Выбор аккумуляторов для солнечной батареи
Допустим, нам необходим 1 день для гарантированного запаса электрической энергией. Для этого разделим общее потребление на напряжение и учтем при этом потери в инверторе (20%).
С=4800/24×1,2=240А·ч.
Я остановился на гелевых герметизированных аккумуляторах емкостью 200 А·ч и напряжением 12В. Для герметизированных необслуживаемых аккумуляторов глубина разряда не должна превышать 30-40%. Учтем это.
240/0,4=600А·ч.
Теперь разделим:
600/200=3 шт.
Стоимость одного такого аккумулятора составит порядка 580$. Несмотря на то, что производители рекомендуют гелевые аккумуляторы, думаю можно использовать более дешевые варианты, например автомобильные.
Есть еще один момент, который нужно учитывать, это температурный коэффициент. Помимо разрядки аккумулятора значение емкости перемножают и на этот коэффициент. Я предполагал, что этот коэффициент равен 1. Значение же коэффициентов можно посмотреть в таблице.
| Температура воздуха,С | Значение температурного коэффициента |
| -6,7 | 1,59 |
| -1,1 | 1,40 |
| 4,4 | 1,30 |
| 10,0 | 1,19 |
| 15,6 | 1,11 |
| 21,2 | 1,04 |
| 26,7 | 1,0 |
Пока не будем делать заключение, сделаем это в следующей статье, где мы немного поговорим о выборе контроллера, а также подобьем общую стоимость всей системы. Подписывайтесь на рассылку, чтобы быть в курсе новостей сайта.
На закуску – видео по подключению аккумуляторов разной емкости (12В)
Гибридный инвертор: оценка возможностей
Использование возобновляемой энергии солнца в комбинации с централизованным электроснабжением дает ряд преимуществ. Нормальное функционирование гелиосистемы невозможно без одного из ключевых элементов – инвертора.
Инвертор гелиосистемы – устройство для конвертации постоянного тока (DC), поступающего от фотоэлектрических панелей, в переменную электроэнергию. Именно на токе напряжением 220 В работает бытовая техника. Без инвертора выработка энергии бессмысленна.
Провести оценку возможностей гибридной модели лучше в сравнении с особенностями работы его ближайших конкурентов – автономных и сетевых «конвекторов».
Сетевой инвертор. Устройство работает на нагрузки общей электросети. Выход от преобразователя подсоединен к потребителям электроэнергии, сети АС. Схема отличается простотой, но имеет несколько ограничений:
- работоспособность при доступности переменного тока в сети;
- напряжение электросети должно быть относительно стабильным и соответствовать рабочему диапазону преобразователя.
Разновидность востребована в частных домах с действующим «зеленым» тарифом на электрификацию.
Днем при минимальном энергопотреблении, выработанный ток поступает в сеть по «зеленым» расценкам, с вечера до утра здание «подпитывается» от централизованного снабжения электричеством
Автономный инвертор. Прибор запитывается от аккумулятора, который получает заряд от солнечных панелей через МРРТ-контроллер. В системе используются батареи разных типов, в том числе высокотехнологичные литиевые аккумуляторы.
При максимальном «наполнении» аккумулирующего устройства излишек электроэнергии передается на вход инвертора, выход которого подсоединен с конечными потребителями АС. В случае недостатка солнечной активности энергия берется из аккумуляторных батарей и проходит «конвертацию» через инвертор напряжения.
Особенности работы автономной установки:
- возможность независимой работы при отсутствии сетевого переменного тока;
- некоторые модели поддерживают режим функционирования по «зеленому» тарифу;
- КПД установок – 90-93%.
Для обеспечения абсолютной автономности объекта требуется точный расчет мощности гелиопанелей и достаточная энергоемкость аккумулятора.
Вариант независимого использования инвертора без включения в систему централизованного сетевого подключения. Автономный преобразователь востребован в местности с полным отсутствием или низким качеством подачи электричества
Гибридный инвертор. Модель отличается от выше описанных устройств особой «архитектурой» изготовления. Внутри предусмотрена особая электросхема, позволяющая в режиме преобразователя параллельно функционировать с источником тока (сетью, генератором).
Одновременно идет питание нагрузки от центральной сети и солнечных батарей, при этом функция приоритета отведена поставщику постоянного тока.
