Для чего нужен и как работает инвертор солнечных батарей

Популярность использования солнечных батарей растет с каждым годом. Область применения набирает масштабы, их можно встретить при оборудовании тепличных комплексов, частных жилых помещений, многоквартирного фонда, фермерских хозяйств.

Сложность системы в том, что при этом вырабатывается постоянный ток, который может подойти для сварочных аппаратов, освещения, электронных схем, старых автомобилей, зарядки аккумуляторов и т. д. Для организации полноценно функционирующей гелиосистемы требуется наличие еще нескольких элементов, в том числе и инвертора – сердца всей системы. Выбор следует осуществлять исходя из места установки и назначения прибора.

Для чего нужен инвертор солнечных батарей

В нашем мире много систем, потребляющих переменное напряжение в 220 В. В этом случае, необходим инвертор для солнечных батарей для преобразования тока в переменный, иначе его производство становится бессмысленным. Солнечные панели генерируют постоянное электричество с напряжением в 12 В, 24 В и максимальное значение – в 48 В. Именно инвертор делает использование таких батарей пригодным для сети в 220 В.

Конструктивные особенности

Сам инвертор состоит из низкочастотного адаптера (диоды и выпрямитель), варикапа (функционирует за счет триодов проводимостью более 4 мк), динисторов (обеспечивают чувствительность) и обкладки.

Многие модификации таких агрегатов состоят из обязательного элемента – блока-бесперебойника. При отсутствии подачи постоянного тока в случае аварий электросетей, электричество не прекратит поступление в аккумуляторную батарею (заряжается через зарядную установку), далее в инвертор и к месту потребления энергии в электроприборы. В структуру источника бесперебойного питания входит мониторинг уровня напряжения за счет микроконтроллера. Он дает команду к подключению источников питания в случае остановки основной подачи электричества.

Наличие трансформатора в конструкции является необязательным звеном, зачастую утяжеляя ее. Но, при наличии этого элемента, появляется возможность вызвать сигнал на выходе супервысокого качества.

В конструкцию системы может входить вентилятор, функционирующий принудительно и рассчитанный на бесшумную работу с несколькими режимами (в самых дорогих моделях).

Существует возможность объединения нескольких инверторов в трехфазные агрегаты с увеличенной мощностью и расширенным кругом задач, рассчитанные на 380 В (трехфазная сеть).

Принцип работы

Сначала солнечная батарея выступает в роли преобразователя солнечных лучей в электрический ток, затем должным образом происходит заряд аккумуляторной системы током и правильным напряжением, поддержание этого заряда в аккумуляторах, и, за счет подсоединения инверторного аппарата постоянный ток преобразуется в переменный.

Инвертор – устройство полупроводникового типа, то есть золотая середина между электропроводимостью металлов и диэлектриков (одни имеют очень высокую отметку этого показателя, другие не проводят электричество). Для использования энергии в темное время суток, накопление происходит в аккумуляторе.

Важные характеристики

• во избежание пустой траты энергии, коэффициент полезного действия должен превышать уровень в 90%; среднее значение доходит до 94%, у оптимальных моделей – до 99%;
• категорическое отсутствие радиопомех;
• условие: стабилизированное напряжение на выходе (преимущество отдается трапециевидному типу); минимальное напряжение на входе;
• низкий показатель гармоник;
• диапазон температурного режима – чем шире, тем лучше (влияет на качество работы прибора);
• восприимчивость к нагрузкам;
• защита от перегрузок и перегревов;
• минимизация потерь при отсутствии напряжения (при холостом ходе);
• номинальная мощность и максимальный ток на выходе и входе;
• средне-взвешенная эффективность – коэффициент, показывающий полезность при переменных значениях напряжения;
• диапазон определения максимально возможного напряжения (точку возможной характеристики мощности сетевого инвертора для солнечных батарей);
• уровень защиты кода исполнения от внешнего доступа воды и твердых объектов.

Выбор инвертора

При подборе подходящего инвертора для солнечных панелей необходимо учитывать нагрузку мощности на пике активности (номинальные значения в этом случае не учитываются), для этого находим произведение пускового тока и напряжения в сети. В упрощенных моделях достаточно рассчитать ток по номиналу. От солнечной панели к потребителю тока идет напряжение в 12 В, контролер отправляет сигнал в инвертор, где, преобразуя напряжение, на выходе будет 220 В.

Сетевые модификации

Эта разновидность инверторов создается на основе емкостных диодов (варикапов) с низкочастотным модулятором для вариаций. Использование сетевых конструкций чаще всего подходит для солнечных панелей в виде тарелки. Многие из них имеют проводимость больше 40 мк, с подкладками в изоляторах, некоторые функционируют сквозь контролер заряда. Что касается инверторных выпрямителей, то их частота превышает показатель в 30 Гц.

