Sistemi oskrbe z električno energijo s hkratno uporabo tradicionalne oskrbe z električno energijo in elektriko iz sonca - ekonomsko varčna rešitev za zasebna gospodinjstva, koče, počitniška naselja in industrijske prostore.
Nepogrešljiv element kompleksa je hibridni inverter za sončne celice, ki določa načine napajalnega napajanja, ki zagotavlja nemoteno delovanje in učinkovitost sončnega sistema.
Da bi sistem deloval učinkovito, morate izbrati ne le optimalni model, ampak ga tudi pravilno povezati. In kako to narediti - bomo analizirali v našem članku. Upoštevajte tudi obstoječe vrste pretvornikov in najboljše ponudbe na trgu danes.
Vrednotenje značilnosti hibridnih pretvornikov
Uporaba obnovljive sončne energije v kombinaciji s centraliziranim napajanjem zagotavlja več prednosti. Normalno delovanje solarnega sistema je zagotovljeno z usklajenim delovanjem njegovih glavnih modelov: sončnih baterij, krmilnika polnjenja, baterije in enega od ključnih elementov - pretvornika.
Pretvornik solarnega sistema je naprava za pretvorbo enosmernega toka (DC) iz fotovoltaičnih plošč v izmenično elektriko. Na trenutni napetosti 220 V deluje gospodinjski aparati. Brez inverterja je proizvodnja energije brez pomena.
Shema delovanja sistema: 1 - solarni moduli, 2 - polnilni regulator, 3 - akumulatorska baterija, 4 - pretvornik napetosti (pretvornik) z izmeničnim tokom (AC)
Bolje je ovrednotiti zmožnosti hibridnega modela v primerjavi s posebnostmi dela njegovih najbližjih konkurentov - avtonomnih in omrežnih "pretvornikov".
Vrsta omrežnega pretvornika
Naprava deluje na skupni električni obremenitvi. Izhod pretvornika je priključen na porabnike električne energije, omrežje zvočnikov.
Shema je preprosta, vendar ima več omejitev:
- uporabnost pri razpoložljivosti izmeničnega toka v omrežju;
- omrežna napetost mora biti relativno stabilna in ustrezati delovnemu območju pretvornika.
Raznolikost je v povpraševanju v zasebnih domovih s sedanjo "zeleno" tarifo za elektrifikacijo.
Popoldan, z minimalno porabo energije, nastali tok teče v omrežje po „zeleni“ stopnji, od večera do jutra pa se stavba „napaja“ iz centralizirane oskrbe z električno energijo.
Možnost avtonomne naprave
Napravo napaja baterija, ki se napaja iz sončnih celic preko MPPT krmilnika. Sistem uporablja različne vrste baterij, vključno z visokotehnološkimi litijskimi baterijami.
Pri največjem "polnjenju" akumulatorja se presežek energije prenaša na vhod pretvornika, katerega izhod je povezan s končnimi uporabniki AU.
V primeru pomanjkanja sončne aktivnosti se iz baterij vzame energija in se "pretvori" skozi pretvornik napetosti.
Značilnosti avtonomne namestitve:
- možnost neodvisnega delovanja v odsotnosti omrežnega napajanja;
- nekateri modeli podpirajo način delovanja po "zeleni" tarifi;
- Učinkovitost naprav - 90-93%.
Za zagotovitev absolutne avtonomije objekta je potreben natančen izračun moči heliopanelov in zadostna poraba energije baterije.
Možnost samostojne uporabe pretvornika brez vključitve centralizirane omrežne povezave. Avtonomni pretvornik je v povpraševanju na območjih s popolnim pomanjkanjem ali nizko kakovostjo oskrbe z električno energijo
Vrsta hibridnega pretvornika
Model se od zgoraj opisanih naprav razlikuje po posebni "arhitekturi" proizvodnje. V notranjosti je posebna vezalna shema, ki omogoča, da pretvornik deluje vzporedno s tokovnim virom (omrežjem, generatorjem).
Hkrati se obremenitev napaja iz centralnega omrežja in sončnih kolektorjev, medtem ko je prednostna funkcija dodeljena dobavitelju DC.
Hibridni pretvornik vam omogoča, da porabite sončno energijo čim bolj učinkovito, ne da bi preklopili iz napajalnega omrežja s centralne postaje ali generatorja.
