Сетевые инверторы в резервной системе

Применение сетевых фотоэлектрических инверторов в резервных системах электроснабжения

3 microinverters and 2 batteries
Можно ли сочетать сетевые инверторы с аккумуляторами?

Можно ли использовать сетевые микроинверторы в автономной системе электроснабжения? Или в резервной системе с аккумуляторами?

С ростом популярности и количества установок сетевых солнечных инверторов — как обычных string-инверторов, так и микроинверторов, мы получаем все больше запросов — могут ли эти инверторы применяться в автономной или гибридной системе с солнечными батареями?

Короткий ответ — да, могут! Фактически очень много микроинверторов уже работают в резервных и автономных системах электроснабжения как за рубежом, так и в России.

Подробный ответ потребует погрузиться в технические детали, но я постараюсь изложить их как можно проще.

Фундаментальное различие между автономной и соединенной с сетью солнечной энергосистемой заключается в том, что автономная система обязательно содержит аккумуляторы для хранения электроэнергии. Энергия, производимая солнечными батареями и/или ветроустановками должна быть направлена в аккумуляторы для того, чтобы быть использованной тогда, когда это нужно потребителям.

Заряд аккумуляторов постоянным током

При заряде аккумуляторов нужно контролировать процесс заряда, чтобы не перезарядить АКБ. Обычно эту функцию выполняет контроллер заряда, который принимает энергию от источника постоянного тока, проверяет реакцию АКБ на заряд и регулирует зарядный ток и напряжение соответственно:

block diagram of a regulator based system

Если потребители только постоянного тока, то такая система работает прекрасно. Такие системы используются туристами, в кемпингах, в дачных домиках и т.п. для питания лампочек, телевизоров, холодильников и другой нагрузки с питанием от постоянного тока 12 или 24В.

Заряд аккумуляторов от 220В переменного тока

Если у вас есть источник энергии напряжением 220В переменного тока (например дизельный или бензиновый генератор, или ветрогенератор напряжением 220В), вы можете заряжать аккумуляторы через зарядное устройство для АКБ. Зарядное устройство выполняет примерно ту же функцию — контроль заряда аккумулятора, — но только немного другим способом:

block diagram of a charger based system

В обоих случаях, когда АКБ полностью заряжена, контроллер или зарядное устройство отключает источник энергии от аккумулятора.

Вы можете использовать сохраненную в АКБ энергию для питания нагрузок постоянного тока (DC), но в большинстве случае применяется еще и инвертор, для того, чтобы преобразовать напряжение от аккумуляторов в обычное для бытовых нагрузок напряжение 220В переменного тока.

Итак, в автономной системе в качестве источников энергии можут быть солнечные батареи и генератор. Тогда она может выглядеть вот таким образом:

off grid block diagram
Типовая схема автономной системы электроснабжения с солнечными батареями и резервным генератором

Таким образом, в системе есть источники энергии, аккумулятор, контроллер заряда и зарядное устройство, а также инвертор для питания бытовых нагрузкок.

Некоторое время назад производители инверторов решили, что можно скомбинировать контроллер, зарядное устройство и инвертор в одно устройство. Так появились комбинированные инверторы. К этим инверторам можно подключить сеть и/или генератор напряжением 220В переменного тока, аккумуляторы, солнечные батареи и нагрузки переменного тока.

Более простое устройство не включает в себя солнечный контроллер. Такое устройство представляет из себя обычный блок бесперебойного питания — такие устройства сейчас наиболее распространены. Типовая схема автономной системы электроснабжения с ББП приведена ниже:

modern off grid block diagram using inverter/charger

Как видим, устройства соединены между собой на стороне постоянного тока, т.е. АКБ является «сердцем» системы.

