Инвертор для солнечных батарей — виды техники для преобразования тока

 

После установки солнечных батарей на крышу или на трекер потребуется еще одна важная деталь. Это инвертор для солнечных батарей. Именно от него зависит будет ли в доме напряжение 220 вольт. Данный прибор позволяет конвертировать постоянный ток от 12-48 вольт в переменный. Таким образом все домашние приборы смогут получить нужное напряжение.

Что представляет собой устройство?

Принцип работы системы, основу которой составляют солнечные батареи, заключается в выработке постоянного тока напряжение от 12 до 48В, который используется для зарядки аккумуляторов. Но поскольку бытовая техника нуждается в переменном токе, то она подключается к источнику питания через инвертор-преобразователь напряжения.

Основной задачей такого прибора является преобразование постоянного тока, производимого солнечными батареями в переменный. В дальнейшем такая энергия может использоваться различными устройствами. Мощность инвертора-преобразователя напряжения может быть от 100 до 8000 Вт. Это позволяет выбирать прибор, параметры которого соответствуют общей нагрузке в сети электропитания конкретного объекта.

Принцип работы инвертора солнечных батарей

Основное назначение инвертора в гелиосистеме – это преобразование постоянного тока от солнечной батареи в переменный напряжением 220 В. Такой ток уже потребляют бытовые электроприборы. Без инвертора выработка тока теряет смысл. Если только вы не собираетесь заряжать постоянным током какие-нибудь аккумуляторы от солнечных батарей. Есть несколько видов солнечных инверторов, которые имеют разное назначение и характеристики.

Инвертор для солнечных батарей

 

К примеру, автономные инверторы представляют собой конвертеры постоянного тока в переменный от аккумулятора. Обычно мощность таких инверторов лежит в диапазоне 250─8000 ватт. Стоит отметить, что габариты инвертора сильно зависят от общей нагрузки электрических приборов, подключённых через него. При планировании инвертора для гелиосистемы нужно спланировать, какие устройства будут к нему подключаться. А затем сложить вместе их максимальную мощность в единицу времени. Мощность инвертора должна браться с запасом.

В случае автономных инверторов важное значение имеет пиковый скачок напряжения. Это объясняется тем, что ряд бытовых приборов при включении вызывают скачок напряжения. Если потребляемая мощность во время этого скачка будет близка к пиковому значению, инвертор может выйти из строя. Все эти моменты следует учитывать при покупке.

Инверторы синхронного типа умеют накапливать электрическую энергию в батареях. Устройства подобного типа при работе в связке с солнечными батареями отправляют излишки энергии в общую электрическую сеть. А если не хватит энергии от солнечных батарей для приборов у вас дома, то нехватку инвертор предоставит из общей сети. Это очень удобно, поскольку в этом случае у вас не будет перебоев с энергоснабжением. Даже если не будет напряжения в электросети, всегда будет готов к работе аккумулятор для солнечных батарей.

Автономный инвертор для солнечных батарей

 

Более дорогостоящими являются многофункциональные инверторы. Они представляют собой гибридный вариант из вышеописанных типов устройств. Их можно назвать лучшим выбором, но здесь всё упирается в финансовые возможности.

 

Принцип действия и общее устройство

Работу инвертора необходимо рассматривать только во взаимодействии со всей системой солнечных батарей. Их основой служат фотоэлементы, вырабатывающие постоянный ток. Далее, с помощью инвертора этот ток превращается в переменный, и питает приборы, рассчитанные на 220 вольт. Cами солнечные панели служат своеобразным преобразователем, превращающим лучистую энергию в электричество, сохраняемое в аккумуляторах.

За счет этого обеспечивается бесперебойное электроснабжение, независимо от стандартных электрических сетей. Полученная электроэнергия используется и в ночное время, поступая из аккумулятора на инвертор и превращаясь там в переменный ток.

Важной особенностью современных установок является возможность аккумуляции не только прямых, но и косвенных солнечных лучей. При ясной погоде используется только солнечный свет, а в пасмурные дни происходит сбор отраженного света. В последнем случае производительность системы несколько снижается, тем не менее, они способны постоянно вырабатывать ток, независимо от времени года.

От правильного выбора инверторной установки зависит мощность и частота всей гелиосистемы. Стандартная конструкция инвертора включает адаптер с диодами и выпрямителем, работающий на низких частотах, варикап с триодами, непосредственно преобразующий ток, а также гибридная обвязка, обеспечивающая запуск системы даже при разряженных аккумуляторах. Также в общей схеме присутствуют динисторы, связанные с повышенной чувствительностью компонентов к производимому электротоку.

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.

