Солнечный сетевой инвертор: для чего нужен и как работает?

Развитие альтернативной энергетики и стимулирование властями данного направления привело к массовой установке сетевых инверторов в обычных домохозяйствах, которые генерируют электроэнергию из возобновляемых источников (ВИЭ).

Солнечный инвертор является важной частью любой солнечной фотоэлектрической установки. Он преобразует постоянный ток (DC), генерируемый солнечными панелями в переменный ток (AC), необходимый для питания бытовых приборов и большинства промышленных потребителей.

Инверторы — это электронные статические или электромеханические преобразователи. «Инвертировать» в переводе на русский означает «менять на противоположный». В инверторах ток постоянно меняет свое направление на противоположное, поэтому эти преобразователи постоянного тока в переменный и получили название «инвертор». Некоторые наши клиенты путаются и говорят «инвентор» — но это уже совсем другое (от слова invent — изобретать) и означает «изобретателя», но никак не преобразователь. 

 

Какие есть разновидности инверторов для солнечных батарей?

Существует 3 распространенных типа солнечных инверторов:

1. сетевые инверторы
2. автономные инверторы и
3. гибридные инверторы

Сетевые инверторы используются с солнечной фотоэлектрической системой, которая постоянно связана с электросетью. Для работы они должны быть постоянно подключены к сети, потому что сеть является задающим частоту и напряжение источником энергии. Сетевой инвертор просто синхронизируется с сетью и выдает в нее электроэнергию, произведенную солнечной батареей. В случае отключения электроэнергии инвертор перестает работать. Это сделано для целей безопасности, чтобы при ремонтных работах на линии электропередач при отключении подачи энергии электрики не попали под напряжение от солнечной батареи.

Такая система не имеет резервного аккумулятора, поэтому при отключении электроэнергии у вас не будет электроэнергии. Следовательно, эту систему можно использовать в местах, где отключения электроэнергии происходят редко или очень редко.

Отличие от традиционного инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный, заключается в том, что сетевой инвертор постоянно следит за амплитудой, фазой и частотой сети, куда подаётся энергия. Для эффективной и безопасной передачи электроэнергии в сеть, grid-tie инвертор должен точно соответствовать напряжению и фазам синусоидальной формы сети переменного тока (AC).

В свою очередь сетевые инверторы делятся на 3 подвида: микроинверторы, стринг-инверторы и центральные инверторы. Подробно об этих типах см. ниже. Вы также можете почитать в статье «Солнечные микроинвертор, стринг-инвертор и центральный инвертор» в нашем новом разделе «Азбука возобновляемой энергетики».

Солнечные микроинверторы

Система с микроинверторами предусматривает установление микроинверторов для каждой отдельной панели. В массиве солнечных панелей, оснащенных микроинверторами, если тень упадет на одну панель, то другие смогут работать с максимальной эффективностью, несмотря на эту одну затененную панель, поскольку каждая панель имеет свой персональный микроинвертор.

Микроинвертор имеет мощность от 250 Вт до 1600 Вт, поэтому он подходит для малой системы производства электроэнергии. Особенностью микроинверторов является то, что они устанавливаются непосредственно под солнечными модулями, к каждому из микроинверторов подключается от 1 до 4 модулей. Поэтому отслеживание точки максимальной мощности производится на уровне 1-4 солнечных модулей, при этом влияние затенения на работу солнечной электростанции минимально. Обычно микроинверторы передают информацию о своей работе центральному коммутационному центру и программному обеспечению, поэтому можно видеть, как работает каждая солнечная панель. Это также облегчает диагностику неисправностей солнечных модулей, потому что по адресу инвертора можно сразу определить «больную» солнечную панель.

Микроинверторы — это новейшая технология солнечной энергетики, которая позволяет преобразовывать энергию постоянного тока в мощность переменного тока прямо около солнечного модуля. В отличие от центральных или стринг-инверторов, каждая панель с  микроинвертором производит электроэнергию независимо. Это означает, что если одна панель выходит из строя или закроется тенью или мусором, другие панели не продолжают функционировать на оптимальном уровне.

Хотя микроинверторы могут требовать большего обслуживания в течение всего срока службы системы, они имеют гораздо более длительную гарантию, чем стринг-инверторы — до 25 лет.

Преимущества микроинверторов: отлично работает в затененных местах; более низкое постоянное напряжение; контроль на уровне панели; маленькие размеры.

Недостатки микроинверторов: Сложная установка; повышенное техническое обслуживание — требуется доступ к каждому микроинвертору для его обслуживания, а это может потербовать демонтажа солнечных панелей на крыше; более дорогие за удельную мощность; нужна отдельная система  мониторинга (хотя она и не обязательна,но без нее будет невозможно определить работает ли вообще отдельный микроинвертор из множества, установленных рядом с панелями).

Струнный сетевой инвертор, или стринг-инвертор

Основная и самая распространенная технология сетевых солнечных инверторов. В такой системе много панелей, которые подключаются к одному инвертору. Подключение солнечных панелей является последовательным, панели образуют одну большую цепочку (string — англ.), откуда и происходит название. .

