Инвертор для солнечных батарей: виды, обзор моделей, особенности подключения, критерии выбора и цена

Инвертор одна из неотъемлемых составляющих любой системы солнечных батарей и ветрогенератора. Его задача преобразовывать постоянный ток, вырабатываемый панелями, в переменный 220 вольт, который используют большинство современных бытовых и промышленных приборов.

Но, несмотря на то что все инверторы выполняют одинаковую функцию, не все они могут подойти непосредственно под ваши задачи.

По каким признакам различаются?

По типу применения подразделяют инверторы на 3 вида:

• сетевые;
• автономные;
• многофункциональные.

Сетевые инверторы для солнечных батарей, также называемые синхронными, совместно работают с системой снабжения электричеством централизованной. Обозначают их «on grid».

Их роль не ограничивается преобразованием одной энергии в другую, а состоит также в корректировании параметров сети, таких как, частота, амплитудные перепады и прочие. Устройства способны отключаться автоматически при сбоях, случающихся во внешней цепи. Энергию они накапливают в аккумуляторах.

Вторые, обозначаемые как «off grid». С модулем солнечной батареи 220 инвертор подключается как часть обособленной системы. Они не имеют контакта с внешней электросетью, т.е. обеспечивают снабжение дома электроэнергией, независимо от работы источника централизованной ее подачи. Мощность таких инверторов лежит в диапазоне 100-8000Вт.

Переменное напряжение зависит от общей мощности, которую потребляют все электроприбору, которыми одновременно пользуются в доме.

Инвертор выбирается с учетом постоянного тока, отталкиваясь от номинальной мощности солнечных панелей. То есть, если мощность всех включаемых одновременно бытовых устройств меньше, чем возможности конкретной электростанции, использующей энергию солнца, излишки можно направить во внешнюю цепь.

При ее недостаточности, чтобы работали все нужные приборы, производится внешняя подпитка. Если пропадает напряжение в доме, в работу включается аккумулятор. Аккумулированная станцией энергия, поступает в общую сеть.

Более эффективно солнечную энергию используют устройства сетевые. Они работают стабильно и всегда имеют высокое значение КПД – до 90%.

Устанавливают их между батареей и сетью переменного тока.

Они способны функционировать исключительно в светлое время и пригодны для питания подсоединенных к ним единичных приборов.

Что такое солнечный контроллер?

Во всех типах солнечных электростанций присутствует солнечный контроллер. Даже в сетевой солнечной электростанции он есть, просто входит в состав сетевого инвертора. Да и многие гибридные инверторы выпускаются с солнечными контроллерами на борту. Что же это такое и для чего он нужен? Буду говорить о гибридной и автономной солнечной электростанции, поскольку это как раз мой случай, а с устройством сетевого инвертора могу ознакомить детальнее в комментариях, если будут запросы в комментариях.

Солнечный контроллер – это устройство, которое полученную от солнечных панелей энергию преобразует в перевариваемую инвертором энергию. Например, солнечные панели изготавливаются с напряжением кратно 12В. И АКБ изготавливаются кратно 12В, так уж повелось. Простые системы на 1-2 кВт мощности работают от 12В. Производительные системы на 2-3 кВт уже функционируют от 24В, а мощные системы на 4-5 кВт и более работают на 48В. Сейчас я буду рассматривать только «домашние» системы, потому что знаю, что есть инверторы, работающие на напряжениях в несколько сотен вольт, но для дома это уже опасно.

Итак, допустим у нас есть система на 48В и солнечные панели на 36В (панель собрана кратно 3х12В). Как получить искомые 48В для работы инвертора? Конечно, к инвертору подключаются АКБ на 48В, а к этим аккумуляторам подключается солнечный контроллер с одной стороны и солнечные панели с другой. Солнечные панели собираются на заведомо большее напряжение, чтобы суметь зарядить АКБ. Солнечный контроллер, получая заведомо большее напряжение с солнечных панелей, трансформирует это напряжение до нужной величины и передает в АКБ. Это упрощенно. Есть контроллеры, которые могут со 150-200 В от солнечных панелей понижать до 12 В аккумуляторов, но тут протекают очень большие токи и контроллер работает с худшим КПД. Идеальный случай, когда напряжение с солнечных панелей вдвое больше напряжения на АКБ.

Солнечных контроллеров существует два типа: PWM (ШИМ – Широтно-Импульсная Модуляция) и MPPT (Maximum Power Point Tracking – отслеживание точки максимальной мощности). Принципиальная разница между ними в том, что ШИМ-контроллер может работать только со сборками панелей, не превышающими напряжения АКБ. MPPT – контроллер может работать с заметным превышением напряжения относительно АКБ. Кроме того, MPPT-контроллеры обладают заметно бОльшим КПД, но и стоят дороже.

Автономные, предполагающие наличие аккумулятора

В таком случае, инвертор преобразовывает постоянный ток от заряжающих солнечные батареи аккумуляторов. Используют их для бесперебойного питания, делающего пользователей независимыми от не всегда стабильных поставок энергии централизованными сетями.

Гибридные инверторы для солнечных батарей, они же многофункциональные, считаются наиболее надежными.

Они являются симбиозом двух описанных устройств. Их отличием является огромное число настроек. Именно они-лучший вариант для устройства домашней станции, функционирующей на солнечной энергии. В то же время, они и наиболее дорогой вариант.

Типы, отличающиеся напряжением выхода

Устройства подразделяются по этому признаку на меандровые и синусоидальные. Напряжение первых на выходе практически совпадает с питанием электросети, что служит гарантировано обеспечивает безопасность высокочувствительной техники

Выходной сигнал представляет собой синусоиду. Для работающего оборудования считается лучшей, если он идеальный. Это очень актуально особенно для телекоммуникационных устройств, измерительных высокочастотных приборов, медицинской техники. Даже беря во внимание высокую стоимость этих сложнейших инверторов, вариантов других для них не существует. Поэтому, столь серьезный параметр производителями указывается в характеристиках.

У вторых — несинусоидальных инверторов, выходной импульс выглядит как прямоугольник — модифицированный (квази) синус.

Подобные инверторы не рекомендуется использовать там, где нагрузка одиночная. Зато, вполне пригодны они для активной составляющей мощности.

