Инвертор представляет собой устройство позволяющее преобразовывать постоянный ток, полученный от солнечных батарей в переменный ток.

Постоянный ток, выработанный фотоэлектрической установкой, может использоваться и без преобразования, однако на практике большинство электроприборов и централизованная электрическая сеть используют переменный ток. Именно поэтому инвертор для солнечных батарей практически незаменим.

Основные типы инверторов для солнечных батарей

В зависимости от типа использования инверторы можно разделить на три основных типа:

  • Автономные (off grid) – инверторы, не подключенные к внешней электрической сети, предназначены для автономных фотоэлектрических систем;
  • Сетевые (on grid) – инверторы, работающие синхронно с централизованной сетью электроснабжения. Кроме своих прямых функций такие приборы обеспечивают регулировку основных эксплуатационных параметров сети: частота напряжения, амплитуда и т.д. В случае сбоя питания инвертор автоматически выключится. Данный тип инверторов подходит для солнечных систем без аккумуляторных батарей. Вся выработанная энергия генерируется в общую сеть по «зеленому тарифу».
  • Гибридный (hybrid) – еще называемый «аккумуляторно-сетевой» преобразователь, совмещающий свойства автономных и сетевых устройств. Такой инвертор имеет большое количество настроек для оптимизации работы солнечной системы от общей электрической сети и при наличии аккумуляторных батарей.

Каскадное подключение инверторов SMA

В зависимости от выходного сигнала инверторы бывают:

  • Инверторы с чистым синусоидальным выходным сигналом;
  • Инверторы, генерирующие квазисинусоидальный (модифицированный синусоидальный) выходной сигнал или меандр;

форма сигнала инвертора

Форма сигнала инвертора — синусоидальная (слева), модифицированный синус (справа)

От  инвертора с чистой синусоидальной (чистый синус)  формой можно питать любую нагрузку переменного тока. Несинусоидальные инверторы с прямоугольной (меандр) формой напряжения не подходят для многих видов нагрузки, например, асинхронных двигателей или трансформаторов. К такой нагрузке относятся так же холодильники, различные насосы, стиральные машины и т.п.

Инверторы с синусоидальным выходным напряжением дороже, чем квазисинусоидальные, но высокая цена вполне компенсируется качеством получаемой энергии и меньшими потерями.

Мощность инвертора в зависимости от параметров фотоэлектрической системы

Мощность подбираемого преобразователя зависит от номинальной мощности солнечных батарей (по стороне постоянного тока) и максимальной мощности нагрузки по стороне переменного тока.

В случае небольших фотоэлектрических установок (до 5 кВт) можно обойтись одним инвертором соответствующей мощности. В случае фотоэлектрических систем с большей мощностью следует устанавливать несколько инверторов работающих в каскаде. Это позволит уменьшить риск простоя солнечных панелей в случае выхода из строя одного преобразователя, так же есть возможность анализа работы каждого отдельного прибора и сравнение эффективности каждого из них.

Во многих источниках, вы можете найти информацию о том, что  инвертор для солнечных батарей на стороне постоянного тока должен быть на 20-30% выше, чем общая максимальная мощность солнечных панелей. Однако практика показывает, что такой запас может привести к снижению производительности фотоэлектрической установки. Это происходит в результате того, что реальные значения интенсивности солнечного излучения в Украине не так уж и сильно превышают значение 1000 Вт/м²  указанное в паспортных данных к солнечным батареям. К тому же следует принять во внимание, что при высоких температурах (в летнее время, когда мы имеем максимальное количество солнечного излучения) производительность солнечных панелей падает. Так же имеются незначительные потери в проводах и при запылении солнечных панелей.

Производительность инвертора

Производительность инвертора в зависимости от загрузки солнечными батареями

Глядя на эксплуатационные характеристики преобразователей можно увидеть, что эффективность работы инвертора снижается в нижнем диапазоне мощности. Явное снижение эффективности начинается при нагрузке инвертора ниже 30% от номинальной мощности. Поскольку, по меньшей мере, 40% солнечного излучения попадает на солнечные батареи в диапазоне 100 – 400 Вт/м²  (в диапазоне большем 1000 Вт/м² не более 10%) то завышение мощности инвертора может привести к существенному снижению эффективности преобразования тока.

На основании этих данных, следует принимать мощность инвертора равной  значению от 90% до 120% к номинальной мощности солнечных батарей. Лучше принимать во внимание  географическое расположение солнечной фотоэлектрической системы (90% на севере и до 120% на юге).

Еще один аргумент в пользу установки меньших инверторов — стоимость. Преобразователь может составлять 30% от общего объема инвестиций. Его завышение приводит к нежелательному увеличению общей стоимости фотоэлектрической системы.

Мощность инвертора в зависимости от мощности нагрузки

Так же  пиковая мощность инвертора должна быть не менее чем на 20% — 30% больше чем суммарная мощность нагрузки по стороне переменного тока. Это условие необходимо для обеспечения нормальной работы всех приборов питающихся от аккумуляторных батарей. Поскольку некоторые электрические устройства (компрессоры, насосные установки, электродвигатели) имеют пусковые токи (стартовую мощность), в несколько раз превышающие их номинальное значение (в 2-7 раз). Несмотря на непродолжительный пусковой период, инвертор с недостаточной мощностью не  сможет запустить такой прибор. Таким образом, максимальную мощность инвертора (пиковую мощность) необходимо подбирать, учитывая так же пусковые токи подключаемых приборов.

Устройство современного инвертора

Устройство современного инвертора

Одним из основных критериев для оценки инвертора является его эффективность или  нормативный КПД.  У инверторов хорошего качества значение КПД может достигать 98%. Во время компоновки солнечной системы следует избегать преобразователи с номинальной эффективностью меньшей 92%.

Вдобавок к вышеперечисленным данным при выборе инвертора для солнечных батарей следует обратить внимание на следующие параметры: класс защиты IP, число выходов, наличие встроенного солнечного контроллера MPPT, гарантийный срок эксплуатации и т.д. Сейчас на рынке представлено большое количество преобразователей, отвечающие всем возможным требованиям для эффективной работы фотоэлектрической системы любой компоновки.