Особенности выбора инвертора для солнечной батареи

Зачем нужен инвертор для солнечных батарей

Что такое инверторы? Инвертор – это специальное устройство полупроводникового типа, которое выступает чем-то средним между диэлектриками и проводниками. Более понятными словами: на солнечную батарею попадает солнечный свет и преобразовывается в электрический ток. Этот постоянный ток поступает в аккумуляторную систему и за счет работы инвертора перерабатывается в переменный, только с силой напряжения выше, то есть такой, каким мы привыкли пользоваться в наших домах, 220В.

Инвертор для солнечной батареи – это главный инструмент, за счет которого осуществляется надлежащая работа системы: преобразование входящих частиц на потребляемые, согласно необходимым техническим параметрам.

Солнечные панели генерируют электроток с максимальным напряжением до 48 В. То есть отсутствие инвертора приведет к бессмысленному использованию солнечных батарей. Главная его цель – это получение переменного тока мощностью 220 В. Но при этом очень важно подобрать необходимое устройство с учетом характеристик, а именно выработки тока на пике активности солнечных радиаторов.

Виды инверторов

Различают несколько видов инверторов. Они отличаются между собой не только способом работы, но и набором технических характеристик. Только так можно обеспечить надлежащую работу солнечной электроэнергии.

Автономный

Этот тип инвертора предназначен для солнечной системы с панелями разной мощности. Основным преимуществом такого устройства является стабильность выработки электротока даже при низкой проводимости. Они также экономичнее по цене, чем другие инверторы, поэтому среди покупателей пользуются спросом. При приемлемой стоимости автономные инверторы отличаются скоростной работой и стабильностью даже при повышенной влажности. Их различают несколько видов в зависимости от формы преобразования тока:

С прямоугольным сигналом

По рекомендациям специалистов эти устройства лучше применять для подачи энергии к осветительным приборам.

• Преимущества: проходная цена, простота в использовании.
• Недостатки: нет прикрытия от перепадов напряжения, узкий круг применения (не для всех приборов и устройств в быту походит по причине несовместимости).

Синусоидальный сигнал

Вырабатывают высококачественный ток с правильной синусоидой, чище идущего из розеток электричества. Подходит для подключения массивных бытовых приборов: холодильников, котлов, кондиционеров, насосов.

• Преимущества: дает защиту бытовым приборам от скачков напряжения.
• Недостаток: высокая стоимость.

Псевдосинусоидальный сигнал

Компромисс вариантов, представленных выше.

• Преимущества: обеспечивают функционирование всех бытовых устройств и техники, стоят недорого.
• Недостатки: не подходят для работы чувствительных приборов, создают помехи и шумовые волны.

Сетевой

Сетевые инверторы называются еще синхронными. Такая разновидность идеально подходит для солнечных батарей в виде тарелки. Они преобразовывают поступившие диоды с низкочастотными модулями и создают вариации для использования переменного тока. На сетевые инверторы возложено не только получение тока с напряжением 220 В, но и устранение амплитудных перепадов, сохранение электроэнергии в аккумуляторе при низком уровне энергопотребления. То есть при неполадках в солнечной системе вся нагрузка ложится на сетевой преобразователь.

Со стороны постоянного тока сетевые инверторы подбираются, исходя из номинальной мощности солнечной панели, а также из потребностей электроприборов в доме.

Многие покупатели делают выбор именно в пользу таких инверторов, так как они выполняют сразу несколько функций: преобразовывают ток, повышают мощность электросистемы, убирают проблему с перепадами тока и продолжают работу даже в случае потери сети. Если быть точнее, такие инверторы называются гибридными. При выработке излишней электроэнергии ее излишки направляются во внешние источники сети.

Многофункциональный

Многофункциональный солнечный преобразователь отличается надежностью, ну и соответственно высокой стоимостью. Он включает все лучшие качества первых двух инверторов, обладает большим количеством настроек и подходит для любых солнечных батарей. После его установки и подключения вы сможете обеспечить электроэнергией необходимые узлы питания, при этом сохранить бесперебойную работу во время изменения мощности подачи постоянного тока. На сегодняшний день это самый оптимальный вариант для устройства солнечной домашней станции.

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.

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;

Предварительно оценить технические параметры инвертора возможно даже по его весу. Исходя из того, что на 100 ватт выходной мощности приходится 1 кг собственной массы прибора, можно определить, оснащен ли инвертор выходным трансформатором. Выходной трансформатор положительно характеризует качественный инвертор.

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.

Рассмотрим основные параметры инверторов, на которые стоит обратить внимание при покупке:

1. Входное напряжение.
   Выбор входного напряжения необходимо согласовывать с мощностью инвертора, поскольку с увеличением выходной мощности растут входные токи, что приводит к более тяжелым условиям работы транзисторов выходного каскада и к большим потерям на соединительных проводах. Снизить входные токи и соответственно уменьшить потери позволяет выбор более высокого входного напряжения, которое бывает одним из следующих: 12, 24, 48 В.

