Дедалі популярнішою у світі стає альтернативна енергетика. Вона поступово починає витісняти традиційні джерела енергії, які в свою чергу є не зовсім екологічними та економічними.
З поширених видів альтернативної енергії варто виділити сонячну, так як саме вона є доступною в більшості місць на земній поверхні в порівнянні з іншими альтернативними джерелами.
Багато хто вважає, що для функціонування сонячної станції потрібні лише сонячні панелі та електромережа. Але не варто забувати про такий елемент для станції як інвертор напруги. Він дозволяє повноцінно функціонувати сонячній станції.
З попередньої статті про сонячні панелі нам відомо, що вони генерують електрику у вигляді струму. Цей струм є постійним (DC). Але в побуті більша частина нашої електричної мережі споживає переважно змінний струм (AC). Отже, потужність постійного струму, згенерована сонячними панелями, повинна бути перетворена (інвертована) в змінний струм.
Інвертор є технічно складним елементом сонячної станції. І його завданням є перетворення постійного згенерованого струму у змінний. Також внутрішня складова відповідає за максимізування вихідної потужністі від сонячних панелей (PV). Сам по собі інвертор може мати різні схеми перетворення, то ж при цьому може відрізнятись форма напруги на виході. З даної фрази можна поділити інвертори на два підвиди: з правильною (чистою) синусоїдою та модифікованою синусоїдою напруги.
Інвертори з правильною (чистою) синусоїдою застосовують досить складну схему перетворення напруги. Тому їх вартість є дорожчою в порівнянні з іншим видом. Але при цьому ми отримуємо на виході сигнал за формою як із мережі, та навіть краще. Це обумовлено тим, що у мережі відбуваються перепади по напрузі, а в даному виді інверторів ця властивість відсутня.
Інший підвид інверторів — з модифікованою (апроксимованою) синусоїдою напруги. Для їх реалізації використовується значно простіша схема перетворення напруги, що відповідно є дешевшим варіантом. Для невибагливої до навантаження електротехніки (мобільних гаджетів, світлодіодних ламп) даного варіанту буде достатньо. Але якщо Вам потрібно для прикладу заживити більш потужний пристрій на кшталт насосу, компресора, або електродвигун змінного струму, то варто вибирати варіант інвертора з правильною (чистою) синусоїдою.
Інвертори можуть бути розділені на три типи за використанням: автономні, мережеві і гібридні.
Мережеві
Дані інвертори синхронізуються з мережею і в основному використовуються для продажу електроенергії в мережу за "зеленим тарифом".
Автономні
Під автономним електропостачанням від сонячних батарей розуміють повну заміну мережевого електропостачання на автономне. Така схема актуальна для електропостачання об'єктів віддалених від основних ліній електропередач, в важкодоступних місцях або місцях, куди прокладка таких ліній неможлива або економічно невигідна.
При установці такої системи важливо враховувати напругу і ємність акумуляторної батареї, щоб забезпечити сумісність всіх компонентів і необхідну автономну тривалість роботи. Також має бути досить сонячної енергії для запуску інвертора і зарядки акумуляторів. Ці нюанси обов’язково потрібно враховувати, щоб отримати на виході позитивний результат.
Гібридні
Наступний вид об'єднує в собі два попередні типи інверторів. Однак в періоди надлишкового вироблення електроенергії додаткова генерована потужність може зберігатися в батареї, яка підключена до нього. Це може бути особливо корисно в тих областях, де мережа нестабільна, оскільки накопичена енергія може забезпечити живлення під час виключення або невідповідних параметрів мережі. В більшості випадків гібридний інвертор не комплектується АКБ і сонячними панелями — вони докуповуються окремо. При цьому інвертор виконує роль головного компоненту системи, так як він керує потоком енергії з різних джерел, якщо у Вас їх декілька.
При виборі інвертору заздалегідь потрібно прорахувати, який об’єм енергії буде споживати Ваша система, щоб установлений інвертор зміг її покрити за рахунок своїх характеристик та устаткування підключеного до нього.
За основу для розрахунків візьмемо електроприлади з нашого дому. Це буде:
- Електричний чайник потужністю 1300 Вт, працює в середньому 0.1 години/день
- Холодильник — 80 Вт, 9 годин/день
- Комп’ютер — 300 Вт, 3 години/день
- Освітлення економлампи — 10 Вт, 7 шт, 6 годин/день
В проектуванні сонячної системи нам потрібно з'ясувати загальне споживання енергії, яке має генеруватися системою сонячних панелей PV, для покриття наших потреб.
