Hybridný invertor pre solárne panely: typy, prehľad najlepších modelov + funkcie pripojenia
Napájacie systémy so súčasným využitím tradičného napájania a elektriny zo slnka sú ekonomicky výhodným riešením pre súkromné domácnosti, chatové a rekreačné obce a priemyselné priestory.
Neodmysliteľným prvkom komplexu je hybridný invertor pre solárne panely, ktorý určuje režimy napájacieho napätia a zabezpečuje tak neprerušovanú a efektívnu prevádzku solárneho systému.
Aby systém fungoval efektívne, je potrebné nielen vybrať optimálny model, ale aj správne pripojiť. A my sa pozrieme na to, ako to urobiť v našom článku. Zohľadníme aj existujúce typy konvertorov a najlepšie ponuky na dnešnom trhu.
Obsah článku:
Posúdenie schopností hybridného meniča
Využitie obnoviteľnej slnečnej energie v kombinácii s centralizovaným napájaním poskytuje množstvo výhod. Normálne fungovanie solárneho systému je zabezpečené koordinovanou prevádzkou jeho hlavných modelov: solárne panely, regulátor nabíjania, batéria, ako aj jeden z kľúčových prvkov – menič.
Striedač solárneho systému je zariadenie na premenu jednosmerného prúdu (DC) prichádzajúceho z fotovoltaických panelov na striedavú elektrinu. Domáce spotrebiče fungujú na prúde 220 V. Bez meniča nemá výroba energie zmysel.
Je lepšie vyhodnotiť schopnosti hybridného modelu v porovnaní s prevádzkovými vlastnosťami jeho najbližších konkurentov - autonómnych a sieťových „prevodníkov“.
Konvertor typu siete
Zariadenie pracuje na záťaži všeobecnej elektrickej siete. Výstup z meniča je pripojený k spotrebiteľom elektrickej energie, AC sieti.
Schéma je jednoduchá, ale má niekoľko obmedzení:
- prevádzkyschopnosť, keď je v sieti dostupné striedavé napájanie;
- Sieťové napätie musí byť relatívne stabilné a v pracovnom rozsahu meniča.
Táto odroda je žiadaná v súkromných domoch so súčasnou „zelenou“ tarifou pre elektrifikáciu.
Autonómna verzia zariadenia
Zariadenie je napájané z batérie, ktorý prijíma nabíjanie zo solárnych panelov cez MPPT regulátor.Systém využíva rôzne typy batérií, vrátane high-tech lítiových batérií.
Pri maximálnom „naplnení“ zásobníka sa prebytočná elektrina prenáša na vstup meniča, ktorého výstup je pripojený ku koncovým spotrebiteľom AC.
V prípade nedostatočnej slnečnej aktivity sa energia odoberá z batérií a prechádza „konverziou“ cez napäťový menič.
Vlastnosti autonómnej inštalácie:
- možnosť nezávislej prevádzky pri absencii sieťového striedavého prúdu;
- niektoré modely podporujú výkupnú cenu;
- Účinnosť zariadení je 90-93%.
Na zabezpečenie absolútnej autonómie objektu, presné výpočet výkonu solárnych panelov a dostatočná kapacita batérie.
Typ hybridného meniča
Model sa od vyššie popísaných zariadení líši špeciálnou výrobnou „architektúrou“. Vo vnútri je zabezpečený špeciálny elektrický obvod, ktorý mu umožňuje pracovať paralelne so zdrojom prúdu (sieť, generátor) v režime meniča.
Zároveň je záťaž napájaná z centrálnej siete a solárne panely, pričom prednosť má dodávateľ DC.
Konkurenčné výhody spočívajú vo všestrannosti hybridných meničov:
- Net - druh priestrannej batérie s účinnosťou 100%.Všetky prebytky generované fotovoltaickými platňami môžu byť presmerované do centrálnej siete za „zelenú“ tarifu.
- Zabezpečenie nepretržitého napájania. Po vypnutí hlavného napájacieho zdroja sa systém prepne do autonómneho režimu, ktorý chráni všetkých spotrebiteľov pred prepätím.
