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

Системи за електрозахранване с едновременно използване на традиционно подаване на ток и електроенергия от слънцето – икономически обосновано решение за частни домове, вилни, летни селища и производствени помещения.

Незаменим елемент на комплекса – хибриден инвертор за слънчеви батерии, който определя режимите на подаване на напрежение, осигуряващ непрекъснатост и ефективност на работата на хелиосистемата.

За да работи системата ефективно, трябва не само да изберете оптимален модел, но и да го свържете правилно. А как да направите това – ще разгледаме в нашата статия. Също така ще разгледаме съществуващите видове преобразуватели и най-добрите предложения на пазара към днешна дата.

Оценка на възможностите на хибридния инвертор

Използването на възобновяема слънчева енергия в комбинация с централизирано електрозахранване дава редица предимства. Нормалното функциониране на хелиосистемата се осигурява от съгласуваната работа на основните ѝ компоненти: слънчеви батерии, контролер за заряд, акумулатор, както и един от ключовите елементи – инвертора.

Инверторът на хелиосистемата – устройство за конвертиране на постоянен ток (DC), идващ от фотоелектрическите панели, в променлива електроенергия. Именно на ток с напрежение 220 V работят домакинските уреди. Без инвертор производството на енергия е безсмислено.

Схема на работа на системата: 1 – слънчеви модули, 2 – контролер за заряд, 3 – акумулаторна батерия, 4 – преобразувател на напрежение (инвертор) с подаване на променлив ток (AC)

Оценката на възможностите на хибридния модел е по-добре да се направи в сравнение с особеностите на работа на най-близките му конкуренти – автономните и мрежовите «конвертори».

Мрежов тип преобразувател

Уредът работи с товарите на общата електрическа мрежа. Изходът от преобразувателя е свързан към потребителите на електроенергия, мрежата за променлив ток (AC).

Схемата се отличава с простота, но има няколко ограничения:

• работоспособност при наличие на променлив ток в мрежата;
• напрежението на електрическата мрежа трябва да бъде относително стабилно и да съответства на работния диапазон на преобразувателя.

Разновидността е търсена в частни домове с действаща «зелена» тарифа за електрификация.

През деня при минимално потребление на енергия, произведеният ток постъпва в мрежата по «зелени» цени, от вечерта до сутринта сградата се «подхранва» от централизирано електроснабдяване.

Автономен вариант на уреда

Приборът се захранва от акумулатора, който получава заряд от слънчеви панели чрез MPPT контролер. В системата се използват батерии от различни типове, включително високотехнологични литиеви акумулатори.

При максимално «напълване» на акумулиращото устройство, излишъкът на електроенергия се предава на входа на инвертора, чийто изход е свързан с крайните потребители на променлив ток (AC).

В случай на недостатъчна слънчева активност, енергията се взема от акумулаторните батерии и преминава през «конвертиране» чрез инвертор на напрежение.

Особености на работата на автономната инсталация:

• възможност за независима работа при липса на мрежов променлив ток;
• някои модели поддържат режим на функциониране по «зелена» тарифа;
• КПД на инсталациите – 90-93%.

За осигуряване на абсолютна автономност на обекта е необходимо точно изчисление на мощността на хелиопанелите и достатъчен енергиен капацитет на акумулатора.

Вариант за независимо използване на инвертора без включване в системата на централизирано мрежово свързване. Автономният преобразувател е търсен в местности с пълно отсъствие или ниско качество на електрозахранването.

Хибриден тип инвертор

Моделът се различава от гореописаните уреди по особена «архитектура» на изработка. Вътре е предвидена особена електросхема, позволяваща в режим на преобразувател да функционира паралелно с източник на ток (мрежа, генератор).

Едновременно се осъществява захранване на товара от централната мрежа и от слънчеви батерии, като при това функцията на приоритет е отредена на доставчика на постоянен ток.

Хибридният преобразувател позволява максимално ефективно да се консумира енергията на слънцето, без да се превключва от мрежата за електроснабдяване от централната станция или генератора.