Гибридный преобразователь позволяет максимально эффективно потреблять энергию солнца, не переключаясь с сети электроснабжения от центральной станции или генератора
Конкурентные преимущества заложены в многофункциональности инверторов гибридного типа:
- Сеть – своего рода вместительный аккумулятор с КПД в 100%. Все излишки, выработанные фотоэлектрическими пластинами можно перенаправить в центральную сеть по «зеленому» тарифу.
- Обеспечение бесперебойного питания. При отключении основного электропитания система перестраивается в автономный режим, защищая всех потребителей от «скачков» напряжения.
- Повышение лимита мощности сети при пиковых нагрузках за счет добавления энергии от аккумуляторно-инверторного комплекса.
При спаде потребления гелиокомплекс переход в режим зарядки и через время вновь готов к использованию. Функция удвоенной мощности может обозначаться: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.
Добавление мощности происходит по следующим принципам:
- если используемая мощность ниже предельного сетевого потребления, то кроме питания нагрузки осуществляется заряд аккумулирующей батареи;
- в отсутствии напряжения в сети расходуется электроэнергия, полученная от аккумулятора и преобразованная инвертором;
- если нагрузка превышает граничное значение мощности сети, то недостаток восполняется аккумулированной электроэнергией от солнечной батареи.
Перечисленные режимы работы способны поддерживать гибридные модели с зарядным устройством.
Некоторые многофункциональные инверторы рассчитаны на одновременное подключение нескольких линий переменного тока для автоматического ввода резерва. Высокотехничные модели самостоятельно регулируют заряд аккумулятора
Критерии выбора преобразователя
При выборе такого элемента гелиосистемы как инвертор важна не только геометрия сигнала на выходе, но и его мощность. Специалисты советуют укомплектовывать солнечные батареи преобразователями, номинальная мощность которых выше суммарной мощности, имеющейся в томе техники, процентов на 25 – 30.
Необходимо также учитывать нагрузку, возникающую при единовременном включении нескольких приборов с большой пусковой мощностью.
Еще одним критерием при выборе инвертора является его КПД, определяющей потери энергии на сопутствующие процессы. В зависимости от модели он имеет разное значение, находящееся в пределах 85-95%. Оптимальный выбор — КПД не ниже 90%.
Инверторы бывают как однофазными, так и трехфазными. Первые отличаются более низкой стоимостью, но выбор их оправдан, когда потребляемая мощность составляет менее 10 кВт. Величина напряжения у них составляет 220В, а частота 50Гц. Трехфазные инверторы имеют диапазон напряжений более широкий — 315, 400, 690В.
Производители качественного оборудования укомплектовывают свои изделия трансформаторами выхода. Существует зависимость между весом инвертора и его техническими характеристиками — если на каждый кг его массы приходится 100 Вт мощности, значит, трансформатор включен в его схему
Разным может быть и количество инверторов в системе. В этом вопросе следует руководствоваться следующими рекомендациями: если мощность солнечных батарей не превышает 5 кВт, то для такой системы достаточно одного инвертора. Для батарей большей мощности может потребоваться 2 и больше инвертора. Оптимально, когда один инвертор приходится на каждые 5 кВт.
Для работы в сети, сочетающей использование стандартной электроэнергии и энергии, поставляемой солнечными батареями, применяются гибридные инверторы. С особенностями устройства и правилами их выбора ознакомит рекомендуемая нами статья.
Преобразователи могут отличаться друг от друга схемами, геометрией выходного сигнала, другими определяющими величинами. Отдельные преобразователи комплектуют зарядными устройствами. Если выйдет со строя один из инверторов, система не прекратит свою работу.
Отличия от ББП
Начинающие пользователи, да и некоторые консультанты в магазинах, часто путают гибридные инверторы и блоки бесперебойного питания (БПП).
Несмотря на множество схожих черт, эти устройства имеют много индивидуальных особенности.
Главные отличия:
- БПП — инвертор со встроенным зарядным устройством. Первоначально расходуется энергия, полученная от фотоэлементов, а при ее дефиците система переводится на питание от сети. В таком блоке нет схемы, позволяющей параллельно использовать электричество от сети и энергию АКБ. Они предназначен для раздельного питания и переводятся на другой режим работы в определенных обстоятельствах. Минус в том, что из-за частых переключений АКБ быстро изнашивается. Кроме того, в бюджетных моделях БПП нет опции регулирования максимального напряжения.