   Мы рекомендуем выбирать напряжение:

   • 12 В при мощности до 600 Вт,
   • 24 В при мощности от 600 до 1500 Вт,
   • 48 В при мощности более 1500 Вт.
2. Номинальная и пиковая выходная мощность.
   В идеале, номинальная выходная мощность инвертора должна быть равна сумме мощностей всех нагрузок. Однако, в реальности чаще делают выбор по нагрузке с максимальной мощностью. При этом необходимо учитывать и пусковые токи всех нагрузок, которые могут быть в 10 раз больше рабочих (например у холодильников или насосов). Умножив пусковой ток на напряжение (220 В) мы получим пусковую мощность, которая должна быть меньше пиковой.

   Стоит отметить, что если производитель не указывает отдельно пиковую выходную мощность, то скорее всего указанная в качестве номинальной в действительности является пиковой.

3. Форма выходного напряжения (чистый синус, квазисинусоида, прямоугольная).
   Если Вы хотите избежать большинства проблем, то покупайте качественный синусоидальный инвертор, поскольку все индуктивные нагрузки (холодильники, насосы, кондиционеры и т.п.) просто не будут работать при прямоугольной форме выходного напряжения.

   Квазисинусоида — это своего рода компромисс между прямоугольной формой и чистым синусом. Большинство синусоидальных моделей являются качественными, однако встречаются и ненадежные экземпляры.

4. Вес.
   Одним из косвенных признаков качественных инверторов является их вес. Дело в том, что в дешевых некачественных моделях используют бестрансформаторную схему, которая подвержена выходу из строя в момент включения нагрузки из-за очень больших переходных токов. Соответственно, такие модели очень легкие.

   Все, без исключения, качественные инверторы используют выходной трансформатор, который имеет большой вес. Грубо можно оценить вес по простой формуле — 1 килограмм на 100 Ватт выходной номинальной мощности, т.е. например 600 Вт — 6 кг. Если же 600-Ваттная модель имеет вес всего лишь 2-3 кг, то в ней точно нет выходного трансформатора.

5. Вентилятор охлаждения.
   Если выбранная Вами модель оснащена вентилятором для принудительного охлаждения, то стоит поинтересоваться, работает ли он всегда или только при перегреве, регулируется ли его скорость? В качественных моделях вентилятор отключается при небольшой нагрузке, делая работу инверторов абсолютно бесшумной, что бывает немаловажным при домашнем использовании.
6. Защиты.
   Качественный инвертор должен обладать максимальным количеством защит:
   • от высокого и низкого напряжения аккумуляторной батареи,
   • от короткого замыкания (КЗ) по выходу,
   • от перегрузки по выходу,
   • от перегрева.

   Наличие защит предотвратит выход из строя в экстренных ситуациях.

7. КПД.
   Коэффициент полезного действия солнечного инвертора в конечном счете определяет сколько энергии будет потрачено впустую (просто на то, чтобы он работал). Современные модели имеют КПД 90-95%. При КПД ниже 90% более 10% энергии будет истрачено впустую, что не допустимо для солнечной электростанции, где каждый Ватт на счету.
8. Потребляемая мощность без нагрузки и в режиме ожидания.
   Одним из важных параметров также является потребляемая мощность без нагрузки. Этот параметр должен быть в районе 1% от номинальной мощности. То есть, например, если номинальная мощность равна 600 Вт, то потребление без нагрузки должно быть около 6 Вт.

   Если Вы не собираетесь каждый раз выключать инвертор для солнечной батареи после использования, то нужно выбирать модель с минимальным потреблением в режиме ожидания, чтобы минимум энергии тратился на поддержание работы системы. Большим плюсом в этом случае является наличие дежурного режима, потребление в котором сокращается еще более значительно.

9. Наличие дежурного режима (режима ожидания).
   Наличие дежурного режима позволяет значительно сэкономить энергию, запасенную в аккумуляторах. Однако и здесь есть нюанс. Чтобы не возникло проблем с подключением нагрузок малой мощности, нужно, чтобы дежурный режим можно было отключать вручную. Поскольку, если его нельзя отключить, то может возникнуть ситуация, когда инвертор не выйдет из дежурного режима при подключении нагрузки (например зарядника сотового телефона).
10. Рабочий температурный диапазон.
    В случае, если Вы планируете использовать инвертор в неотапливаемом помещении, необходимо обратить внимание на рабочий температурный диапазон выбранной модели. Кроме того, широкий температурный диапазон обычно указывает на то, что подразумевается не только бытовое, но и профессиональное использование устройства, что в свою очередь косвенно говорит о высоком качестве.

350 Вт (с чистым синусом)

800 Вт (российский)

5 кВт (с зарядным устройством)

Входное напряжение и выходная мощность

Чем оно больше, тем выше у инвертора КПД. Для стабильной работы солнечных модулей вам нужно согласовать входное напряжение с мощностью устройства. Высокое входное напряжение позволяет снизить входной ток и свести потери к минимуму. Это не означает, что вам нужен сверхмощный прибор с максимальным входным напряжением. Но если ваши солнечные батареи выступают единственным источником электроэнергии для всех приборов, то инвертор нужно брать помощнее (от 12 до 48В).