Konkurenčne prednosti so vsestranskost hibridnih tipskih pretvornikov:
- Omrežje je neke vrste zmogljiva baterija z učinkovitostjo 100%. Vse presežke, ki jih proizvedejo fotovoltaične plošče, lahko preusmerite v centralno omrežje po "zeleni" tarifi.
- Zagotavljanje neprekinjenega napajanja . Ko je glavno napajanje odklopljeno, se sistem ponovno vzpostavi v avtonomni način, ki ščiti vse potrošnike pred napetostnimi sunki.
- Povečajte omejitev moči omrežja pri največjih obremenitvah z dodajanjem energije iz kompleksa akumulatorskih pretvornikov.
Ko se zmanjša poraba heliokompleksa, se preklopi na način polnjenja in čez nekaj časa spet pripravljen za uporabo. Možna je dvojna funkcija moči: Pametni čevlji, Power Shaving, Grid support.
Dodajanje moči poteka v skladu z naslednjimi načeli:
- če je porabljena energija nižja od največje porabe omrežja, se poleg obremenitvene moči napolni akumulatorska baterija;
- v odsotnosti napetosti v omrežju porabi električno energijo, proizvedeno iz akumulatorja in jo pretvornik pretvori;
- če obremenitev presega mejno vrednost omrežne moči, se pomanjkljivost kompenzira z zbrano električno energijo iz sončne baterije.
Navedeni načini delovanja omogočajo hibridne modele s polnilnikom.
Nekateri večnamenski razsmerniki so zasnovani za istočasno povezavo več AC omrežij za samodejni prenos rezerve. Visokotehnološki modeli neodvisno uravnavajo polnjenje baterije
Vrste tokovnih pretvornikov
Če izberete "srce" avtonomnega sistema oskrbe z električno energijo, morate pravilno primerjati naloge, ki so dodeljene opremi, s svojim potencialom.
Glavne značilnosti klasifikacije hibridnih pretvornikov so: algoritem za spreminjanje načinov delovanja, oblika izhodne napetosti in možnost servisiranja enofaznega ali trifaznega omrežja.
Primerjava BBP in hibridne instalacije
Nekatera podjetja nehote zavajajo potrošnika in kličejo enoto za neprekinjeno napajanje (FOB) kot hibridni pretvornik. Zdi se, da obe napravi opravljata podobne naloge, vendar obstaja velika razlika.
BBP je pretvornik polnilnika. Modul zagotavlja predvsem porabo energije iz fotovoltaične elektrarne in ko je pomanjkljiv, preklopi na porabo energije iz omrežja.
BBP ne more izvajati funkcije "mešanja" akumulirane električne energije iz baterij z omrežjem. Prednostna poraba iz vira enosmernega toka se doseže z odklopom iz omrežja in preklopom na delovanje baterije
Delovanje sistema v "kretenskem" načinu povzroča dodatno kroženje akumulatorja in pospešuje njegovo obrabo. V večini nizkocenovnih BBP-jev je napetost praga določena brez možnosti regulacije.
Pri hibridnih inverterskih modelih za sončne celice so taki skoki izključeni - enota se prilagodi zahtevani moči in deluje sočasno z različnimi viri toka.
Neodvisno lahko izberete prednostno porabo. Praviloma je poudarek na porabi energije iz sončnih kolektorjev. V nekaterih hibridnih enotah obstaja možnost omejitve moči, ki prihaja iz mestnega omrežja.
Primerjava funkcij popularnih modifikacij hibridnih "pretvornikov" in BBP. Serija modelov Victron omogoča možnost povečanja moči pretvornika zaradi omrežja
Vrste valovnih oblik pretvornika
Tokovni pretvorniki sončne celice so razvrščeni po vrsti izhodnega signala.
Obstajajo:
- čisti sinusni val;
- modificiran sinus (kvazi-sinusoid);
- meandra
Zadnja možnost se v praksi praktično ne uporablja, saj ostra sprememba polarnosti povzroča motnje v delovanju opreme.
Razsmernik z "U-oblikovanim" signalom ne bo mogel zaščititi naprav pred napetostnimi sunki. Poleg tega je glavni del gospodinjskih aparatov ne zaznava "meander" tok
Kaj je čisti sinusni val?