Конкурентните предимства са заложени в многофункционалността на инверторите от хибриден тип:

1. Мрежа – един вид вместителен акумулатор с КПД от 100%. Всички излишъци, произведени от фотоволтаичните пластини, могат да бъдат пренасочени в централната мрежа по «зелена» тарифа.
2. Осигуряване на непрекъснато захранване. При изключване на основното електрозахранване системата преминава в автономен режим, като защитава всички консуматори от „скокове“ на напрежението.
3. Повишаване на лимита на мощността на мрежата при пикови натоварвания чрез добавяне на енергия от акумулаторно-инверторния комплекс.

При спад на потреблението слънчевият комплекс преминава в режим на зареждане и след време отново е готов за използване. Функцията за удвоена мощност може да се обозначава като: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

Добавянето на мощност става по следните принципи:

• ако използваната мощност е под граничното мрежово потребление, то освен захранване на товара се осъществява зареждане на акумулаторната батерия;
• при липса на напрежение в мрежата се изразходва електроенергия, получена от акумулатора и преобразувана от инвертора;
• ако натоварването надвишава граничната стойност на мощността на мрежата, то недостигът се компенсира с акумулирана електроенергия от слънчевата батерия.

Изброените режими на работа могат да се поддържат от хибридни модели със зарядно устройство.

Някои многофункционални инвертори са проектирани за едновременно свързване на няколко линии за променлив ток за автоматично въвеждане на резерва. Високотехнологичните модели самостоятелно регулират зареждането на акумулатора.

Разновидности на преобразувателите на ток

Избирайки „сърцето“ на автономна система за електрозахранване, трябва правилно да се съпоставят възложените задачи на оборудването с неговите потенциални възможности.

Основните признаци за класификация на хибридните инвертори са: алгоритъм за промяна на работните режими, форма на изходното напрежение и възможност за обслужване на едно- или трифазна мрежа.

Сравнение на непрекъсваемо захранване и хибридна инсталация

Някои компании неволно въвеждат потребителя в заблуждение, наричайки блок за безпрекъснато захранване (УНП) хибриден инвертор. Изглежда, и двата уреда изпълняват сходни задачи, но има съществена разлика.

УНП представлява инвертор със зарядно устройство. Модулът на първо място осигурява изразходване на енергия от фотоволтаичната инсталация, а при нейния недостиг – превключва на потребление от мрежата.

УНП не е способен да изпълнява функцията на „примесване“ на натрупаната електроенергия от акумулаторни батерии с мрежовата. Приоритетното потребление от източник на постоянен ток (DC) е реализирано чрез изключване от мрежата и преминаване към работа от акумулатора.

Функционирането на системата в „дръглив“ режим провокира допълнително циклиране на акумулатора и ускорява неговото износване. В повечето евтини УНП праговото напрежение е зададено без възможност за регулиране.

При моделите на хибридни инвертори за соларни батерии подобни скокове са изключени – агрегатът се настройва според изискваната мощност и работи едновременно с различни източници на ток.

Може самостоятелно да се избира приоритетно потребление. Като правило, акцентът е върху изразходване на енергия от слънчевите батерии. В някои хибридни агрегати е предвидена опция за ограничаване на мощността, постъпваща от градската мрежа.

Сравнение на функциите на популярни модификации на хибридни „конвертори“ и УНП. В серията модели Victron е предвидена възможност за увеличаване на инверторната мощност за сметка на мрежовата.

Разновидности по форма на сигнала на инвертора

Преобразувателите на ток на слънчевите батерии се класифицират по тип на изходния сигнал.

Различават се:

• чиста синусоида;
• модифициран синус (квази-синусоида);
• меандър.

Последният вариант на практика почти не се използва, тъй като рязката смяна на полярността причинява смущения в работата на апаратурата.

Инвертор с подача на «П-образен» сигнал няма да може да защити устройствата от колебания на напрежението. Освен това, основната част от битовата техника не приема «меандров» ток

Какво е чиста синусоида?

