Солнечные батареи все чаще используются в качестве альтернативного источника электроэнергии. Они особенно актуальны в тех местах, где существуют проблемы с энергообеспечением от стационарных сетей. Важнейшим элементом таких систем является инвертор для солнечных батарей, преобразующий постоянный ток в переменный с напряжением 220 вольт.
В результате, все имеющиеся приборы и оборудование могут нормально функционировать в любое время дня и ночи. Им не страшны перепады напряжения, короткие замыкания и другие негативные проявления, довольно часто встречающиеся в обычных электрических сетях.
Принцип действия и общее устройство
Работу инвертора необходимо рассматривать только во взаимодействии со всей системой солнечных батарей. Их основой служат фотоэлементы, вырабатывающие постоянный ток. Далее, с помощью инвертора этот ток превращается в переменный, и питает приборы, рассчитанные на 220 вольт. Cами солнечные панели служат своеобразным преобразователем, превращающим лучистую энергию в электричество, сохраняемое в аккумуляторах.
За счет этого обеспечивается бесперебойное электроснабжение, независимо от стандартных электрических сетей. Полученная электроэнергия используется и в ночное время, поступая из аккумулятора на инвертор и превращаясь там в переменный ток.
Важной особенностью современных установок является возможность аккумуляции не только прямых, но и косвенных солнечных лучей. При ясной погоде используется только солнечный свет, а в пасмурные дни происходит сбор отраженного света. В последнем случае производительность системы несколько снижается, тем не менее, они способны постоянно вырабатывать ток, независимо от времени года.
От правильного выбора инверторной установки зависит мощность и частота всей гелиосистемы. Стандартная конструкция инвертора включает адаптер с диодами и выпрямителем, работающий на низких частотах, варикап с триодами, непосредственно преобразующий ток, а также гибридная обвязка, обеспечивающая запуск системы даже при разряженных аккумуляторах. Также в общей схеме присутствуют динисторы, связанные с повышенной чувствительностью компонентов к производимому электротоку.
Параметры и технические характеристики
Выбирая устройство, наиболее подходящее для конкретной солнечной системы, следует обращать особое внимание на несколько важных показателей. Среди них можно отметить следующие:
- Значение номинальной и пиковой мощности.
- КПД коэффициент полезного действия.
- Собственная мощность, потребляемая без нагрузки.
- Диапазон температур, в котором устройство может нормально работать.
- Размеры и вес устройства.
Кроме того, мощность инвертора напрямую связана с выходным напряжением солнечной панели или аккумулятора. При 12 В она составит около 600 Вт, при 24 вольтах 600-1500 ватт, а при 48 вольтах свыше 1500 Вт. Аппаратура дополнительно оборудуется защитой от выходных перегрузок и коротких замыканий, перегревов и перепадов входного напряжения.
Технические характеристики конкретного устройства можно предварительно определить в соответствии с его массой. Как правило, 1 кг веса инвертора соответствует 100 ваттам выходной мощности. Данный показатель дает возможность установить наличие или отсутствие выходного трансформатора, указывающего на высокое качество прибора.
Преобразование электроэнергии, поступающей от солнечной панели, будет наиболее эффективным, если КПД инверторной установки составит 90-95%, а собственная потребляемая мощность будет не выше 1% от номинальной мощности.
Мощность инвертора должна соответствовать общей номинальной мощности, потребляемой всеми электроприборами, которые планируется подключать к солнечной энергетической установке. При этом, в расчетах следует учитывать пусковую мощность устройств и оборудования, действующую в течение первых нескольких секунд, после чего прибор переходит в штатный рабочий режим. Данный показатель примерно в 1,5 раза превышает номинальную мощность конкретного устройства.
Разновидности инверторов в солнечных системах
Отсутствие инвертора делает энергетическую систему бесполезной для использования, поскольку полученная энергия не может быть использована по прямому назначению.
Инверторы можно условно разделить на три категории:
- Автономные устройства (рис. 1). Они самостоятельно соединяются с солнечным модулем и представляют собой обособленную часть общей фотоэлектрической системы. Эти приборы полностью независимы от внешней централизованной электрической сети. Мощность всех типов автономных инверторов составляет от 100 ватт до 8 киловатт.
- Сетевые или синхронные инверторы (рис. 2). Устанавливаются на участке между централизованной электросетью напряжением 220 вольт и солнечной батареей. Сетевой инвертор для солнечных батарей функционирует синхронно с основным источником тока и применяется только в дневное время для подключения отдельных электроприборов.
- Многофункциональные или гибридные инверторные устройства. Они не только преобразуют электрический ток, но и осуществляют корректировку амплитудных перепадов, частотных показателей и других параметров сети. Данное оборудование считается наиболее надежным, поскольку в случае неполадок во внешних сетях, происходит автоматическое отключение инвертора. Для накопления преобразованной электроэнергии применяются аккумуляторные батареи.
Существует дополнительная классификация солнечных инверторов, в зависимости от выходного напряжения. Поэтому они делятся на синусоидальные и меандровые. В первом случае выходное напряжение инвертора практически совпадает с аналогичным параметром домашней сети.
Данный вариант отлично подходит для электронной техники и оборудования, обладающими повышенной чувствительностью и отрицательно реагирующими на скачки и перепады напряжения. Выходной сигнал у таких инверторов представляет собой чистую синусоиду.
Меандровые устройства отличаются импульсными выходными сигналами, отображаемыми в прямоугольной форме, что является модифицированным синусом. Такие инверторы лучше всего подходят для оборудования, использующего преимущественно активную мощность.
Обзор популярных моделей инверторных устройств
Преобразователи напряжения для совместного использования с солнечными панелями выпускаются отечественными и зарубежными производителями. Они обладают различными техническими характеристиками, отличаются качеством, набором функций и другими показателями.