Pretvornik zagotavlja visokokakovosten signal, ki presega obliko toka omrežja. To je najboljša možnost, ki zagotavlja delovanje "občutljive" opreme: ogrevalnih kotlov, kompresorjev, elektromotorjev, medicinske opreme in naprav na osnovi transformatorskih virov energije.
Slabosti nihanj sinusnega valovanja inverterja: visoki stroški in velika velikost. Nakup pretvornika s čistim sinusom bo stalo dvakrat toliko kot model s kvazi-sinusoidom pri enakih stopnjah končne moči
Značilnosti kvazi-sinusov
Prenos energijskega signala v obliki spremenjenega sinusnega vala lahko zmanjša učinkovitost nekaterih naprav, povzroči hrup, povzroči motnje ali povzroči okvaro opreme.
Pri napajanju nizkofrekvenčnih transformatorjev, asinhronih, sinhronih motorjev je prišlo do izgube moči za 20-30%. Ta "napaka" se pretvori v toplotno energijo in pregreje naprave.
Pretvorniki s psevdo-sinusnim signalom so kompaktni in cenovno ugodni. Njihova uporaba je primerna za napajanje naprav brez induktivnih bremen, ki so namenjene porabi aktivnih komponent električne energije.
V to skupino spadajo: termoelektrični grelniki, sistemi za razsvetljavo z žarilno nitko in druge uporovne strukture.
Modificirane sinusne različice: 1 - zapletena oblika meandra s pavzo, 2 - približevanje čistemu sinusu s povečanjem števila prehodov
Oblika izhodnega signala je prikazana v potnem listu pretvornika ali bespereboynik Možen zapis: “Nazaj” - jamstvo za odsotnost čistega sinusa, “Smart” - verjetnost, da se na izhodu dobi kakovostni tok.
Nekateri proizvajalci v spremnem dokumentu upoštevajo harmonski koeficient (nelinearni indeks popačenja). Če je parameter manjši od 8%, potem naprava proizvaja skoraj popoln sinus.
Enofazni in trifazni modeli
Enofazni pretvorniki so pretežno vgrajeni v gospodinjski fotovoltaični sistem s standardno napetostjo 220V.
Območje izhodne napetosti, ko je priključen na eno fazo v različnih modelih, sega od 210-240V, izhodna frekvenca je 47-55 Hz, moč 300-5000 W.
Enofazni pretvorniki se proizvajajo po standardnih vrednostih napetosti akumulatorja: 12, 24 in 48 V. Da pretvornik ne bo deloval na meji svojih zmogljivosti, je treba moč "pretvornika" uskladiti z napetostjo sončne baterije ali baterije.
Razpon odvisnosti karakteristik akumulatorja (napetost - V) in solarnega pretvornika (nazivna moč - W): 12 V - znotraj 600 W, 24 V - do 1, 5 kW, 48 V - nad 1, 5 kW
Trifazni pretvorniki se uporabljajo za napajanje trifaznega toka, ki napaja elektromotorje. Primarna uporaba - proizvodnja, delavnice, komercialni namen.
Trifazne pretvornike odlikuje velika moč (3-30 kW), širok razpon izhodne AC napetosti (220V / 400V).
Na trgu so tudi kombinirani modeli. Med njimi so enofazni pretvorniki, ki omogočajo sinhronizacijo izhodov pretvornika s faznim premikom - to omogoča napajanje trifaznih obremenitev. Vse vrste tehnologij za pretvarjanje toka iz sončnih kolektorjev smo obravnavali v našem drugem članku.
Možnosti izbire solarnega inverterja
Učinkovitost pretvornika in celotnega električnega napajalnega sistema sta v veliki meri odvisna od pravilne izbire parametrov opreme.
Poleg zgoraj navedenih značilnosti je treba oceniti:
- izhodna moč;
- vrsta zaščite;
- delovna temperatura;
- namestitvene mere;
- Učinkovitost;
- razpoložljivosti dodatnih funkcij.
Podrobneje preučite vse te značilnosti.
Merilo # 1 - moč naprave
Vrednost "sončnega" pretvornika se izbere na podlagi največje obremenitve omrežja in ocenjene življenjske dobe baterije. V zagonskem načinu je pretvornik zmožen kratkoročno povečati moč ob zagonu kapacitivnih obremenitev.
