В случае необходимости есть также возможность подключения дизельного генератора (если срочно надо подзарядить аккумулятор панели).
Следует опасаться дешёвых подделок из Китая, потому как они довольно популярны на рынке. Экономить на этом не следует, так как качество всей системы может сильно пострадать.
Смотрите видео, в котором специалист подробно объясняет, как правильно выбрать инвертор для солнечной батареи:
Сетевой преобразователь для солнечной батареи: назначение инвертора
Солнечные батареи давно уже стали повседневностью в быту. Электричество, полученное от гелиоустановок, является самым дешевым энергетическим продуктом. Для преобразования постоянной энергии солнечных батарей в переменный ток нужен инвертор для солнечных батарей.
Инвертор
Работа инвертора
Инвертор является одним из трёх базовых элементов гелиоэлектростанции. В состав системы входят преобразователь, солнечная батарея и аккумулятор. Классическая схема работы гелиостанции заключается в том, что солнечная энергия, получаемая батареей в виде постоянного тока, расходуется на зарядку АКБ. Когда возникает нужда в дополнительном питании, преобразователь начинает забирать энергию аккумулятора, преобразуя её в переменный ток.
Инвертор (ИВ) – полупроводниковое устройство. В дневное время он подключён напрямую к солнечной панели. В ночное время суток прибор переключается на аккумуляторы.
Важно! Инвертор подбирают из расчёта максимальной мощности нагрузки в пике активности. Для простых моделей берут расчётную величину по номиналу, указанному в паспорте прибора.
Работа солнечной электростанции
Виды инверторов для солнечных панелей
Сетевые ИВ
Сетевой инвертор избавляет владельца жилья от использования аккумуляторов. Система энергообеспечения использует принцип совмещения функционирования солнечных панелей с подключением к централизованной электрической сети. Генерируемая солнечная энергия вливается в общедомовую сеть.
Схема подключения сетевого ИВ
В ночное время пользуются сетевой электроэнергией, днём преобразователь уменьшает потребление тока из сети, восполняя питание энергией солнечных панелей. Схема подключения сетевого инвертора для солнечных батарей выстроена таким образом, что электроэнергия, поступившая от преобразователя, не учитывается домовым электросчётчиком.
Обратите внимание! Например, общий расход тока за месяц составил 400 кВт/ч. ИВ было передано 100 кВт/ч. Владелец оплачивает энергоснабжающей компании только за потребление 300 кВт/ч.
Автономные инверторы
Преобразователи устанавливают между общедомовой сетью и аккумулятором, заряжаемым солнечной панелью. ИВ используются в системах бесперебойного питания. Прибор обеспечивает стабильность характеристик потребляемого тока независимо от колебаний в сетевой электросети. Выходной сигнал может быть в виде чистой синусоиды или квази-синусоиды.
С прямоугольным сигналом
Инверторы с прямоугольным сигналом пригодны для питания только приборов освещения. Они не защищают внутридомовую сеть от скачков напряжения. Большинство бытовой техники не воспринимает напряжение прямоугольной формы.
Синусоидальный сигнал
ИВ на выходе выдаёт идеально чистый синусоидальный сигнал переменного тока, что намного превосходит аналогичный параметр сетевого источника. Благодаря этому, обеспечивается стабильная работа электроприборов, чувствительных к неустойчивому напряжению. Инверторы такого типа отличаются большими размерами и высокой стоимостью.
Синусоидальная и прямоугольна формы сигнала
Инверторы с псевдосинусоидой
Приборы такого рода являются компромиссом между синусоидальным и прямоугольным сигналами. ИВ могут обеспечить питанием большинство бытовой техники. В то же время специалисты не рекомендуют подключать инверторы к чувствительной нагрузке. Несовершенная форма выходного сигнала порой становится причиной возникновения небольших помех в радиопередающей аппаратуре и телетехнике.
Функционирование гелиосистемы
Основные технические характеристики
Выбирать ИВ нужно, соразмеряя его возможности с условиями установки в той или иной схеме снабжения электрическим током. Выбор связан непосредственно с техническими характеристиками прибора:
- Мощность должна быть равной общей нагрузке от домашних приборов и различных электроустройств. При этом нужно добавлять к величине параметра 15-25% на случай пикового потребления электроэнергии;
- Вид выходного сигнала, который отображается формой синусоиды, влияет на подключение к нагрузке определённого электрооборудования. Дешёвые модели с квази-синусоидальной формой сигнала могут вызывать осложнения эксплуатации чувствительной аппаратуры по качеству сигнала. Это котлы, электронасосы и различные электронные устройства;
- Входное и выходное напряжение связано с характеристиками солнечных панелей. Батареи вырабатывают ток напряжением 12, 24 и 48 вольт. Напряжение на выходе инвертора может быть 220 и 380 в.