- Zvýšenie limitu výkonu siete počas špičkového zaťaženia pridaním energie z komplexu batéria-invertor.
Pri poklese spotreby sa solárny komplex prepne do nabíjacieho režimu a po chvíli je opäť pripravený na použitie. Funkciu dvojitého napájania možno označiť: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.
Pridávanie energie prebieha podľa nasledujúcich zásad:
- ak je použitý výkon pod maximálnou spotrebou siete, potom sa okrem napájania záťaže nabíja aj akumulátor;
- pri absencii napätia v sieti sa spotrebuje elektrina prijatá z batérie a prevedená meničom;
- ak záťaž prekročí limitnú hodnotu výkonu siete, tak sa nedostatok vyplní akumulovanou elektrinou zo solárnej batérie.
Uvedené prevádzkové režimy sú schopné podporovať hybridné modely s nabíjačkou.
Typy prúdových meničov
Pri výbere „srdca“ autonómneho systému napájania by ste mali správne porovnať úlohy priradené zariadeniu s jeho potenciálnymi schopnosťami.
Hlavné znaky klasifikácie hybridných meničov sú: algoritmus na zmenu prevádzkových režimov, tvar výstupného napätia a schopnosť obsluhovať jednofázovú alebo trojfázovú sieť.
Porovnanie PSU a hybridnej inštalácie
Niektoré spoločnosti nevedomky zavádzajú spotrebiteľov tým, že jednotku neprerušiteľného napájania (UPS) nazývajú hybridným meničom. Zdalo by sa, že obe zariadenia plnia podobné úlohy, no je tu podstatný rozdiel.
BPS je menič s nabíjačkou. Modul primárne zabezpečuje odber energie z fotovoltaickej inštalácie a pri nedostatku energie sa prepne na odber zo siete.
Fungovanie systému v „trhanom“ režime vyvoláva ďalšie cyklovanie batérie a urýchľuje jej opotrebovanie. Vo väčšine lacných PSU je prahové napätie nastavené bez možnosti regulácie.
V modeloch hybridných meničov pre solárne panely sú takéto skoky vylúčené - jednotka sa prispôsobuje požadovanému výkonu a pracuje súčasne s rôznymi zdrojmi prúdu.
Prioritnú spotrebu si môžete zvoliť sami. Typicky sa kladie dôraz na spotrebu energie zo solárnych panelov.Niektoré hybridné jednotky majú možnosť obmedzenia výkonu dodávaného z mestskej siete.
Odrody podľa tvaru signálu meniča
Prevodníky prúdu solárnych článkov sú klasifikované podľa typu výstupného signálu.
Existujú:
- čistá sínusová vlna;
- modifikovaný sínus (kvázi sínusová vlna);
- meandrovať.
Posledná možnosť sa v praxi prakticky nepoužíva, pretože prudká zmena polarity spôsobuje poruchy v zariadení.
Čo je čistá sínusoida?
Prevodník vytvára vysoko kvalitný signál, ktorý je lepší ako priebeh sieťového prúdu. Toto je najlepšia možnosť na zabezpečenie prevádzky „citlivých“ zariadení: vykurovacie kotly, kompresory, elektromotory, lekárske zariadenia a zariadenia na báze transformátorových zdrojov.
Vlastnosti kvázi-sínusu
Prenos energie signálu vo forme modifikovanej sínusovej vlny môže znížiť účinnosť niektorých zariadení, vyvolať výskyt hluku, spôsobiť rušenie alebo viesť k poruche zariadenia.
Pri napájaní nízkofrekvenčných transformátorov, asynchrónnych, synchrónnych motorov je viditeľná strata výkonu 20-30%.Táto „chyba“ sa premieňa na tepelnú energiu a nadmerne zahrieva zariadenia.
Meniče s pseudosínusovým signálom sú kompaktné a cenovo dostupné. Ich použitie je vhodné na napájanie zariadení bez indukčnej záťaže, určených na spotrebovanie aktívnych komponentov elektrickej energie.
Táto skupina zahŕňa: termoelektrické ohrievače, žiarovky pre osvetľovacie systémy a iné odporové konštrukcie.