Преобразувателят издава висококачествен сигнал, превъзхождащ формата на мрежовия ток. Това е оптимален вариант, осигуряващ работата на «чувствителна» апаратура: отоплителни котли, компресори, електродвигатели, медицинска техника и уреди на базата на трансформаторни източници на захранване.

Недостатъци на инверторите със синусоидално колебание: висока цена и големи размери. Закупуването на преобразувател с чист синус ще струва два пъти повече от модел с квази-синусоида при равни показатели на крайната мощност.

Характеристики на квази-синуса

Предаването на енергията на сигнала във форма на модифицирана синусоида може да намали ефективността на работата на някои уреди, да провокира поява на шумове, да предизвика смущения или да доведе до повреда на оборудването.

При захранване на нискочестотни трансформатори, асинхронни и синхронни двигатели се наблюдава загуба на мощност от 20-30%. Този «недостатък» се преобразува в топлинна енергия, като нагрява излишно уредите.

Инверторите с псевдосинусоидален сигнал се отличават с компактност и приемлива цена. Използването им е целесъобразно за захранване на уреди без индуктивни товари, предназначени за потребление на активни съставки на електрическата мощност.

Към тази група спадат: топлоелектрически нагреватели, лампи с нажежаема жичка на осветителни системи и други резистивни конструкции.

Варианти на модифицирания синус: 1 – усложнена форма на меандър с пауза, 2 – приближаване до чист синус чрез увеличаване на броя на преходите

Формата на изходния сигнал се посочва в паспорта на инвертора или на UPS-а. Възможни означения: «Back» – гаранция за отсъствие на чист синус, «Smart» – вероятност за получаване на качествен ток на изхода.

Някои производители в придружаващия документ отбелязват коефициента на хармоници (индекс на нелинейни изкривявания). Ако параметърът е под 8%, то агрегатът издава практически идеален синус.

Еднофазни и трифазни модели

Еднофазните инвертори преимуществено се вграждат във веригата на фотоелектрическа система за битово предназначение със стандартно напрежение 220V.

Диапазонът на изходното напрежение при свързване на една фаза в различни модели варира в границите 210-240V, изходната честота – 47-55 Hz, мощността – 300-5000 W.

Еднофазните инвертори се произвеждат за стандартни стойности на напрежението на акумулаторни батерии: 12, 24 и 48 V. За да не работи преобразувателят на предела на възможностите си, е необходимо да се съгласува мощността на «конвертора» с напрежението на слънчевата батерия или акумулатора.

Диапазон на зависимост на характеристиките на акумулатора (напрежение – V) и на слънчевия 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, който осигурява захранване на електродвигателите. Преимущественото приложение е в производство, цехове и за търговски цели.

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

На пазара са представени и комбинирани модели. Към тях спадат еднофазните инвертори с възможност за синхронизиране на изходите на преобразувателя с фазово отместване – това позволява захранване на трифазни товари. Всички видове техника за преобразуване на ток от слънчеви батерии разгледахме в друга наша статия.

Параметри за избор на инвертор за слънчева батерия

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

Освен гореописаните характеристики трябва да се оценят:

• изходната мощност;
• типа защита;
• работната температура;
• габаритите на инсталацията;
• КПД;
• наличието на допълнителни функции.

Нека разгледаме по-подробно всички тези характеристики.

Критерий #1 – мощност на уреда

Номиналът на «слънчевия» инвертор се избира въз основа на максималното натоварване на мрежата и предполагаемото време за автономна работа. В пусковия режим преобразувателят е способен да подава краткотрайно повишение на мощността в момента на въвеждане в експлоатация на капацитивните товари.

Такъв период е характерен при включване на съдомиялни, перални машини или хладилници.

При използване на осветителни лампи и телевизор ще подхожда маломощен инвертор от 500-1000 W. Като правило, изисква се изчисление на общата мощност на експлоатираната техника. Необходимата стойност се посочва директно върху корпуса на уреда или в придружаващия документ.