Выходная мощность прибора должна равняться или быть больше всех суммированных нагрузок. Чтобы перестраховаться, возьмите модель помощнее. Спустя время вы можете подключить больше приборов или модернизировать солнечные батареи (увеличить отдачу энергии), и чтобы не менять инвертор, лучше заранее взять более мощный.

Форма выходного напряжения

У инверторов бывает три формы: чистый синус, квазисинусоида, прямоугольная. Наиболее качественные приборы с синусоидной формой выходного напряжения. Такой прибор «вытягивает» все индуктивные нагрузки, в то время как прямоугольная форма с ними не работает. К индуктивным нагрузкам относятся холодильники, кондиционеры, бритвы, насосы, электродвигатели. Если устройство с синусоидной формой вам не по карману, а справляться с индуктивными нагрузками как-то надо, тогда остановите выбор на форме квазисинусоида.

Количество и характер защит

При выборе инвертора для солнечной батареи обратите внимание, какие на нем стоят защиты. Чем их больше, тем лучше прибор. Защиты могут быть от короткого замыкания, от перегрева, перегрузок, защита по выходу. Немаловажно, чтобы на приборе стояла защита от высокого и низкого напряжения на аккумуляторе.

Коэффициент полезного действия

Располагая солнечными батареями, вы не захотите, чтобы много энергии тратилось впустую. Особенно это актуально, если панели — единственный источник электричества. Коэффициент полезного действия показывает, сколько энергии будет потрачено. Например, если КПД инвертора составляет 95%, то те самые 5% — это потраченная энергия. При покупке обязательно обратите внимание на показатель КПД: брать модели с КПД в 90% или ниже не целесообразно. Современные устройства всегда располагают КПД в 90-95%, чтобы минимизировать потери.

Температурный диапазон для бесперебойной работы

Этот параметр обозначает, при какой температуре прибор будет адекватно функционировать. Если вы планируете поставить устройство в холодном или неотапливаемом помещении (подвал, погреб, амбар, тамбур), тогда нужно выбрать прибор, который работает при низких температурах. Производители должны указывать температурный диапазон в техническом паспорте. Если же вы будете ставить инвертор в жилом отапливаемом помещении, тогда этот параметр не столь важен.

Дополнительные характеристики

К другим немаловажным характеристикам, влияющими на выбор инвертора для солнечной батареи, относят:

• вес — в легких моделях используется бестрансформаторная схема, которая быстро выходит из строя;
• наличие режима ожидания — позволяет экономить энергию в аккумуляторах;
• потребление мощности в режиме ожидания — если вы купили прибор с функцией режима ожидания, он должен потреблять не больше 1% мощности;
• вентилятор для охлаждения — актуален для устройств, нуждающихся в охлаждении при перегреве.

Полезно знать! Если вы купили устройство с вентилятором, обязательно уточните, выключается ли он автоматически при небольших нагрузках. Режим ожидания должен регулироваться кнопкой ручного включения и выключения. В противном случае прибор может не выйти из ожидания при подаче малой нагрузки, а это чревато сбоями. Приемлемый вес качественного инвертора рассчитывается по формуле: 1 кг на 100 Вт.

Обнаружение неисправностей инвертора

Перечисленные простые схемы имеют две наиболее распространенных неисправности – либо на выходе трансформатора отсутствует напряжение, либо оно слишком мало.

• Первый случай – это либо одновременный отказ обоих плеч преобразователя, что маловероятно, либо отказ ШИМ-генератора. Для проверки воспользуйтесь светодиодным пробником, какой можно приобрести в любом магазине радиодеталей. Если ШИМ работает, на затворах транзисторов Вы увидите наличие сигнала по быстрым пульсациям свечения диода (особенно хорошо это заметно в низкочастотных схемах). При наличии управляющего сигнала проверьте, нет ли обрывов в соединениях трансформатора и целостность его обмотки.
• Большое падение напряжения – это явный признак отказа одного из силовых плеч инвертора. Найти отказавший транзистор можно простейшим образом – его радиатор останется холодным. Замена ключа вернет инвертору работоспособность.

Инвертор для солнечных батарей своими руками

Если вы собрались самостоятельно сделать инвертор для солнечных батарей, схема включает в себя такие компоненты:

• солнечная панель (полупроводниковая);
• регулятор напряжения типа SG3524;
• аккумуляторная батарея (количество опционально);
• МОП-транзисторы (силовые);
• схема для управления МОП-транзисторами;
• трансформатор.

Купить прибор гораздо проще, чем сделать его самому. Для конструирования этого устройства необходимы навыки и знания электрика, а тестирование самодельного прибора стоит проводить на нейтральной территории. Установка производится либо самостоятельно, либо специалистами. Если вы не владеете соответствующими навыками монтажа, доверьте это профессионалам, чтобы избежать сбоев в сети!