Коли потрібно, щоб сонячна електростанція працювала автоматично й ефективно, використовують гібридний інвертор. Цей прилад поєднує в собі кілька компонентів СЕС. Розглянемо, як працює гібридний інвертор, з яких модулів він складається, яку роль відіграє у складі СЕС. Це допоможе з’ясувати, чи потрібно вам купувати гібридні інвертори напруги, чи для ваших завдань підійде інший пристрій.
Що означає гібридний інвертор
Гібридні інвертори працюють із постійним струмом від панелей та акумуляторів і змінним струмом від мережі. Наразі гібридні інвертори для сонячних батарей в магазинах мають більший попит, ніж інші. Це відбувається завдяки їхнім властивостям, продуктивності та зручності експлуатації.
Електрика перетворюється та розподіляється пристроєм. Вона витрачається на зарядку акумуляторів, надходить на живлення приладів або в мережу для продажу в рамках «зеленого» тарифу. До функцій інвертора входить організація переходу на роботу від автономних джерел у разі втрати енергії в мережі.
З чого складається гібридний інвертор, як працює кожен його модуль
Для забезпечення описаних функцій гібридний інвертор оснащений кількома модулями. Усе розміщено в одному корпусі.
Модуль контролера панелей
Контролер отримує електроенергію від панелей і подає її для заряджання акумуляторів, роботи споживачів або в мережу. Інвертори оснащуються MPPT- або PWM-контролерами. Вони працюють по-різному:
- PWM, pulse width modulation або широтно-імпульсна модуляція. Якщо погода ясна, то напруга та струм від панелі максимальні. PWM-контролер, щоб не допустити перевищення напруги заряду акумулятора, «зрізає» її, залишивши струм незмінним. Потужність панелі падає.
- MPPT, maximum power point tracking, відстеження точки максимальної потужності. При зниженні напруги для акумулятора її надлишок не «зрізається», а перетворюється на струм, який збільшується. Завдяки цьому акумулятор зарядиться швидше, а панель працюватиме з максимальним ККД.
Здійснюючи проєктування та монтаж електрообладнання у Києві, ми радимо своїм клієнтам обирати MPPT. Приклади нижче покажуть, що його ефективність вища.
Потужність – це добуток струму та напруги. І оскільки сонячна панель протягом доби та сезону отримує різну кількість світла, вона видає різну потужність.
Припустимо, є панель з напругою 30 В і струмом 8 А. Її пікова потужність становить 30 В * 8 А = 240 Вт. Акумулятор заряджається напругою, припустимо, 14 В. PWM-контролер, отримавши на вхід 30 В і 8 А, зменшує напругу до 14 В. У результаті акумулятор заряджається від 14 В і 8 А, з потужністю всього 14 В * 8 А = 112 Вт, що більш ніж удвічі менше можливої потужності панелі.
MPPT-контролер, отримавши на вхід 30 В і 8 А, зменшує напругу для заряджання акумулятора до 14 В. Але те, що він «забрав» від напруги, перетворюється на струм і на виході видає вже близько 16 А. Акумулятор отримає 14 В * 16 А = 224 Вт і зарядиться швидше. Потужність сонячної панелі буде використовуватися максимально.
Користь від MPPT-контролера буде особливо відчутною восени та взимку – сонячні панелі отримуватимуть мало світла, ККД буде нижчим. Тому, детальніше вивчаючи, що таке гібридний сонячний інвертор, покупці віддають перевагу саме MPPT, попри підвищену вартість. Це дозволяє використовувати менше панелей, займати менше площі під їх монтаж, але отримувати достатню кількість енергії протягом усього дня та року.
Модуль заряду та розряду
Компонент контролює струм, напругу та температуру акумулятора. Ось як працює інвертор з акумулятором: при досягненні критичного рівня напруги, струму або температури функціонування акумулятора припиняється. Компонент забезпечує нормальний цикл роботи акумулятора, подовжує термін експлуатації, виключає загоряння через перезаряд або перевищення вихідної чи вхідної потужності.
Перетворювач
Інверторний міст або перетворювач отримує постійний струм від панелей або акумулятора і видає змінний, необхідний для роботи побутової техніки.
Вихідний струм інвертора може мати правильну або модифіковану синусоїду. Якщо синусоїда правильна, то вихідний струм найбільш наближений до того, що є в розетці. Від такого інвертора може працювати будь-яка техніка, навіть чутлива до синусоїди. Модифікована синусоїда має ступеневу криву і підходить для живлення більшості видів техніки. Але це не підійде для приладів з компресорами, насосами, а також мультимедійної техніки.