To obdobje je značilno za vklop pomivalnih strojev, pralnih strojev ali hladilnikov.
Pri uporabi svetilk za osvetlitev in televizorja se bo približal pretvornik nizke moči na 500-1000 W. Praviloma je potreben izračun skupne moči opreme, ki se upravlja. Želena vrednost je navedena neposredno na ohišju instrumenta ali v spremnem dokumentu.
Nastala vrednost je zaželena za 20-30% - to bo zahtevana izhodna moč pretvornika. Na primer, skupna moč naprave je 500 W / h, življenjska doba baterije je 5 ur .. Izračun: 500 W / h * 5 h * 1.2 = 3000 W / h
Merilo št. 2 - stopnja zaščite
Kakovostni solarni inverter mora imeti več stopenj zaščite. Možne možnosti: prisilni hladilni sistem, opozorilo o kratkem stiku, zaščita pred napakami in napetostni sunki v omrežju.
Pomembno je - prisotnost zapečatenega ojačanega ohišja, ki preprečuje vdor prašnih delcev, vlage. Stopnja zaščite električne opreme je standardizirana v skladu s standardizacijo IEC-952.
Indeks je označen kot IP AB, kjer je A stopnja zaščite pred prodiranjem tujih delcev v napravo, B je vzdržljivost za vlago.
Za pogoje delovanja na prostem so primerni modeli z indeksom IP65 - trdnost in zanesljivost pretvornika omogoča njegovo uporabo v zunanji atmosferi.
Merilo # 3 - delovna temperatura in dimenzije
Širok razpon vrednosti je indikator dostojne kakovosti sklopa pretvornika. Vrednost indikatorja je še posebej pomembna pri nameščanju pretvornika v neogrevanem prostoru.
Teža je posredni pokazatelj kakovosti pretvornika. Obstaja mnenje - težji je pretvornik, močnejši je. Razlog za to je prisotnost v močni opremi transformatorja.
Pri "lahkih" modelih lahko odsotnost transformatorja povzroči prekinitev pretvornika pri visokem zagonskem toku.
Glede na ugotovitve en kilogram teže solarnega pretvornika ustreza izhodni moči 100 vatov. Dimenzije pretvornika določajo, kako je nameščen
Merilo št. 4 - Učinkovitost
Strokovnjaki priporočajo nakup "pretvornikov" toka z učinkovitostjo 90%. Samo s takim parametrom bo sončni sistem deloval učinkovito, njegova ureditev pa je primerna. Izguba 10% sončne energije je nesprejemljivo "razkošje".
Dodatne funkcije. Napredne funkcije vplivajo na stroške opreme in niso vedno v povpraševanju. Vendar pa nekatere možnosti upravičujejo porabljen denar.
Koristne in potrebne "naprave" vključujejo:
- avtomatsko dodajanje moči pretvornika električnemu omrežju;
- prilagoditev obdobja polnjenja baterije;
- izbiro prednostnega tokovnega vira;
- vzdrževanje dela z baterijami različnih tipov (alkalne, litijevega železovega fosfata, helija, AGM, kisline);
- možnost kombiniranega dela z omrežnim pretvornikom;
- nastavitev napetostnega indikatorja - opozorilo o "prenapetostih" omrežne napetosti;
- možnost nadgradnje pretvornika s posodobitvijo vdelane programske opreme.
Sodobni pretvorniki se lahko priključijo na osebni računalnik za programiranje in nadzor.
Da bi sledili delu opreme in električnih omrežij, proizvajalci ponujajo brezplačno programsko opremo. Zanimiva možnost je možnost pošiljanja SMS opozoril o stanju sistema na zahtevo uporabnika
Pregled priljubljenih hibridnih pretvornikov
Med potrošniki so dobre preglede prejeli razsmerniki tujih podjetij: Xtender (Švica), Prosolar (Kitajska), Victor Energy (Nizozemska), SMA (Nemčija) in Xantrex (Kanada). Domači predstavnik - MAP Sine.
Xtender večnamenska inverter linija
Xtenderjev hibridni pretvornik Studer je simbol švicarskega standarda kakovosti v energetski elektroniki. Solarne pretvornike serije Xtender odlikujejo njihove eksponentne lastnosti moči in široka funkcionalnost.
