Все популярнее в мире становится альтернативная энергетика. Она постепенно начинает вытеснять традиционные источники энергии, которые в свою очередь не совсем экологичны и экономичны.
Из распространенных видов альтернативной энергии следует выделить солнечную, так как именно она доступна в большинстве мест на земной поверхности по сравнению с другими альтернативными источниками.
Многие считают, что для функционирования солнечной станции нужны только солнечные панели и электросеть. Но не стоит забывать о таком элементе для станции как инвертор напряжения. Он позволяет полноценно работать солнечной станции.
Из предыдущей статьи о солнечных панели нам известно, что они генерируют электричество в виде тока. Этот ток является постоянным (DC). Но в быту большая часть нашей электрической сети потребляет преимущественно переменный ток (AC). Следовательно, мощность постоянного тока, сгенерированная солнечными панелями, должна быть превращена (инвертирована) в переменный ток.
Инвертор представляет собой технически сложный элемент солнечной станции. И его задачей является превращение постоянного сгенерированного тока в переменный. Также внутренняя составляющая отвечает за максимизацию выходной мощности от солнечных панелей (PV). Сам по себе инвертор может иметь разные схемы преобразования, при этом может отличаться форма напряжения на выходе. Из этого можно разделить инверторы на два подвида: с правильной (чистой) синусоидой и модифицированной синусоидой напряжения.
Инверторы с правильной (чистой) синусоидой используют достаточно сложную схему преобразования напряжения. Поэтому их стоимость дороже по сравнению с другим видом. Но мы получаем на выходе сигнал по форме как из сети, и даже лучше. Это обусловлено тем, что в сети происходят перепады по напряжению, а в данном виде инверторов это свойство отсутствует.
Другой подвид инверторов — с модифицированной (апроксимированной) синусоидой напряжения. Для их реализации используется гораздо более простая схема преобразования напряжения, что соответственно является более дешевым вариантом. Для неприхотливой к нагрузке электротехники (мобильных гаджетов, светодиодных ламп) данного варианта будет достаточно. Но если Вам нужно, к примеру, запитать более мощный прибор вроде насоса, компрессора или электродвигателя переменного тока, то следует выбирать вариант инвертора с правильной (чистой) синусоидой.
Инверторы могут быть разделены на три типа по использованию: автономные, сетевые и гибридные.
Сетевые
Данные инверторы синхронизируются с сетью и в основном используются для продажи электроэнергии в сеть по "зеленому тарифу".
Автономные
Под автономным электроснабжением от солнечных батарей подразумевают полную замену сетевого электроснабжения на автономное. Такая схема актуальна для электроснабжения объектов, удаленных от основных линий электропередач, в труднодоступных местах или местах, куда прокладка таких линий невозможна или экономически невыгодна.
При установке такой системы важно учитывать напряжение и емкость аккумуляторной батареи, чтобы обеспечить совместимость всех компонентов и необходимую автономную продолжительность работы. Также должно быть достаточно солнечной энергии для запуска инвертора и зарядки аккумуляторов. Эти нюансы обязательно следует учитывать, чтобы получить на выходе положительный результат.
Гибридные
Следующий вид объединяет в себе два предыдущих типа инверторов. Однако в периоды избыточной выработки электроэнергии дополнительная генерируемая мощность может храниться в подключенной к нему батарее. Это может быть особенно полезно в тех областях, где сеть нестабильна, поскольку накопленная энергия может обеспечить питание при выключении или несоответствующих параметров сети. В большинстве случаев гибридный инвертор не комплектуется АКБ и солнечными панелями – они докупаются отдельно. При этом инвертор выполняет роль главного компонента системы, так как он управляет потоком энергии из разных источников, если у вас их несколько.
При выборе инвертора заранее нужно просчитать, какой объем энергии потребляет Ваша система, чтобы установленный инвертор смог ее покрыть за счет своих характеристик и оборудования, подключенного к нему.
За основу для расчетов возьмем электроприборы из нашего дома. Это будет:
- Электрический чайник мощностью 1300 Вт, работает в среднем 0.1 часа/день
- Холодильник — 80 Вт, 9 часов/день
- Компьютер — 300 Вт, 3 часа/день
- Освещение экономлампы — 10 Вт, 7 шт, 6 часов/день
В проектировании солнечной системы нам нужно узнать общее потребление энергии, которое должно генерироваться системой солнечных панелей PV, для покрытия наших потребностей.