МАП ",Энергия", SIN
Среди отечественных изделий хочется отметить продукцию от МАП Энергия с мощностью от 800 до 1200 ватт.
Возможности российских инверторов можно рассмотреть на примере устройства МАП ",Энергия", SIN, с тремя основными функциями:
- Возможность преобразования напряжения аккумуляторов постоянного тока на 12, 24 и 48 вольт в переменное напряжение 220 вольт, при частоте 50 Гц.
- Инверторы для солнечных батарей может использоваться в качестве ИБП вместе с электронными устройствами, в том числе и компьютерами, включенными в стандартную сеть 220 вольт.
- Прибор является мощным зарядным устройством, рассчитанным на 4 ступени и способным заряжать любые аккумуляторы. Параметры и рабочие режимы самостоятельно программируются пользователем. Данные устройства свободно заряжают аккумуляторы с высокой емкостью.
Основными показателями и техническими характеристиками инвертора являются следующие:
- Мгновенное переключение с помощью автоматики между автономной работой и стационарной сетью, при наличии или отсутствии в сети электроэнергии. Поддержание уровня заряда в аккумуляторе также осуществляется автоматически.
- Выходной сигнал напряжения представляет собой чистую синусоиду.
- Автоматическая регулировка напряжения. Входное напряжение в диапазоне от 175 до 250 вольт настраивается самостоятельно. Такие настройки дополнительно защищают подключенную аппаратуру.
- Может использоваться как ИБП для компьютера с высокой продолжительностью работы в автономном режиме. При необходимости инвертор подключается к компьютеру для его программирования и мониторинга.
- Поддержание пиковой мощности в течение 5 секунд, в два раза превышающей номинальное значение. При наступлении перегрева, перегрузок, разрядов и перезарядов инвертор отключается автоматически.
Все данные выводятся на цифровое табло, где отображаются все основные параметры сила тока, напряжение, рабочие режимы, температура и т.д. Здесь же можно выполнять все регулировки с высокой точностью и в широком диапазоне. Вся конструкция помещается в стальном высокопрочном корпусе, надежно защищающим от помех, замыканий и возгораний.
Schneider Electric
Среди зарубежной продукции следует отметить инверторы от французской компании Schneider Electric. Наиболее распространенной считается модель Conext 2524-230, хорошо зарекомендовавшая себя в системах автономного и резервного питания. Данные устройства имеют на выходе чистую синусоиду и наилучшим образом подходят для подключения к солнечным батареям.
Функционально они являются не только инверторами, но и могут использоваться в качестве многоступенчатых зарядных устройств для АКБ и переключателей с одной цепи на другую без прекращения питания.
К особенностям французских инверторов относятся следующие показатели:
- Наличие чистой синусоиды на выходе гарантирует стабильную работу всех подключенных электронных устройств. Ток, полученный через преобразователь, имеет такие же характеристики, как и электричество домашней сети.
- Конфигурация, состоящая из нескольких блоков, дает возможность одновременно подключать сразу несколько инверторов, чтобы повысить общую мощность автономной системы.
- Высокий показатель пусковой мощности, который более чем в два раза выше номинальной выходной мощности устройства. За счет этого облегчается запуск насосов, холодильного оборудования, кондиционеров и других мощных устройств.
- Возможность корректировать коэффициент мощности делает значение входного переменного тока минимальным и оказывает положительное влияние на пропускную способность. Функция многоступенчатой зарядки значительно сокращает время ее проведения.
- Рабочая температура устройства для солнечной батареи регулируется охлаждающими вентиляторами с изменяющейся скоростью вращения. Когда внутренняя температура понижается до 40 градусов, вентиляторы автоматически отключаются.
- Благодаря специальным встроенным схемам с оптимизированными рабочими алгоритмами, зарядка батарей происходит максимально корректно. Успешно заряжаются даже полностью разряженные батареи.
- Устройство оснащено температурным датчиком батарей, позволяющим автоматически изменять схему зарядки в зависимости от фактической температуры заряжаемой батареи. Таким образом, полностью исключается возможность перезарядки.
- Возможность ручного выравнивания заряда. Через определенный период времени состояние жидкого электролита в ячейках становится химически нестабильным. В результате, могут появиться слабые ячейки, заряженные не до конца, что приводит к снижению общей емкости батареи. Избежать подобного помогает многоступенчатый цикл с выравнивающими процессами, настраиваемыми вручную.
Abi-Solar
Невозможно обойти вниманием продукцию китайских производителей. Наиболее популярны инверторы из Тайваня модельного ряда Abi-Solar. Они относятся к многофункциональным устройствам, успешно применяющимся в фотоэлектрических системах. Данные устройства напрямую подключаются к солнечным панелям, аккумуляторам и потребителям. Они предназначены для работы только с сетевыми солнечными электростанциями.
Конструкция дополнена двумя независимыми MPP-трекерами, а все модели отличаются широким диапазоном входных напряжений. Благодаря этим особенностям, преобразователь напряжения способен выдавать максимальную мощность, вне зависимости от погодных условий.
Во многих инверторах встроен солнечный контроллер, фиксирующий степень зарядки и разрядки аккумуляторных батарей. Генерация высоких пусковых токов дает возможность для подключения мощного оборудования. Однако следует помнить, что суммарная мощность подключаемых устройств, не должна превышать номинальную мощность преобразователя. В среднем, коэффициент полезного действия инверторов Abi-Solar составляет 96-98%.
Кроме функций инвертора, эти устройства часто используются в качестве источников бесперебойного питания и сетевого зарядного устройства. Все показатели выводятся на жидкокристаллический дисплей, расположенный с лицевой стороны прибора.