Različni modeli: HTS - predstavniki majhne moči, modeli HTM - srednje moči, HTN - visokofrekvenčni pretvorniki.
Xtender razponi moči: ХТS - 0, 9-1, 4 kW, ХТМ - 1, 5-4 kW, ХТН - 3-8 kW. Izhodna napetost - 230 W, frekvenca - 50 Hz
Vsaka serija hibridnih pretvornikov Xtender ima naslednje značilnosti in možnosti:
- vir čistega sinusnega vala;
- "Mix" napajanje omrežja iz baterije;
- medtem ko se zmanjša poraba omrežne napetosti iz centralnega napajanja;
- dva prednostna načina izbire: prvi je "mehak" z omrežno napajanje v 10%, drugi je popolno preklop na akumulator;
- različne nastavitve;
- upravljanje rezervnega generatorja;
- pripravljenosti s širokim razponom regulacije;
- daljinski nadzor sistemskih parametrov.
Во всех модификациях есть функция Smart Boost –подключение к разным «поставщикам» питания (генераторная установка, сетевой инвертор) и Power Shaving – гарантированное покрытие пиковых нагрузок.
Оптимальные преобразователи Prosolar Hybrid
Модель китайского производства имеет хорошие характеристики и приемлемую стоимость (около 1200 у.е.). Преобразователь оптимизирует работу солнечных батарей, сохраняя неизрасходованную энергию в аккумуляторе.
Технические характеристики: форма напряжения – синусоида, КПД преобразования – 90%, вес установки – 15, 5 кг, допустимая влажность – 90% без конденсации, температура -25 °С – +60 °С
Отличительные особенности:
- опция отслеживания за точкой граничной мощности солнечной батареи;
- информационный ЖК-дисплей с отображением рабочих параметров системы;
- 3-х уровневое зарядное устройство аккумулятора;
- регулировка максимального тока до 25А;
- коммуникативность инвертора.
Преобразователь подсоединяется к ПК посредством программного обеспечения (поставляется комплектом). Есть возможность модернизации инвертора путем инновационной перепрошивки.
Синусоидальные инверторы Phoenix Inverter
Инверторы Phoenix удовлетворяют высоким требованиям и подходят для производственного применения. Серия Phoenix Inverter выпущена без встроенного зарядного устройства.
Преобразователи оснащены информационной шиной VE.Bus и допускают эксплуатацию в параллельных или трехфазных конфигурациях.
Диапазон мощностей модельного ряда – 1, 2-5 кВт, КПД – 95%, тип напряжения – синусоида.
В таблице приведены характеристики гибридной модификации инвертора 48/5000 от компании Victron Energy. Ориентировочная стоимость Phoenix Inverter мощностью 5 кВт – 2500 у.е.
Конкурентные преимущества:
- технология «SinusMax» поддерживает запуск «тяжелых нагрузок»;
- два режима сбережения энергии – опция поиска нагрузки и понижение тока холостого хода;
- наличие реле сигнализации – оповещение о перегреве, недостаточном напряжении батареи и т.д.;
- настройка программируемых параметров через ПК.
Для достижения высокой мощности возможно параллельное подключение к фазе до шести преобразователей. Например, комбинация из шести приборов номиналом 48/5000 способна обеспечить выходную мощность – 48кВт/30кВА.
Отечественные приборы МАП Gibrid и Dominator
Компания МАП «Энергия» разработала две модификации гибридного преобразователя: Gibrid и Dominator.
Диапазон мощностей оборудования составляет 1, 3-20 кВт, временной промежуток на переключение между режимами – до 4-х мс, предусмотрена возможность «подкачки» электроэнергии в городскую сеть.
Сравнительная таблица возможностей преобразователей. Оба вида способны работать в ЭКО режиме, каждая модель «связывается» с Web-сервером для удаленного мониторинга и корректировки
Общие характеристики конвертеров напряжения Gibrid и Dominator:
- трансформатор на базе тора;
- стабилизация входного напряжения отсутствует;
- режим «подкачки» мощности;
- выход – чистый синус;
- генерация переизбытка энергии в сеть;
- ограничение тока потребления на входе АС;
- класс IP21;
- расход в «спящем» режиме – 2-5Вт.