Получената стойност е желателно да се увеличи с 20-30% – това ще бъде необходимата изходна мощност на инвертора. Например, общата мощност на оборудването е 500 W/h, срокът за автономна работа – 5 h. Изчисление: 500 W/h * 5 h * 1,2 = 3000 W/h

Критерий #2 – ниво на защита

Качественият слънчев инвертор трябва да има няколко степени на защита. Възможни варианти: система за принудително охлаждане, предупреждение за късо съединение, защита от спадове и пренапрежения в мрежата.

Немаловажно – наличието на херметично укрепен корпус, който предотвратява попадането на прахови частици и влага вътре. Показателят за защита на електрооборудването се нормира съгласно стандартизация IEC-952.

Индексът се обозначава като IP AB, където А – ниво на защита от проникване на чужди частици вътре в устройството, В – устойчивост на въздействие от влага

За условия на експлоатация на открито ще подходят модели с индекс «IP65» – здравината и надеждността на инвертора позволяват приложението му във външна атмосфера.

Критерий #3 – работна температура и габарити

Широкият интервал от стойности е показател за достойно качество на сглобката на инвертора. Големината на показателя е особено актуална при поставяне на преобразувателя в неотоплявано помещение.

Теглото е косвен показател за качеството на инвертора. Съществува мнение – колкото по-тежък е преобразувателят, толкова по-мощен е. Това се обяснява с наличието на трансформатор във високомощното оборудване.

В «облекчените» модели липсата на трансформатор може да стане причина за повреда на инвертора при подаване на висок пусков ток.

Според наблюденията, един килограм тегло на слънчевия преобразувател съответства на изходна мощност 100 W. Габаритите на инвертора определят начина на неговия монтаж

Критерий #4 – коефициент на полезно действие

Специалистите препоръчват да се закупуват «конвертори» на ток с КПД от 90%. Само с такъв параметър работата на хелиосистемата ще бъде ефективна, а нейното обустройство – целесъобразно. Загубата на 10% слънчева енергия е недопустим «лукс».

Допълнителен функционал. Разширените възможности влияят на стойността на оборудването и не винаги са търсени. Въпреки това някои опции оправдават похарчените средства.

Към полезните и необходими «джаджи» се отнасят:

• автоматично добавяне на инверторна мощност към електроенергията на мрежата;
• регулиране на периода на зареждане на акумулаторната батерия;
• избор на приоритетен източник на ток;
• поддържане на работа с акумулатори от различен тип (алкални, литиево-желязо-фосфатни, хелиеви, AGM, киселинни);
• възможност за комбинирана работа с мрежов преобразувател;
• настройка на показателя на напрежение – предупреждение за «скокове» на мрежовото напрежение;
• възможност за модернизация на инвертора чрез обновяване на фърмуера.

Съвременните преобразуватели могат да се свързват към компютър за програмиране и мониторинг.

За проследяване на работата на оборудването и електромрежите компаниите производители предлагат безплатен софтуер. Интересна опция – възможност за изпращане на SMS известие за състоянието на системата по заявка на потребителя.

Преглед на популярни хибридни преобразуватели

Сред потребителите добри отзиви получиха инвертори на чуждестранни компании: Екстендер (Швейцария), Просолар (Китай), Виктор Енерджи (Холандия), СМА (Германия) и Ксантрекс (Канада). Местен представител – МАП Сайн.

Серия многофункционални инвертори Xtender

Хибридният преобразувател Студер от компания Екстендер – въплъщение на швейцарския стандарт за качество в силовата електроника. Слънчевите инвертори от серия Xtender се отличават с показателни якостни характеристики и обширна функционалност.

Многообразие от модели: ХТС – маломощни представители, ХТМ – модели със средна мощност, ХТН – високомощни инвертори.