Выбор инвертора

Устройство современного инвертора

При выборе инвертора необходимо обращать особое внимание на целый ряд технических параметров:

• номинальная и пиковая мощность;
• коэффициент полезного действия (КПД);
• потребляемая мощность без нагрузки;
• величина температурного диапазона;
• масса прибора;

Также необходимо обратить внимание на зависимость мощности инвертора от выходного напряжения солнечной или аккумуляторной батареи системы бесперебойного питания солнечных энергоустановок:

• при 12 В — до 600 Вт;
• при 24 В — от 600 до 1500 Вт;
• при 48 В — более 1500 Вт.;

И на наличие защиты от:

• перегрузки по выходу;
• короткого замыкания;
• перегрева;
• высокого и пониженного, поступающего от батарей напряжения;

Предварительно оценить технические параметры инвертора возможно даже по его весу. Исходя из того, что на 100 ватт выходной мощности приходится 1 кг собственной массы прибора, можно определить, оснащен ли инвертор выходным трансформатором. Выходной трансформатор положительно характеризует качественный инвертор.

Широкий температурный диапазон инвертора также положительно характеризует его работоспособность.

Электроэнергия, получаемая от солнечной батареи, будет экономиться, если:

1. КПД инвертора находится в пределах 90-95%.
2. Мощность, потребляемая инвертором без нагрузки, не превышает 1% от величины его рабочей (номинальной) мощности.

Мощности инвертора должно быть достаточно для обеспечения совокупной номинальной потребляемой мощности всех электроприборов, предполагаемых для подключения к солнечной энергоустановке (расчетное значение).

Однако необходимо помнить о том, что практически все электроприборы обладают пусковой мощностью, то есть мощностью, необходимой для пуска конкретного электроприбора.

Эта мощность используется в течение нескольких секунд, после чего прибор начинает функционировать в штатном режиме. Выбирая инвертор, необходимо помнить, что пусковая мощность, указанная в документации, должна ориентировочно в полтора раза превышать величину рабочей (номинальной) мощности.

Как подключить инвертор для солнечных батарей?

Прежде чем это сделать следует ознакомиться с некоторыми нюансами.

1. Узнайте какая частота сигнала: синусоидальная, прямоугольная или псевдо синусоидальная.
2. Провода для монтажа следует брать средней длины. Лучше всего 3 м.
3. В зависимости от мощности нужно подбирать сечение кабеля.
4. Проверьте какая форма имеется выходного сигнала.
5. Использование бесперебойников позволяет встраивать выключатели напрямую в цепь.
6. Следует надежно закрепить кабель чтобы не возникало замыканий и пожаров.
7. Если электростанция далеко от дома, то придется увеличивать кабель. Желательно чтобы инвертор находился рядом с АКБ.

В результате все просто и каждый сможет запустить инвертор для солнечных батарей.

Если мощность солнечной установки не превышает 5 квт, то хватит 1-го инвертора.

Схема инвертора для солнечной батареи

 

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.

  • Гибридных («hybrid») моделей.

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.

Краткий обзор известных брендов инверторов

ChintPower Systems Co., LTD

Данный тип инвертора достаточно дорогой. Страна производства Китай. Выдает чистый синус с пониженным шумом около 30 децибел. Мощность 1000 ВА, напряжение до 230 вольт. Мощность СБ с данным преобразователем доходит до 1200 ват. Ценник варьирует в пределах 40 000 р.

Инвертор фирмы Cyber Power

Считается бюджетным микроинвертором для солнечных батарей. Выдает сигнал в виде чистого синуса. Отлично подойдет для приборов малой мощности. Может автоматически выполнять переключение. Выходная мощность 200 ВА. Напряжение на выходе 220 v. Выполняет переход на АКБ за 4 мс. Его стоимость всего около 5000 р.

Voltronicpower

Устройство этой компании имеет встроенный контроллер заряда. Так же имеет чистый синус. Он обладает максимальной мощностью в 1600 ват. На выходе напряжение 230 v. Частота 50 герц на выходе. Чтобы его приобрести придется выложить около 20 000 р.

Чтобы получить максимальный выхлоп со всей электростанции необходимо чтобы каждый компонент системы гармонизировал друг с другом.

МАП «Энергия»

Данная фирма выпускает преобразователи российского производства. Она создает инверторы мощностью от 800 – 1200 Ват.

С ее конвейера выходят следующие варианты преобразователей:

• 3-х фазные.
• Инверторы генерирующие чистый синус.
• Приборы заимствовавшие дополнительную энергию с АКБ.

Каждый из этих приборов способен выполнять зарядку аккумулятора. Данный тип используют повсеместно как для домашних нужд, так и для промышленных.

Данная фирма выпустила прибор мощностью до 20 квт. Это ее гордость! Он держит нагрузку до 25 квт.