Стринг-инвертор – это однофазный мощностью обычно от 1 кВт до 10 кВт, или трехфазный инвертор мощностью 3 кВт до 125 кВт. Он подходит для системы производства электроэнергии в доме или на малом предприятии. Каждая цепочки модулей, подключаемых к сетевым инверторам, может состоять из 4-20 солнечных панелей, соединенных последовательно. При частичном затенении такой цепочки мощность ее сильно падает. Поэтому вместе с солнечными модулями и стринг-инверторами часто применяются DC-оптимайзеры, через которые подключаются каждый солнечный модуль. Применение таких оптимайзеров сильно уменьшает влияние частичного затенения на работу всей цепочки. Также, в некоторых моделях оптимайзеров есть возможность сбора статистики по параметрам солнечного модуля (ток, напряжение, вырабатываемая мощность), что сильно облегчает локализацию поврежденных цепочек или модулей.

Преимущества стринг-инвертора: низкая стоимость; высокая эффективность; возможности удаленного мониторинга системы

Недостатки стринг-инвертора: опасность высокого напряжения постоянного тока; нет мониторинга на уровне панели; не подходит для солнечных батарей с частичным затенением. Вся цепочка солнечных панелей может работает по мощности слабой панели. Например, если дерево рядом с домом создаст тень только на одной панели в цепи, то и вся цепочка панелей будет работать с той же эффективностью, что и панель, на которую падает тень. Современные стринг-инверторы с различным успехом борются с этой особенностью и пытаются вырабатывать максимум энергии даже при затенении, но все равно частичное затенение остается проблемой для стринг-инверторов.

Центральный фотоэлектрический инвертор

Центральные сетевые инверторы применяются в больших коммерческих СЭС, поэтому здесь мы много о них рассказывать не будем. Мощность таких инверторов — от нескольких сотен кВт до нескольких мегаватт. Обычно они работают при высоком напряжении на стороне как постоянного, так и переменного тока. К ним подключаются множество цепочек солнечных модулей напряжением до 1500В, а выход AC центрального инвертора подключается к высоковольтной линии электропередачи (до нескольких киловольт).

Центральные инверторы предназначены больше для крупных коммерческих и промышленных установок. По сути, они представляют собой более крупную, более консолидированную версию стандартного инвертора для жилого дома. Центральный инвертор обычно располагается в отдельном контейнере или помещении. Напряжение может быть довольно высоким, что представляет потенциальную угрозу безопасности.

Преимущества центрального инвертора: Низкая стоимость; Высокая эффективность; простая установка

Недостатки центрального инвертора: размер; шум; возможность полного отказа системы при выходе инвертора из строя

Оптимизаторы мощности

Для решения проблемы частичного затенения в стринг и центральных сетевых инверторах были разработаны оптимизаторы для солнечных панелей (PV optimizers). В отличие, от микроинверторов, оптимизаторы не преобразуют постоянный ток в переменный. Они находят точку максимальной мощности для каждой солнечной панели в цепочке и устанавливают такой режим, при котором каждая панель вырабатывает максимум возможной мощности. Оптимизаторы мощности могут «выключать» из массива ту панель, которая попадает в тень.

Такие оптимизаторы стоят недешево, и их применение целесообразно только если уже установленный стринг-инвертор работает с затеняемыми цепочками панелей. Если о затенении известно заранее, то более выгодно сразу установить микроинверторы — это в большинстве случаев будет дешевле, чем доукомплектовывать стринг-инверторы PV оптимайзерами.

Основные функции сетевого инвертора

Сетевой солнечный инвертор является ключевым компонентом, соединяющим фотоэлектрическую батарею и сеть. В дополнение к преобразованию мощности постоянного тока, генерируемой солнечной батареей, в мощность переменного тока, которую может получать сеть, также доступны следующие специальные функции:

Функция отслеживания точки максимальной мощности (MPPT)

При изменении интенсивности солнечного света и температуры окружающей среды входная мощность фотоэлектрического модуля изменяется нелинейно. Как показано на графике вольт-амперной характеристики солнечного модуля, он не является ни источником постоянного напряжения, ни источником постоянного тока, а его мощность меняется при изменении выходного напряжения. Его выходной ток начинается с горизонтальной линии, но по мере роста напряжения начинает снижаться и падает до нуля при напряжении холостого хода.

На выходную мощность фотоэлектрических модулей влияют такие факторы, как интенсивность солнечного света и температура окружающей среды. Когда интенсивность солнечного света уменьшается, напряжение холостого хода солнечного модуля уменьшается, ток короткого замыкания уменьшается,  максимальная выходная мощность тоже уменьшается. Когда температура фотоэлектрического модуля снижается, ток короткого замыкания уменьшается, но напряжение холостого хода увеличивается, и максимальная выходная мощность увеличивается. Для каждой температуры модуля и интенсивности солнечного света существует своя точка максимальной выходной мощности. Функция MPPT — это функция отслеживания максимальной мощности. Регулируя напряжение постоянного тока и выходной ток, солнечный модуль всегда работает в максимальной рабочей точке и выдает максимальную мощность при текущей температуре и солнечном свете.