- Гибридные инверторы — более продвинутое оборудование, лишенное таких минусов. Устройство само настраивается на нужную мощность и может параллельно работать с разными источниками питания. При желании можно установить приоритет на AC или DC. В некоторых моделях можно лимитировать мощность от бытовой электросети.
Гибридные инверторы выгодно отличаются от БПП. Они имеют больший ресурс и способны параллельно работать от разных источников, обеспечивая бесперебойное питание.
Критерии выбора
Главный вопрос для многих покупателей — как правильно выбрать гибридный инвертор
Чтобы не ошибиться в покупке, важно учесть несколько критериев
Производитель
Первое, чему необходимо уделить внимание — производитель специального оборудования. Во избежание преждевременных поломок желательно покупать модели проверенных производителей
Наиболее популярные бренды:
- ABi-Solar10 (Тайвань).
- А-электроника (Россия, г. Новосибирск), выпускает инвертеры PROGRESS.
- Altek (Украина).
- Axioma Energy (Украина).
- EYEN (Китай).
- Growatt (Китай).
- INVT (Китай).
- LogicPower (Украина).
- Sila.
- MUST Power и другие.
В продаже легко найти модели и других производителей — Sila, Sofar Solar, OPTI-Solar, Q-Power, Stark Pro и т. д.
Мощность
При выборе гибридного инвертора важно учесть максимальную нагрузку на сеть и потенциальное время автономной работы. Важно учесть, что в пусковом режиме многие устройства потребляют больше тока
Это характерно для холодильников, стильных машин и другого оборудования с двигателями.
Диапазон мощностей от 500 Вт до 60 кВт. Для бытовых целей достаточно маломощных устройств на 3-5 кВт.
Напряжение АКБ
В распоряжении покупателей четыре варианта гибридных инверторов, отличающихся по напряжению аккумулятора — на 12, 24, 48 и 384В. Наибольшее распространение получили первые два. Что касается 48-вольтовых и 348-вольтовых устройств, они используются в промышленной сфере.
Степень защиты
Надежный гибридный инвертор должен иметь несколько ступеней, обеспечивающих защиту оборудования.
На сегодня доступны следующие варианты:
- принудительное охлаждение;
- предупреждение попадания внутрь влаги и пыли;
- прочие виды защиты.
Показатель защиты аппаратуры указывается с учетом нормы IES 952. Для эксплуатации на открытом пространстве подходят устройства с показателем IP 65. Они отличаются достаточной стойкостью, надежностью и устойчивостью к влаге.
В продаже доступны модели с одним, двумя, двойными, квадро или тройными выходами.
Тип контроллера
В продаже представлены гибридные инверторы с двумя видами контроллеров — МРРТ и ШИМ. Последний тип считается устаревшим вариантом и применяется редко. По функциональности и возможностям он уступает МРРТ, имеет большую точность алгоритмов и высокую эффективности работы.
Рабочая температура, вес и размеры
При покупке обратите внимание на диапазон температур, заявленных производителем
Это особенно важно, если вы планируете монтаж гибридного инвертора вне помещения
Не менее важный фактор — масса изделия. Считается, что чем больше оно весит, тем выше его качество, и тем больше мощность. Большая масса свидетельствует о наличии в составе оборудования преобразователя.
В более легких устройствах установлен простой трансформатор, что может стать причиной преждевременного выхода из строя при подаче пускового тока.
Еще один параметр — размеры, которые необходимо учесть при выборе места для крепления. При установке изделия в шкафу заранее согласуйте его длину, ширину и глубину.
КПД
Эксперты рекомендуют брать инверторы, имеющие КПД от 90% и более. Только с таким параметром можно рассчитывать на высокую эффективность. Потери в размере 10% вполне допустимы для солнечной энергии.
Как повысить силу тока, не изменяя напряжения
Цена
Важный критерий — стоимость. В зависимости от типа и характеристик этот параметр находится в диапазоне от 10 до 300 тысяч рублей или от 3700 до 125 тысяч гривен
Чтобы не переплачивать за товар, важно делать выбор с учетом текущих потребностей
Определение солнечной батареи
Конструктивно солнечная батарея представляет собой схему преобразователя одного вида энергии в другой. В частности, энергия света преобразуется в электрическую энергию. Причём результатом преобразования становится электрический ток постоянной величины.