Tvar výstupného signálu je uvedený v pase meniča alebo zdroja neprerušiteľného napájania. Možné označenia: „Späť“ – záruka neprítomnosti čistej sínusoidy, „Smart“ – pravdepodobnosť príjmu vysokokvalitného prúdu na výstupe.
Niektorí výrobcovia uvádzajú v sprievodnom dokumente faktor harmonického skreslenia (index nelineárneho skreslenia). Ak je parameter menší ako 8%, potom jednotka vytvára takmer dokonalý sínus.
Jednofázové a trojfázové modely
Jednofázové meniče sú integrované prevažne do obvodu bytového fotovoltického systému so štandardným napätím 220V.
Rozsah výstupného napätia pri pripojení k jednej fáze v rôznych modeloch sa pohybuje od 210-240V, výstupná frekvencia - 47-55 Hz, výkon - 300-5000 W.
Jednofázové meniče sa vyrábajú pre štandardné napätia batérie: 12, 24 a 48 V. Aby menič nepracoval na maximálnu kapacitu, je potrebné zosúladiť výkon „meniča“ s napätím solárneho akumulátora alebo batérie.
Trojfázové meniče slúžia na napájanie trojfázového prúdu na napájanie elektromotorov. Primárne využitie: výroba, dielne, komerčné účely.
Trojfázové meniče sa vyznačujú vysokým výkonom (3-30 kW), širokým rozsahom výstupného striedavého napätia (220V/400V).
Na trhu sú dostupné aj kombinované modely. Patria sem jednofázové meniče s možnosťou synchronizácie výstupov meniča s fázovým posunom – to umožňuje napájať trojfázové záťaže. Preskúmali sme všetky typy zariadení na konverziu prúdu zo solárnych panelov v náš ďalší článok.
Parametre výberu solárneho invertoru
Účinnosť meniča a celého napájacieho systému do značnej miery závisí od správneho výberu parametrov zariadenia.
Okrem vyššie uvedených charakteristík by ste mali posúdiť:
- výstupný výkon;
- druh ochrany;
- Prevádzková teplota;
- inštalačné rozmery;
- efektívnosť;
- dostupnosť doplnkových funkcií.
Ďalej sa pozrime na všetky tieto charakteristiky podrobnejšie.
Kritérium č. 1 - výkon zariadenia
Hodnotenie solárneho invertora sa vyberá na základe maximálneho zaťaženia siete a očakávanej životnosti batérie. V režime spúšťania je menič schopný dodať krátkodobý nárast výkonu v čase uvádzania kapacitných záťaží do prevádzky.
Toto obdobie je typické pri zapínaní umývačiek riadu, práčok či chladničiek.
Pri použití osvetľovacích lámp a televízora je vhodný invertor s nízkym výkonom 500-1000 W.Spravidla je potrebné vypočítať celkový výkon používaného zariadenia. Požadovaná hodnota je uvedená priamo na tele prístroja alebo v sprievodnom dokumente.
Kritérium č. 2 – úroveň ochrany
Kvalitný solárny invertor by mal mať niekoľko stupňov ochrany. Možné možnosti: systém núteného chladenia, prevencia skratu, ochrana pred poklesom napätia a prepätím v sieti.
Je tiež dôležité mať utesnené, vystužené puzdro, ktoré zabraňuje vniknutiu častíc prachu a vlhkosti dovnútra. Indikátor ochrany elektrického zariadenia je štandardizovaný podľa štandardizácie IEC-952.
Pre vonkajšie prevádzkové podmienky sú vhodné modely s indexom „IP65“ - sila a spoľahlivosť meniča umožňuje jeho použitie vo vonkajšej atmosfére.
Kritérium č. 3 - prevádzková teplota a rozmery
Široký rozsah hodnôt je indikátorom slušnej kvality konštrukcie meniča. Hodnota ukazovateľa je dôležitá najmä pri umiestnení meniča v nevykurovanej miestnosti.
Hmotnosť je nepriamym ukazovateľom kvality meniča. Existuje názor - čím je prevodník ťažší, tým je výkonnejší. To sa vysvetľuje prítomnosťou transformátora vo vysokovýkonných zariadeniach.