Инверторы с идеальной синусоидой отличаются значительными размерами и стоят дорого.

Квази-синусоидальные, выдающие сигнал в треугольной формы, в виде трапеции и прямоугольника, востребованы больше, что объясняется меньшими их размерами и стоимостью.

Критерии, учитываемые при выборе

На него наравне с геометрией выходного сигнала, влияет также его мощность.

Важно: Выбирая один из главных элементов батарей, работающих на солнечной энергии, исходить нужно не только из оптимальной геометрии выходного сигнала: учитывать обязательно нужно мощность. Рекомендуется комплектовать их преобразователями, у которых значение мощности выше, чем у техники, используемой потребителем. Запас составлять должен не менее 30 процентов. Учитывать нужно также единовременную нагрузку, имеющую место при включении нескольких приборов с высокой пусковой мощностью одновременно.

Важный критерием считается КПД, характеризующий сопутствующие энергетические потери. Он для разных приборов различный и лежит в диапазоне 85-95%. Значением оптимальным считаются 90%.

Примеры моделей разных производителей

Далее приводится список нескольких компаний, которые занимаются поставками инверторов для солнечных батарей на российский рынок.

• TBS Electronics. Этот голландский производитель занимается производством исключительно синусоидальных инверторов под маркой Poversine. В продуктовой линейке компании есть преобразователи небольшой мощности (175─600 ватт). Их цена составляет от 10 до 25 тысяч рублей. Есть группа более мощных (850─3500 ватт), цена которых 35─80 тысяч рублей;
• Этот китайский производитель выпускает широкий модельный ряд инверторов. Среди их особенностей можно отметить возможность наблюдения за работой преобразователя GoodWE с использованием смартфона или планшетного ПК. Для этого потребуется только установить в ОС Андроид специальную программу. Как и все китайские производители, GoodWE предлагает привлекательные цены. К примеру, модели инверторов мощностью 20 кВт стоят около 5 тысяч «вечнозелёных»;
• Schneider Electric. Компания выпускает модели инверторов для солнечных батарей под брендом Conext. Как заявляет производитель, их модели не просто преобразуют ток, а ещё и увеличивают эффективность солнечных батарей, работающих на крышах и фасадах зданий. КПД преобразователей Conext составляет примерно 97─98 процентов. Цены на продукцию Schneider Electric находятся в интервале от 90 до 330 тысяч рублей;
• МАП «Энергия». Отечественный производитель выпускает преобразователи тока для солнечных батарей мощностью 800─1200 кВт. Цены здесь тоже немаленькие. Так, модель МАП SIN с чистым синусоидальным выходным сигналом стоит от 25 до 135 тысяч рублей, МАП HYBRID от 30 до 170. Выпускаются также трёхфазные устройства. Например, МАП HYBRID. Продукты МАП «Энергия» оснащаются зарядными устройствами большой мощности для зарядки аккумуляторов.

Однофазны и трехфазные инверторы

Для первых характерна невысокая стоимость. Выбор будет оправдан при мощности потребления не превышающей 10 кВт. Частота у них равна 50 Гц, а напряжение 220В.

У вторых разброс показателей напряжений намного шире – 315 Вольт, 400 и 690.

Качественное оборудование обязательно укомплектовано трансформаторами, установленными на входе. Определить, включен ли в схему трансформатор, несложно. Поскольку между весом инвертора и техническими параметрами существует зависимость, т.е. если на килограмм веса мощности приходится по 100 Вт, значит, трансформатор установлен.

В системе может быть разное число инверторов. Один устанавливается на маломощные системы, т.е. до 5 кВт. Если же мощность больше, то потребоваться может два и более инвертора. Хорошо, когда на каждые 5кВт имеется свой инвертор.

Для отдельных моделей разработчик предусматривает зарядку, которая отвечает за работу всей системы, даже при выходе из строя одного из инверторов.

Видео: Инвертор для солнечной батареи чистый синус

Устройство и принцип работы

Инверторы для гелиостанций — технические устройства, служащие для превращения накопленной в аккумуляторах электроэнергии в переменный ток, параметры которого соответствуют параметрам подключаемых к батареям устройств. Электростанция состоит из панелей, контроллера, аккумулятора и инвертора.

Сам инвертор конструктивно состоит из:

• адаптера;
• варикапа;
• динисторов;
• трансформатора (не обязательно);
• вентилятора;
• обкладки.

Некоторые модели оснащаются блоками-бесперебойниками. Задачей источника бесперебойного питания является отслеживание уровня напряжения за счет микроконтроллера. Если по каким-то причинам остановилась подача основного электричества, он дает команду к подключению резервных источников питания.

Работа гелиостанции предполагает подключение определенного количества бытовые приборы и электротехники, для работы которых требуется переменный ток напряжением 220-380 В. Солнечные лучи, попадая на поверхность панелей, преобразуются в электрический ток. Затем он поступает в контроллер, где происходит его заряд правильным током и напряжением, далее идет в аккумулятор, накапливается и сохраняется. Оттуда поступает в инвертор, преобразовывается в переменный ток и идет для осуществления хозяйственных нужд.

На электростанциях случаются аварийные ситуации, что приводит к отсутствию подачи постоянного тока. Засечет установки солнечных батарей можно не бояться остаться без света, т.к. не они прекратят подачу электричества в аккумуляторную батарею.

Несколько однофазных инверторов можно объединить в нескольких трехфазных установок на 380 В. При этом у них также увеличится мощность и расширятся возможности.

Как у любого оборудования гелиостанции есть плюсы и минусы. Небольшого размера устройства можно размещать в местах, где нет централизованного электричества или брать с собой в походы для зарядки телефонов и другой техники. К тому же ток, получаемый от таких батарей, абсолютно бесплатный, даже, если они работают параллельно с общим электричеством.

Недостаток фотоэлектростанций в их большой стоимости, а окупятся они только через 10 лет. Для установки большого количества панелей придется пожертвовать дизайном крыши или стены, т.к. они занимают много места. Если электричество будет поступать только от солнечной электростанции, то придется мириться с его непостоянством. Мощность работы устройства зависит от погоды, а в зимнее время года часто бывает пасмурно.

