Универсальное устройство: Гибридный инвертор
Введение: Суперзвезда солнечной техники
Гибридные инверторы в настоящее время являются суперзвездами солнечной техники и настоящими универсальными устройствами. Помимо самих солнечных модулей, они выполняют все задачи полноценной солнечной установки. Будь то преобразование энергии или управление энергией – всё в одном компактном устройстве.
Что может гибридный инвертор:
Гибридный инвертор объединяет множество функций в одном устройстве. Следующая таблица показывает, какие задачи он выполняет:
| Функция | Описание |
|---|---|
| DC→AC преобразование | Преобразование постоянного тока модулей в переменный |
| Регулировка напряжения | Повышение и понижение DC-напряжения |
| Управление батареей | Управление зарядкой и разрядкой |
| Управление энергией | Оптимизированное распределение энергии |
| MPPT | Отслеживание точки максимальной мощности |
| Сбор данных | Напряжение, ток, температура |
| Коммуникация | WLAN, LAN, подключение к приложению |
| Техника безопасности | Защита от перенапряжения, предохранители |
Структура гибридного инвертора
Гибридный инвертор состоит из нескольких интегрированных компонентов:
1. Инвертор (DC→AC)
Первая точка соединения между солнечными модулями и внутренней системой:
- Преобразует постоянный ток в переменный
- Может напрямую подавать ток в домашнюю сеть
- Или передавать его на DC-DC преобразователь
Этот компонент является основным и выполняет одну из главных функций.
2. DC-DC преобразователь
Интерфейс к батарее:
- Регулирует напряжение солнечных модулей для батареи
- Повышает или понижает напряжение по мере необходимости
- Электроника зарядки определяет оптимальное напряжение
Примечание: Некоторые гибридные инверторы имеют встроенную батарею. В этой статье рассматривается вариант без встроенной батареи.
3. Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT)
Ядро системы управления:
- Извлекает максимальную мощность независимо от погоды или нагрузки
- Часто уже интегрирован в инвертор
- Измеряет генерируемое напряжение и оптимально его регулирует
4. Система управления энергией
Отвечает на критические вопросы:
- Когда заряжать/разряжать батарею?
- Какова должна быть мощность отдачи?
- Когда использовать солнечную энергию, когда сетевую?
5. Датчики и измерительная техника
Постоянно измеряет:
- Ток и напряжение
- Температуру
- Другие эксплуатационные параметры
Измеренные данные обрабатываются внутри и передаются в коммуникационный модуль.
6. Коммуникационный модуль
Современные гибридные инверторы предлагают:
- Подключение WLAN/LAN
- Управление через приложение в реальном времени
- Интеграция в умный дом
- Удалённый мониторинг и обслуживание
7. Техника безопасности
Интегрированные защитные устройства от:
- Перенапряжения
- Короткого замыкания
- Перегрузки
- Проблем с температурой
Преимущества и недостатки
Преимущества
Интеграция всех компонентов в одном устройстве приносит множество преимуществ:
| Преимущество | Объяснение |
|---|---|
| Всё в одном устройстве | Меньше компонентов, проще установка |
| Экономия места | Одно устройство вместо нескольких отдельных |
| Оптимальная настройка | Все компоненты идеально согласованы |
| Простота управления | Одно приложение для всего |
| Высокий КПД | Меньше потерь при преобразовании |
| Готовность к будущему | Часто расширяемый (дополнительные батареи) |
Недостатки
Несмотря на многие преимущества, есть и некоторые аспекты, которые следует учитывать:
| Недостаток | Объяснение |
|---|---|
| Высокая стоимость приобретения | Дороже простых инверторов |
| Сложность | При неисправности выходит из строя вся система |
| Меньшая гибкость | Компоненты не могут быть заменены по отдельности |
| Зависимость от производителя | Часто совместимы только с батареями того же производителя |
Однофазный vs. Трёхфазный
Выбор между однофазными и трёхфазными гибридными инверторами имеет значительные последствия.
Однофазный гибридный инвертор
Постоянный ток преобразуется в одну фазу переменного тока.