V „ľahkých“ modeloch môže absencia transformátora spôsobiť poruchu meniča, keď je dodávaný vysoký štartovací prúd.
Kritérium č. 4 – účinnosť
Odborníci odporúčajú nákup súčasných „konvertorov“ s účinnosťou 90% alebo viac. Len s týmto parametrom bude prevádzka solárneho systému efektívna a jeho usporiadanie účelné. Strata 10 % solárnej energie je neprijateľný luxus.
Dodatočná funkčnosť. Pokročilé možnosti ovplyvňujú náklady na vybavenie a nie sú vždy žiadané. Niektoré možnosti však stoja za vynaložené peniaze.
Užitočné a potrebné „zariadenia“ zahŕňajú:
- automatické pridávanie invertorového výkonu do elektrickej siete;
- nastavenie doby nabíjania batérie;
- výber prioritného zdroja prúdu;
- udržiavanie práce s rôznymi typmi batérií (alkalické, lítium-železofosfát, hélium, AGM, kyselina);
- možnosť kombinovanej prevádzky so sieťovým prevodníkom;
- nastavenie indikátora napätia - zabránenie „skokom“ v sieťovom napätí;
- možnosť upgradu meniča aktualizáciou firmvéru.
Moderné meniče je možné pripojiť k PC na programovanie a monitorovanie.
Prehľad populárnych hybridných meničov
Medzi spotrebiteľmi získali dobré hodnotenia meniče od zahraničných spoločností: Xtender (Švajčiarsko), Prosolar (Čína), Victor Energy (Holandsko), SMA (Nemecko) a Xantrex (Kanada). Domáci zástupca - MAP Sine.
Xtender rad multifunkčných meničov
Hybridný menič Studer od Xtender je stelesnením švajčiarskeho štandardu kvality v oblasti výkonovej elektroniky. Solárne invertory série Xtender sa vyznačujú pôsobivými pevnostnými charakteristikami a rozsiahlou funkčnosťou.
Rozmanitosť modelov: XTS - zástupcovia s nízkym výkonom, XTM - modely so stredným výkonom, XTN - vysokovýkonné meniče.
Každá séria Xtender Hybrid ponúka nasledujúce funkcie a možnosti:
- čistý sínusový prívod;
- „pridanie“ energie do siete z batérie;
- pri poklese sieťového napätia sa zníži spotreba z centrálneho napájania;
- dva režimy výberu priority: prvý je „mäkký“ s napájaním do 10 %, druhý je úplný prechod na batériu;
- rôzne nastavenia inštalátora;
- riadenie záložného generátora;
- pohotovostný režim so širokým rozsahom ovládania;
- vzdialené monitorovanie parametrov systému.
Všetky modifikácie disponujú funkciou Smart Boost - pripojenie k rôznym zdrojom energie (generátor, sieťový menič) a Power Shaving - garantované pokrytie špičkových záťaží.
Optimálne konvertory Prosolar Hybrid
Čínsky model má dobré vlastnosti a prijateľné náklady (asi 1200 USD). Menič optimalizuje prevádzku solárnych panelov ukladaním nevyužitej energie do batérie.
Charakteristické rysy:
- možnosť sledovať limitný bod výkonu solárnej batérie;
- informačný LCD displej zobrazujúci prevádzkové parametre systému;
- 3-úrovňová nabíjačka batérií;
- nastavenie maximálneho prúdu do 25A;
- invertorová komunikácia.
Prevodník je pripojený k PC cez softvér (dodávaný ako stavebnica). Pomocou inovatívneho blikania je možné menič modernizovať.
Sínusové meniče Phoenix Inverter
Meniče Phoenix spĺňajú vysoké nároky a sú vhodné pre priemyselné aplikácie. Séria Phoenix Inverter sa vydáva bez vstavanej nabíjačky.
Prevodníky sú vybavené informačnou zbernicou VE.Bus a umožňujú prevádzku v paralelnom alebo trojfázovom usporiadaní.