- Вид защиты связан с конкретной моделью ИВ. Качественные инверторы оснащены защитой от короткого замыкания и скачков напряжения;
- Дополнительные возможности зависят от класса преобразователя. Это могут быть такие опции, как наличие ЖК экрана, зарядного устройства и пр.
Критерии выбора преобразователя
- Первое, на что нужно обращать внимание, – это запас мощности ИВ, должен составлять не менее 25% общей нагрузки всех потребителей при одновременной их работе. Пусковые токи превышают номинальные показатели в несколько раз. Если производитель не указывает отдельно величину пиковой нагрузки, то номинальный параметр следует считать таковой.
- Далее нужно учитывать геометрию выходного сигнала. Наилучшим таким параметром обладают гибридные преобразователи. Гибридный или многофункциональный прибор считают самым надёжным оборудованием гелиосистемы.
- Большое значение имеет КПД, определяющий долю потерянной энергии на сопутствующие процессы. Оптимальное значение коэффициента должно быть не менее 90%. У качественных приборов КПД равен 95%.
- В бытовых условиях лучшим вариантом выбора являются однофазные инверторы, так как бытовые приборы и устройства работают на токе напряжением 220 вольт и частотой 50 Гц. Трёхфазные ИВ выдают ток напряжением 315, 400 и 690 в.
- Дорогое оборудование производители оснащают выходными трансформаторами. Наличие таких устройств определяется распределением 1 кг массы прибора на каждые 100 Вт мощности.
- Надёжный качественный преобразователь должен иметь несколько контуров защиты. Это вентилятор принудительного охлаждения, а также предохранители от короткого замыкания и ограничители скачков напряжения.
- Наличие режима ожидания позволяет существенно уменьшить скорость разряда аккумуляторов. Переход в дежурное состояние не выключает полностью инвертор. Потребляемая энергия уменьшается в несколько раз и расходуется лишь на поддержание прибора в рабочем состоянии.
- Рабочий диапазон температуры производитель указывает в сопроводительной документации. На это надо обращать внимание при эксплуатации ИВ в помещении без отопления.
- Если мощность солнечных батарей превышает 5 кВт, то устанавливают несколько инверторов. Оптимальным решением будет использование одного ИВ на каждые 5 кВт.
Особенности подключения инвертора
К подключению солнечного преобразователя надо относиться с большой ответственностью. От правильности подсоединения ИВ зависит эффективность работы всей гелиосистемы.
- Провод, соединяющий солнечную панель с инвертором, должен иметь как можно меньшую длину и большое сечение. Расстояние между элементами будет оптимальным до 3-х метров. Лучшим вариантом будет, когда прибор установят в непосредственной близости к солнечной панели.
- Кабель от преобразователя до раздаточной точки с напряжением 220 вольт можно удлинять, но в разумных пределах (до 5 м).
- Подсоединение кабелей и проводов выполняется с использованием клемм. Не допускаются скрутки токонесущих жил.
- Применение контроллера обеспечит своевременное включения ИВ после полной зарядки аккумуляторов.
Дополнительная информация. В будущем ожидается появление более совершенных гелиосистем, которые полностью освободят небольшие объекты от привязки к централизованному энергоснабжению.
Обеспечение современными солнечными системами может свести к минимуму потребление электроэнергии от сетевых источников. Следует помнить о том, что дешевизна преобразователей солнечной энергии будет приносить потребителю свои «сюрпризы». Дорогое оборудование обладает превосходной эффективностью и приносит существенную экономию затрат на электричество.
Видео
использование grid-tie инвертора / Habr
Привет geektimes. В предыдущей части было рассказано о тестировании контроллера заряда. Днем батарея заряжается, вечером или ночью накопленный заряд можно использовать. Ту систему можно считать законченной, что-либо принципиально новое добавить в нее уже сложно. Все работает, текущей емкости батареи в 12ач хватает для вечернего освещения комнаты светодиодной лентой и зарядки разных гаджетов. Все работает, однако есть и недостатки:— Накопленную энергию банально некуда девать. За все время я ни разу не разряжал батарею более чем на 50%.