Інвертор із чистим синусом обійдеться дорожче. Але якщо сонячна електростанція проєктується для всього будинку чи квартири, то потрібен саме такий варіант.
Від вихідної потужності інверторного моста залежить техніка, яку можна живити. Наприклад, інвертор на 1 кВт забезпечить енергією прилади зі споживанням до 1 кВт. Не рекомендується навантажувати інвертор завжди на повну потужність, це призведе до частої та тривалої роботи кулера для охолодження (буде більше шуму) та більш інтенсивного зносу. Ми радимо передбачити запас потужності 10–20 %.
Щоб правильно вибрати гібридний інвертор за потужністю, потрібно оцінити всі споживачі, які працюватимуть від нього. Варто врахувати саме пікові моменти – коли в будинку присутні всі члени сім’ї. Особливо важливо врахувати високопотужне навантаження, яке забирає значну частку потужності.
Модуль автоматичного перемикача
Ось що відрізняє від інших перетворювачів гібридний інвертор – принцип роботи передбачає перемикання на автономний режим, якщо в мережі немає електроенергії.
Інвертор повинен перемикатися за час до 20 мс. Це непомітно – навіть освітлювальні прилади не блимнуть. Але найважливіше – швидке перемикання не впливає на чутливу техніку, комп’ютери або пристрої, що працюють на мікроконтролерах. Побутові прилади не сприймають цей проміжок часу без електрики як стрибок напруги.
Така швидкість спрацьовування досягається завдяки застосуванню електронного перемикача, а не механічного, як реле або контактор.
Модуль керування
Модуль керування – це контролер роботи інвертора. Він отримує вхідні дані від різних датчиків і визначає, скільки напруги та струму отримує той чи інший компонент, скільки він може видати на виході та яка його температура. За цими даними контролер визначає, яке джерело працюватиме наразі та скільки електроенергії від нього буде використовуватися.
Контролер не допускає перегріву інвертора і, за необхідності, запускає активне охолодження – кулер. Якщо перетворювачу напруги доводиться відчувати критичних навантажень і перегріву, модуль переводить прилад у режим захисту.
Крім того, модуль керування забезпечує взаємодію користувача з інвертором. Для цього передбачені:
- Панель керування. Найчастіше це механічні кнопки на корпусі.
- Дисплей. Є у багатьох гібридних інверторів, відображає інформацію про стан роботи, струми, температуру.
- Дистанційний інтерфейс. Для багатьох інверторів доступний моніторинг та налаштування дистанційно через дротову або бездротову мережу.
Принцип роботи гібридного інвертора
Компонент СЕС забезпечує споживача електроенергією без перебоїв. Це досягається завдяки злагодженій роботі кожного модуля. Постійне електроживлення – це саме те, для чого потрібен гібридний інвертор. Залежно від умов експлуатації прилад обирає один із трьох режимів роботи.
День
Коли на панелі світить сонце, вони стають основним джерелом енергії. Електроенергію, отриману від них, інвертор розподіляє за таким пріоритетом:
- головні споживачі енергії – користувач, побутова техніка;
- якщо енергії достатньо, то надлишок спрямовується на заряд акумуляторів;
- якщо акумулятори зарядилися, то енергія надходить у мережу для продажу в рамках зеленого тарифу.
Надлишок енергії від панелей виникає в ясну погоду, у сезон тривалих світлових днів і коли техніка працює з мінімальною витратою. У ці моменти з мережі нічого не береться і платити за електроенергію не потрібно. І навіть навпаки – можна отримати дохід.
Ніч
Вночі сонячні панелі не працюють, і інвертор надає пріоритет акумуляторам. Коли АКБ розряджаються, інвертор перемикає споживачів на роботу від мережі. У цей момент також від мережі заряджаються самі акумулятори.
Добре спроєктована СЕС протягом сонячного дня заряджає АКБ, і їх вистачає для роботи протягом ночі без заряджання від мережі. Для досягнення цієї властивості важливо правильно вибрати ємність акумуляторів, загальну потужність панелей та врахувати клімат і нічне споживання.
Блекаут
Якщо електроенергія в мережі відсутня, то перемикач миттєво переводить навантаження на роботу від акумуляторів. Уся техніка в будинку продовжує отримувати живлення та функціонувати. Інвертор повинен перемикатися настільки швидко, що мікроконтролери та комп’ютери як навантаження не встигали б перезавантажитися.
