В предыдущей статье вы узнали о трех типа солнечных электростанций и о функциях, которые они выполняют:
- Сетевая On-grid (Grid-tie) – экономия и продажа электроэнергии.
- Гибридная Off-grid – экономия и автономия.
- Гибридная Off-grid/On-grid – экономия, автономия и продажа электроэнергии.
Также вы узнали, что у них может быть одинаковым почти все оборудование, кроме инвертора. Потому что тип инвертора определяет тип солнечной электростанции. Поскольку в центре внимания этого цикла статей находятся системы, способные обеспечить электропитание при отключениях сети, то данная статья посвящена именно гибридным инверторам. On-grid (Grid-tie) инверторы не рассматриваем.
Почти в каждом разделе этой статьи вы получите практические советы как выбрать гибридный солнечный инвертор и как его правильно использовать. В результате полученных здесь знаний вы сможете купить солнечный гибридный инвертор осознанно, получив именно то, что вам нужно, и максимально выгодно, не переплачивая за ненужные вам «навороты». А если вы уже купили гибридный солнечный инвертор, то сможете по-максимуму использовать его возможности.
Что такое гибридный инвертор для солнечных батарей.
Гибридный солнечный инвертор представляет собой программируемое электронное многофункциональное устройство, заменяющее сразу несколько устройств, таких как:
- Собственно инвертор, преобразующий постоянный ток от солнечных панелей и/или батареи в переменный ток 220/380V.
- DC-DC конвертор, преобразующий более высокое напряжение солнечных панелей в более низкое напряжение для заряда батареи.
- Контроллер солнечных панелей, чаще всего MPPT, следящий за точкой их максимальной мощности, или простой PWM в дешевых моделях.
- Зарядное устройство с программируемым контроллером для безопасной работы батареи.
- Выпрямитель для зарядного устройства с понижением напряжения с 220/380V до напряжения батареи.
- Стабилизатор напряжения 220/380V с функциями защиты.
- Программируемый распределитель потоков энергии.
Из этого списка видно, что гораздо проще построить систему резервного питания на основе одного устройства — гибридного солнечного инвертора по сравнению с такой же системой из нескольких устройств и ручным переключением между ними. И не только проще, но также выгоднее по деньгам при тех же параметрах системы.
Потоки энергии в солнечном гибридном инверторе.
Направление потоков энергии на всех входах/выходах гибридного солнечного инвертора представлены в таблице:
| № | Наименование входа/выхода | Направление потока энергии |
| 1 | Вход 220V (или 380V) | Прием энергии из сети (и передача при On-Grid) |
| 2 | Вход солнечных панелей | Прием энергии от солнца |
| 3 | Вход/выход на Батарею | Прием энергии из батареи и передача в нее |
| 4 | Выход 220V (или 380V) | Передача энергии в домашнюю сеть |
Для работы гибридного солнечного инвертора можно не задействовать один из его трех входов, например, в вашей системе резервного электроснабжения квартиры/дома возможно пока не задействован вход солнечных панелей. В полностью автономной системе не задействован вход 220V (380V). Некоторые гибридные инверторы без аккумуляторов способны работать, на одной только солнечной энергии, или подмешивая ее к энергии сети.
Гибридные солнечные инверторы делятся на два типа: с возможностью продавать электроэнергию (On-Grid/Off-grid, или Grid-tie) и без такой возможности (Off-Grid). Разница в их цене может отличаться более, чем на 40%, поэтому покупайте дорогой вариант только если уверены, что функция Grid-tie вам действительно нужна, т.е. вы точно будете продавать электроэнергию.
Схема подключения гибридного инвертора.
Ниже приведена упрощенная схема подключения гибридного инвертора независимо от его типа. Здесь не показаны устройства защиты и отключения.
Подключение гибридных инверторов в сеть 220/380V происходит последовательно, т.е. в разрыв, между счетчиком электроэнергии и вашими потребителями, требующими автономии. На схеме они подключены в желтую линию. При этом потребители, не требующие автономии, можно оставить подключенными в сеть до инвертора (на схеме — красная линия). Это позволит использовать гибридный инвертор минимальной мощности, равной или большей сумме мощностей всех потребителей на желтой линии.
Подключение гибридного инвертора c функцией Grid-Tie такое же. Но в отличие от инвертора Off-grid, он может направлять энергию и в красную линию, что даст дополнительную экономию стоимости электроэнергии и возможность ее продавать. При этом важно, чтобы у вас был соответствующий электросчетчик. Обычный счетчик может считать энергию независимо от направления – и ее количество, отданное вами в сеть, может посчитать как потребленную вами!
Характеристики гибридного инвертора для солнечных батарей.
Рассмотрим основные параметры гибридных инверторов в плане их практического значения для вашей жизни.
Мощность.
