Инверторы для солнечной батареи – обзор популярных моделей

Инвертор представляет собой прибор, с помощью которого происходит преобразование постоянного тока в переменный, напряжением 220 В.

Источником постоянного тока для него служат как солнечные, так и аккумуляторные батареи. Чаще всего они используются как резервное электропитание при перебоях с подачей напряжения в существующих электросетях.

В общем виде солнечная энергоустановка состоит из:

• солнечных батарей;
• инвертора;
• аккумулятора;
• контроллера заряда;

С целью обеспечения надлежащей работы всей системы, входящие составные части должны подбираться с учетом технических параметров каждого из устройств. Это в полной мере относится и к инверторам, работающими совместно с солнечными батареями.

Солнечные батареи вырабатывают постоянный ток напряжением 12, 24 и 48 В. Напрямую подключение электроприборов, работающих от сети переменного тока напряжением 220 Вольт к солнечным батареям невозможно. Поэтому постоянный ток, получаемый при помощи солнечных батарей, необходимо преобразовывать в переменный ток напряжением 220 Вольт. Для этого и служат инверторы.

Схема работы электроустановки:

Виды инверторов для солнечных батарей и их характеристики

Существует два типа инверторов:

Сетевые

Предназначенные для установки между солнечной батареей и сетью переменного тока напряжением 220 вольт. Используются они исключительно днем и обеспечивают работоспособность единичных электроприборов, подсоединяемых непосредственно к инвертору.

Автономные

Используемые в системах солнечного энергоснабжения с применением аккумуляторов. В этом случае инвертор используют для преобразования постоянного тока от аккумулятора, который заряжается от солнечных батарей. Эти инверторы применяют в системах бесперебойного питания, обеспечивая полную независимость потребителя от нестабильной работы сети энергоснабжения.

Работа инвертора характеризуется формой выходного сигнала переменного тока.

Сформированный выходной сигнал бывает в виде:

• чистой синусоиды;
• квази-синусоиды (модифицированный синус);

Синусоидальные инверторы обеспечивают на выходе идеальную синусоиду сигнала переменного тока, которая намного превосходит имеющуюся в обычной сети энергоснабжения. Именно этот параметр обеспечивает надежную работу электроприборов, обладающих высокой чувствительностью к нестабильному напряжению. Такие инверторы отличаются высокой стоимостью и большими габаритами.

Инверторы с квази-синусоидой, вырабатывают переменный ток, имитирующий синусоиду в виде сигнала прямоугольной или треугольной формы, а также формы сигнала в виде трапеции. Такие инверторы наиболее востребованы, так как они намного меньше и дешевле синусоидальных инверторов. Правда их использование для электропитания приборов, чувствительных к перепадам сетевого напряжения крайне нежелательно.

Форма сигнала инвертора — синусоидальная (слева), модифицированный синус (справа)

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;

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.

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.

Подключение инвертора к солнечной батарее

Подключая инвертор к солнечной батарее необходимо помнить, что провода для передачи постоянного тока должны быть как можно толще, а их длина – как можно короче.

Если солнечная батарея находится далеко от потребителей электроэнергии, то лучше наращивать длину проводов, по которым проходит переменный ток напряжением 220 Вольт, а инвертор расположить непосредственно у самой батареи. Длина проводов от солнечной батареи до инвертора не должна превышать 3 метров.

Особые требования предъявляются к подключению инверторов, с мощностью, превышающей 500 Вт. Провода должны подсоединяться очень жестко, обеспечивая надежный электрический контакт между проводами и клеммами устройства. В случае плохого контакта возможно искрение в зоне подсоединения проводов, что может стать причиной пожара.

При использовании автономных инверторов в системах бесперебойного питания необходимо установить в цепях постоянного тока автоматические предохранители.

Используя в солнечных энергоустановках инверторы, желательно учитывать и форму их выходного сигнала по переменному току.

Большинство бытовых приборов могут работать от переменного тока с формой выходного сигнала в виде модифицированного синуса. Однако, циркуляционные насосы, работающие в непрерывном режиме, импульсные блоки питания современных телевизоров и ноутбуков, а также автоматика газовых котлов, требуют наличия переменного тока с чистой синусоидой. В противном случае эти устройства выходят из строя.

Непредсказуемыми последствиями может закончиться использование инверторов с переменным током в виде квази-синусоиды в том случае, если к системе электропитания подключена дорогостоящая аудиоаппаратура и видеопроекционная техника.