Schneider Electric

Данная фирма производит инверторы для солнечных батарей с хорошими эксплуатационными характеристиками. Эти устройства спокойно можно использовать в пасмурную погоду. Корпус покрыт антикоррозийной защитой, это позволяет противостоять соляным осадкам.

При изготовлении французская компания отказалась от электрохимических конденсаторов. Это дало ей преимущество на рынке потребителей.

КПД устройств выпускаемых этой компанией составляет 97,5%. Используя инвертор от этой компании вполне можно соорудить солнечную электростанцию на 3-20 квт.

TBS Electronics

Предприятие изготавливает преобразователи с 1996 года. Их приборы подойдут к солнечным модулям Poversine мощностью от 175 до 3500 ват. Металлическая поверхность защищает его от разных вредных факторов. Хорошая электроника позволяет ему работать очень надежно.

Данный тип устройств защищен от короткого замыкания и перегрузок.

Kostal

Производит преобразователи разного типа и мощности. В некоторых приборах имеется встроенный выключатель переменного тока. Множество приборов уже встроены в данное устройство.

Овладеть этим прибором сможет любой желающий. Он легко ставиться и очень удобен в эксплуатации. Производитель дает гарантию целых 5 лет. Его создают по Европейским Гостам.

Тайваньские инверторы ABi-Solar

Это автономники SL/ SLP и гибриды. В них встроены контроллеры для подзарядки АКБ. Тайваньские разработчики совместили в одном устройстве 3 прибора: контроллер, инвертор и зарядник.

Встроенный экран позволит наблюдать за поступающими данными. КПД 93%. В некоторых подобных приборах есть защита от разной пыли.

Модель ABi-Solar SL 1012 PWM выдает мощность 800 вт. С ним легко сделать автоматическим процесс зарядки.

Производитель GoodWE

Китайский изготовитель выполняет качественные устройства и продает их за небольшую цену в России. С помощью специального программного обеспечения можно произвести расчеты. Это позволит выжать из солнечной станции максимальный КПД.

Контролировать работу установки можно с помощью обычного мобильника.

Таким образом поставив нужный инвертор для солнечных батарей можно полностью не зависеть от стандартного электроснабжения.

Обзор моделей

Конструктивные отличия инверторов напрямую определяются типом, к которому они относятся. Сетевые инверторы для систем солнечного энергоснабжения без применения дополнительных аккумуляторов, оснащаются регуляторами отбора максимальной мощности и специальными устройствами для контроля мощности солнечных батарей.

Такие схемотехнические решения позволяют инвертору включаться автоматически в тот момент, когда мощность солнечных батарей достаточна для генерирования переменного тока. Кроме того сетевые инверторы оснащаются стандартными электрическими розетками для подключения различных устройств.

Автономные инверторы конструктивно отличаются от сетевых наличием устройств, которые обеспечивают зарядку аккумуляторных батарей. Кроме того их оснащают целым рядом конструктивных узлов, защищающих аккумуляторы от перезаряда, неправильной полярности аккумуляторов и недозаряда.

Существует огромное количество моделей инверторов для солнечных батарей, которые выпускаются во многих странах мира.

Рассмотрим некоторые из числа тех, что присутствуют на рынке России:

Сетевые инверторы Conext компании Schneider Electric

Эти инверторы разработаны с целью повышения эффективности использования солнечных батарей, устанавливаемых на крышах частных и многоквартирных жилых домов. Они выдержали испытания на надежность MEOST (Multiple Environmental over Stressed Testing) и могут эксплуатироваться в самых тяжелых климатических условиях. К

ПД инверторов Conext составляет 97,5% даже при пиковых нагрузках. Линейка инверторов, присутствующих на рынке обеспечивает функционирование солнечных энергоустановок мощностью от 3 до 20 кВт.

Стоимость инверторов Conext находится в ценовом диапазоне 86900-327300 руб.

Инверторы голландской компании TBS Electronics

Компания с 1996 года выпускает только синусоидальные инверторы Poversine. Ее продукция представлена как маломощными инверторами для отдельных потребителей (номинальная мощность от 175 до 600 Вт) по цене 9400-21600 руб., так и более мощными (номинальная мощность от 850 Вт до 3,5 кВт) стоимостью 37050-79800 руб.

Инверторы российского производства (МАП «Энергия»)

Ассортимент российского производителя очень широк и представлен инверторами мощностью от 800 Вт до 1,2 кВт.

Существует несколько серий инверторов:

• МАП SIN— инверторы с чистым синусом, ценовой диапазон составляет 22700-130500 руб.;
• МАП HYBRID — синусоидальные инверторы с возможностью подкачки дополнительной энергии от аккумуляторов, стоимостью от 29700 до 166500 руб.;
• МАП HYBRID 3 фазы — инверторы с трехфазной конфигурацией.