— В солнечный день уже утром к 9-10 утра батарея полностью заряжена, соответственно, солнечные панели простаивают впустую.
В итоге, настала очередь протестировать следующий, более современный и широко используемый подход — отдачу электроэнергии непосредственно в электросеть. Технология весьма актуальна, т.к. устраняет все вышеприведенные недостатки — электроэнергия отдается в домашнюю электросеть и потребляется другими устройствами.
Как это работает, подробности под катом. Желающие также могут просмотреть краткую видеоверсию в youtube.
Grid tie инвертор
Схема подключения инвертора к электросети очень проста:
По сути grid tie не сильно отличается от обычного преобразователя 12-220В, хотя есть несколько существенных отличий:
— grid tie синхронизируется с периодами сетевого напряжения,
— grid tie автоматически прекращает выработку, если сеть отключается (из соображений безопасности, например если сеть обесточили для ремонта),
— grid tie может использовать технологию MPPT (maximum power point tracking) и находить точку отдачи максимальной мощности для солнечных панелей.
Чем в итоге удобно использование grid tie?
— Уменьшаются счета за электричество: потребление дома от городской сети уменьшается на величину, соответствующую выработке инвертора.
— Уменьшается нагрузка на городскую электросеть.
— Система проста в подключении и эксплуатации.
На рынке есть 2 вида инверторов:
— «Стандартные» (название условно), которые ставятся в доме, и к ним подается напряжение от панелей. Мощность может варьироваться от 250Вт до нескольких киловатт, цена вопроса от 60$ до 6000$.
— Микроинверторы. Ставятся прямо на панель, таким образом прямо с панели получается сетевое напряжение 220В. Способ удобен тем, что не нужно тянуть толстые провода низкого напряжения, ну и надежность системы в целом получается выше.
Система легко параллелится и расширяется, примерно так:
В общем, все это достаточно интересно чтобы протестировать.
Тестирование
Перед тестированием «балконной» системы выявилась одна проблема — инверторов для такого малого масштаба просто не производят. Типичные параметры grid tie инвертора — мощность от 250Вт и напряжение панелей 22-65 или 45-90В. У меня же 2 параллельно соединенные солнечные панели по 50Вт давали 12-21В. Наконец, после поисков на ebay была найдена практически единственная модель с длинным названием 500W MPPT Micro Grid Tie Inverter 10.5-28V. Слово «micro» тут явно маркетинг, т.к. возможности крепления на панели не предусмотрено. Инвертор выглядит примерно так (фото со страницы продавца).
И собственно, тестирование. Все просто, инвертор подключается в розетку через ваттметр, который удобен для оценки показаний. Солнечные панели выходят на восточную сторону, и уже в 9 утра при солнечной погоде выработка составила 30Вт.
Все хорошо, я только успеваю порадоваться «до чего техника дошла», как слышу весьма громкий шум — в инверторе включился кулер. На габаритах инвертора китайцы сэкономили, и высокооборотный 40мм кулер дает такой шум и свист воздуха, что его слышно в соседней комнате. Конечно, в идеале обороты кулера должны были бы регулироваться в зависимости от температуры инвертора, но в моем случае это не работало. Т.к. использовать инвертор на полную мощность 500Вт я не планирую, то просто заказал другой, менее шумный кулер, которого для 100-200Вт вполне должно хватить.
Кстати, внутренности инвертора выглядят так:
Вот так нагреваются его части во время работы, температура компонентов до 40 градусов:
Это в принципе немного, с другой стороны, и мощность всего лишь 1/10 от максимальной. Было бы интересно проверить его нагрев при полных 500Вт, но такой возможности нет.
Другой недостаток проявился вечером, когда солнечные панели дают мало энергии — инвертор пытается включиться, загорается светодиод, но напряжение панелей от нагрузки проседает и он выключается, затем процесс повторяется снова. Вряд ли такие включения-выключения полезны для электронных компонентов, с другой стороны, ничего сильно страшного тут в принципе нет. Разработчики могли бы предусмотреть более интеллектуальный способ отключения инвертора, с другой стороны, это самая дешевая модель на рынке, да и работа от 100Вт панели для 500-ваттного инвертора не является штатной.
