Сонячний інвертор

Сонячний інвертор являє собою пристрій, що дозволяє перетворювати постійний струм, отриманий від сонячних батарей в змінний струм для живлення електроприладів та/або передачі електроенергії в мережу.

Постійний струм, вироблений сончними батареями, може використовуватися і без перетворення, проте на практиці більшість електроприладів та централізована електрична мережа використовують змінний струм. Саме тому сонячний інвертор для фотоелектричної станції практично незамінний в сучасних реаліях.

Основні типи сонячних інверторів

Залежно від типу використання інвертори можна розділити на три основних типи:

Автономні (off grid) – сонячні інвертори, які не підключені до зовнішньої електричної мережі, призначені для автономних фотоелектричних систем;

Мережеві (on grid) – сонячні інвертори, що працюють синхронно із централізованою мережею електропостачання. Крім своїх прямих функцій, такі прилади забезпечують регулювання основних експлуатаційних параметрів мережі: частота напруги, амплітуда тощо. У разі збою живлення інвертор автоматично вимкнеться. Цей тип інверторів підходить для сонячних систем без акумуляторних батарей. Вся вироблена енергія генерується у загальну мережу за «зеленим тарифом».

Гібридний (hybrid) – також відомий як «акумуляторно-мережевий» сонячний інвертор, що поєднує властивості автономних та мережевих пристроїв. Такий інвертор має велику кількість опцій для оптимізації роботи сонячної системи від загальної електричної мережі та за наявності акумуляторних батарей.

Залежно від вихідного сигналу інвертори бувають:

• Інвертори із чистим синусоїдальним вихідним сигналом;
• Інвертори, що генерують квазісинусоїдальний (модифікований синусоїдальний) вихідний сигнал або меандр;

Форма сигналу інвертора – синусоїдальна (ліворуч), модифікований синус (праворуч)

Від інвертора з чистою синусоїдальною (чистий синус) формою можна живити будь-яке навантаження змінного струму. Несинусоїдальні інвертори з прямокутною (меандр) формою напруги не підходять для багатьох видів навантаження, наприклад асинхронних двигунів або трансформаторів. До такого навантаження відносяться холодильники, різні насоси, пральні машини і т.п.

Інвертори з синусоїдальною вихідною напругою дорожчі, ніж квазісинусоїдальні, але висока ціна цілком компенсується якістю отримуваної енергії та меншими втратами.

Потужність сонячного інвертора в залежності від параметрів фотоелектричної системи

Потужність перетворювача, що підбирається, залежить від номінальної потужності сонячних батарей (по стороні постійного струму) і максимальної потужності навантаження всіх електроприладів по стороні змінного струму.

У разі невеликих фотоелектричних установок (до 30 кВт) можна обійтись одним сонячним інвертором відповідної потужності. У разі фотоелектричних систем з більшою потужністю слід встановлювати кілька інверторів, що працюють у каскаді. Це дозволить зменшити ризик простою сонячних панелей у разі виходу з ладу одного перетворювача, також є можливість аналізу роботи кожного окремого приладу та порівняння ефективності кожного з них.

У багатьох джерелах ви можете знайти інформацію про те, що сонячний інвертор на стороні постійного струму повинен бути на 20-30% вище, ніж загальна максимальна потужність сонячних панелей. Однак, практика показує, що такий запас може призвести довтрати продуктивності фотоелектричної установки. Це відбувається внаслідок того, що реальні значення інтенсивності сонячного випромінювання в Україні не так уже й сильно перевищують значення 1000 Вт/м², зазначене в паспортних даних до сонячних батарей. До того ж слід взяти до уваги, що за високих температур (влітку, коли ми маємо максимальну кількість сонячного випромінювання) продуктивність сонячних панелей падає. Також є незначні втрати у дротах і при запиленні сонячних панелей.

Продуктивність інвертора в залежності від завантаження сонячними батареями

Дивлячись на експлуатаційні характеристики сонячних інверторів, можна побачити, що ефективність роботи інвертора знижується в нижньому діапазоні потужності. Очевидне зниження ефективності починається при навантаженні інвертора нижче 30% від номінальної потужності. Оскільки щонайменше 40% сонячного випромінювання потрапляє на сонячні батареї в діапазоні 100 – 400 Вт/м² (в діапазоні більшому за 1000 Вт/м² не більше 10%), то завищення потужності інвертора може призвести до істотного зниження ефективності перетворення струму.

На підставі цих даних, слід приймати потужність інвертора, що дорівнює від 90% до 120% до номінальної потужності сонячних батарей. Краще брати до уваги географічне розташування сонячної фотоелектричної системи (90% на півночі і до 120% на півдні).

Ще один аргумент на користь встановлення менших інверторів – вартість. Перетворювач може становити 30% загального обсягу інвестицій. Його завищення призводить до небажаного збільшення загальної вартості фотоелектричної системи.

Потужність сонячного інвертора в залежності від потужності навантаження

Так само пікова потужність інвертора повинна бути не менше ніж на 20% – 30% більшою аніж сумарна потужность навантаження по стороні змінного струму.

Ця умова необхідна для забезпечення нормальної роботи всіх приладів, що живляться від акумуляторних батарей. Оскільки деякі електричні пристрої (компресори, насосні установки, електродвигуни) мають пускові струми (стартову потужність), що в кілька разів перевищують їхнє номінальне значення (в 2-7 разів). Незважаючи на нетривалий пусковий період, інвертор з недостатньою потужністю не зможе запустити такий прилад. Таким чином, максимальну потужність інвертора (пікову потужність) необхідно підбирати, враховуючи так само пускові струми приладів, що підключаються.

Влаштування сучасного інвертора

Одним з основних критеріїв для оцінки інвертора є його ефективність або нормативний ККД. У інверторів хорошої якості значення ККД може досягати 98%. Під час компонування сонячної системи слід уникати перетворювачів з номінальною ефективністю меншою за 92%.

На додаток до вищенаведених даних при розрахунку сонячного інвертора для сонячних батарей слід звернути увагу на такі параметри: клас захисту IP, кількість виходів, наявність вбудованого сонячного контролера MPPT, гарантійний термін експлуатації тощо. Зараз на ринку представлена велика кількість перетворювачів, які відповідають усім можливим вимогам ефективної роботи фотоелектричної системи будь-якої компонування.