Преимущества: компактность, высокая защищенность, приемлемая скорость преобразования с низким уровнем энергопотребления.

Гибридный инвертор может все, что сетевой, плюс дополнительно имеет несколько функций: повышать мощность сети при перегрузках, продолжать работу при потере сети в 220 В, убирает проблему со счетчиками. Некоторые производители, совмещая в приборе инвертор и контроллер, пытаются убедить клиентов, что их преобразователи являются гибридными, хотя это неправда, эти устройства называются комбинированными.

Особенность гибридного инвертора заключается в умении параллельно получать нагрузку из сети и от аккумуляторной батареи и имеет приоритетное значение от источника с постоянным током, не пренебрегая источниками с постоянной подачей электричества. При определении приоритетного ресурса, основная нагрузка ложится на него, недостающее электричество берется от второго элемента питания.

Автономные инверторы

Подходят для солнечных панелей различных мощностей, приспособлены функционировать при перенапряжении силы тока до 4 А, оборудуются на три обкладывания.

Преимущества: можно установить низкоомный варикап, электропроводимость низкая, возможность настройки частотности вариантов. Стабильно действуют при повышенной влажности, скоростное преобразование, рыночная цена вполне приемлемая для потребителя.

Классификация по признаку формы на выходе: прямоугольный, синусоидальный и псевдосинусоидальный сигнал.

С прямоугольным сигналом

По рекомендациям специалистов эти устройства лучше применять для подачи энергии к осветительным приборам.

• Преимущества: проходная цена, простота в использовании.
• Недостатки: нет прикрытия от перепадов напряжения, узкий круг применения (не для всех приборов и устройств в быту походит по причине несовместимости).

Синусоидальный сигнал

Вырабатывают высококачественный ток с правильной синусоидой, чище идущего из розеток электричества. Подходит для подключения массивных бытовых приборов: холодильников, котлов, кондиционеров, насосов.

• Преимущества: дает защиту бытовым приборам от скачков напряжения.
• Недостаток: высокая стоимость.

Псевдосинусоидальный сигнал

Компромисс вариантов, представленных выше.

• Преимущества: обеспечивают функционирование всех бытовых устройств и техники, стоят недорого.
• Недостатки: не подходят для работы чувствительных приборов, создают помехи и шумовые волны.

Подключение инвертора

Чтобы правильно подключить инвертор, нужно знать ряд нюансов:

• кабель выбираем средней длины (не слишком длинный, и не короткий); при отдаленности солнечного элемента, его можно удлинить, при условии длины кабеля от источника энергии до инвертора не превышающей трех метров;
• обратить внимание на сечение кабеля (соответствие силе тока мощности прибора и сечения);
• обеспечить жесткое крепление кабеля, чтобы избежать появления искры и впоследствии – пожара;
• при применении бесперебойников, монтаж автоматических выключателей идет напрямую в цепь постоянно подающегося тока;
• обратить внимание на форму выходного сигнала напряжения инвертора перед использованием его в системе;
• определиться: какая нужна чистота сигнала, чтобы избежать поломок приборов, не все устройства могут работать при искаженной форме синуса (газовые котлы, насосы с непрерывным периодом циркуляции, подключение видео- и аудиокамер – требуют повышенной точности).

Принцип работы прост и каждый может подключить инвертор для солнечной батареи своими руками.

Обзор моделей

Одна из самых дорогих моделей – фотоэлектрический инвертор производства Китай компании ChintPower Systems Co., LTD: форма сигнала в виде чистого синуса с низким уровнем шума (меньше 30 дБ), с номинальными характеристиками мощности и напряжения 1000 ВА и 230 В соответственно. Максимальная мощность солнечной батареи с таким инвертором – 1200 Вт. Стоимость 40669 рублей.

Самая бюджетная модель – инвертор/зарядное устройство от компании Cyber Power: сигнал с чистой синусоидой, автоматическое переключение, подходит для маломощных приборов, максимальная и номинальная выходная мощность – 200 ВА, выходное напряжение – 220 В, переключение на аккумуляторные батареи за 4 мс. Стоит недорого – 5900 рублей.

Золотая середина – инвертор с зарядным устройством и PWM контроллером от фирмы Voltronicpower: оптимальная модель с синусоидой чистой формы и пиковой мощностью в 1600 Вт; выходное напряжение – 230 В с частотой сигнала на выходе в 50 Гц. Стоимость колеблется в районе 20 000 рублей.

Панели устанавливаются на максимально освещенной части крыши или стены постройки для эффективного функционирования. Важно при монтировании панели соблюдать нужный угол к горизонту и учесть степень затемнения территории (крепить подальше от предметов, создающих тень).