Výkonový rozsah modelového radu je 1,2-5 kW, účinnosť 95%, typ napätia je sínusový.
Konkurenčné výhody:
- Technológia „SinusMax“ podporuje spustenie „ťažkých nákladov“;
- dva režimy úspory energie – možnosť vyhľadávania záťaže a zníženie prúdu naprázdno;
- prítomnosť alarmového relé - upozornenie na prehriatie, nedostatočné napätie batérie atď.;
- nastavenie programovateľných parametrov cez PC.
Na dosiahnutie vysokého výkonu je možné paralelne k fáze pripojiť až šesť meničov. Napríklad kombinácia šiestich zariadení s výkonom 48/5000 je schopná poskytnúť výstupný výkon 48 kW/30 kVA.
Domáce MAP zariadenia Hybrid a Dominator
Spoločnosť MAP Energia vyvinula dve modifikácie hybridného meniča: Gibrid a Dominator.
Výkonový rozsah zariadenia je 1,3-20 kW, doba prepínania medzi režimami je do 4 ms, je zabezpečená možnosť „čerpania“ elektriny do mestskej siete.
Všeobecné charakteristiky hybridných a dominantných meničov napätia:
- transformátor na báze torusu;
- Neexistuje žiadna stabilizácia vstupného napätia;
- výkonový režim „čerpania“;
- výstup je čistý sínus;
- generovanie prebytočnej energie do siete;
- obmedzenie odberu prúdu na AC vstupe;
- trieda IP21;
- spotreba v režime spánku je 2-5W.
Účinnosť meničov dosahuje 93-96%. Prístroje úspešne prešli testami na použitie pri ultranízkych teplotách (limitná hodnota -25°, krátkodobé zníženie na -50°C je prijateľné).
Možné schémy zapojenia
Pri výstavbe fotovoltaického komplexu kombinovaného s centrálnou sieťou existujú rôzne možnosti pripojenia striedača.
Možnosť #1 - obvod s regulátorom jednosmerného nabíjania
Najpopulárnejšou možnosťou je nabíjanie batérie pomocou solárneho regulátora MPPT (analýza bodu špičkového výkonu).
Vlastnosti riešenia:
- efektívne využívanie obnoviteľnej energie, keď je sieť zapnutá/vypnutá;
- možnosť aktivácie prevádzky zo solárneho systému po vybití batérie.
Ďalším riešením sú mierne zvýšené straty na premenu energie v sekcii „regulátor-batéria-invertor“.
Možnosť #2 - schéma s hybridným a sieťovým prevodníkom
Sieťový prevodník na výstupe meniča batérie. Podľa schémy sú dva konvertory pripojené k rôznym solárnym panelom.
Hybridný konvertor je pripojený k voliteľnému fotovoltaickému panelu na dobíjanie batérie a sieťový konvertor je pripojený k hlavnému solárnemu modulu.
Vlastnosti systému:
- neprerušovaná prevádzka bez ohľadu na prítomnosť centrálneho sieťového napätia;
- vysoká účinnosť a minimalizácia strát na strane DC vďaka dostatočnej napäťovej úrovni solárnej batérie;
- batérie takmer vždy pracujú v režime vyrovnávacej pamäte, čo zvyšuje ich životnosť;
- použitie hybridných meničov určených na nabíjanie batérie z výstupu;
- nutnosť upraviť činnosť sieťového meniča.
Celkový výkon sieťového meniča by nemal presiahnuť výkon hybridného „konvertora“ - to umožňuje využiť energiu solárnych panelov v prípade vybitia batérie alebo výpadku siete.
Bez ohľadu na zvolený okruh by sa pri pripájaní meniča malo brať do úvahy množstvo nuancií:
- Drôtové spojenia pre DC nemusia byť dlhé. Je vhodné umiestniť menič do tesnej blízkosti (do 3 m) solárnych panelov a následne „vybudovať“ hlavné vedenie s AC.
- Prevodník sa nesmie montovať na konštrukcie z horľavých materiálov.
- Nástenný invertor je umiestnený vo výške očí pre ľahké čítanie informácií z displeja.