Итог: судя по ваттметру, целиком за солнечный день в сеть со 100-ваттной панели было отдано 0.25КВт*ч. В ценах на электричество желающие могут пересчитать сами, как и срок окупаемости инвертора (его цена около 80$). Пиковая мощность, зафиксированная ваттметром, составила 65Вт, а средняя мощность в утреннее время (панели направлены на восток) 30-40Вт. (Теоретически, со 100-ваттной панели можно получить 80-90Вт мощности, если развернуть ее более правильным образом и использовать более толстые провода).
Следующий день был пасмурным с дождем, и инвертор вполне ожидаемо, не запустился вообще. Он пытался включиться утром каждые 5 секунд, запуская при этом кулер, и «вззз-вззз» было слышно по всей комнате. В общем, с таким инвертором будильник по утрам точно не нужен. Хотя это не проблема инвертора как такового — во-первых, 500-ваттный инвертор просто не рассчитан на использование 100-ваттной панели, во-вторых, он не предназначен для установки в комнате.
Когда дождь закончился и небо относительно прояснилось, инвертор запустился, отдаваемая в сеть мощность составила около 12Вт.
Заключение
Технология grid tie работает, почти как ожидалось, даже с небольшими панелями балконного размера. «Почти», т.к. мощности панелей недостаточно для работы инвертора на полную мощность. В то же время, даже в таком виде инвертор работает, отдавая в сеть энергию уже при 10-20Вт выработки. Для моих балконных панелей пиковая мощность, зафиксированная ваттметром, составила 65Вт, а средняя в утреннее и солнечное время суток примерно 30-40Вт.
В ясный солнечный день в сеть со 100-ваттной панели было отдано 0.25КВт*ч. Кстати, 0.25КВт*ч это много или мало? Этого достаточно для 15 минут работы микроволновки, 30 минут работы компьютера, 24 часов работы светодиодной лампы или 2-3 использований небольшого электрического чайника.
Однако показанный выше инвертор я не могу рекомендовать для балконной установки — лучше брать микро-инвертор, не содержащий кулеров, ну и мощность панелей должна составлять не менее 200Вт при напряжении 20-40В.
PS: C отдачей электроэнергии в сеть есть еще один интересный вопрос — что будет если суммарная выработка панелей больше, чем потребляемая мощность?
Ответ не так прост как кажется, тут есть 2 варианта.
Если установлен обычный счетчик, то он просто считает энергию «по модулю», так что излишки энергии уйдут в общедомовую сеть к соседям, а счетчик просуммирует ее как потребленную — за отданную соседям энергию еще и придется заплатить (что конечно обидно).
Современные счетчики умеют считать «экспорт» и «импорт» электроэнергии, эти пункты показаний есть отдельно в меню. В идеале, это должно учитываться при платежах и расчетах. Увы, возможность экспорта энергии в сеть в РФ пока что официально отсутствует. В Европе такая возможность разумеется, есть. Из стран СНГ реализация электроэнергии доступна в Армении, Украине, Казахстане и Белоруссии. Поэтому устанавливая grid tie инвертор, нужно либо рассчитывать мощность так, чтобы вся она потреблялась домашними устройствами, либо устанавливать дополнительный модуль (grid tie limiter), предотвращающий отдачу в сеть если она больше потребляемой. В России решить вопрос с экспортом электроэнергии обещали в 2018 году, как оно будет, пока неизвестно. Очевидно, что из всех проблем, это не самая насущная в стране, так что быстрого решения вопроса не предвидится. Пока что, как подсказывает гугл, в России есть только один дом, владелец которого в частном порядке оформил возможность экспорта энергии в сеть, но это скорее исключение. В случае балкона, о реализации излишков речи конечно не идет, но даже 50-100 ватт энергии вполне могут пригодиться для компенсации работы WiFi-роутера или мини-сервера, не говоря уже о холодильнике.
Следующей в очереди на тестирование стоит батарея ионисторов, которую планируется использовать для накопления электроэнергии. Что из этого получится, я не знаю сам. Также планируется выложить на youtube видеодемонстрации работы системы, но это занимает больше времени чем планировалось.
Продолжение следует.
Инвертор для солнечных батарей — как выбрать.
Пожалуй, не осталось человека, который бы не видел солнечные батареи. Некоторые даже знают принцип работы фотопластин, но вот единицы могут перечислить составные части альтернативных источников питания. Зачем же необходимы все эти элементы и в частности инвертор для солнечных батарей.
Комплектация альтернативных источников.