Активными элементами конструкции солнечной панели выступают полупроводники, обладающие свойствами фотохимического синтеза. Например, кремний (Si), применением которого были отмечены самые первые исследования в области получения электричества солнца.
Простейший набор из солнечной панели и автомобильного аккумулятора уже составляет конструкцию настоящей домашней энергетической установки
На текущий момент кремний уже не рассматривается безальтернативным химическим элементом, опираясь на который есть смысл сооружать солнечные батареи из панелей, в том числе своими руками.
Более перспективными и эффективными теперь видятся другие представители таблицы Менделеева (в скобках цифры энергетической отдачи):
- Арсенид галлия GaAs (кристаллический 25,1).
- Фосфит индия InP ( 21,9).
- Фосфат индия с галлием + Арсенид галлия + Германий GaInP + GaAs + Ge (32).
Рассматривать солнечную панель глазами обывателя следует как пластину полупроводника (кремния и т.п.), каждая из сторон которой является положительным и отрицательным электродом.
Под влиянием света солнца, в результате химического фотосинтеза, на электродах панели образуются электрические потенциалы. Казалось бы, всё просто. Остаётся только подключить провода к нагрузке и пользоваться электричеством. Но на деле всё несколько иначе.
Виды инверторов для солнечной батареи
Существует множество разновидностей данных приборов. И выбрать их не так-то просто.
Модифицированные или сетевые инверторы
В основе производства лежат диоды варикапы. У них есть низкочастотный модулятор. Это позволяет совершать вариации. Они отлично подойдут к круглым солнечным панелям. Большинство из них обладают проводностью более 40 мк. У них есть подкладки в изоляторах. Существуют даже такие, которые работают сквозь контроллер подзарядки.
У выпрямителей для инверторов имеется частота около 30 Гц, а иногда и выше.
Сетевой инвертор для солнечных батарей имеет следующие плюсы:
- Малый размер.
- Хорошая защита.
- Малое потребление энергии.
- Быстрая конвертация напряжения.
Иногда в корпусе инвертора встроен контроллер. Многие продавцы называют данный прибор гибридным. Но в действительности это не так, он комбинированный.
Гибридный инвертор
Сочетает в себе особенности всех остальных устройств данного типа. Это самый дорогой, но наиболее подходящий инвертор для солнечных батарей.
Гибридный прибор может дополнительно приобретать нагрузку из сети и АКБ. У него в приоритете постоянное напряжение. Если по каким-то причинам в аккумуляторе будет мало тока, то он возьмет его из сети.
Инверторы работающие в автономном режиме
Отлично подойдут для СБ разной мощности. Работают даже в момент возникновения перенапряжения до 4А. Идут на 3-и обкладывания. На них можно встретить обозначение «OFF Grid». Они не контактируют с бытовой сетью. Мощность может быть от 100 – 8000 ват.
Если встретился прибор с пометкой On Grid то это означает что у него есть дополнительная функция. Он может контролировать амплитудные перепады и частоту.
Если внешняя сеть выдает неисправность автономный инвертор отключится.
- Со стороны многократного тока инвертор выбирают как следует из номинальной мощности солнечных панелей.
- Ежели суммарная мощность применяемых в жилище устройств меньше возможных полномочий солнечной электростанции, тогда избытки произведенной электричества попадают во наружные электрические сети.
- В случае если же мощности мало для нормальной работы домашних устройств, тогда осуществляется подпитка извне.
- При неимении напряжения кормление сервируется от заряженного аккума. В случае, когда в систему не интегрированы аккумуляторные батареи, энергия, сделанная солнечной электростанцией, уходит в единую сеть.
- Сетевые фотоэлектрические инверторы с великой эффективностью употребляют энергию, получаемую от солнечных батарей.
Основные плюсы:
- Стоимость в пределах нормы.
- Быстро преобразуют напряжение.
- Стабильно работают при высокой влажности.
- Легко устанавливается пониженный варикап.
- Имеется подстройка частоты.
- Электрическая проводимость пониженная.
Генерируют сигнал: 1) псевдо синусоидальный; 2) прямоугольный; 3) синусоидальный. Может встречаться название миандровые. То есть это не синусоидальные.
