АС системы электроснабжения

Автономные и резервные системы электроснабжения с соединением на стороне переменного тока

Каргиев В.М.
Компания «Ваш Солнечный Дом»

Использование сетевых инверторов совместно с батарейными инверторами в автономных системах

В последнее время рынок сетевых фотоэлектрических систем стал огромным по сравнению с автономными применениями солнечных батарей. Это привело к тому, что технологии, схемотехника и элементная база сетевых фотоэлектрических инверторов значительно улучшились. Сетевые инверторы выпускаются массово. В них применяются решения, которые позволяют с максимальной эффективностью использовать вырабатываемую солнечными батареями энергию. И, хотя в основном сетевые инверторы имеют мощность от несколько киловатт до нескольких сотен киловатт, выпускаются и маленькие сетевые инверторы мощностью от 300 Вт. Инверторы мощностью в несколько киловатт могут с успехом применяться в гибридных фотоэлектрических системах и минисетях.

Схема соединения элементов гибридной батарейно-сетевой фотоэлектрической системы
Схема соединения элементов автономной гибридной батарейно-сетевой фотоэлектрической системы

В сетевых инверторах применены самые последние технологии и изобретения. Все они используют технологию слежения за точкой максимальной мощности, и имеют КПД более 90% (в основном, 96-98%). Мало какие контроллеры постоянного тока имеют такие параметры. Одна из причин высокой эффективности сетевых инверторов — это то, что они работают на высоком напряжении, а, как известно, чем выше напряжение и меньше ток, тем выше КПД полупроводниковых ключей. Сетевые инверторы имеют и ряд других преимуществ, которые перечислены на странице сравнения эффективности работы сетевых инверторов и MPPT контроллеров постоянного тока. Дополнительная информация также находится на страничке Фотоэлектрические системы электроснабжения, соединенные с сетью.

Сетевой фотоэлектрический инвертор подключается напрямую к сети переменного тока 220В. В случае отсутствия сети, можно использовать специальные двунаправленные батарейные инверторы. Такие инверторы позволяют заряжать аккумуляторы как со входа переменного тока, так и с выхода, а также могут направлять энергию со входа на выход. Сетевой инвертор будет использовать генерируемой батарейным инвертором напряжение как опорное для своей работы.

В мире всего несколько производителей выпускают такие инверторы. Мы предлагаем лучшие из них производства SMA (родоначальник таких инверторов и идеологии соединения элементов на стороне переменного тока), Steca/Studer и Rich Electric.

В автономной энергетической системе необходимо контролировать производство энергии в соответствии с потребностями. Если солнечной электроэнергии больше, чем необходимо для питания нагрузки, избыток идет на подзаряд аккумуляторных батарей. Если АБ полностью заряжены и не могут принят избыток энергии, необходимо уменьшить или остановить генерацию энергии от солнечных батарей. Можно также перенаправить эту энергию на дополнительную нагрузку (например, водонагреватель). Такое управление может быть реализовано при помощи различных контроллеров, контакторов, реле, и т.п. Однако гораздо проще управлять сетевым инвертором путем изменения частоты напряжения, генерируемого батарейным инвертором — в этом случае не нужно никаких дополнительных компонентов. Именно такой алгоритм используется в предлагаемых нами двунаправленных инверторах.

Включение-выключение путем изменения частоты

Изменение частоты инвертора Xtender в зависимости от напряжения на аккумуляторах
Изменение частоты инвертора Xtender в зависимости от напряжения на аккумуляторах
Изменение частоты инвертора Xtender в зависимости от напряжения на аккумуляторах
Изменение частоты инвертора Xtender в зависимости от напряжения на аккумуляторах

Все сетевые инверторы программируются так, чтобы работать при определенной частоте опорного напряжения. По стандартам, частота должна лежать в пределах примерно от 48 до 51 Гц. Если батарейный инвертор повысит частоту до 52 Гц, то тем самым он остановит генерацию энергии солнечным сетевым инвертором.

Система работает по 2 сценариям:

  1. Солнечной электроэнергии меньше, чем требуется нагрузке: сетевой инвертор работает в точке максимальной мощности солнечной батареи (ТММ) и вся солнечная энергия идет на питание нагрузки
  2. Солнечной электроэнергии больше, чем требуется нагрузке:
    • АБ не заряжены: сетевой инвертор работает в ТММ и вся солнечная электроэнергия идет на питание нагрузки и заряд аккумуляторов
    • АБ полностью заряжены: сетевой инвертор отключается путем увеличения частоты напряжения; при снижении напряжения на АБ до заданного, он опять включается. Это похоже на работу ВКЛ-ВЫКЛ контроллера заряда.