Про слежение за ТММ подробно описано в нашей статье «MPPT контроллер — принцип работы».

Проверка электросети и функция подключения к сети

Перед подключением к сети и выработкой электроэнергии сетевым солнечным инвертором ему необходимо определить напряжение, частоту, последовательность фаз и другие параметры электроэнергии в сети, а затем отрегулировать собственные параметры так, чтобы его генерация соответствовала электрическим параметрам сети. После этого можно будет осуществить подключение к сети и начать выработку электроэнергии.

Защитные функции сетевого солнечного инвертора

Особенности применения сетевых фотоэлектрических инверторов

Если светит солнце, энергия передается напрямую потребителям с минимальными потерями, таким образом, потребление энергии из сети снижается. Срок службы  оборудования СЭС в данном случае значительно превосходит срок окупаемости, а первоначальные вложения не столь велики. С введением в России Закона о микрогенерации, сетевые солнечные электростанции до 15 кВт стало применять еще выгоднее — сети стало возможно использовать как бесплатный аккумулятор огромной емкости.

Высококачественный современный сетевой инвертор имеет фиксированный коэффициент мощности — он выдаёт прецизионное (высокоточное) выходное напряжение и ток, а опережение фазы находится в пределах 1 градуса от сети переменного тока. Инвертор управляется микропроцессором, который следит за текущей формой сетевого напряжения переменного тока и выводит напряжение точно соответствующее напряжению сети. Необходима также подача и реактивной мощности в сеть для поддержания напряжения в локальной сети внутри допустимых значений, иначе возможны перенапряжения в сети в мощных системах, когда генерация энергии достигает своего пика, например около полудня от солнечных панелей. Современные модели сетевых инверторов имеют настройки для реактивной мощности.

Для максимальной эффективности выработка солнечных батарей с сетевым инвертором должна быть согласована с потреблением. Максимум энергии вырабатывается в дневное время и было бы неплохо эту энергию потреблять сразу, иначе излишки энергии уйдут в сеть и ее потребит ваш сосед. Если  сетевая солнечная электростанция подключена в рамках Закона о микрогенерации, никаких проблем нет, вы потом заберете эту электроэнергию из сети бесплатно. Но если объект не подключен как микрогенератор, то эта энергия пропадет в лучшем случае. А если счетчик не двунаправленный, то за отданную в сеть электроэнергию придется еще и заплатить.

Удачный пример сетевой системы – общественное или жилое здание с кондиционерами. Пик потребления, равно как и пик выработки случается летом в дневное время. Также пик выработки совпадает с потреблением, если снабжать электроэнергией от солнечных батарей лампы освещения в больших торговых зданиях, где обычно нет естественного освещения через окна и всё освещение от электрических ламп.

Правильно установленный сетевой инвертор позволяет использовать альтернативную систему выработки энергии, такую как солнечная или ветряная энергия, практически не требует обслуживания и каких-либо батарей. Если энергии альтернативных источников недостаточно, то недостаток мощности автоматически будет поступать из электрической сети. Появляется возможность экономить на электричестве, излишки сгенерированной энергии будут передаваться в сеть, а если излишки превысят потребление электрической энергии за расчетный период (Законом о микрогенерации в РФ установлен расчетный период в календарный месяц) — то еще и получать деньги от энергосбытовой компании. Более того, законом предусмотрена также плата за поставляемую мощность.

---

Если нужно получать энергию и во время аварий в электросетях, нужно устанавливать гибридные инверторы, совмещающие в себе функции сетевого и автономного инвертора. Подробно про гибридные СЭС читайте в разделе «Резервное электроснабжение«. Конечно, для работы гибридного инвертора потребуются аккумуляторы.

В нашем Интернет-магазине есть широкий выбор надежных и недорогих сетевых солнечных инверторов. Пожалуйста, перейдите в раздел «Сетевые инверторы» для выбора модели.

Если у вас есть вопросы по подбору оптимальной для вам модели солнечного сетевого инвертора, солнечных модулей для него и остального дополнительного оборудования сетевой солнечной электростанции (монтажные конструкции для солнечных модулей, коннекторы, солнечный кабель, устройства защиты и т.п.), вы также можете задать их нашим инженерам по электронной почте, телефону или в чате на сайте (см. кнопку для связи в нижнем правом углу).

Готовые оптимально подобранные комплекты с сетевыми солнечными инверторами, которые продаются со скидкой, есть во вкладке «Комплекты со скидкой» на карточках товара для многих сетевых инверторов, а также в подразделе «Готов к микрогенерации» в раздела «Комплекты«.

Перейдите по ссылкам ниже для того, чтобы узнать, как использовать солнечные сетевые инверторы в гибридных системах с солнечными батареями и другими источниками энергии, можно ли заряжать аккумуляторы от сетевых инверторов и когда выгодно использовать сетевые инверторы, а когда солнечные контроллеры.

Эта статья прочитана 7803 раз(а)!

Продолжить чтение