Первый имеет следующие особенности
Нечто среднее между двумя другими сигналами. Его особенности:
- Небольшая стоимость.
- Все приборы отлично работают.
- Генерирует шумовые волны, создает помехи.
- Чувствительные приборы при наличие данного сигнала работать не могут.
Характеристики второго
Лучше всего использовать этот тип для передачи напряжения к световым устройствам.
Особенности:
- Работают просто и понятно.
- Стоимость низкая.
- Не защищены от скачков напряжения.
- Подходят не для каждого бытового прибора. Могут быть с ним просто не совместимы.
Синусоидальный сигнал и его характеристики
Продуцируют хороший ток с нужной синусоидой. Отлично подойдет для крупной бытовой техники.
Основные особенности:
- Защищает технику от резкого изменения напряжения.
- Стоят дорого.
Чем отличаются сетевые инверторы от автономных?
Автономные способны функционировать без доп АКБ. Работают данные приборы только с теми устройствами, которые способны выполнять контроль мощности. Когда мощность в норме они подключаются автоматически и генерируют электричество. В них встроены стандартные розетки.
Сетевые требуют приборы, которые будут заряжать АКБ. Так же у них есть специальные штуки, позволяющие не перепутать полярность при подключении. Они контролируют зарядку батареи.
Инверторы сетевого типа
Отличительной особенностью сетевых инверторов является характер их работы по отношению к вешней электрической сети.
Устройства данного типа устанавливаются в электрическую цепь между солнечной панелью и электрической сетью 220/380 В. Установка сетевого инвертора предполагает работу солнечной электростанции без наличия накопителей энергии (аккумуляторов), когда выработанный солнечными батареями ток идет на питание отдельных потребителей, подключаемых непосредственно к инвертору, а излишки – во вешнюю сеть. Работа такого устройства осуществляется только в дневное время, когда есть солнечный свет.
Подключение инвертора к солнечной батарее
Инвертор является устройством, работающим в комплексе с другими элементами солнечной электростанции, которыми являются:
- Солнечная панель – источник электрической энергии;
- Аккумуляторная батарея – накопитель выработанной энергии;
- Контроллер заряда – отвечает за состояние аккумуляторных батарей, контролирует режим их работы — «заряд-разряд»;
- Провода и кабели – обеспечивают соединение всех устройств в единую электрическую цепь;
- Несущие конструкции – обеспечивают надежное крепление монтируемого оборудования, некоторые устройства, позволяют регулировать положение солнечных панелей в пространстве, в соответствии с расположением солнца.
Подключение инвертора в схему работы электрической станции, зависит от типа устройства, т.е. способности работать по отношению к внешней электрической сети.
Подключение, в зависимости от типа инвертора, выполняется по следующей схеме, для:
- Автономных («off grid») моделей.
Модели данного типа устанавливаются между нагрузкой и аккумулятором, зарядка которого также осуществляется через контакты инвертора. У некоторых моделей, как показано на рисунке, может быть предусмотрен отдельный вход для подключения к электрической сети переменного тока, для обеспечения зарядки аккумуляторов, в случае невозможности их заряда от солнечных батарей.
- Сетевых («on grid») моделей.
Инверторы данного типа, включаются в электрическую цепь между солнечной батарей и элементами нагрузки и внешней электрической сетью. У данного типа устройств не предусмотрено подключение аккумуляторных батарей. В случаях, когда количество вырабатываемой электрической энергии превышает требуемые значения, излишки перераспределяются во внешнюю сеть.
- Гибридных («hybrid») моделей.
Гибридный тип подобных устройств, предполагает установку инвертора между аккумуляторами, внешней сетью и нагрузкой одновременно.Использование инвертора, в схемах солнечных электростанций, позволяет осуществлять их работу в автоматическом режиме, что значительно упрощает их использование и расширяет сферу применения.