Примітка: За орієнтир ми візьмемо модель сонячних панелей з попереднього нашого огляду JSDSOLAR VSMH550-36V-MH.
Для початку розрахуємо загальну кількість ват-годин на день для кожного використовуваного пристрою та підсумуємо їх разом. Результатом цього стане загальна кількість споживаної енергії в день для всіх приладів.
(1300 Вт х 0.1 г) + (80 Вт x 9 г) + (300 Вт х 3 г) + (10 Вт х 7 шт х 5 г) = 2100 Вт·г/добу
Далі розрахуємо загальну кількість Ват-годин на день, необхідну для генерації модулями сонячних панелей PV. Значення 1.3 виступає в ролі коефіцієнта поправки на реальні умови.
2100 х 1.3 = 2730 Вт·г/добу
Для сонячних панелей різні модулі будуть виробляти різну кількість енергії. Щоб дізнатися потужність модулів PV, потрібно орієнтуватися на загальну споживану пікову потужність.
Вироблена пікова потужність (Wp) залежить від розміру модуля PV та кліматичних умов. Також повинен враховуватись "фактор генерації панелі". Щоб визначити загальний розмір PV-модулів сонячних панелей, обчислимо наступне.
Потужність, необхідна від модулів PV сонячних панелей. Для цього розділимо загальну кількість ват-годин на день, на 3.1 (фактор генерації панелей):
2730 Вт·г/добу / 3.1 = 880 Wp
Розрахуємо кількість PV панелей для системи. Для цього розділимо отриману Wp на номінальну вихідну потужність (ват-пік) одного модуля, у нашому випадку це (модель VSMH550-36V-MH) має значення 550. Округлимо дробову частину до наступного найбільшого повного числа, це і буде необхідна кількість PV-модулів.
880/550 = 2 модулі
В результаті ми отримаємо мінімальну кількість (2 модулі VSMH550-36V-MH по 550 Вт) сонячних панелей PV. Варто зазначити, що при встановлені більшої кількості PV-модулів система буде працювати більш продуктивніше.
При підборі інвертора номінальна вхідна потужність перетворювача ніколи не повинна бути нижче, ніж загальна потужність приладів. Інвертор при цьому повинен мати таку ж номінальну напругу, що і акумулятор (або блок АКБ). Обов’язково потрібно подбати про запас потужності інвертора, яка має бути на 25-30% більше, ніж загальна потужність використання у пікових ситуаціях. При використанні двигунів, насосів або компресорів типорозмір інвертора повинен бути в 3 рази більше ємності цих приладів. Номінальна потужність інвертора повинна бути такою ж, як і номінальна потужність сонячних панелей (PV), щоб забезпечити безпечну і ефективну роботу.
1300 + 80х3 + 300 + 10х7 = 1910 Вт
1910 Вт х 1.3 = 2483 Вт
Відповідно, нам підходить гібридний інвертор з потужністю мінімум 2.4 кВт. В даному випадку можна взяти варіант JSDSOLAR J3000L-24, який розрахований на 3 кВт. Давайте більш детальніше розглянемо дану модель (мал. 1).
мал. 1
Даний інвертор поєднує функції звичайного сонячного інвертора та мережевого інвертора з функцією зберігання енергії. Він призначений для роботи із сонячними панелями, батарейними системами та електричною мережею. Інвертор комплектується MPPT контролером заряду від фотопанелей.
Коротко опишемо принцип його роботи: гібридний сонячний інвертор підключається до сонячних панелей, які перетворюють сонячну енергію на постійний струм (DC). Далі інвертор за допомогою MPPT контролера перетворює постійний струм, отриманий від сонячних панелей, в змінний струм (AC), який використовується для живлення електричних пристроїв та побутової техніки. При цьому він може заряджати акумуляторні батареї, які можуть підключатись до нього, і потім живити Вашу мережу від них, коли енергія від сонячних панелей перестане поступати.
Варіанти схем підключення даного інвертора для використання (мал. 2):
мал. 2
Даний інвертор має екран з функціональними клавішами, крім цього в нього присутні різноманітні порти для комутації (мал. 3):
мал. 3
Для моделі J3000L-24 основні параметри приведені в таблиці 1.