Подключение

Здесь есть свои нюансы, поэтому нужно быть внимательным, поскольку от правильности выполненного подключения зависит функционирование системы в целом.

Основные моменты:

• длина кабеля постоянного тока, должна быть по возможности меньше, а вот сечение выбирать нужно максимальное.

• Если же солнечный элемент и потребитель значительно удалены, стоит удлинить кабель, по которому транспортируется переменный ток:
• длина провода между инвертором и панелями солнечными не должна быть более 3 метров. Если же возможность имеется, то лучше их расположить рядом. Условия должны выполняться очень жестко в первую очередь для мощных инверторов (более 0,5 кВт);
• внимания требуют и подсоединения проводов, поскольку сделанные с недостаточной плотностью, они могут привести к пожару. И еще нужны автоматические выключатели, обеспечивающие бесперебойную поставку электроэнергии к объекту.

Самым правильным решением является обвязка гибридного типа для подключения инверторов (как для переменного, так и для постоянного тока).

Принцип основан на особом порядке подключения преобразователей. Включают их контроллеры, когда иссяк заряд батарей. Особенно эффективно это работает в местах, где в течение года больше пасмурных дней и там, где нередко отключают электричество.

Как выбрать солнечные панели?

На первый взгляд, все солнечные панели одинаковы: ячейки солнечных элементов соединены между собой шинками, а на задней стороне есть два провода: плюс и минус. Но есть в этом деле масса нюансов. Солнечные панели бывают из разных элементов: аморфных, поликристаллических, монокристаллических. Я не буду агитировать за тот или иной тип элементов. Скажу просто, что сам предпочитаю монокристаллические солнечные панели. Но и это не всё. Каждая солнечная батарея – это четырехслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-пленка, солнечный элемент, герметизирующая пленка. И вот тут каждый этап крайне важен. Стекло подходит не любое, а со специальной фактурой, которое снижает отражение света и преломляет падающий под углом свет таким образом, чтобы элементы были максимально освещены, ведь от количества света зависит количество выработанной энергии. От прозрачности EVA-пленки зависит, сколько энергии попадет на элемент и сколько энергии выработает панель. Если пленка окажется бракованной и со временем помутнеет, то и выработка заметно упадет.

Далее идут сами элементы, и они распределяются по типам, в зависимости от качества: Grade A, B, C, D и далее. Конечно, лучше иметь элементы качества А и хорошую пайку, ведь при плохом контакте, элемент будет греться и быстрее выйдет из строя. Ну и финишная пленка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей, очень быстро на элементы попадет влага, начнется коррозия и панель также выйдет из строя.

Как правильно выбрать солнечную панель? Основной производитель для нашей страны – это Китай, хотя на рынке присутствуют и Российские производители. Есть масса OEM-заводов, которые наклеят любой заказанный шильдик и отправят панели заказчику. А есть заводы, которые обеспечивают полный цикл производства и способны проконтролировать качество продукции на всех этапах производства. Как узнать о таких заводах и брендах? Есть пара авторитетных лабораторий, которые проводят независимые испытания солнечных панелей и открыто публикуют результаты этих испытаний. Перед покупкой вы можете вбить название и модель солнечной панели и узнать, насколько солнечная панель соответствует заявленным характеристикам. Первая лаборатория – это Калифорнийская Энергетическая Комиссия, а вторая лаборатория Европейская – TUV. Если производителя панелей в этих списках нет, то стоит задуматься о качестве. Это не значит, что панель плохая. Просто бренд может быть OEM, а завод-производитель выпускает и другие панели. В любом случае, присутствие в списках этих лабораторий уже свидетельствует о том, что вы покупаете солнечные батареи не у производителя-однодневки.

Что входит в комплект?

Солнечная установка образована:

• солнечной батареей с аккумулятором;
• инвертором;
• контроллером.

Инверторы нужны, чтобы постоянный ток превращать в переменный, поскольку использовать энергию, накапливаемую солнечными батареями, бытовые приборы напрямую не могут.

Расчет минимального количества модулей в цепи с учётом допустимого пускового напряжения инвертора

Каждый инвертор имеет минимальное напряжение на входе, в нашем случае это 200 В.

Минимальное входное напряжение инвертора Fronius SYMO 10 кВт

В свою очередь, модули достигают минимального рабочего напряжения при граничной температуре 70 ° C. Поэтому минимальное количество панелей в стринге рассчитывается для этой температуры, округляя значение вверх. В этом случае используются формулы:

где:

• Uoc (Tmax) — напряжение при максимальной температуре 70 ° C;
• Uoc — напряжение холостого хода (38,5 В);
• Tmax — максимальная рабочая температура (70 ° C);
• βT — температурный коэффициент модуля (-0,31 %/K);
• Nmin — минимальное количество солнечных батарей;
• Udcstart — Подаваемое начальное напряжение (200 В).

Uoc (Tmax) = 38,5· (1 + (70 — 25) · (-0,31 / 100)) =33,13

Nmin ≥ 200 / 33,13 = 6,04

Принимаем ближайшее целое значение в большую сторону, таким образом рекомендуется устанавливать последовательно не менее 7 модулей в один стринг.

Выбор

Основные параметры выбора:

• мощность пиковая, номинальная и нагрузки;
• КПД;
• вес прибора;
• температурный режим.
• Помимо этого, следует интересоваться, есть ли защита от:
• возможных перегрузок и перегрева;
• от замыкания короткого;
• напряжения, поступающего от батарей (пониженного и повышенного).

Важно: технически показатели инвертора просто оценивать, зная его вес, если знать, что на 100 Ватт мощности выхода приходится килограмм массы устройства.

Параметры выбора инвертора солнечной батареи

Эффективность работы преобразователя и всей системы электрообеспечения во многом зависит от грамотного выбора параметров оборудования.

Кроме вышеописанных характеристик следует оценить:

• выходную мощность;
• тип защиты;
• рабочую температуру;
• габариты установки;
• КПД;
• наличие дополнительных функций.

Рассмотрим далее все эти характеристики детальнее.

Критерий #1 — мощность прибора

Номинал «солнечного» инвертора подбирается из расчета максимальной нагрузки на сеть и предполагаемого времени автономной работы. В пусковом режиме преобразователь способен отдавать кратковременное повышение мощности на момент ввода в эксплуатацию емкостных нагрузок.

