Введение: Как подключается батарея?

В предыдущих статьях мы много говорили о системах хранения энергии. Однако остался открытым важный вопрос: Как оптимально интегрировать эту технологию в дом?

При интеграции аккумуляторных систем существуют два основных концепта:

• Системы с подключением к переменному току (AC)
• Системы с подключением к постоянному току (DC)

В этой главе объясняются обе топологии с их преимуществами и недостатками.

Солнечные установки с подключением к переменному току

В системах, подключенных к переменному току (AC-системы), инвертор подключается непосредственно за солнечными модулями и напрямую подает переменный ток в домашнюю сеть.

Структура

Солнечные модули (DC)
    ↓
Инвертор (DC→AC)
    ↓
Домашняя сеть (AC) ←→ Батарея + Зарядное устройство
    ↓
Общая сеть

Принцип работы

1. Инвертор сразу преобразует постоянный ток модулей в переменный
2. Батарея с зарядной электроникой подключается после инвертора
3. Батарея питается переменным током
4. Для зарядки AC снова преобразуется в DC
5. При разрядке DC снова преобразуется в AC

Обмен энергией между солнечными модулями и батареей происходит через переменный ток.

Преимущества AC-подключения

AC-подключение предлагает значительные преимущества, особенно для существующих установок:

Преимущество	Объяснение
Простая модернизация	Батарея может быть установлена позже
Независимость от производителя	Возможность комбинирования различных компонентов
Гибкость размещения	Батарея может находиться вдали от инвертора
Проверенная технология	Установленные компоненты
Масштабируемость	Возможность легкого расширения

Недостатки AC-подключения

Гибкость имеет свою цену – прежде всего в отношении эффективности:

Недостаток	Объяснение
Множественные преобразования	DC→AC→DC→AC = потери
Низкий КПД	Типично 85–90% полный цикл
Больше компонентов	Необходим отдельный инвертор для батареи
Высокие затраты	Требуется больше оборудования
Сложная установка	Больше проводки

Типичный КПД

При AC-подключении возникают потери при каждом преобразовании:

• Солнечные модули → Инвертор: ~97%
• Инвертор → Зарядное устройство батареи: ~97%
• Зарядка/разрядка батареи: ~95%
• Батарея → Инвертор: ~97%

Общий полный цикл: ~85–90%

Солнечные установки с подключением к постоянному току

В системах, подключенных к постоянному току (DC-системы), инвертор и батарея подключаются параллельно непосредственно за солнечными модулями.

Структура

Солнечные модули (DC)
    ↓
DC-DC преобразователь
    ├── Батарея (DC)
    └── Инвертор (DC→AC)
            ↓
        Домашняя сеть (AC)
            ↓
    Общая сеть

Принцип работы

1. Оба компонента питаются напрямую постоянным током
2. Батарея может использовать DC напрямую для зарядки
3. Постоянный ток преобразуется в переменный только в конце
4. Меньше шагов преобразования = выше КПД

Обмен энергией между солнечной установкой и батареей происходит через постоянный ток.

Преимущества DC-подключения

Прямая связь через постоянный ток приносит явные преимущества в эффективности:

Преимущество	Объяснение
Высокий КПД	Меньше потерь при преобразовании
Меньше компонентов	Только один центральный инвертор
Низкие затраты	Долгосрочно экономичнее
Лучшая эффективность	Типично 92–95% полный цикл
Быстрая зарядка	Прямой DC-путь к батарее

Недостатки DC-подключения

Высокая эффективность достигается за счет некоторых ограничений:

Недостаток	Объяснение
Зависимость от производителя	Компоненты часто от одного производителя
Нет простой модернизации	Система должна быть спланирована как единое целое
Сложное планирование	DC-проводка более сложная
Ограниченная длина кабелей	DC-линии должны быть короткими
Меньше гибкости	Трудно расширяемая

Типичный КПД

При DC-подключении меньше шагов преобразования:

• Солнечные модули → DC-DC преобразователь: ~98%
• Зарядка/разрядка батареи: ~95%
• DC → Инвертор → AC: ~97%

Общий полный цикл: ~92–95%

Прямое сравнение

Чтобы облегчить выбор между AC и DC подключением, мы сравниваем обе концепции:

Критерий	AC-подключение	DC-подключение
КПД	85–90%	92–95%
Модернизация	Простая	Сложная
Гибкость	Высокая	Ограниченная
Начальные затраты	Высокие	Низкие
Долгосрочные затраты	Высокие (потери)	Низкие
Сложность	Больше компонентов	Меньше компонентов
Выбор производителя	Свободный	Часто ограничен

Гибридный инвертор: лучшее из обоих миров

Современные гибридные инверторы устраняют строгую границу между AC и DC.