Характеристики
| Модель | J3000L-24 |
| Режим змінного струму (AC mode) | |
| Номінальна вхідна напруга | 220/230 В змінного струму |
| Діапазон вхідної напруги | (170~280VAC)±2% (90-280VAC)±2% |
| Частота | 50 Гц/ 60 Гц (автоматичне визначення) |
| Ефективність | > 95% |
| Інверторний режим | |
| Номінальна вихідна потужність | 3000 Вт |
| Номінальна вихідна напруга (VAC) | 230 В змінного струму |
| Ефективність | > 95% |
| Номінальна вхідна напруга акумулятора | 24 В (мінімальна початкова напруга 22 В) |
| Заряджання змінним струмом | |
| Тип батареї | Свинцево-кислотний або літієвий акумулятор |
| Максимальний струм заряду | 80 А |
| Діапазон напруги заряду | 20 В постійного струму (VDC) ~ 33 В постійного струму (VDC) |
| PV зарядка (від сонячних панелей) | |
| Максимальна напруга холостого ходу PV | 100 В постійного струму (VDC) |
| Діапазон напруг MPPT | 30-85 В постійного струму (VDC) |
| Діапазон напруги акумулятора | 18-33 В постійного струму (VDC) |
| Максимальна вихідна потужність | 1600 Вт |
| Діапазон зарядного струму PV | 0-60 А |
| Сертифіковані специфікації | |
| Діапазон робочих температур | - 15°C ~ 55°C |
| Діапазон температур зберігання | - 25°C ~ 60°C |
| Діапазон вологості | Від 5% до 95% (адаптивний захист покриття) |
| Інтерфейс зв'язку | USB/RS-485/Wi-Fi |
| Розмір (ДxШxГ) | 385x312x103 мм |
| Вага (кг) | 6.9 |
Таблиця 1
З функціоналу даного інвертора варто виділити наступне:
- Чиста синусоїда
- Робота інвертора без акумулятора
- Вбудований MPTT-контролер
- Налаштовуваний діапазон вхідної напруги для побутової техніки та ПК з відображенням на РК-дисплеї
- Налаштування струму заряду акумулятора в залежності від режиму використання за допомогою РК-дисплея
- Функція холодного запуску
- Автоматичний перезапуск під час відновлення роботи електромережі після відключення
- Захист від перевантаження/перегріву/короткого замикання
- Розумна конструкція зарядного пристрою для оптимізації продуктивності акумулятора
- Паралельна робота до 9 пристроїв
- Сумісність з мережевою напругою або живленням від генератора
Використання
Дану модель інвертора можна розглядати в системи радіозв'язку для сфер електроенергетики, виробництва та сфері споживчої електроніки у приладах щоденного користування. Також можливі інші варіанти використання, але не варто забувати про номінальну потужність 3 кВт. Якщо Вам потрібний більш потужний варіант, то можна розглянути модель JSDSOLAR J5500HP, яка розрахована на потужність 5.5 кВт.
Висновки
Сонячна електрична система — це дуже надійне і чисте джерело електроенергії. Існує безліч нюансів, які слід враховувати, при виборі сонячних панелей, інвертора та батарей для Вашого використання.
Початкова вартість гібридного інвертора досить висока, але це компенсується можливістю подальшого більш гнучкого використання Вашої згенерованої енергії.
Інвертор керує всією сонячною станцією, захищає від короткого замикання, перегріву та навантаження у Вашій локальній системі енергоживлення об'єкта. Інвертор має зв'язок з батареєю, що забезпечує відповідний контроль енергії.
Гібридні інвертори на практиці доводять свою надійність при роботі в різних мережах. Компанія JSDSOLAR у своїх гібридних інверторах виділяє наступні особливості та переваги:
1. Інтелектуальне керування: Гібридні інвертори JSDSOLAR використовують передові алгоритми управління, які оптимізують генерацію, зберігання та використання енергії (мал. 4). В результаті сонячна енергія використовується ефективно, а залежність від електромережі зменшується.
мал. 4
2. Висока ефективність: Інвертори JSDSOLAR характеризуються високим коефіцієнтом перетворення, що дозволяє максимально використовувати сонячну енергію і зменшити втрати енергії в процесі перетворення.
3. Надійність і довговічність: Продукти JSDSOLAR проходять безліч тестів та перевірок на виробництві (мал. 5), щоб забезпечити стабільну роботу системи протягом тривалого періоду часу. Це робить їх надійним рішенням для використання в житлових і комерційних сонячних установках.
мал. 5
4. Гнучкість і масштабованість: Багато моделей гібридних інверторів JSDSOLAR є гнучкими та масштабованими, що дозволяє користувачам адаптувати систему до різних потреб і умов установки (мал. 2).
5. Інтеграція з мережею та системами зберігання: Інвертори JSDSOLAR легко інтегруються в мережеву інфраструктуру та системи зберігання енергії, забезпечуючи стабільне та надійне електропостачання.