Na pripojenie modelov s výkonom nad 500 W sú kladené špeciálne požiadavky. Spojenie musí byť pevné so spoľahlivým kontaktom medzi svorkami zariadenia a vodičmi.
Aj na našej stránke sú ďalšie články o solárnej energii a spájaní jednotlivých komponentov a modulov pri zostavovaní autonómneho systému.
Odporúčame vám prečítať si nasledujúce materiály:
- Schéma pripojenia solárnych panelov: k regulátoru, k batérii a servisovaným systémom
- Solárna nabíjačka batérií: zariadenie a princíp fungovania solárneho nabíjania
- Ako vyrobiť solárnu batériu vlastnými rukami: metódy montáže a inštalácie solárneho panelu
Závery a užitočné video na túto tému
Pojem „hybridný invertor“, jeho štruktúra, funkcie a možnosti:
Prehľad možností, prevádzkových režimov a efektivity využitia 3 kW multifunkčného meniča InfiniSolar:
Navrhovanie systému solárneho napájania je zložitá a zodpovedná úloha. Výpočet potrebných parametrov, výber komponentov solárneho komplexu, zapojenie a uvedenie do prevádzky je najlepšie zveriť profesionálom.
Urobené chyby môžu viesť k poruchám systému a neefektívnemu využívaniu drahých zariadení.
Vyberáte najlepšiu možnosť prevodníka na prevádzku autonómneho systému zásobovania solárnou energiou? Máte otázky, ktoré sme v tomto článku neriešili? Opýtajte sa ich v komentároch nižšie - pokúsime sa vám pomôcť.
Alebo ste si všimli nepresnosti alebo nezrovnalosti v predloženom materiáli? Alebo chcete doplniť teóriu o praktické odporúčania na základe osobných skúseností? Napíšte nám o tom, podeľte sa o svoj názor.
Ak si vyberiete správny a kvalitný invertor, môžete na svojom ekodome aj zarobiť. Najväčším problémom Ruska v prípade organizácie úplne energeticky nezávislého domu je nedostatok „zelenej tarify“, vďaka ktorej bude možné prebytočnú energiu predať do siete. A tak je koncept ekodomu veľmi atraktívny pre Ďaleký východ, kde je veľa slnka a nezastavané územia.
Aký je problém? Za rok nie je toľko slnka, môžete ušetriť energiu na neskoršie použitie. To vôbec nie je problém. Chcete zo všetkého obviňovať krajinu? A potom ak by napríklad existoval taký zákon, tak by ste v prípade potreby predali všetku elektrinu a čo potom robiť v zime alebo inokedy? Toto je tiež veľmi kontroverzná možnosť. Ďalšia vec je, že vo všeobecnosti sme ďaleko pozadu. Problémy ale nemá zmysel vo všetkom preháňať.
Problém je v tom, že „zelená tarifa“ nebola v Rusku prijatá na legislatívnej úrovni. Už tretí rok sa aktívne diskutuje o návrhu zákona, ktorý je mimochodom celkom dobre premyslený.
Podstatou tohto návrhu zákona je, že vláda chce regulovať výrobu elektriny v mikrogeneračných zariadeniach s výkonom do 15 kW. Tento konkrétny výkon bol vybraný, pretože pripojenie takýchto staníc nebude znamenať nadmerné zaťaženie elektrickej siete.
Napríklad v susednej Ukrajine si obyvatelia už niekoľko rokov užívajú výhody „zelenej tarify“ a predávajú štátu prebytočnú elektrinu. To platí najmä počas najvyššej produktivity solárnych panelov, od mája do augusta, kedy je skutočne možné predávať prebytočnú elektrinu za „výkupnú tarifu“.
Anatoly, ako môžete ušetriť energiu, aby ste ju mohli použiť neskôr v zime? Podeľte sa o svoje tajomstvo s globálnou energetickou komunitou.
Povedzte mi, prosím, ako/kam pripojiť hybridný menič na dodávku elektriny do siete, ak sú na vstupe jednofázové triakové stabilizátory napätia: pred alebo za stabilizátormi? Plánuje sa inštalácia meniča na jednu fázu s následným rozšírením systému na trojfázový.