Примерно 15 лет назад производители поняли, что можно преобразовать постоянный ток от солнечных батарей в переменный ток без необходимости использования аккумуляторов. Так появились сетевые фотоэлектрические инверторы. Появилась также возможность соединения различных устройств на стороне переменного тока. Такая система выглядит примерно так:

ac coupled system block diagram

За счет соединения элементов системы на стороне переменного тока, было оптимизированы управление и мониторинг системы, а также повышена ее эффективность. Несмотря на то, что стоимость электронных компонентов системы немного повысилась, были уменьшены потери на преобразование энергии и ее передач, уменьшено сечение кабелей и повышена гибкость системы. Одно из главных преимуществ — источник переменного тока рассчитан на питание нагрузки, он может эффективно питать ее минуя аккумуляторы. Другое преимущество — можно наращивать мощность системы за счет добавления элементов, которые могут работать параллельно (гибридные инверторы с синхронизацией, солнечные сетевые инверторы и микроинверторы и т.п.). Логика систем с соединением на стороне переменного тока может быть использована как на уровне отдельного дома, так и в микросетях, снабжающих отдельные поселки или группы поселков.

А вот так выглядит система с соединением на стороне переменного тока при наличии централизованной сети :

grid tie battery backup ac coupled block diagram

Итак, теперь мы можем хранить энергию, но все источники энергии и потребители рассчитаны на 220В и соединены между собой напрямую.

В такой системе нужен продвинуты контроль и регулирование, для того, чтобы вся система электроснабжения работала четко и без перебоев. Различные источники энергии могут генерировать различное количество энергии в определенный момент времени, нагрузка также может быть переменной в течение суток.

К счастью, все проблемы были решены производителями гибридных инверторов. Родоначальником систем с соединением на стороне переменного тока была немецкая компания SMA, сейчас же работать в таком режиме может оборудование Studer Innotec, Schneider Electric, Outback Power, Magnum и Midnite Solar, а также некоторых других.

Можно сделать 2 совета, выполнение которых позволить лучше работать системам с соединением элементов на стороне переменного тока.

Для целей безопасности, сетевые инверторы всегда следят за наличием напряжения 220В и используют его в качестве опорного. Если такого напряжения нет, то сетевые инверторы выключаются. Это обеспечивает безопасность для электриков, которые могут производить ремонтные работы на линиях электропередач. В системах, которые не соединены с сетью, для сетевых инверторов необходимо опорное напряжение переменного тока. Батарейный инвертор может обеспечить такое напряжение в автономном режиме. Также, для этих целей может использоваться генератор. В первом случае инвертор должен иметь способность заряжать аккумуляторы с выхода переменного тока. Во втором случае, необходимо принимать меры для того, чтобы в генератор не пошел обратный ток. Обе эти задачи решаются в современном оборудовании.

Второй момент связан с тем, как регулировать источники переменного тока для того, чтобы не перезарядить аккумуляторы, а также чтобы предотвратить колебания напряжения и частоты переменного тока. Если сетевой инвертор и батарейный инвертор могут «общаться» между собой, то сетевой инвертор может принимать команды от батарейного инвертора для того, чтобы плавно уменьшить генерацию в соответствии с потребностями в энергии для питания нагрузки и заряда АКБ. Если такой коммуникационной связи нет, необходимо применять другие методы для управления сетевым инвертором. Обычно используется метод изменения частоты переменного тока. Так работают инверторы SMA Sunny Island, Studer Xtender, МАП Энергия Гибрид/Доминатор, Victron Power и некоторые другие. Нужно также применять в системе сетевые солнечные инверторы, которые могут плавно изменять генерацию от солнечных батарей в зависимости от частоты. Спрашивайте у продавца, имеет ли сетевой инвертор такой режим — многие дешевые или устаревшие сетевые инверторы могут только полностью отключаться при выходе частоты за пределы допустимого диапазона.

Возможен также случай, когда нет нагрузки, аккумуляторы заряжены полностью, но в то же время солнечные батареи генерируют максимум энергии. Некоторые системы могут уменьшать генерацию, в других системах потребуется перенаправлять энергию на какую-нибудь второстепенную (балластную) нагрузку. Оба эти варианта имеют свои достоинства и недостатки. В первом случае не требуется дополнительных устройств для «плавной» работы системы электроснабжения. Во втором случае можно максимально использовать потенциал солнечной батареи и направлять излишки на, например, получение горячей воды, отопление, кондиционирование, водоподъем и т.п.