Такой период характерен при включении посудомоечных, стиральных машин или холодильников.

При использовании ламп освещения и телевизора подойдет маломощный инвертор на 500-1000 Вт. Как правило, требуется расчет суммарной мощности эксплуатируемой техники. Нужная величина указывается непосредственно на корпусе прибора или в сопроводительном документе.

Критерий #2 — уровень защиты

Качественный солнечный инвертор должен иметь несколько ступеней защиты. Возможные варианты: система принудительного охлаждения, предупреждение короткого замыкания, защита от провалов и выбросов напряжения в сети.

Немаловажно – наличие герметичного укрепленного корпуса, предупреждающего попадание вовнутрь частиц пыли, влаги. Показатель защиты электрооборудования нормируется согласно стандартизации IEC-952.

Для условий эксплуатации на открытом воздухе подойдут модели с индексом «IP65» — прочность и надежность инвертора допускает его применение во внешней атмосфере.

Критерий #3 — рабочая температура и габариты

Широкий интервал значений – показатель достойного качества сборки инвертора. Величина показателя особо актуальна при размещении преобразователя в неотапливаемом помещении.

Вес – косвенный показатель качества инвертора. Существует мнение – чем тяжелее преобразователь, тем он мощнее. Это объясняется наличием в высокомощном оборудовании трансформатора.

Критерий #4 — коэффициент полезного действия

Специалисты рекомендуют приобретать «конвертеры» тока с КПД от 90%. Только с таким параметром работа гелиосистемы будет эффективной, а ее обустройство целесообразным. Потеря 10% солнечной энергии – недопустимая «роскошь».

Дополнительный функционал. Расширенные возможности влияют на стоимость оборудования и не всегда востребованы. Однако некоторые опции оправдывают затраченные средства.

К полезным и необходимым «девайсам» относятся:

• автоматическое добавление инверторной мощности к электроэнергии сети;
• регулировка периода зарядки аккумуляторной батареи;
• выбор приоритетного источника тока;
• поддержание работы с аккумуляторами разного типа (щелочными, литий железно-фосфатными, гелиевыми, AGM, кислотными);
• возможность комбинированной работы с сетевым преобразователем;
• установка показателя напряжения — предупреждение «скачков» сетевого напряжения;
• возможность модернизации инвертора за счет обновления прошивок.

Современные преобразователи могут подключаться к ПК для программирования и мониторинга.

В чем отличие автономных инверторов и сетевых

Первым не нужны дополнительные аккумуляторы, но работают они только с приборами, контролирующими мощность солнечные конструкции. Решения такие дают им возможность автоматически включаться, когда хватает мощности батарей, чтобы генерировать переменный ток. Они оснащены классическими розетками, необходимыми для включения в сеть устройств.

Рекомендуем:

• Goal Zero Nomad 13: какие устройства заряжает, особенности и где выгодно купить
• Достоинства, недостатки и перспектива аморфных солнечных батарей
• Виды солнечных батарей, особенности производства, различия

Вторые нуждаются в оборудовании, позволяющем проводить подзарядку аккумуляторов. Помимо этого, у них имеются узлы, не допускающие ошибиться с полярностью, оставить батарею заряженной не полностью или допустить ее перезарядку.

Моделей существует масса. Выпускаются они производителями разных стран. Из поставляемых на российский рынок можно выделить следующие.

Отечественные

Широчайший ассортимент преобразователей создает МАП «Энергия» (от 800 до 1200 Вт).

Компания России выпускает несколько линеек этих устройств:

• синусоидальные с выходным сигналом, имеющим вид чистой синусоиды — МАП SIN. Цена на них – 22800-130500 рублей;
• синусоидальные с отбором дополнительной энергии от аккумуляторов — МАП HYBRID, стоимостью от 29700 до 166500 рублей;
• 3-фазные — МАП HYBRID, пригодные для зарядки всевозможных типов аккумуляторных батарей с помощью высокомощной зарядки.

Рассчитаны инверторы этого бренда для частных домохозяйств и промышленных объектов, используются достаточно активно в строительной отрасли, медицине, на метеорологических станциях.

Огромным достижением является инвертор с рекордной мощностью в 20 кВт, который выдерживает огромную нагрузку в 25 кВт. Он способен обеспечить электричеством многоэтажное здание с большим числом техники.

Солнечные фотоэлектрические преобразователи

Впервые на связь электричества и света указал Максвелл. В дальнейшем эта связь была доказана профессором МГУ А. Г. Столетовым, в экспериментальной установке которого (1888 г.) потек электрический ток, рожденный световыми лучами. В 1954 г. Пирсон, Чепмен и Фуллер осветили лучами две различные кремниевые пластины, соединенные вместе наподобие бутерброда. Образовалась электрическая цепь, в которой в результате внутреннего фотоэффекта возник ток.

Прямое преобразование солнечной радиации в электроэнергию осуществляется полупроводниковыми фотоэлектрическими преобразователями (ФЭП). Российские ученые являются признанными лидерами в сфере конструирования материалов для полупроводниковых элементов. Исследователям во главе с нобелевским лауреатом академиком Ж. Алферовым удалось создать совершенно новые структуры полупроводниковых материалов для фотоэлементов.

В настоящее время наибольшее распространение получили ФЭП на основе кремния, легированного элементами III и V групп для получения так называемого p–n-перехода. Применяются ФЭП из монокристаллического, поликристаллического и аморфного кремния. Основой ФЭП являются солнечные элементы, имеющие форму круга диаметром до 100 мм или многогранника. Элементы собираются в модули, имеющие при стандартной инсоляции мощность до 100 Вт (рисунок 2). Из таких модулей набираются батареи в ряде случаев мощностью до нескольких МВт.

Преимуществом ФЭП является то, что он использует как прямое, так и рассеянное излучение, не требует слежения за Солнцем и практически не нуждается в обслуживании. Лучшие серийно производимые модули из монокристаллического кремния имеют КПД около 18% и стоимость 3,5–4 $/Вт.

По данным МЭА в 20 индустриально развитых странах суммарная установленная мощность ФЭП к концу 2003 г. составила 1,8 ГВт, причем только за 2003 г. она возросла на 0,43 ГВт .