Преимущества:
Однофазные устройства особенно хороши для небольших установок:
| Преимущество | Объяснение |
|---|---|
| Простой дизайн | Требуется только два кабеля |
| Дешевле | Более простая техника |
| Совместимость | Многие устройства используют только одну фазу |
Недостатки:
Ограничения проявляются в основном в больших установках:
| Недостаток | Объяснение |
|---|---|
| Ограниченная мощность | Обычно до 3–6 кВт |
| Несимметричная нагрузка | Может привести к проблемам с сетью |
| Не для крупных потребителей | Тепловой насос, зарядная станция часто требуют трёхфазного тока |
Трёхфазный гибридный инвертор
Постоянный ток преобразуется в три симметричные фазы переменного тока.
Преимущества:
Трёхфазные инверторы предназначены для больших установок и предлагают соответствующие преимущества:
| Преимущество | Объяснение |
|---|---|
| Высокая мощность | Для установок от 6 кВт |
| Лучшая распределение нагрузки | Более высокие токи на трёх фазах |
| Симметричное подключение | Более дружелюбно к сети |
| Крупные потребители | Совместимы с тепловым насосом, зарядной станцией |
Недостатки:
Более высокая мощность имеет свою цену:
| Недостаток | Объяснение |
|---|---|
| Более высокая стоимость | Более сложная конструкция |
| Более сложная установка | Дополнительные меры безопасности |
Рекомендация
Выбор между однофазным и трёхфазным зависит в первую очередь от размера установки и подключённых потребителей:
| Размер установки | Рекомендация |
|---|---|
| До 3 кВт | Однофазный достаточно |
| 3–6 кВт | В зависимости от потребителей |
| От 6 кВт | Рекомендуется трёхфазный |
| С тепловым насосом/зарядной станцией | Трёхфазный |
Интеграция в солнечную установку
В системах с гибридными инверторами нет строгого разделения между AC- и DC-системами. Все компоненты работают вместе в гибридном инверторе.
Типичная структура
Солнечные модули
↓ DC
Гибридный инвертор
├── Батарея (DC)
├── Домашняя сеть (AC)
└── Общественная сеть (AC)Поток энергии
-
Солнечный день, низкое потребление:
- Модули → Гибридный инвертор → Зарядка батареи
- Избыток → Подключение к сети
-
Вечер, высокое потребление:
- Батарея → Гибридный инвертор → Домашняя сеть
-
Ночь, батарея разряжена:
- Сеть → Гибридный инвертор → Домашняя сеть
-
Дешёвый ночной тариф:
- Сеть → Гибридный инвертор → Зарядка батареи
Программное обеспечение имеет значение
Помимо аппаратного обеспечения, программное обеспечение является ключевым для управления:
Задачи программного обеспечения
Программное обеспечение является центральным элементом управления и выполняет множество задач:
| Функция | Описание |
|---|---|
| Регулирование | Тесное сотрудничество с MPPT |
| Сбор данных | Цифровое управление всеми измерениями |
| Коммуникация | Между всеми компонентами |
| Мониторинг | Обнаружение ошибок |
| Прогнозирование | Прогнозы доходности |
| Умный дом | Интеграция с автоматизацией дома |
Функции приложения современных устройств
- Мониторинг производства и потребления в реальном времени
- Исторические данные и статистика
- Удалённое управление и настройки
- Уведомления о неисправностях
- Прогнозы доходности на основе погодных данных
Заключение
Ключевое утверждение: Гибридные инверторы – это универсальное решение для современных солнечных установок. Они объединяют инвертор, DC-DC преобразователь и управление энергией в одном устройстве, упрощают установку и управление, автоматически оптимизируют собственное потребление и бесшовно взаимодействуют с приложением и умным домом. Для большинства частных солнечных установок с батарейным хранилищем гибридный инвертор сегодня является первым выбором.
Как оптимально настроить вашу солнечную установку, показано в статье AC или DC? Системные топологии для солнечных установок.
К серии статей
Этот материал является частью пятой серии статей об энергосистемах для солнечных установок:
| № | Статья | Тема |
|---|---|---|
| 1 | Основы технологии батарей | От вольтовой колонны до современной ячейки |
| 2 | Литий против свинца | Какая технология для какого применения? |
| 3 | Силовая электроника | Инверторы и DC-DC преобразователи |
| 4 | Гибридные инверторы | Вы здесь |
| 5 | Системные топологии | AC или DC подключение? |