Все инверторы МАП «Энергия» оснащены мощным зарядным устройством, позволяющим осуществлять зарядку любых типов аккумуляторов.

Китайская компания GoodWE

Продукция которой представлена сетевыми инверторами различной мощности. Компания отличается от остальных тем, что вместе с инверторами предоставляет программу для расчета сетевой системы на солнечных батареях, которая учитывает ориентацию солнечных батарей по углу их наклона, сторонам света и пр.

Кроме того, установив сетевой солнечный инвертор GoodWE, потенциальный потребитель получает возможность наблюдать за его работой с помощью планшетного компьютера или смартфона. Для этого необходимо установить специальное приложение, построенное на операционной системе Android. Также китайский производитель приятно удивляет невысокой ценой на свою продукцию.

Так, широко применяемый в Крыму, трехфазный сетевой инвертор GW20K-DT мощностью 20 кВт стоит 4800 долларов США при установленной гарантии 5 лет. Предлагается также увеличение гарантийного срока до 10 лет, правда тогда его цена возрастает до 5500 долларов США.

Инвертор для солнечных батарей и как его выбрать?

В состав этой установки входит следующее:

1. Адаптер низкой частоты в котором много полупроводниковых диодов.
2. Варикап. Эта штучка работает за счет триодов. Их проводимость достигает 4-х мк.
3. Динисторов. Они нужны для чувствительности.
4. Обкладки.
5. Модуль бесперебойник.

В тот момент, когда по каким-то причинам прекращается поступление электричества из обычной сети к АКБ будет идти ток. Из них он поступит в розетку и электроприборы будут работать.

Бесперебойник за счет микроконтроллера мониторит данные о напряжении. Когда прекращается передача тока из основной сети — это устройство отправляет команду подключить дополнительные источники питания.

В некоторых инверторах имеется встроенный трансформатор. С одной стороны, это хорошо так как идет высококачественный сигнал. С другой это плохо, так как вес будет больше. Так же есть вентилятор для охлаждения, но в этом случае стоимость прибора будет очень высокой.

Если не хватает 1-го инвертора можно взять сразу 3-и и объединить их в один модуль на три фазы. В итоге получиться много мощности и 380 вольт. Так же встречаются на напряжение 400 и 690 v.

Как работает инвертор для солнечных батарей?

Первым делом происходит переработка солнечного света с помощью фотоэлектрических панелей в ток. Далее выполняется подзарядка АКБ. Это делается за счет нужного напряжения и тока. Для контроля параметров используют стабилизатор напряжения и контроллер. Далее с аккумуляторов постоянный поток направленных частиц переходит в инвертор для солнечных батарей и преобразуется в переменный ток. После этого по цепи проводов он идет к нагрузке.

Энергия, запасенная в аккумуляторах, расходуется ночью или в пасмурную погоду. То есть в период, когда от солнечных панелей не поступает электричество.

Выбор инвертора для солнечных батарей

Параметры, на которые стоит обратить внимание:

1. Какую защиту имеет прибор.
2. На сколько чувствителен к радиопомехам.
3. Какое напряжение он может определить максимум.
4. КПД должен быть от 90-99%.
5. Коэффициент полезности.
6. Какая мощность и ток на входе и выходе.
7. На выходе он должен выдавать стабильное напряжение (лучше трапециевидный тип). На входе напряжение должно быть минимальным.
8. Потери должны быть небольшими, когда нет притока энергии.
9. Гармоники должны быть пониженными.
10. Инвертор для солнечных батарей должен быть защищен от нагревания и перегрузок.
11. В каких температурных кривых он способен работать. Лучше если они будут очень широкими.
12. На сколько восприимчив к бытовым приборам.

Перед приобретением просчитайте какая нагрузка будет идти на инвертор. Чтобы это вычислить достаточно найти произведение пускового тока и уровень напряжения в вашей сети. С солнечного модуля поступает напряжение в размере 12 вольт. После этого в работу включается контроллер. Он дает сигнал инвертору. В итоге происходит преобразование напряжения до 220 вольт.

По мимо всего выше сказанного проследите за тем есть ли у прибора вентиляция и защита. Узнайте можно ли регулировать скорость вращения винта и постоянно ли он работает? В хороших устройствах он отключается, когда нет перегрузки.

Каждый преобразователь должен иметь следующую защиту:

1. От перегрева.
2. Замка при выходе.
3. Перегрузки.
4. Низкого и высокого U АКБ.

Так же он должен потреблять 1% мощности в холостом ходу.

Кроме этого в некоторых устройствах данного типа есть режим ожиданий. Подобное позволяет сэкономить электроэнергию в АКБ. Желательно чтобы подобная функция имела ручное отключение. В противном случае может возникнуть проблема с бытовыми устройствами малой мощности.

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.