В 2005 г. в мире было произведено ФЭП суммарной мощностью 1,727 ГВт, а к концу 2010 г. предполагается увеличение производства в 3,5 раза.

Несмотря на высокие темпы наращивания установленной мощности ФЭП как в развитых, так и в развивающихся странах, за счет высокой стоимости материалов и технологии изготовления, стоимость электроэнергии от ФЭП все еще высока — в благоприятных условиях около 0,20 цент./(кВт · ч).

Некоторую перспективу удешевления электроэнергии связывают с работой ФЭП на концентрированном солнечном излучении. При этом уменьшается удельная стоимость собственно ФЭП, но добавляется стоимость концентрирующего устройства. В этом случае оказывается целесообразным применять вместо кремния более дорогие материалы и структуры, обеспечивающие более высокий КПД. Однако такие системы пока не нашли распространения.

На юго-востоке Испании в Caravaca de la Cruz ведутся работы по созданию 5-мегаваттной СЭС (рисунок 3). Новое солнечное предприятие объединит 500 установок по 10 кВт каждая, с общей поверхностью солнечных панелей около 350 тыс. м2. Благодаря применению двуосной системы слежения за Солнцем, индивидуальные фотоэлектрические системы будут постоянно повернуты к светилу, что позволит максимально использовать его энергию от рассвета до заката. Согласно предварительным расчетам, применение следящей системы в сравнении с неподвижными модулями позволит повысить выработку электроэнергии на 40–45 %. Это увеличит производство электроэнергии примерно на 2000 кВт · ч/год с каждого киловатта установленной мощности СЭС, что даст ежегодную прибавку в выработке электроэнергии до 10 ГВт · ч.

Создание нового фотоэлектрического предприятия происходит на фоне принятого в Испании плана развития возобновляемой энергетики, в котором правительство поставило цель установить 400 МВт фотоэлектрических солнечных систем к 2010 г.

В Германии, возле города Prenzlau, введено в действие крупнейшее из созданных когда-либо предприятий для производства солнечных панелей. Оно построено неподалеку от уже действующего аналогичного предприятия Aleo/SMO. Его производственная мощность составляет 90 МВт, что соответствует примерно 550 тыс. модулей в год. Это количество ежегодно производимых фотоэлементов обеспечит электроэнергией около 45 тыс. человек.

Создание предприятия явилось ответом не только на быстрый рост внутреннего рынка фотоэлектрических технологий Германии, но также на стремительный рост мирового рынка этих технологий.

Сегодня в России имеются достаточная научная база для развития фотоэнергетики и мощное производство, которое способно создавать любые современные солнечные фотоэлектрические установки.

Экономический потенциал солнечной энергии в России сравнительно невелик, из чего следует, что сооружение СЭС с термодинамическим циклом вряд ли целесообразно. Вместе с тем условия для создания солнечных водонагревательных установок (СВУ) для горячего водоснабжения существуют практически повсеместно, особенно в теплое полугодие. Солнечное отопление с помощью систем подогрева теплоносителя в СК для России экономически нецелесообразно. Малая плотность потока солнечной радиации, поступающей в холодное время года, потребовала бы непомерно больших размеров СК в расчете на единицу отапливаемой площади. Однако представляет интерес пассивное использование солнечного тепла за счет разумной архитектуры зданий.

Наряду с СВУ солнечную энергию целесообразно использовать для производства электроэнергии с помощью ФЭП в установках небольшой мощности (в системах связи, сигнализации, навигации, для бытовых нужд в труднодоступных районах и др.).

Особый интерес представляют автономные системы электроснабжения малой мощности (до 6 кВт), которые могут использоваться на небольших предприятиях, фермерских хозяйствах, в индивидуальных жилых домах с использованием солнечной и ветровой энергий (рисунок 4).

Недостатком такого электропитания является несогласованность величины и времени поступления электроэнергии от источника к потребителю. Так, при отсутствии Солнца перестает работать солнечная батарея и потребитель обесточивается. То же самое происходит с ветроэнергетической установкой, если скорость ветра ниже 3 м/с.

Добавив к системе электропитания аккумулятор, можно избавиться от указанных недостатков. Избыток электроэнергии, вырабатываемой различными источниками, может запасаться аккумуляторной батареей (АБ). Инвертор преобразует постоянное напряжение 24 В в переменное напряжение 220 В. К выходу инвертора подключаются потребители электроэнергии.

В заключение отметим, что высокая стоимость электроэнергии от ФЭП сдерживает их более широкое применение. Эта высокая стоимость обусловлена дороговизной кремния высокой чистоты и технологического процесса. В мире и в России ведутся интенсивные исследования и разработки, направленные на удешевление ФЭП.

Фотоэлектрические преобразователи

Все более широкое применение в разных странах находят фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Более 90 % рынка – это ФЭП на основе поли- и моно-кристаллического кремния, модули которых имеют КПД 15–17 %. В условиях средних широт такие фотоэлектрические установки могут производить 120–200 кВт ч/м2 год. Во многих исследовательских центрах ведутся работы, направленные на повышение КПД ФЭП за счет создания слоевых (каскадных) структур, обеспечивающих более полное преобразование энергии солнечного излучения во всем его спектре, а также на снижение стоимости полупроводниковых материалов и ФЭП в целом за счет применения тонкопленочных структур и использования концентраторов солнечного излучения. Ожидается, что в обозримом будущем КПД промышленных ФЭП может быть увеличен до 30–35 %. Хотя интенсивные исследования и разработки в области фотоэлектричества во всех ведущих странах мира привели к серьезным успехам как в части повышения КПД фотопреобразователей, так и в части снижения стоимости их производства, стоимость электроэнергии, получаемой от ФЭП, все еще намного превосходит стоимость электроэнергии, вырабатываемой традиционными источниками энергии. В настоящее время электроэнергию, получаемую от ФЭП, следует рассматривать как возможность снабжения энергией потребителей, удаленных от электросетей или желающих иметь резервный источник на случай отказа системы электроснабжения. Чаще всего при этом речь идет об установках сравнительно небольшой мощности, имеющих в своем составе аккумуляторную батарею для электроснабжения в темное время суток.