Примечание: За ориентир мы возьмем модель солнечных панелей из предыдущего нашего обзора JSDSOLAR VSMH550-36V-MH.
Для начала рассчитаем общее количество ватт-часов в день для каждого используемого устройства и просуммируем их вместе. Результатом этого станет общее количество потребляемой энергии в день для всех устройств.
(1300 Вт х 0.1 ч) + (80 Вт x 9 ч) + (300 Вт х 3 ч) + (10 Вт х 7 шт х 5 ч) = 2100 Вт·ч/сутки
Далее рассчитаем общее количество Ватт-часов в день, необходимое для генерации модулями солнечных панелей PV. Значение 1.3 выступает в роли коэффициента поправки на реальные условия.
2100 х 1.3 = 2730 Вт·ч/сутки
Для солнечных панелей разные модули будут производить разное количество энергии. Чтобы узнать мощность модулей PV, необходимо ориентироваться на общую потребляемую пиковую мощность.
Вырабатываемая пиковая мощность (Wp) зависит от размера модуля PV и климатических условий. Также следует учитывать "фактор генерации панели". Чтобы определить общий размер PV-модулей солнечных панелей, вычислим следующее.
Мощность, необходимая от модулей PV солнечных панелей. Для этого разделим общее количество ватт-часов в день, на 3.1 (фактор генерации панелей):
2730 Вт·ч/сутки/ 3.1 = 880 Wp
Вычислим количество PV панелей для системы.Для этого разделим полученную Wp на номинальную выходную мощность (ватт-пик) одного модуля, в нашем случае это (модель VSMH550-36V-MH) имеет значение 550. Округлим дробную часть до следующего наибольшего полного числа, это и будет необходимое количество PV-модулей.
880/550 = 2 модуля
В результате мы получим минимальное количество (2 модуля VSMH550-36V-MH по 550 Вт) солнечных панелей PV. Следует отметить, что при установлении большего количества PV-модулей система будет работать более производительно.
При подборе инвертора номинальная входная мощность преобразователя никогда не должна быть ниже общей мощности приборов. Инвертор при этом должен иметь такое же номинальное напряжение, что и аккумулятор (или блок АКБ). Обязательно нужно позаботиться о запасе мощности инвертора, которая должна быть на 25-30% больше, чем общая мощность использования в пиковых ситуациях. При использовании двигателей, насосов или компрессоров типоразмер инвертора должен быть в три раза больше емкости этих приборов. Номинальная мощность инвертора должна быть такой же, как и номинальная мощность солнечных панелей (PV) для обеспечения безопасной и эффективной работы.
1300 + 80х3 + 300 + 10х7 = 1910 Вт
1910 Вт х 1.3 = 2483 Вт
Соответственно, нам подходит гибридный инвертор с мощностью минимум 2.4 кВт. В данном случае можно взять вариант JSDSOLAR J3000L-24, который рассчитан на 3 кВт. Давайте более подробно рассмотрим данную модель (рис. 1).
рис. 1
Данный инвертор совмещает функции обычного солнечного инвертора и сетевого инвертора с функцией хранения энергии. Он предназначен для работы с солнечными панелями, батарейными системами и электрической сетью. Инвертор комплектуется контроллером MPPT заряда от фотопанелей.
Кратко опишем принцип его работы: гибридный солнечный инвертор подключается к солнечным панелям, превращающим солнечную энергию в постоянный ток (DC). Далее инвертор с помощью MPPT контроллера преобразует постоянный ток, полученный от солнечных панелей, в переменный ток (AC), который используется для питания электрических устройств и бытовой техники. При этом он может заряжать аккумуляторные батареи, которые могут подключаться к нему, а затем питать Вашу сеть от них, когда энергия от солнечных панелей перестанет поступать.
Варианты схем подключения данного инвертора для использования (рис. 2):
рис. 2
Данный инвертор имеет экран с функциональными клавишами, кроме того у него присутствуют разные порты для коммутации.(рис. 3):
рис. 3
Для модели J3000L-24 основные параметры приведены в таблице 1.