Абсолютно все рабочие схемы солнечных батарей состоят из основных четырех составляющих, обойтись без которых, не получиться даже при огромном желании:
- непосредственно сами солнечные панели,
- контроллер заряда,
- накопители энергии или аккумуляторы,
- сетевой инвертор.
Первые три составные части довольно просты и понятны обывателю. Солнечные батареи преобразуют солнечный свет в электрический ток благодаря фотоэффекту. Контроллер заряда следит за уровнем выработки энергии и регулирует режим работы батареи. Аккумуляторы необходимы для накапливания полученной энергии и поддержании стабильной работы устройства в темное время, когда солнечные батареи не работоспособны.
Инвертор – прибор, который не сразу позволяет догадаться несведущим людям, в чем его предназначение. Говоря простыми словами, инвертор – это прибор, который преобразовывает полученный от солнечных батарей заряд в приемлемый вид электрического тока, который подходит для бытового использования. Именно благодаря этому компоненту, человек может воспользоваться энергией солнца. Если исключить инвертор из общей схемы, то работа солнечных батарей будет бесполезной. Воспользоваться такой энергией никто не сможет.
Определение необходимых параметров.
Инверторы существуют трех основных видов:
- автономные,
- синхронные,
- комбинированные или многофункциональные.
Автономный сетевой инвертор, как видно из названия, несет на себе всю энергетическую нагрузку схемы. Такие инверторы используются в полностью самостоятельных рабочих комплектах. В тех местах, где отсутствует централизованное энергоснабжение, и помощи, при недостатке электричества, ждать неоткуда. По этой причине подбирать инвертор для такой схемы подключения необходимо с особой тщательностью, так как выход его из строя повлечет за собой полное отключение электричества. Для этого, не лишним будет проконсультироваться со специалистами и учесть суммарную нагрузку и пиковое напряжение в доме.
Синхронный сетевой инвертор характерен для тех строений, где использование солнечных батарей не является единственным способом получения электроэнергии. В таких схемах каждодневная нагрузка лежит на альтернативных источниках, но при недостатке электричества в игру вступают традиционные способы, то есть центральное энергоснабжение. Такой вид считается самым распространенным и наиболее приемлемым. Благодаря резервной функции отключения солнечных батарей подобные инверторы редко выходят из строя и поддерживают более стабильную работу всей схемы.
Комбинированный инвертор сочетает в себе обе возможные схемы подключения. Такой механизм считается совершенным с точки зрения устройства электросетей, но далеко не идеальным в финансовом плане. Дело в том, что стоимость таких приспособлений зачастую излишне завышена, поэтому приобретать такие инверторы не совсем целесообразно.
Нюансы при выборе модификации.
Существует множество модификаций инверторов на рынке альтернативной энергетики. Многие из них снабжены интересными вспомогательными функциями. К примеру, довольно часто можно встретить инвертор с вмонтированным блоком бесперебойного питания. Насколько действенно эта функция вопрос спорный, но, по отзывам владельцем, это помогает чувствовать себя увереннее при отключении электричества.
Также же обходимым условием всей схемы является наличие достаточного количества предохранителей. Чтобы не пришлось покупать повторно дорогостоящее оборудование, лучше позаботиться о защите от скачков напряжения и перегрузок.
Не следует забывать и о качестве инвертора. Более дешевые модификации могут навредить электронике дома, выдавая не совсем стабильный заряд. Поэтому перед покупкой любого подобного элемента электрической схемы, не обойтись без квалифицированной консультации.
Такая помощь будет не лишней при выборе схемы соединения всех компонентов цепи.
В зависимости от типа подключения разнится и выбор инвертора. Как известно, существуют три схемы подключения:
- последовательное,
- параллельное,
- смешанное.
Для каждого подключения подойдут свои инверторы. В настоящее время на рынке существует достаточное количество подобных устройств, что бы собрать именно ту схему, которая будет выполнять необходимые функции. Правильное подключение этих компонентов позволит не только оптимально расходовать полученную электроэнергию, но и значительно сэкономить на самих инверторах.
Выбор не правильного типа устройства и не надлежащей мощности, неизменно приведет к проблемам с электропроводкой. Это может вылиться в необоснованной высокие затраты на провода, или же выбор неподходящего сечения провода приведет к замене всей проводки. Оба варианта достаточно неприятны. Поэтому помощь в подобных мероприятиях обязательна.
Выключатели нагрузки — высоковольтный коммутационный аппарат никогда не будет лишним