Применение фотоэлектрических преобразователей

Автономное питание потребителей, не имеющих подключения к централизованному электроснабжению

Коммуникационные системы (ретрансляторы, мобильные радиосистемы, телефонные сети, автономные системы контроля и управления). Мощность фотоэлектрических установок, применяемых в этой области, составляет от нескольких ватт до нескольких киловатт.

Катодная защита. ФЭП нашли широкое применение как автономный источник питания систем защиты от коррозии телекоммуникационных вышек, трубопроводов, подземных металлических резервуаров и подземных конструкций зданий, подверженных агрессивному воздействию окружающей среды. Как правило, их мощность для этих целей не превышает 10 кВт.

Сигнальные устройства. Электропитание с помощью ФЭП сигнальных навигационных огней на реках, в море, огней безопасности, устанавливаемых на линиях электропередач, высотных сооружениях, световых и звуковых сигнальных устройств на железнодорожных путях и автомобильных дорогах и т.п.

Освещение. Десятки тысяч ФЭП в сочетании с аккумуляторными батареями используются в разных странах для освещения рекламных щитов, дорожных и парковочных знаков и указателей и т.п., в том числе внутри больших городов.

Электрохолодильники. Большое распространение, особенно в странах с жарким климатом, получили электрохолодильники, запитываемые от ФЭП, позволяющие хранить ценные скоропортящиеся продукты, в первую очередь, медикаменты, вакцины и т.п.

Удаленный мониторинг. Это направление использования ФЭП является также одним из наиболее распространенных. Сегодня в разных странах действует более 100000 фотоэлектрических установок, обеспечивающих питание автономных метеостанций, станций автономного контроля температуры и уровня воды, расхода жидкостей в трубопроводах, контроля уровня загрязнения воздуха вблизи промышленных предприятий и т.п.

Водонасосные установки. Фотоэлектрические установки находят применение для подъема питьевой воды из скважин и колодцев, для ирригационных целей в сельском хозяйстве. Установки работают при наличии солнечного излучения, накапливая воду в резервуаре. Такие установки отличаются простотой конструкции и относительно недороги, поскольку не требуют использования аккумуляторных батарей в своем составе.

Энергоснабжение жилых домов

Одна из задач, связанных с применением ФЭП в жилых и административных зданиях, состоит в том, чтобы модули ФЭП могли заменять традиционные строительные элементы и облицовочные материалы. При этом они должны удовлетворять архитектурным решениям и быть привлекательными с эстетической точки зрения.

Создание солнечных электростанций

В ряде стран действует несколько десятков демонстрационных фотоэлектрических станций мощностью более 100 кВт каждая, являющихся прообразами будущих крупных солнечных электростанций. Они пока еще далеки от самоокупаемости, но важны для накопления опыта эксплуатации и демонстрации перспективных экологически чистых энергетических технологий. В России суммарные производственные мощности по выпуску ФЭП по данным производителей составляют несколько МВт в год. Производимые несколькими российскими предприятиями ФЭП отвечают современным международным стандартам и в основном поставляются в зарубежные страны.

Существуют три основных структурно-схемных решения систем электроснабжения с использованием солнечных электростанций. Их разновидности представлены на рис. 7.1.

1. Автономная фотоэлектрическая электростанция полностью независима от сетей внешнего электроснабжения (рис. 7.1, а). Все автономные системы должны иметь в своем составе накопитель энергии или аккумулятор. Энергия от аккумуляторов используется во время недостаточной солнечной радиации или в случаях, когда нагрузка превышает генерацию солнечных батарей.
2. Фотоэлектрическая электростанция, работающая параллельно с внешней сетью (рис. 7.1, б). Избыток мощности, генерируемый солнечными батареями может направляться в сеть. Если потребление превышает генерацию электроэнергии солнечными батареями, то недостающая энергия берется от сети. Для этого используются преобразователи напряжения постоянного тока в переменный – инверторы, которые могут работать параллельно с сетью.
3. Система с безаккумуляторным соединением с сетью является самой простой из всех систем (рис. 7.1, в). Она состоит из солнечных батарей, а также инвертора, подключенного к сети. Вся вырабатываемая электроэнергия отдаётся в сеть. В такой системе нет аккумуляторных батарей, поэтому они не могут использоваться в качестве резервных систем. Когда сеть пропадает, то и выработка электроэнергии солнечными батареями также прекращается. Это может быть ограничением такой системы, но основное её преимущество – низкая цена и высокая надежность.

Эффективность фотоэлектрической системы зависит от уровня солнечной радиации. Основной составляющей фотоэлектрических систем являются модули, в которые объединяются фотоэлементы. Модули бывают рассчитаны на любое напряжение, вплоть до нескольких сотен вольт. Если в системе имеются нагрузки переменного тока, то для преобразования в переменный ток в состав системы входят инверторы. При выборе фотоэлементов для автономной солнечной энергосистемы необходимо знать КПД того или иного вида фотоэлементов. Известно, что КПД фотоэлемента представляет собой отношение энергии, попадающей на фотоэлемент, к электроэнергии, поступившей к потребителям электроэнергии. Существует практическое значение КПД, теоретическое и лабораторное значения КПД. Ниже приведены значения практического КПД фотоэлементов промышленного производства:

• фотоэлементы из монокристаллического кремния: 16–17%;
• фотоэлементы из поликристаллического кремния: 14–15%;
• фотоэлементы из аморфного кремния: 8–9%.

Зарубежные

Наиболее известны преобразователи французской разработки — фирмы Schneider Electric, которые славятся эксплуатационными параметрами, дающими возможность применения в районах с различным климатом. Их корпус защищен от коррозии специальным покрытием.

Conext от Schneider Electric

Их разработали для повышения эффективности батарей, устанавливаемых на крыши зданий. Эксплуатировать их можно даже в сложнейших климатических условиях. КПД достигает 97,5%, мощность находится в широком диапазоне — 3-20 кВт.

Ценовой диапазон цены- 86900-327300 рублей.

Назначение

Разработан он для установки на крышах многоэтажек, коттеджей загородных.

Надежность

При изготовлении инверторы проходят жесткий контроль качества, используя различные методики и тесты.