Характеристики
| Модель | J3000L-24 |
| Режим переменного тока (AC mode) | |
| Номинальное входное напряжение | 220/230 В переменного тока |
| Диапазон входного напряжения | (170~280VAC)±2% (90-280VAC)±2% |
| Частота | 50 Гц/ 60 Гц (автоматическое определение) |
| Эффективность | > 95% |
| Инверторный режим | |
| Номинальная выходная мощность | 3000 Вт |
| Номинальное выходное напряжение (VAC) | 230 В переменного тока |
| Эффективность | > 95% |
| Номинальное входное напряжение аккумулятора | 24 В (минимальное начальное напряжение 22 В) |
| Зарядка переменным током | |
| Тип батареи | Свинцово-кислотный или литиевый аккумулятор |
| Максимальный ток заряда | 80 А |
| Диапазон напряжения заряда | 20 В постоянного тока (VDC) ~ 33 В постоянного тока (VDC) |
| PV зарядка (от солнечных панелей) | |
| Максимальное напряжение холостого хода PV | 100 В постоянного тока (VDC) |
| Диапазон напряжений MPPT | 30-85 В постоянного тока (VDC) |
| Диапазон напряжения аккумулятора | 18-33 В постоянного тока (VDC) |
| Максимальная выходная мощность | 1600 Вт |
| Диапазон зарядного тока PV | 0-60 А |
| Сертифицированные спецификации | |
| Диапазон рабочих температур | - 15°C ~ 55°C |
| Диапазон температур хранения | - 25°C ~ 60°C |
| Диапазон влажности | От 5% до 95% (адаптивная защита покрытия) |
| Интерфейс связи | USB/RS-485/Wi-Fi |
| Размеры (ДxШxГ) | 385x312x103 мм |
| Вес (кг) | 6.9 |
Таблица 1
Из функционала данного инвертора следует выделить следующее:
- Чистая синусоида
- Работа инвертора без аккумулятора
- Встроенный MPTT-контроллер
- Настраиваемый диапазон входного напряжения для бытовой техники и ПК с отображением на ЖК-дисплее
- Настройка тока заряда аккумулятора в зависимости от режима использования с помощью ЖК-дисплея
- Функция холодного запуска
- Автоматический перезапуск при возобновлении работы электросети после отключения
- Защита от перегрузки/перегрева/короткого замыкания
- Умная конструкция зарядного устройства для оптимизации производительности аккумулятора
- Параллельная работа до 9 устройств
- Совместимость с сетевым напряжением или питанием от генератора
Использование
Данную модель инвертора можно рассматривать в системе радиосвязи для сфер электроэнергетики, производства и сфере потребительской электроники в приборах ежедневного пользования. Также возможны другие варианты использования, но не стоит забывать о номинальной мощности 3 кВт. Если вам нужен более мощный вариант, то можно рассмотреть модель JSDSOLAR J5500HP, которая рассчитана на мощность 5.5 кВт.
Выводы
Солнечная электрическая система — это очень надежный и чистый источник электроэнергии. Существует множество нюансов, которые следует учитывать при выборе солнечных панелей, инвертора и батарей для Вашего использования.
Начальная стоимость гибридного инвертора достаточно высока, но это компенсируется возможностью дальнейшего более гибкого использования Вашей сгенерированной энергии.
Инвертор управляет всей солнечной станцией, защищает от короткого замыкания, перегрева и нагрузки в Вашей локальной системе энергопитания объекта. Инвертор имеет связь с батареей, обеспечивающей соответствующий контроль энергии.
Гибридные инверторы на практике доказывают свою надежность при работе в различных сетях. Компания JSDSOLAR в своих гибридных инверторах выделяет следующие особенности и преимущества:
1. Интеллектуальное управление: Гибридные инверторы JSDSOLAR используют передовые алгоритмы управления, оптимизирующие генерацию, хранение и использование энергии (рис. 4). В результате солнечная энергия используется эффективно, а зависимость от сети уменьшается.
рис. 4
2. Высокая эффективность: Инверторы JSDSOLAR характеризуются высоким коэффициентом преобразования, позволяющим максимально использовать солнечную энергию и уменьшить потери энергии в процессе преобразования.
3. Надежность и долговечность: Продукты JSDSOLAR проходят множество тестов и проверок на производстве (рис. 5), чтобы обеспечить стабильную работу системы в течение длительного периода времени. Это делает их надежным решением для использования в жилых и коммерческих солнечных установках.
рис. 5
4. Гибкость и масштабируемость: Многие модели гибридных инверторов JSDSOLAR являются гибкими и масштабируемыми, что позволяет пользователям адаптировать систему к различным потребностям и условиям установки (рис. 2).
5. Интеграция с сетью и системами хранения: Инверторы JSDSOLAR легко интегрируются в сетевую инфраструктуру и системы хранения энергии, обеспечивая стабильное и надежное электроснабжение.