Якщо це сталося протягом сонячного дня, то акумулятори не втрачають енергію. Вони заряджаються від сонячних панелей. Якщо вночі – то енергія акумулятора витрачається. Якщо акумулятори повністю розряджаються, сонця немає, а в мережі електрики теж немає, то лише в цьому випадку електростанція не здатна нічого генерувати. Але розуміючи, як працює інвертор від акумулятора, стає зрозуміло, що коли сонце з’явиться знову, СЕС продовжить постачати енергію та зарядить акумулятори.
Чим принцип роботи інвертора сонячних батарей відрізняється від інших альтернативних джерел електроенергії
Іноді гібридний інвертор плутають з іншими приладами та роблять неправильну покупку. Ми розібралися, як працює гібридний сонячний інвертор, тепер дізнаємося, чим він відрізняється від інших джерел електроенергії.
Відмінність від автономного та мережевого інвертора
Автономний інвертор може працювати від акумуляторів і сонячних панелей. Від гібридного він відрізняється тим, що не віддає в мережу надлишки електроенергії. Якщо вони є, то просто втрачаються. Мережевий інвертор працює тільки від панелей і акумуляторів, зайва енергія віддається в мережу.
Відповідно, гібридний інвертор може робити все те, що доступно мережевому та автономному. Це надає йому більшу практичну цінність, а також дозволяє швидше окупити СЕС не тільки завдяки отриманню безкоштовної енергії, але й завдяки її продажу.
Відмінність від портативних зарядних станцій
Портативна зарядна станція містить у собі автономний інвертор та акумулятор. Деякі моделі підтримують роботу від сонячних панелей. Вивчаючи аксесуари для зарядних станцій, можна знайти окремі сонячні панелі для них. Цей прилад не підтримує роботу з зеленим тарифом, у нього відсутній надлишок енергії.
Ці пристрої готові до експлуатації відразу, тоді як будь-який інвертор потребує підключення і не функціонує самостійно. За цією ознакою вони простіші та зручніші. А також зарядні установки та акумулятори до них мають попит в інтернет-магазині, оскільки досить потужні моделі можуть використовуватися як тимчасова електростанція для будинку чи квартири.
Відмінність від джерела безперебійного живлення
Джерело безперебійного живлення має більше спільного з портативною зарядною станцією, ніж з гібридним інвертором, а також є пристроєм, готовим до експлуатації. Але відмінність ДБЖ полягає в тому, що воно часто розраховане на нетривалу роботу навантаження для коректного завершення її роботи, а також багато моделей здатні коригувати мережеву напругу, згладжуючи стрибки.
ДБЖ мають у складі акумулятор та автономний інвертор. Вони не підключаються до сонячних панелей і не утворюють надлишків енергії, які можна було б віддати в мережу.
Відмінність від генератора
За способом отримання енергії гібридний інвертор має принципові відмінності від генератора. Генератор не потребує акумулятора та сонячних панелей взагалі – він сам є джерелом електрики. Однак для нього потрібне паливо, він створює шум і не може функціонувати всередині приміщення через вихлопні гази.
Генератор разом з АВР та пусковим акумулятором може використовуватися як повноцінне резервне джерело живлення. Така електростанція побутова здатна забезпечити достатню кількість енергії для всього будинку або навіть приміщення для бізнесу. Перевага полягає в компактності – розміщувати сонячні панелі на великій площі, як це потрібно для інвертора, не доведеться.
Як підключити гібридний інвертор
Відмінність гібридного інвертора від описаних джерел електроенергії полягає в тому, що кожен із них – електричний товар, готовий до експлуатації (крім інших типів інверторів). А інвертор потребує підключення до акумулятора, сонячних панелей та мережі. Від правильності підключення залежить гарантія на інвертор, на інші компоненти СЕС та безпека її експлуатації.
Крім того, важливо, щоб усі компоненти були сумісні між собою. Наприклад, якщо сонячні панелі будуть підключені таким чином, що створюватимуть напругу, яку не підтримує контролер інвертора, вони не працюватимуть. А можливо, щось вийде з ладу. Або буде використано інвертор на 3 кВт, а акумулятори недостатньо ємні – вони розряджатимуться дуже швидко. У СЕС на деяких ділянках ланцюга діють високі струми. Площа перетину проводів і надійний контакт мають вирішальне значення.
Ми дізналися, що таке гібридний інвертор – як він працює, як влаштований, де використовується. Розібралися в його функціях у складі СЕС.