Конструкция

В ней нет электромеханических конденсаторов, что резко увеличивает надежность устройств и повышает срок эксплуатации. Даже с предельной нагрузкой устройство выдает КПД 97,5 процента. У некоторых моделей отсутствует распределительный блок, следовательно, не требуется монтаж электрощита.

Из огромного ассортимента устройств с мощностью 3-20 кВт каждый выберет наиболее подходящую модель.

Обзор популярных гибридных преобразователей

Среди потребителей хорошие отзывы получили инверторы иностранных компаний: Xtender (Швейцария), Prosolar (Китай), Victor Energy (Голландия), SMA (Германия) и Xantrex (Канада). Отечественный представитель – МАП Sine.

Линейка многофункциональных инверторов Xtender

Гибридный преобразователь Studer от компании Xtender – воплощение швейцарского стандарта качества в силовой электроники. Солнечные инверторы серии Xtender отличаются показательными прочностными характеристиками и обширной функциональностью.

Многообразие моделей: ХТS – маломощные представители, ХТМ – модели средней мощности, ХТН – высокомощные инверторы.

Каждой серии гибридных преобразователей Xtender присущи следующие характеристики и опции:

• чистая синусоида подачи;
• «подмес» мощности к сети от аккумулятора;
• при снижении сетевого напряжения потребление от центрального электроснабжения сокращается;
• два режима выбора приоритета: первый – «мягкий» с подпиткой от сети в пределах 10%, второй – полное переключение на аккумулятор;
• многообразие инстайллерских настроек;
• управление работой резервного генератора;
• режим ожидания с широким диапазоном регулирования;
• удаленный мониторинг параметров системы.

Во всех модификациях есть функция Smart Boost –подключение к разным «поставщикам» питания (генераторная установка, сетевой инвертор) и Power Shaving – гарантированное покрытие пиковых нагрузок.

Оптимальные преобразователи Prosolar Hybrid

Модель китайского производства имеет хорошие характеристики и приемлемую стоимость (около 1200 у.е.). Преобразователь оптимизирует работу солнечных батарей, сохраняя неизрасходованную энергию в аккумуляторе.

Отличительные особенности:

• опция отслеживания за точкой граничной мощности солнечной батареи;
• информационный ЖК-дисплей с отображением рабочих параметров системы;
• 3-х уровневое зарядное устройство аккумулятора;
• регулировка максимального тока до 25А;
• коммуникативность инвертора.

Преобразователь подсоединяется к ПК посредством программного обеспечения (поставляется комплектом). Есть возможность модернизации инвертора путем инновационной перепрошивки.

Синусоидальные инверторы Phoenix Inverter

Инверторы Phoenix удовлетворяют высоким требованиям и подходят для производственного применения. Серия Phoenix Inverter выпущена без встроенного зарядного устройства.

Преобразователи оснащены информационной шиной VE.Bus и допускают эксплуатацию в параллельных или трехфазных конфигурациях.

Диапазон мощностей модельного ряда – 1,2-5 кВт, КПД – 95%, тип напряжения – синусоида.

Конкурентные преимущества:

• технология «SinusMax» поддерживает запуск «тяжелых нагрузок»;
• два режима сбережения энергии – опция поиска нагрузки и понижение тока холостого хода;
• наличие реле сигнализации – оповещение о перегреве, недостаточном напряжении батареи и т.д.;
• настройка программируемых параметров через ПК.

Для достижения высокой мощности возможно параллельное подключение к фазе до шести преобразователей. Например, комбинация из шести приборов номиналом 48/5000 способна обеспечить выходную мощность – 48кВт/30кВА.

Отечественные приборы МАП Gibrid и Dominator

разработала две модификации гибридного преобразователя: Gibrid и Dominator.

Диапазон мощностей оборудования составляет 1,3-20 кВт, временной промежуток на переключение между режимами – до 4-х мс, предусмотрена возможность «подкачки» электроэнергии в городскую сеть.

Общие характеристики конвертеров напряжения Gibrid и Dominator:

• трансформатор на базе тора;
• стабилизация входного напряжения отсутствует;
• режим «подкачки» мощности;
• выход – чистый синус;
• генерация переизбытка энергии в сеть;
• ограничение тока потребления на входе АС;
• класс IP21;
• расход в «спящем» режиме – 2-5Вт.

КПД преобразователей достигает 93-96%. Приборы успешно прошли испытания на использование при сверхнизких температурах (граничное значение -25°, допустимы кратковременное снижение до -50 °С).

Голландские

Другая известная компания из Голландии – TBS Electronics на рынке известна более 24 лет. Ее направление деятельности – выпуск преобразователей малой, а также средней мощности, которые имеют синусоиду на выходе. Они предназначены для функционирования с панелями солнечными, у которых мощность в пределах 175 – 3500 Вт.

Такие инверторы для солнечных батарей купить можно за 9400 до 79800 рублей.

Powersine PS3500-24

Профессиональное устройство обеспечивает питание отопительных котлов, персональных компьютеров, насосного оборудования и прочих приборов малой нагрузки. Он оснащен надежной электроникой, металлический корпус отличается высокой прочностью.

Как и для ранее описанного устройства, для линейки Powersine характерна чистая выходная синусоида, что гарантированно обеспечивает продолжительный период эксплуатации и высокую надежность приборов высокой чувствительности.

Еще одним плюсом является защита от короткого замыкания, которой разработчик оснастил его, от случающихся перегрузок и скачков температуры.

Инвертор пригоден для запуска нагрузок до 500 В, с пусковой силой в разы превышающей номинальную.

Высокочастотные инновационные инверторы, производимые фирмой Kostal выпускаются однофазными и трехфазными. Диапазон их мощности 1,5 -20 кВт.

Они даже в комплектации базовой оснащены:

• выключателями переменного тока автоматическими;
• мониторами;
• трекерами MPP;
• SO счетчиками.

Это дает возможность их применения в «умном доме». В монтаже и эксплуатации они несложные. Мониторить их работу помогает встроенная информативная панель. Для корпуса использованы современные качественные материалы, поэтому помимо внутренней установки они допускают наружный монтаж.

Приобрести предлагается на сайте https://tbs-electronics.nl/product/powersine-inverters-2000w-3500w-12v24v48v/.