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

Всяка серия хибридни преобразуватели Xtender притежава следните характеристики и опции:

• чиста синусоида на захранването;
• „примесване“ на мощност към мрежата от акумулатора;
• при спадане на мрежовото напрежение потреблението от централното електроснабдяване намалява;
• два режима за избор на приоритет: първият – „мек“ с подхранване от мрежата в рамките на 10%, вторият – пълно превключване към акумулатора;
• многообразие от инсталаторски настройки;
• управление на работата на резервния генератор;
• режим на готовност с широк диапазон на регулиране;
• отдалечен мониторинг на параметрите на системата.

Във всички модификации е налице функцията Smart Boost – свързване към различни „доставчици“ на захранване (генераторна уредба, мрежов инвертор) и Power Shaving – гарантирано покритие на пиковите натоварвания.

Оптимални преобразуватели Prosolar Hybrid

Моделът от китайско производство има добри характеристики и приемлива цена (около 1200 у.е.). Преобразувателят оптимизира работата на слънчевите батерии, като съхранява неизразходваната енергия в акумулатора.

Технически характеристики: форма на напрежението – синусоида, КПД на преобразуването – 90%, тегло на устройството – 15,5 кг, допустима влажност – 90% без кондензация, температура от -25 °C до +60 °C

Отличителни особености:

• опция за проследяване на точката на пределната мощност на слънчевата батерия;
• информационен LCD дисплей с визуализация на работните параметри на системата;
• тристепенно зарядно устройство за акумулатора;
• регулиране на максималния ток до 25 A;
• комуникационни възможности на инвертора.

Преобразувателят се свързва към компютъра посредством софтуер (доставя се в комплекта). Има възможност за модернизиране на инвертора чрез иновативно презаписване на фърмуера.

Синусоидални инвертори Phoenix Inverter

Инверторите Phoenix отговарят на високите изисквания и са подходящи за промишлено приложение. Серията Phoenix Inverter е пусната без вградено зарядно устройство.

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

Диапазон на мощностите на моделната гама – 1,2-5 kW, КПД – 95%, тип на напрежението – синусоида.

В таблицата са посочени характеристиките на хибридната модификация на инвертора 48/5000 от компанията Victron Energy. Ориентировъчната цена на Phoenix Inverter с мощност 5 kW е 2500 у.е.

Конкурентни предимства:

• технологията „SinusMax“ поддържа стартирането на „тежки товари“;
• два режима за икономия на енергия – опция за търсене на товара и намаляване на тока на празен ход;
• наличие на сигнално реле – известяване при прегряване, недостатъчно напрежение на батерията и т.н.;
• настройка на програмируемите параметри чрез компютър.

За постигане на висока мощност е възможно паралелно свързване към фазата на до шест преобразувателя. Например, комбинация от шест устройства с номинал 48/5000 може да осигури изходна мощност – 48 kW/30 kVA.

Отечествени уреди МАП Gibrid и Dominator

Компанията МАП «Енергия» разработи две модификации на хибридния преобразувател: Гибрид и Доминатор.

Диапазон на мощностите на оборудването е 1,3-20 kW, времевият интервал за превключване между режимите – до 4 ms, предвидена е възможност за «подхранване» на електроенергия в градската мрежа.

Сравнителна таблица на възможностите на преобразувателите. И двата вида могат да работят в ЕКО режим, всеки модел «се свързва» с уеб сървър за дистанционно наблюдение и корекция.

Общи характеристики на конверторите за напрежение Гибрид и Доминатор:

• трансформатор на основата на тор;
• стабилизация на входното напрежение липсва;
• режим «подхранване» на мощност;
• изход – чист синус;
• генериране на излишък от енергия в мрежата;
• ограничение на тока на потребление на входа AC;
• клас IP21;
• разход в «спящ» режим – 2-5 W.

КПД на преобразувателите достига 93-96%. Уредите успешно преминаха изпитвания за използване при свръхниски температури (гранична стойност -25°, допустимо е кратковременно спадане до -50 °C).

Възможни схеми на свързване

При изграждане на фотоелектрически комплекс, комбиниран с централната мрежа, съществуват различни варианти за свързване на инвертора.