Если в системе используется несколько сетевых инверторов, и их предельную частоту можно изменять, то в этом случае возможно последовательное отключение инверторов — например, один отключается при почти зараженных аккумуляторах частотой 50,5Гц, а другой — при полностью заряженных частотой 51 Гц. Таким образом можно получать ступенчатое регулирование с количеством ступеней, равным количеству сетевых инверторов.

Изменение вырабатываемой мощности путем плавного изменения частоты

Изменение мощности от частоты сетевых инверторов Kaco
Изменение мощности от частоты сетевых инверторов Kaco
Изменение мощности от частоты инверторов SMA
Изменение мощности от частоты сетевых инверторов SMA

Немецкие стандарты 2009 EEG установили новые требования к сетевым инверторам, согласно которым сетевые инверторы должны плавно снижать свою выработку при увеличении частоты напряжения в сети диапазоне от 50,2 до 51,5 Гц.

При использовании сетевых инверторов, которые плавно уменьшают свою выработку в зависимости от частоты сети, можно управлять ими при помощи батарейного инвертора путем плавного изменения частоты выходного тока. Такой принцип управления будет гораздо более точным, и будет обеспечивать плавную работу системы без колебаний напряжения на аккумуляторах. Также, можно так регулировать выработку энергии солнечным инвертором, чтобы она точно совпадала с потребностями нагрузки.

Многие, но не все современные  модели сетевых инверторов могут плавно менять свою выработку в зависимости от частоты. В нашем ассортименте есть разные инверторы, по разному реагирующие на изменение частоты сети. Например, инверторы SamilPower SolarRiver  серии TL (например, SR-5000TL), работают с полной мощностью до момента отключения. Сетевые инверторы SamilPower серии SR-TLD, а также все инверторы SofarSolar, SMA Sunny Boy снижают выходную мощность пропорционально повышению частоты сети. Причем инверторы Kaco могут изменять свою выработку только наполовину (см. график справа), а инверторы SMA и SofarSolar могут регулировать свою мощность в полном диапазоне от 0 до максимальной мощности (см. график). Пожалуйста, уточняйте наличие этой функции, если она вам нужна.

Гибридная аккумуляторно-сетевая фотоэлектрическая система на базе StecaGrid 9000 и Xtender XTH
Гибридная аккумуляторно-сетевая фотоэлектрическая система на базе StecaGrid 9000 и Xtender XTH

На графике справа инвертор SMA вырабатывает полную мощность при частоте +1 Гц и выключен при частоте +2 Гц. Это примерно соответствует половине мощности при частоте 51,5 Гц. Внимание! Настройки по частоте делаются при изготовлении инверторов SMA и не могут изменяться пользователем. В других инверторах (SofarSolar, SamilPower TL-D и др.) можно выбирать страну, в соответствии с этим выбором устанавливаются диапазоны рабочих частот и напряжений. Уточняйте установки параметров инвертора при выборе оборудования и проектировании вашей системы.

Такой подход также может быть реализован и в 3-фазных системах.

Условия частичного или полного копирования здесь

Эта статья прочитана 5066 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 10000
    Рассматриваются принципиальные схемы построения систем электроснабжения с солнечными батареями. Подключение солнечных батарей через сетевые инверторы к батарейным инверторам, через солнечные контроллеры заряда. Особенности различных систем и рекомендуемое оборудование.
  • 10000
    Сколько стоит система с солнечными батареями для дачи, как интегрировать солнечные батареи в существующую систему электроснабжения - ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы вы получите на этой странице
  • 10000
    Фотоэлектрические инверторы Sofar Solar с возможностью ограничения отдачи излишков в сеть Sofar Solar - производитель высокотехнологичных высококачественных сетевых фотоэлектрических инверторов. Продукция Sofar Solar имеет международные сертификаты качества, а также сертифицирована для применения в Европе, США, Австралии и азиатских странах. С…
  • 10000
    Собственная солнечная электростанция - за и против Рассмотрим следующие варианты фотоэлектрических систем не соединенные с сетью работающие параллельно с сетью с аккумуляторными батареями работающие параллельно с сетью без аккумуляторных батарей Преимущества собственной электростанции Если вы не подключены к сети централизованного…
  • 10000
    Классификация солнечных фотоэлектрических электростанций - Автономные, соединенные с сетью, резервные. Солнечные батареи в системах электроснабжения.
  • 59
    Методы построения гибридных автономных и резервных систем электроснабжения Каргиев В.М., кандидат технических наук, Компания "Ваш Солнечный Дом" Доказано, что гибридные системы электроснабжения с использованием возобновляемых источников энергии являются экономически обоснованным решением проблемы электрификации в сельской местности и в других районах,…

Google рекомендует

Реклама

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *