Инвертор для солнечных батарей: виды устройств, обзор моделей, особенности подключения

Область применения солнечных панелей

Стационарные панели

Солнечные панели могут использоваться как в стационарных условиях, так и быть переносными.

Фиксированные модули применяются в следующих областях:

• на солнечных электростанциях;
• в автономных, резервных или гибридных электростанциях для дома или дачи;
• для обогрева помещений и нагрева воды (солнечный коллектор);
• в автономных системах освещения улиц;
• для питания рекламных щитов;
• в системах навигации и сигнализации;
• в насосных станциях и др.

Рассматривая стационарные солнечные электростанции, остановимся подробнее на тех, которые используются для электроснабжения дома. Чтобы обеспечить жилище электричеством с помощью энергии Солнца, понадобятся следующие комплектующие:

• солнечные модули;
• аккумулятор (для накопления неизрасходованной энергии);
• контроллер напряжения (увеличивает срок службы аккумулятора, но не обязателен для установки);
• инвертор (преобразует постоянный ток аккумулятора в необходимый переменный ток для электроприборов).

Домашние солнечные электростанции по отношению к централизованному электроснабжению могут быть:

автономные.

Автономные, т.е. независимые от других источников питания, солнечные электростанции используются там, где невозможно по определенным причинам (значительная удаленность от населенных пунктов) подключение к общей электросети. Их использование целесообразно в южных районах, где длиннее световой день и большое количество ясных дней. В любом случае ее желательно продублировать генератором на горючем топливе. Основные преимущества автономной станции – это ее экологичность, бесшумность, минимальное техническое обслуживание в течение эксплуатации. Минус – ночью или в пасмурные дни электроэнергия вырабатываться не будет. Кроме того для их работы необходимы выше названные комплектующие, которые делают автономную систему довольно дорогой.

резервные.

Резервные, или сетевые, электростанции устанавливаются там, где есть подключение к центральной электрической сети. Она используется, как дополнительный источник электроэнергии. Резервная солнечная электростанция начинает свою работу в случае перерыва подачи электроэнергии от сети. Преимущества – бесшумность, надежность, возможность монтажа на крышу или фасад здания. Также плюсом является отсутствие аккумулятора, контроллера и инвертора, что значительно удешевляет систему.

гибридные.

По сути, представляет собой автономную станцию, подключенную к электрической сети. Энергия, полученная от Солнца, используется в первую очередь, при ее нехватке подача электроэнергии идет уже от централизованного электроснабжения. Позволяет значительно экономить на платежах за потребленную электроэнергию.

Мобильные модули

Мобильные устройства по преобразованию энергии Солнца в электрический ток могут применяться:

• для зарядки мобильных телефонов и других мобильных устройств;
• для питания радиоприемников во время походов, рыбалки;
• для питания систем навигации во время экспедиций;
• для освещения в темное время суток во время походов.

Портативные батареи стали незаменимым аксессуаром у любителей загородных поездок и туристов, путешествующих по диким местам, в которых отсутствует электричество. Так как современная жизнь даже на необитаемом острове или в горах невозможна без различных гаджетов, их подзарядка производится от зарядных устройств, преобразующих солнечную энергию. Портативные солнечные батареи чаще всего выпускаются на основе монокристаллического кремния. Они различаются размерами, формой, мощностью. Компактные батареи с небольшой мощностью могут поместиться в кармане, а большие и мощные  могут быть установлены на крыше автомобиля. Кроме того они снабжены всевозможными переходниками для подключения различной техники.

Выбор инвертора

При подборе подходящего инвертора для солнечных панелей необходимо учитывать нагрузку мощности на пике активности (номинальные значения в этом случае не учитываются), для этого находим произведение пускового тока и напряжения в сети. В упрощенных моделях достаточно рассчитать ток по номиналу. От солнечной панели к потребителю тока идет напряжение в 12 В, контролер отправляет сигнал в инвертор, где, преобразуя напряжение, на выходе будет 220 В.

Сетевые модификации

Эта разновидность инверторов создается на основе емкостных диодов (варикапов) с низкочастотным модулятором для вариаций. Использование сетевых конструкций чаще всего подходит для солнечных панелей в виде тарелки. Многие из них имеют проводимость больше 40 мк, с подкладками в изоляторах, некоторые функционируют сквозь контролер заряда. Что касается инверторных выпрямителей, то их частота превышает показатель в 30 Гц.

Преимущества: компактность, высокая защищенность, приемлемая скорость преобразования с низким уровнем энергопотребления.

Гибридный инвертор может все, что сетевой, плюс дополнительно имеет несколько функций: повышать мощность сети при перегрузках, продолжать работу при потере сети в 220 В, убирает проблему со счетчиками. Некоторые производители, совмещая в приборе инвертор и контроллер, пытаются убедить клиентов, что их преобразователи являются гибридными, хотя это неправда, эти устройства называются комбинированными.

Особенность гибридного инвертора заключается в умении параллельно получать нагрузку из сети и от аккумуляторной батареи и имеет приоритетное значение от источника с постоянным током, не пренебрегая источниками с постоянной подачей электричества. При определении приоритетного ресурса, основная нагрузка ложится на него, недостающее электричество берется от второго элемента питания.

Автономные инверторы

Подходят для солнечных панелей различных мощностей, приспособлены функционировать при перенапряжении силы тока до 4 А, оборудуются на три обкладывания.

Преимущества: можно установить низкоомный варикап, электропроводимость низкая, возможность настройки частотности вариантов. Стабильно действуют при повышенной влажности, скоростное преобразование, рыночная цена вполне приемлемая для потребителя.

Классификация по признаку формы на выходе: прямоугольный, синусоидальный и псевдосинусоидальный сигнал.

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.

Подключение

В зависимости от комплектации и оборудования можно выбрать следующие схемы подключения.

С контроллером DC-заряда

Суть схемы в подзарядке АКБ через МРРТ-контроллер. Здесь применяется преобразователь, который поддерживает передачу энергии в сеть или нагрузку, если Uакб больше установленного параметра.

Преимущество решения состоит в эффективности применения альтернативной энергии при частых включениях / выключениях.

Второй момент — возможность подключения солнечной батареи после разряда АКБ.

С преобразователем сетевого или гибридного типа

Здесь на выводах АКБ инвертора смонтирован преобразователь сетевого типа. При этом оба конвертора подключены к разным солнечным источникам питания.

Преобразователь гибридного типа поводится к фотоэлектрическому элементу для заряда АКБ, а сетевой объединяется с главным модулем солнечной батареи.

Особенности:

• необходимость регулировки сетевого инвертора;
• бесперебойность питания вне зависимости от напряжения сети;
• заряд АКБ с выводов;
• работа аккумуляторов по буферному принципу, что продлевает срок их действия.

Общая мощность сетевого устройства должна быть меньше мощности гибридного девайса. В таком случае проще утилизировать электричество от солнечных панелей при разрядке АКБ и выключении питания.

Общие моменты:

1. Длина проводов для постоянного тока не должна быть больше трех метров. Если это необходимо, лучше увеличить соединение АС.
2. Оптимальная установка инвертора — на уровне глаз. Так лучше видны данные с экрана.
3. Устройство нельзя устанавливать в коробке, изготовленной из горючих изделий.

Сферы применения

Инверторы используются в различных ситуациях:

• В дальних поездках обеспечивают возможность подключения к аккумулятору автомобиля необходимых приборов (холодильника, электрических инструментов и т.д.).
• Преобразование энергии, полученной от альтернативных источников (например, от солнечных батарей).

• Резервное энергоснабжение дома на случай неожиданного отключения электричества.
• Источник энергии на загородных участках при отсутствии централизованной электрификации и т.д.

Для выполнения каждой из этих задач выбирают соответствующие модели преобразователей. Чаще всего инверторы 12/220 используются автомобилистами.

Устройства с входным напряжением 12 В и 24 В не являются взаимозаменяемыми!

Другие классификации

Существуют и другие способы узнать, подходит ли зарядное устройство для аккумулятора. Среди распространённых:

По скорости зарядки

Скорость зарядки определяется следующими характеристиками:

• Кондиционирующие – модели, способные эффективно восполнять заряд никель-кадмиевых АКБ, исключая ускоренную деградацию пластин.
• Fast Charge – ЗУ усиленной мощности, способные восполнить ёмкость за 1-2 часа. Такие зарядки совместимы не с каждой моделью техники, например, не подходят для подзарядки свинцово-кислотных источников автономного питания.
• Стандартные – работают в обычном режиме, обеспечивая естественную химическую реакцию. Они малоэффективны, часть затраченной энергии превращается в тепло.

Отличия обычного ЗУ от зарядки Fast Charge.

По методу заряда

ЗУ подают питание на клеммы по определённой схеме. Существуют типы зарядок, использующие сглаженное, постоянное, пульсирующее напряжение. По методу заряда выделяют: постоянный ток, постоянное напряжение, смешанный тип. Какое ЗУ лучше – написано в инструкции к технике.

По назначению

Аккумуляторы разнятся по ёмкости, размерам другим параметров. Выбор АКБ и ЗУ связан с типом устройства, на которое он установлен. Зарядки используются для питания не только съёмных аккумуляторных батарей, но и интегрированных элементов. Как правило, зарядка включена в комплект поставки следующего оборудования:

• смартфоны, планшеты, кнопочные телефоны;
• ноутбуки, хромбуки, макбуки;
• зубные щётки, бритвы, фены, пылесосы;
• повербанки;
• электросамокаты, скутеры, моноколёса,
• и т. д.

Зарядка аккумулятора авто.

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.

Как выполнятся монтаж

Выбирают место, где будут фиксироваться панели. Оценивают факторы:

• тень: следует найти наиболее ярко освещаемый на протяжении всего дня участок;
• ориентация по сторонам света: если объект расположен на севере, модуль располагают лицевой панелью к югу и, наоборот;
• угол наклона: он должен соответствовать широте, в которой находится объект (в зависимости от положения относительно экватора осуществляется коррекция 12°).

Монтаж солнечных панелей

Крепить панели можно на крыше дома или при помощи специальных ферм. В первом случае достаточно зафиксировать профили. К ним уже крепят модули при помощи болтового соединения. Когда же солнечные батареи монтируются на специальных конструкциях (фермах), этапы работ будут отличаться:

1. Выполняется сборка профилей, уголков.
2. Подготавливают болты нужного размера, инструмент.
3. Фиксируют панели так, чтобы не было люфта между ними и опорной конструкцией.

Подключение электроники предполагает необходимость присоединения батареи посредством проводов. Соединяют контроллер, инвертор согласно схеме. На последнем этапе вся конструкция подключается к потребителю (обслуживаемому объекту).

Основные технические характеристики

При выборе типа инвертора и возможности его установки в той или иной схеме электроснабжения, основными параметрами, определяющими выбор, служат его технические характеристики, каковыми являются:

• Мощность – определяет количество нагрузки (приборов и устройств), которое можно подключить к конкретному устройству. Номинальная мощность, указывает на длительно допустимую нагрузку, при подключении которой инвертор способен работать продолжительное время. Максимально допустимая (пиковая) мощность, определяет способность преобразовывать электрический ток не продолжительное время, в моменты запуска электрических двигателей или иных устройств, при включении которых в работу происходит скачек электрического тока (ток запуска).
• Вид выходного сигнала (форма синусоиды) – определяет возможность подключения того или иного оборудования к конкретной модели инвертора. При использовании более дешевых устройств, с квази-синусоидальной формой сигнала по электрическому току, возможны сложности в процессе эксплуатации приборов и агрегатов, чувствительных к качеству электрического тока (отопительные котлы, насосы, электронные устройства).
• Напряжение на входе и выходе – определяет возможность установки с определенным видом солнечных панелей, вырабатывающих электрический ток напряжением 12/24/48 В, и в соответствии с этим, напряжением сети питания потребителей – 220 и 380 В.
• Наличие защитных элементов – зависит от конкретной модели устройства. Основными видами защиты являются – защита от короткого замыкания и перегрузки.
• Дополнительные опции – также зависит от модели устройства. Это может быть установка встроенной розетки, жидкокристаллического дисплея, зарядного устройства и прочих элементов.

Типовые ошибки при выборе солнечных батарей для дома

Собирая себе солнечную электростанцию самостоятельно, чаще всего допускаются ошибки связанные с подбором оборудования, отметим основные из них:

• Не правильно подобранное напряжение аккумуляторов и солнечных батарей, используемых в одной системе;
• Использование ШИМ контроллера с 60 ячейковой солнечной панелью;
• Не учтенный температурный коэффициент, связанный изменением напряжения, при изменении температуры;
• Использование разных аккумуляторов, при последовательном подключении;
• Неверно подобранное сечение перемычек между инвертором и АКБ; 
• Пренебрежение защитными устройствами.

После подбора оборудования ошибки дилетантов не заканчиваются, поскольку впереди монтаж. При установке солнечной электростанции своими руками ошибки чаще допускаются такие:

• Неправильная пространственная установка самих солнечных батарей;
• Падение тени на ячейки от деревьев и соседних построек;
• Неверное подключение оборудования. Если в системе даже всего два АКБ, последовательное соединение могут перепутать с параллельным. Не говоря уже о нескольких АКБ, когда требуется сделать последовательно – параллельное соединение. Это касается и подключения солнечных батарей;
• Плохой контакт в электрических соединениях. Касаемо изготовления перемычек кустарным способом, без применения специального инструмента. Применение скрутки, пайки коннекторов MC4 и другие ненадежные соединения.

Это только самые распространенные ошибки, но на практике их гораздо больше. Если вы решили собирать солнечную электростанцию самостоятельно, проконсультируетесь со специалистами, это поможет избежать ошибки, сэкономить деньги и да, консультацию у нас можно получить бесплатно.

Классификация инверторов

Инверторы могут быть очень большими и массивными, особенно если они имеют встроенные батарейные блоки, поэтому они могут работать автономно. Они также генерируют много тепла, поэтому у них большие радиаторы (металлические плавники) и часто охлаждающие вентиляторы. Самые маленькие инверторы — это более портативные коробки размером с автомобильное радио, которое вы можете подключить к гнезду прикуривателя, чтобы произвести AC для зарядки портативных компьютеров или мобильных телефонов.

Так же, как приборы различаются по мощности, которую они потребляют, инверторы различаются по мощности, которую они производят. Как правило, чтобы быть в безопасности, вам понадобится инвертор, рассчитанный на четверть выше максимальной мощности устройства, которое вы хотите использовать. Это позволяет предположить, что некоторые приборы (например, холодильники и морозильники или люминесцентные лампы) потребляют максимальную мощность при первом включении

Хотя инверторы могут обеспечивать максимальную мощность в течение коротких периодов времени, важно отметить, что они не предназначены для работы на пиковой мощности в течение длительного времени

По принципу действия инверторы делятся на:

• Автономные.
• Инверторы напряжения (АИН).
• Инверторы тока (АИТ).
• Резонансные инверторы (АИР).
• Зависимые (инверторы, ведомые сетью).

Здоровенные приборы в наших домах, которые используют большое количество энергии (такие вещи, как электрические нагреватели, лампы накаливания, чайники или холодильники), не очень заботятся о том, какую форму волны они получают: все, что они хотят, это энергия и как можно больше. Электронные устройства, с другой стороны, намного более суетливы и предпочитают более плавный вход, который они получают от синуидальной волны.

• Многие инверторы работают как автономные устройства с аккумулятором, которые полностью независимы от сети.
• Другие, так называемые утилитарно-интерактивные инверторы или инверторы с привязкой к сетке, специально разработаны для подключения к сети все время. Как правило, они используются для передачи электроэнергии от чего-то вроде солнечной панели обратно в сеть с точно правильным напряжением и частотой.

Это прекрасно, если ваша главная цель — создать собственную силу. Но это не так полезно, если вы хотите иногда быть независимыми от сети, или вам нужен резервный источник питания в случае сбоя, потому что если ваше соединение с сетью опускается, и вы не производите электричество самостоятельно (например, это ночное время, и ваши солнечные панели неактивны), инвертор тоже опускается, и вы полностью без энергии, независимо от того, генерируете ли вы свою силу или нет.

По этой причине некоторые люди используют бимодальные или двунаправленные устройства, которые могут работать как в автономном, так и в сетчатом режиме (хотя и не одновременно). Поскольку у них есть дополнительные части, они, как правило, более громоздки и дороже.

Крупные коммутационные устройства для применений передачи энергии, установленные до 1970 года, преимущественно использовали ртутно-дуговые клапаны. Современные инверторы обычно являются твердотельными (статические инверторы). Современный метод проектирования включает компоненты, расположенные в конфигурации моста H. Этот дизайн также довольно популярен среди небольших потребительских устройств.

Используя трехмерную печать и новые полупроводники, исследователи из Национальной лаборатории Oak Ridge Департамента энергетики создали инвертор мощности, который мог бы сделать электромобили более легкими, более мощными и более эффективными.

Виды солнечных инверторов

Без инвертора энергия, вырабатываемая солнечной системой, будет совершенно бесполезна для бытовых нужд. В зависимости от типа использования существует 3 типа инверторов:

• многофункциональный.
• автономный;
• сеть;

Инверторы первого типа обозначены как «автономные». Они подключены к солнечному модулю, являются частью отдельной фотоэлектрической системы и не имеют контакта с внешней электросетью. Их мощность варьируется от 100 до 8000 Вт.

Синхронные или сетевые инверторы работают синхронно с централизованной энергосистемой. Преобразователи с обозначением «в сети» не только выполняют роль преобразователя, но и корректируют параметры сети, такие как разность амплитуд, частотных показателей и другие.

Галерея изображенийФотографии из Для организации автономной солнечной станции необходим комплект оборудования, одним из компонентов в котором является инвертор. Задача инвертора – преобразовывать постоянный ток, получаемый солнечной солнечной станцией, в переменный ток, необходимый для питания домохозяйства электричество.Неактивно собирать пыль на антресоли. Однако покупать его специально для устройства мини-электростанции на солнечных батареях бесполезно, функций у него больше, чем нужно.Солнечные батареи вырабатывают энергию в среднем на 12 и 24 В, максимум на 48 В требует инвертор. Непрерывность, в пасмурные дни он автоматически переключает систему на питание от централизованной сети, а затем переключает ее обратно в солнечные дни освещение на солнечных батареях. Модульный принцип подключения позволяет использовать группу инверторов вместо устройства, при необходимости питание 380 В ток Нет необходимости иметь трансформатор в цепи инвертора. Поднимите цену и усложните систему. Правда, если нужен качественный сигнал, то лучше с ним купить инверторный аппарат Оборудование для солнечной установки Оборудование для преобразования постоянного тока в переменный Стандартный преобразователь частоты Солнечная система из двух панелей Инверторная с группой непрерывности Эксплуатация солнечной панели без инвертора Возможность использования группы инверторов Инверторное устройство с трансформатором

Если есть проблема во внешней сети, инвертор автоматически отключится. Эти инверторы хранят электричество в батареях.

Если общая мощность используемых в доме приборов меньше, чем потенциальная мощность солнечной системы, избыточная выработка электроэнергии идет во внешние электросети. Если мощности недостаточно для нормальной работы приборов, подзарядка осуществляется извне.

Параметры инвертора на стороне переменного напряжения определяются исходя из суммарного энергопотребления всех устройств, подключенных к электросети потребителя. На стороне постоянного тока инвертор выбирается исходя из номинальной мощности солнечных панелей

При отсутствии напряжения питание осуществляется от заряженного аккумулятора. Если в систему не входят батареи, энергия, производимая солнечной системой, подается в общую сеть.

Сетевые фотоэлектрические инверторы с высокой эффективностью используют энергию солнечных панелей. Они являются гарантией стабильности блока питания и отличаются высоким КПД более 90%

Гибридный или многофункциональный инвертор – надежное оборудование. Он сочетает в себе свойства первых двух конвертеров и имеет большое количество настроек. Это лучший вариант для домашней солнечной станции, но и самый дорогой.

Все существующие солнечные инверторы делятся по типам и выходному напряжению. В зависимости от этого параметра они бывают синусоидальными и меандровыми. Поскольку первый имеет почти такое же выходное напряжение, что и сеть, это хороший вариант, когда в доме есть высокочувствительное оборудование.

Постоянное значение напряжения – гарантия безопасности бытовой техники. Графически форма выходного сигнала такого инвертора синусоидального типа отображается как чистая синусоида.

При использовании оборудования лучшая форма меандра – идеальная грудь

Особенно это важно для телекоммуникационного оборудования, медицинского оборудования, высокоточных измерительных приборов, поэтому, несмотря на высокую цену сложных инверторов, других вариантов в данном случае нет. В его характеристиках производители указывают информацию о форме выходного сигнала

Преобразователи прямоугольных или несинусоидальных сигналов, в отличие от синусоидальных, имеют геометрию выходного сигнала в виде прямоугольных импульсов, так называемый модифицированный синусоидальный сигнал. Инверторы этого типа нельзя использовать для определенных типов нагрузки, но для устройств, использующих активную составляющую мощности, они вполне подходят.