Элементы системы должны реагировать на изменения параметров сети очень быстро, надежно и с достаточной мощностью. Это не просто, но это работает! Очень многие системы электроснабжения построены по принципу соединения элементов на стороне переменного тока. «Ваш Солнечный Дом» тоже установил десятки таких систем и они работают без нареканий. Просто нужно использовать надежное и подходящее для такой системы оборудование — батарейные и сетевые инверторы лучших производителей (которые представлены в нашем Интернет-магазине).

По логике, солнечные микроинверторы, которые представляют собой источники солнечной энергии с напряжением 220В переменного тока, могут с успехом использоваться в описанных выше системах с соединением компонентов на стороне переменного напряжения. На последних двух диаграммах просто замените одну солнечную батарею и string-инвертор множеством отдельных солнечных панелей, оборудованных своим микроинвертором.

Преимуществом использования микроинверторов является то, что можно регулировать генерацию энергии солнечными батареями на уровне солнечной панели. Это максимизирует гибкость и эффективность работы солнечной батареи. Более того, ведущие производители микроинверторов в последние годы оснащают свои микроинверторы функциями управления, которые раньше выполняли гибридные батарейные инверторы.

Более подробно про работу микроинверторов в системах с AC coupling можно почитать в документе Enphase white paper .

Выводы

Сетевые инверторы и микроинверторы могут с успехом работать в автономных и резервных системах электроснабжения с солнечными батареями. Если ваша сетевая системя электроснабжения испытывает проблемы с надежностью электрических сетей, вы можете добавить аккумуляторы и гибридный инвертор, и тогда ваши солнечные батареи и сетевые инверторы / микроинверторы будут продолжать работать даже во время аварий в электросетях.

Технологии развиваются настолько быстро, что вполне возможно, что скоро можно будет купить не только микроинверторы, но аккумуляторные батареи, выдающие сразу переменный ток напряжением 220В. Такие микроинверторы и AC батареи можно будет соединить между собой простым «втыканием» в обычную розетку в вашем доме — и вы будете иметь и резервное электроснабжение (во время авария на ЛЭП), так и экономить на потреблении электроэнергии от сети. А если сделать систему с «умным самопотреблением», то эффект от применения солнечных батарей будет еще больше.

Эта статья прочитана 3879 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 75
    Соединенные с сетью системыРассматриваются 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.
  • 68
    С аккумуляторами или без?Нужны ли аккумуляторы в системе электроснабжения? Если вы планируете систему электроснабжения с солнечными батареями, у вас есть выбор - сделать ее без аккумуляторов, или с аккумуляторами. Для правильного выбора необходимо ответить на следующие 3 вопроса: В большинстве мест, где сети…
  • 67
    Солнечные батареи для дома4 типа систем с солнечными батареями для дома Выберите наиболее подходящую для вас! Все больше людей начинают понимать выгоды от использования солнечных батарей в своих домах. Особенно важно иметь достоверную информацию и расчеты о выгодности и порядке установки солнечных батарей,…
  • 60
    Фотоэлектрические системыФотоэлектрические системы с солнечными батареями для дома - разновидности Для того, чтобы фотоэлектрические модули были надёжным источником электроэнергии, необходимы дополнительные элементы в системе: кабели, поддерживающая структура и, в зависимости от типа системы (соединённая с сетью, автономная или резервная), еще и…
  • 55
    Методы построения гибридных системМетоды 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,…
  • 53
    Наши солнечные батареи и системыСолнечные батареи и фотоэлектрические системы электроснабжения от "Вашего Солнечного Дома" У нас вы можете найти все, что нужно для создания качественной системы электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии. В первую очередь это системы для преобразования солнечного света в электричество -…

Google рекомендует

Реклама

Добавить комментарий

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