Источник

Выбор инвертора и расчет аккумуляторной батареи для домашней солнечной электростанции

В статье «Пример расчета солнечных батарей для дома» мы получили значение суточного потребления – 7919,8 Вт*час и величину энергии необходимой для покрытия суточных нужд перечисленных нами приборов – 396 А*час.

Давайте сделаем классический расчет всей солнечной системы электроснабжения и в том числе солнечной батареи. Сразу хочу предупредить, в данном расчете я не преследовал цель добиться минимизации экономических показателей (этим мы займемся позже), а лишь ставил задачу показать порядок расчета.

Выбор инвертора

Исходя из перечня приборов, которые мы перечисляли, мы можем определиться с основными параметрами инвертора для нашей системы.

Во-первых, поскольку в списке приборов присутствуют устройства имеющие в своем составе двигатели: электронасос, холодильник, стиральная машина, пылесос, речь безусловно может и должна вестись об инверторе имеющем на выходе синусоидальную форму напряжения, а не квазисинусоиду.

Во-вторых, входное напряжение инвертора должно соответствовать выбранному нами напряжению – 24В.

Что касается мощности, её выбор зависит от того, как вы условитесь пользоваться вашими приборами. Если вы сочтете необходимым одновременную работу энергоемких устройств, таких, как стиральная машина, микроволновая печь, утюг и все это на “фоне” работающего холодильника, то вам придется сложить их номинальные мощности.

Вы получите пиковую мощность, которая и определит мощность инвертора (минимум 5 кВт), но сами понимаете, что если эти устройства одновременно не использовать, то мощность инвертора потребуется меньше, соответственно цена его будет ниже. Решать вам.

Учитывая оговоренный перечень приборов и разнеся их использование по времени, можно было бы ограничиться инвертором мощностью 3,0 кВт: производитель OutDack Power Technologies, модель со встроенным зарядным устройством: GVFX3024E, Grid-Interactive GVFX3024E Vented 3000 Вт, 24 В, 80 А (средней стоимостью 99500 рублей).

Расчет аккумуляторной батареи

Теперь давайте поговорим об аккумуляторах. О назначении аккумуляторов мы уже знаем из статьи “Аккумуляторы для солнечных батарей». Необходимо лишь определиться как мы пользуемся домом. Если вы приезжаете по выходным дням, соответственно и основное потребление электроэнергии будет осуществляться по выходным. А вот накопление её, т.е. заряд аккумуляторов будет происходить всю неделю – с понедельника до вечера пятницы. Я, к примеру, приезжаю в свой дом по выходным.

Запас энергии предусмотрим на один день. Почему один? Потому, что за пять дней моего отсутствия вероятность полного заряда аккумуляторов достаточно высока. Можно обеспечить гарантированного запаса энергии и на два дня, но это возможно за счет увеличения общей емкости аккумуляторов, а значит и стоимости всей системы.

Целесообразно ограничиться одним днем, а когда обрисуется стоимость всей системы ещё и поиграть с вариантами комплектации и посмотреть на реакцию стоимости.

Необходимо учесть еще несколько моментов.

Первое: дело в том, что разряжать аккумуляторы на большую “глубину разряда” все равно, что собственными руками приводить их в негодность (срок службы сокращается значительно). Ориентироваться следует на 20 процентную глубину разряда.

Второе: с точки зрения безопасной эксплуатации, лучше всего пользоваться герметизированными аккумуляторами, поскольку не герметизированные в процессе работы выделяют вредные для дыхания и взрывоопасные газы. Несмотря на использование герметизированных аккумуляторов, я бы рекомендовал помещение для их установки выбрать все же хорошо проветриваемым.

Третье: по эксплуатационным характеристикам для автономной системы наиболее подходящий тип аккумуляторов, хотя и не самый дешевый – гелевые аккумуляторы (GEL).

И последнее. Следует учитывать и температуру окружающей среды для расчета необходимой емкости аккумуляторов, если приходится эксплуатировать аккумуляторы в холодные периоды.

При пониженной температуре окружающей среды емкость аккумулятора снижается, т.е. снижается энергоемкость, которую аккумулятор способен отдать при данной температуре. Это означает, что при расчете необходимой емкости аккумулятора (или аккумуляторов) вам следует вычисленное значение емкости увеличить, чтобы создать запас на случай её понижения.

Простыми словами, вам следует вычисленную емкость умножить на соответствующий температуре коэффициент:

Источник