КПД преобразователей достигает 93-96%. Приборы успешно прошли испытания на использование при сверхнизких температурах (граничное значение -25°, допустимы кратковременное снижение до -50 °С).
Možni načrti ožičenja
При построении фотоэлектрического комплекса, комбинированного с центральной сетью, существуют разные варианты подсоединения инвертора.
Вариант #1 – схема с контроллером заряда DC
Наиболее популярный вариант, где заряжение аккумуляторной батареи осуществляется через солнечный контроллер МРРТ (анализ точки пиковой мощности).
В схеме используется преобразователь, поддерживающий передачу электричества в сеть или нагрузку, если напряжение аккумулятора превосходит заданный пользователем параметр
Особенности решения:
- эффективное использование возобновляемой энергии при наличии/отключении сети;
- возможность активации работы от солнечной системы после разрядки аккумулятора.
А также еще одним решением является несколько увеличенные потери на преобразование энергии на участке «контроллер-аккумулятор-инвертор».
Вариант #2 – схема с гибридным и сетевым преобразователем
Сетевой преобразователь на выходе батарейного инвертора. Согласно схеме два конвертера подсоединены к разным солнечным батареям.
Гибридный преобразователь подведен к опционной фотоэлектрической панели для подзарядки аккумулятора, сетевой – соединен с основным солнечным модулем.
При нормальных условиях (наличие сетевого тока) сетевой преобразователь питает резервируемую нагрузку, КПД преобразование – около 95%. Излишек энергии поступает на аккумулятор, а при его наполнении – в общую сеть
Характеристики системы:
- бесперебойная работа независимо от наличия центрального сетевого напряжения;
- высокий КПД и минимизация потерь на стороне DC благодаря достаточному уровню напряжения солнечной батареи;
- аккумуляторы почти всегда функционируют в буферном режиме, что увеличивает их срок службы;
- использование гибридных инверторов, рассчитанных на заряд аккумулятора с выхода;
- необходимость регулировки работы сетевого инвертора.
Суммарная мощность сетевого преобразователя не должна превышать мощность гибридного «конвертера» – это позволяет утилизировать энергию солнечных батарей в случае разряда аккумулятора, отключения сети.
Независимо от выбранной схемы, при подключении инвертора следует учитывать ряд нюансов:
- Проводные соединения для DC не должны быть длинными. Инвертор желательно располагать в близости (до 3-х м) от солнечных батарей, а далее «наращивать» магистраль с AC.
- Преобразователь недопустимо монтировать на конструкции из горючих материалов.
- Стеновой инвертор располагается на уровне глаз для удобства считывания информации с дисплея.
К подключению моделей мощностью более 500 Вт предъявляются особые требования. Соединение должно быть жестким с надежным контактом между клеммами прибора и проводами.
Также на нашем сайте есть другие статьи по солнечной энергетике и подключению отдельных компонентов и модулей при сборке автономной системы.
Рекомендуем к ознакомлению следующие материалы:
- Схема подключения солнечных батарей: к контроллеру, к аккумулятору и обслуживаемым системам
- Зарядное устройство на солнечных батареях: устройство и принцип работы зарядки от солнца
- Как сделать солнечную батарею своими руками: способы сборки и монтажа солнечной панели
Zaključki in koristen videoposnetek o tej temi
Понятие «гибридного инвертора», его устройство, функции и варианты исполнения:
Обзор возможностей, режимов работы и эффективности использования многофункционального преобразователя InfiniSolar на 3 кВт:
Проектирование солнечной системы электроснабжения – сложная и ответственная задача. Расчет необходимых параметров, подбор составных компонентов гелиокомплекса, подключение и ввод в эксплуатацию лучше доверить профессионалам.
Допущенные ошибки могут привести к сбоям в системе и неэффективному использованию дорогостоящего оборудования .
Подбираете оптимальный вариант преобразователя для функционирования автономной системы энергоснабжения на солнечной энергии? У вас возникли вопросы, которые мы не затронули в этой статье? Задавайте их в комментариях ниже – мы постараемся вам помочь.
А может вы заметили неточности или несоответствия в изложенном материале? Или хотите дополнить теорию практическими рекомендациями, основываясь на личном опыте? Напишите нам об этом, поделитесь своим мнением.