Вариант #1 – схема с DC контролер за заряд

Най-популярният вариант, при който зареждането на акумулаторната батерия се осъществява чрез соларен контролер MPPT (анализ на точката на пикова мощност).

В схемата се използва преобразувател, поддържащ предаване на електричество към мрежата или товара, ако напрежението на акумулатора надвишава зададения от потребителя параметър.

Особености на решението:

• ефективно използване на възобновяема енергия при наличие/изключване на мрежата;
• възможност за активиране на работа от слънчевата система след разреждане на акумулатора.

А също така друго решение са малко увеличените загуби при преобразуване на енергия на участъка «контролер-акумулатор-инвертор».

Вариант #2 – схема с хибриден и мрежов преобразувател

Мрежови преобразувател на изхода на батерийния инвертор. Според схемата два конвертора са свързани към различни слънчеви батерии.

Хибридният преобразувател е свързан към опционален фотоелектрически панел за презареждане на акумулатора, мрежовият – е свързан с основния слънчев модул.

При нормални условия (наличие на мрежов ток) мрежовият преобразувател захранва резервируемия товар, КПД на преобразуване – около 95%. Излишъкът от енергия постъпва в акумулатора, а при неговото запълване – в общата мрежа.

Характеристики на системата:

• непрекъсната работа независимо от наличието на централно мрежово напрежение;
• висок КПД и минимизиране на загубите от страна на DC поради достатъчно ниво на напрежение на соларната батерия;
• акумулаторите почти винаги функционират в буферен режим, което увеличава техния експлоатационен живот;
• използване на хибридни инвертори, предназначени за зареждане на акумулатора от изхода;
• необходимост от регулиране работата на мрежовия инвертор.

Общата мощност на мрежовия преобразувател не трябва да надвишава мощността на хибридния «конвертер» – това позволява да се оползотвори енергията от соларните батерии в случай на разреждане на акумулатора, прекъсване на мрежата.

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

1. Проводните връзки за DC не трябва да бъдат дълги. Инверторът е желателно да се разполага в близост (до 3 м) до соларните батерии, а след това да се «надгражда» магистралата с AC.
2. Недопустимо е преобразувателят да се монтира върху конструкции от горими материали.
3. Стенният инвертор се разполага на нивото на очите за удобство при разчитане на информация от дисплея.

Към свързването на модели с мощност над 500 W се поставят специални изисквания. Съединението трябва да бъде твърдо с надежден контакт между клемите на уреда и проводниците.

Също така на нашия сайт има други статии по соларна енергетика и свързване на отделни компоненти и модули при сглобяване на автономна система.

Препоръчваме за запознаване следните материали:

• Схема за свързване на слънчеви панели: към контролера, към акумулатора и обслужваните системи
• Зарядно устройство на слънчеви батерии: устройство и принцип на работа на зареждане от слънцето
• Как да направите слънчева батерия със собствените си ръце: начини за сглобяване и монтаж на слънчев панел

Изводи и полезно видео по темата

Понятието «хибриден инвертор», неговите устройство, функции и варианти на изпълнение:

Обзор на възможностите, режимите на работа и ефективността при използване на многофункционалния преобразувател InfiniSolar на 3 kW:

Проектирането на соларна система за електроснабдяване – сложна и отговорна задача. Изчисляването на необходимите параметри, подборът на съставните компоненти на хелиокомплекса, свързването и въвеждането в експлоатация е по-добре да се довери на професионалисти.

Допуснатите грешки могат да доведат до сривове в системата и неефективно използване на скъпо оборудване.

Подбирате оптималния вариант на преобразувател за функциониране на автономна система за електроснабдяване на слънчева енергия? Имате въпроси, които не сме засегнали в тази статия? Задайте ги в коментарите долу – ще се постараем да ви помогнем.

А може би сте забелязали неточности или несъответствия в изложения материал? Или искате да допълните теорията с практически препоръки, основавайки се на личен опит? Пишете ни за това, споделете своето мнение.