Концепция

В системах с гибридными инверторами все компоненты объединены в одном центральном устройстве:

• Встроенный MPPT для солнечных модулей
• DC-DC преобразователь для батареи
• Инвертор для домашней сети
• Интеллектуальное управление энергией

Преимущества гибридной концепции

Интеграция всех функций в одном устройстве предлагает лучшие свойства обоих миров:

Преимущество	Объяснение
Оптимальный КПД	Интеллектуальный выбор маршрута DC или AC
Компактность	Одно устройство вместо нескольких
Простая установка	Меньше проводки
Оптимальная согласованность	Все компоненты согласованы друг с другом

Управление энергией: мозг установки

Независимо от топологии, система управления энергией (EMS) является ключевой. Она как мозг установки.

Четыре основные задачи

1. Управление нагрузкой

EMS распознает:

• Текущую потребность в электроэнергии
• Доступную мощность и производительность солнечной установки
• Решает, когда и какие потребители будут обеспечены

Пример: Энергоемкие устройства, такие как посудомоечная машина или зарядная станция для электромобиля, должны работать днем, когда солнечная установка производит избыток.

2. Подача в сеть

При полном заряде батареи и удовлетворении собственных нужд:

• Избыток подается в общую сеть
• Возможна компенсация за подачу
• Экологично: зеленая энергия в сети

3. Управление батареей

Решает, когда батарея:

• Заряжается (есть избыток)
• Разряжается (потребность выше генерации)
• Бережется (сеть дешевле)

Главная цель: Всегда поддерживать энергетический буфер.

4. Интеграция в умный дом

Хорошая EMS:

• Интегрируется в сеть умного дома
• Распознает потребление всех устройств
• Может оптимально управлять устройствами
• Постоянно оптимизирует взаимодействие

Преимущества EMS

Хорошая система управления энергией приносит ощутимые преимущества для работы установки:

Преимущество	Объяснение
Больше собственного потребления	Больше солнечной энергии используется самостоятельно
Низкие затраты на электроэнергию	Меньше потребления из сети
Долговечность батареи	Оптимизированные циклы зарядки/разрядки
Больше комфорта	Автоматизированное управление
Прозрачность	Все данные на одном экране

Какая топология для кого?

Рекомендуется AC-подключение при:

• Существующих установках без аккумулятора (модернизация)
• Максимальная гибкость желательна
• Разные производители уже присутствуют
• Батарея далеко от инвертора

Рекомендуется DC-подключение при:

• Новых установках с аккумулятором с самого начала
• Максимальная эффективность важна
• Все от одного производителя предпочтительно
• Короткие DC-линии возможны

Рекомендуется гибридный инвертор при:

• Новых установках любого размера
• Простая установка желательна
• Лучшая эффективность стремится
• Будущее решение ищется

Заключение

Все части этой серии

1. От лягушачьих лапок до батарей: Как работает система хранения энергии? – Основы
2. Литий против свинца: Какая батарея для солнечной установки? – Сравнение технологий
3. Электроника мощности: Инверторы и DC-DC преобразователи – Преобразование тока
4. Универсал: Гибридный инвертор – Все в одном устройстве
5. AC или DC? Системные топологии для солнечных установок – Вы здесь

---

Читать далее

Понимание солнечных установок: От фотона к вольту: Как работает солнечная ячейка?, Структура PV-установки, AC/DC в инверторах, Объяснение накопителей энергии, Глоссарий ключевых показателей

Тепловые насосы: Как работает тепловой насос?, Сравнение типов тепловых насосов

Накопители энергии: Сравнение технологий батарей, Объяснение портативных электростанций, Анализ рынка 2025

Источники

• Powmr: DC-coupled vs AC-coupled
• Grünes Haus: AC oder DC PV-Speicher
• Zolar: AC/DC Stromspeicher Unterschiede
• HTW Berlin: Effizienzleitfaden für PV-Speichersysteme