Плюсы и минусы
При выборе инверторного оборудования нужно знать его положительные и отрицательные качества. Для удобства сведем их в таблицу.
| Преимущества | Недостатки |
| Возможность использования в автономном режиме. | Отключение при полном разряде АКБ, что приводит к сбоям в работе. |
| Применение на напряжение 220 или 380В в зависимости от типа. | Нет возможности эксплуатировать изделие при отсутствии напряжения в сети. |
| Удобство установки и настройки. | При поломке одного из элементов (контроллер, инвертор) необходимо выводить из работы все устройство. |
| Отсутствие шума во время работы. | Высокая стоимость. |
| Нет вредных выбросов, опасных для атмосферы. | Большой ток холостого хода на большей части моделей. |
| Возможность применения в системах с разными параметрами на входе. | |
| Возможность зарядки АКБ. | |
| Программирование режимов потребления. | |
| Продажей «лишней» энергии по зеленому тарифу. | |
| Независимость от стационарной сети. |
Обзор популярных моделей
Инверторы отечественного производства
Российские инверторы от компании «UMA», это устройства высокого качества с номинальной мощностью 2,5 кВт и максимальной — 5 кВт. Рабочее напряжение таких установок 24 В при мощности системы в 220 В. Объединяет в себе функции не только инвертора, но и бесперебойника, контроллера и сетевого зарядного устройства, мощностью 20 А-30 А.
Устройство SV15000s от российской фирмы «Sunville». Относится к трехфазному сетевому типу инверторов с номинальной мощностью 15,0 кВт. Максимальный КПД — 97,8%. Номинальное рабочее напряжение составляет 720 В.
Отдельного внимания заслуживает компания МАП «Энергия». Она предлагает широкий ассортимент преобразователей мощностью от 800 до 1200 Вт.
Инверторы от «Энергии» подходят для аккумуляторов всех типов. Устанавливаются они в частных домах, а также во многих отраслях промышленности, медицинских центрах, на метеостанциях, применяются в строительстве.
Именно «Энергия» выпустила первый инвертор с повышенной мощностью — 20 кВт, выдерживающий максимальную нагрузку 25 кВт. Данное устройство способно подавать электроэнергию в многоэтажный дом с большим количеством различной техники и приборов.
Зарубежные инверторы
Хорошо зарекомендовали себя инверторы от французского производителя «Schneider Electriс». Фирма выпускает оборудование для солнечных электростанций, обладающее высоким функционалом. Использовать такие инверторы можно в регионах с разными климатическими условиями.
Корпус преобразователей покрывают специальными составами, стойкими к образованию коррозии, а также воздействию агрессивных веществ. Использовать установки от «Schneider Electriс» можно в частных домах, многоэтажках и на частных производствах.
Инвертор для солнечных батарей «Schneider Electriс»
Инверторы серии «Conext» выпускаются с КПД более 96% даже с учетом максимальных нагрузок. Некоторые модели оснащены распределительным блоком, поэтому монтаж внешнего электрощитка необязателен. В ассортименте изделий можно найти модели с разными показателями мощности — от 4 до 20 кВт.
Тайваньские инверторы «ABi-Solar» на рынке России представлены серией автономных преобразователей с КПД не менее 94%, а также многофункциональными устройствами НТР и НТ. Установки комплектуются контроллерами заряда от фитопанелей. Также они совмещают в себе три функции:
- преобразовывают энергию;
- выполняют функцию контроллера;
- работают, как зарядное устройство.
Вмонтированный ЖК-дисплей позволяет отслеживать основные показатели всей гелиосистемы.
Сетевые инверторы для гелиосистем «Kostal» — это высококачественные одно- или трехфазные устройства нового поколения с мощностью от 1,6 до 25 кВт. В конструкцию входит автоматический выключатель переменного тока, МРР-трекеры, дисплей, счетчик и многое другое, что делает работу преобразователей удобной и надежной, а также позволяет подключать их к системе «умный дом».
Благодаря материалам корпуса, инверторы от «Kostal» можно устанавливать как на доме, так и внутри помещения. В любом случае, повредить их достаточно сложно. Все модели собираются в Европе и соответствуют мировым стандартам качества.
Голландская фирма TBS Electronics уже более 20 лет производит инверторы разной мощности. Модели линейки Powersine характеризуются чистым синусоидальным выходным сигналом, поэтому их применение гарантирует бесперебойную и длительную эксплуатацию приборов, чувствительных к перепадам напряжения. Оборудование оснащено защитой от перепадов температур и скачков напряжения. С такими преобразователями можно давать нагрузки до 500 В с пусковой силой, которая в десятки раз превышает рабочую.