ТОП-6 инверторов 2022 – бюджетный класс

Вторая шестерка нашего рейтинга отличается от первой преимущественно уровнем функциональности и мощности. Надежность оборудования бюджетного класса практически идентична «элите», но купить такие инверторы можно значительно дешевле.

Bineos

Рейтинг инверторов для дома возглавляет один из лучших китайских брендов в области инверторов. Несмотря на Тайваньскую прописку, заводы по производству инверторов Bineos расположены в континентальном Китае, провинция ШэнЧжень. При сравнительно невысокой стоимости, всю продукцию бренда отличает безукоризненное качество и функциональность. И это однозначно одни из лучших инверторов для дома. О количестве инноваций, примененных в инверторах Bineos, говорит тот факт, что только исследовательскими разработками в компании занимается отдельное подразделение со штатом свыше 200 человек.

Даже наиболее бюджетные модели, например, инвертор Bineos EM3KF, отличает:

• идеальная исходящая синусоида;
• высокая эффективность преобразования тока;
• широкий диапазон настроек;
• информативность;
• компактность и стильный дизайн.

SmartWatt

Российский «инверторный» бренд, принадлежащий компании Delta Solar. Основными покупателями, помимо внутреннего рынка, являются РФ и ближнее зарубежье. Отличается огромным разнообразием предлагаемых инверторов для самых разнообразных задач и широчайшим диапазоном цен от 20 до 370 тыс. руб.

Специалистами и покупателями отмечается высокое качество моделей всех трех предлагаемых серий:

1. ECO – для гибридных систем и резервных систем, мощность от 1 до 7,2кВт. Имеют встроенный контроллер для солнечных батарей. Обязательно подключение к АКБ.
2. Hybrid – многофункциональное оборудование со встроенным контроллером для работы в гибридном режиме с возможностью использовать основной источник энергии любого типа. Есть модели, которые могут работать без АКБ.
3. GRID – группа мощных сетевых инверторов до 60кВт, наиболее продаваемым из которых является SmartWatt Grid 5K 1P 2MPPT.

Solax Power

Solax Power – очередной «новичок» среди инверторов в рейтинге для дома, быстро завоевавший популярность. Возможно, на высокий спрос повлиял фактор принадлежности бренда в качестве «дочки» одному из гигантов солнечного рынка Поднебесной, концерну Suntellite Group.

Третье место рейтинга «Солакс Пауэр» традиционно для Китая завоевал стоимостью. Цена всех инверторов линейки Solax Power X почти в 2 раза ниже, чем сходных по качеству и возможностям «европейцев».

GoodWe

Четвертое место рейтинга инверторов для дома занимает очередной «китаец» GoodWe, модели которого подкупают своей стильностью и фантастически надежной работой. Это единственный недорогой бренд Поднебесной, за минувшие 10 лет не получивший ни одной объективной претензии относительно качества.

Среди инверторов «Гуд Ви» наиболее удачливым и востребованным является Goodwe DNS 2022 года выпуска – без особых функциональных изысков, но очень надежный, компактный и дешевый.

Delta

Пятое место Delta Group обусловлено не самым удачным первоначальным выходом на рынок. Первая серия «Дельты», инверторы RPI, получилась крайне неудачной. Рост популярности бренда начался только в 2022, после выпуска обновленной линейки Delta Home Series. Подняться выше в списке оборудованию Delta Group мешает сравнительно высокая для Китая цена – даже у Huawei, она ниже. Однако большим плюсом служат 5 лет гарантии, нехарактерные для «бюджетников».

Ingeteam

Единственный европеец в списке – испанский Ingeteam, несмотря на отменные характеристики, проигрывающий в «бюджетном» секторе китайцам из-за более высокой цены. Все модели бренда отличает характерные для Европы качество, многофункциональность и информативность мониторинга.

ТОП популярности приходится на серию 1Play TL-M, включающую линейку моделей с диапазоном мощности 2,5 – 6 киловатт.

Какой инвертор лучше покупать для дома – решать Вам. Если при выборе инвертора возникли сомнения – наши специалисты дадут свой профессиональный совет и подберут вам наиболее выгодный вариант инвертора для солнечной станции для дома, дачи или бизнеса.

Инверторы Тайваня

Не менее качественные инверторы, выпускаемые в Тайване.

На российском рынке их представляют:

• автономные преобразователи SLP и SL;
• гибридные автономно-сетевые HTP;
• гибридные HT.

Первые оборудованы контроллерами заряда, работающими на солнечной энергии. Помимо основного назначения — инвертора, они могут при меняться в качестве контроллеров и зарядных. Основные параметры выводятся на цифровой монитор, что облегчает контроль над ними. КПД достаточно высокий – до 93%. Помимо этих достоинств, они имеют защиту от пыли.

Преимущества и недостатки солнечной энергии

Преимущества

• Бесплатно. Одно из главных преимуществ энергии солнца – это отсутствие платы за неё. Солнечные панели делаются с использованием кремния, запасов которого достаточно много;
• Нет побочного действия. Процесс преобразования энергии происходит без шума, вредных выбросов и отходов, воздействия на окружающую среду. Этого нельзя сказать о тепловой, гидро и атомной энергетике. Все традиционные источники в той или иной мере наносят вред ОС;
• Безопасность и надёжность. Оборудование долговечное (служит до 30 лет). После 20─25 лет использования фотоэлементы выдают до 80 процентов от своего номинала;
• Рециркуляция. Солнечные панели полностью перерабатываются и могут быть снова использованы в производстве;
• Простота обслуживания. Оборудование довольно просто разворачивается и работает в автономном режиме;
• Хорошо адаптированы для использования в частных домах;
• Эстетика. Можно установить на крыше или фасаде здания не в ущерб внешнему виду;
• Хорошо интегрируются в качестве вспомогательных систем энергоснабжения.

Недостатки

• Эффективность зависит от времени суток и погоды. Нерентабельно использовать в высоких широтах;
• Требуется аккумулировать преобразованную энергию;
• Первоначальные вложения высокие. Особенно это ощутимо для обычных людей при покупке оборудования для частного дома;
• Периодически нужно делать очистку панелей от загрязнения;
• Для размещения требуется большая площадь;
• Некоторые фотоэлементы имеют в своём составе Pb, Cd, мышьяк, что усложняет и переработку.