Прежде всего проверьте, какая мощность гибридного инвертора указана в его названии: пиковая или долговременная. Пиковая обычно в два раза больше. Нормальные производители не лукавят и указывают долговременную мощность, на нее вам следует ориентироваться.
Не переплачивайте за инвертор мощностью существенно больше, чем установлена в вашем хозяйстве. В квартиру обычно электроэнергия поступает через автоматический выключатель на 16А. Значит потребляемая мощность ограничена величиной 220х16=3520W. Поэтому вполне достаточно гибридного инвертора 3,5кВт. Если у вас дом, или малое предприятие, то скорее всего установлен автомат на 25А. Тогда достаточно гибридного инвертора 5 кВт. Для трехфазной сети – умножайте на три. То есть в первом случае это будет гибридный инвертор 10 кВт., а во втором – 15кВт.
Более мощный гибридный солнечный инвертор имеет смысл, если вы хотите продавать много энергии по зеленому тарифу, или если вам не хватает установленной в вашем хозяйстве мощности.
Обращайте внимание и на пиковую мощность, у нормальных гибридных инверторов она должна допускать как минимум двукратную перегрузку в течение 5 секунд. Это важно для обеспечения пусковых токов электромоторов вашего оборудования, например, холодильника, морозильника, насоса, пылесоса, электроинструментов и т.д.
Если вам нужна автономия только для некоторых важных домашних потребителей, например, для котла, холодильника, освещения, роутера, ноутбука, то просуммируйте их потребляемые мощности и скорее всего окажется, что вам будет достаточно гибридного инвертора 1 kW.
Напряжение батареи гибридного инвертора.
Оптимальные напряжения батареи в зависимости от мощности инвертора приведены в таблице.
| Мощность инвертора | Оптимальное напряжение батареи |
| Гибридный инвертор 1кВт. | 12 Вольт |
| Гибридный инвертор 2кВт. | 24 Вольт |
| Гибридный инвертор 3кВт. | 24 В. или 48 В. |
| Гибридный инвертор 5кВт. | 48 Вольт |
| Гибридный инвертор 10кВт. | 96 Вольт |
| Гибридный инвертор 30кВт. | 192 Вольт |
Не рекомендуем покупать инвертор с более низкими напряжениями батареи. А если доступны разные варианты, то лучше выбрать более высоковольтный вариант, т.к. при этом токи через батарею будут ниже, что увеличит ее срок службы. Кроме того, при меньшем токе снижаются требования к сечению проводов и качеству соединений. Однако если нет возможности установить много солнечных панелей, например, в городской квартире, то предпочтительнее низковольтный вариант.
Типы батарей и регулировки их напряжений.
Бюджетные модели гибридных солнечных инверторов как правило рассчитаны на свинцовые батареи: тяговые, гелевые и AGM, а более дорогие имеют опцию работы с литием и могут получать информацию от BMS литиевой батареи по CAN-шине. В долгосрочной перспективе литий гораздо лучше, об этом будет следующая статья. Однако, если в вашем гибридном солнечном инверторе вообще отсутствует опция работы с литиевой батареей, но есть регулировки напряжений – не расстраивайтесь, мы разработали и изготавливаем батареи для таких случаев, и делаем соответствующую настройку гибридного инвертора. Вы тоже сможете воспользоваться всеми преимуществами литиевой батареи, заказав ее у нас. При этом будет приятный бонус: все тонкости работы батареи вы сможете видеть на смартфоне за счет связи с ней по Bluetooth.
Ток заряда батареи.
Обратите внимание на этот параметр, если вы хотите получить большую автономность, т.к. в этом случае у вас будет батарея высокой емкости, и при частых отключениях ее нужно будет быстро заряжать. Если вы собираетесь купить гибридный солнечный инвертор мощностью 3 кВт. и выше, то не берите модели с током заряда меньше 30А, т.к. батарея будет слишком медленно заряжаться, что может существенно ограничить автономность вашей системы при частых блэкаутах. Не переживайте за батарею, если инвертор будет с очень большим током заряда, его можно уменьшить в настройках.
Возможность работать без батареи.
Этот параметр гарантированно защитит подключенный к солнечным панелям инвертор от неприятностей в случае, если произойдет аварийный обрыв цепи батареи, например, при срабатывании защиты BMS.
Потребляемая мощность.
Бюджетные модели гибридных солнечных инверторов берут питание для своей электроники от батареи, т.е. они ее разряжают даже в режиме холостого хода. Если этот параметр высокий, а емкость батареи небольшая, то утром вы можете обнаружить существенное снижение уровня ее заряда. Поэтому желательно, чтобы потребляемая мощность в режиме холостого хода была не более 10W.
Тип солнечного контроллера.
В этом плане возможны три варианта комплектации гибридного инвертора:
- Контроллер отсутствует. Такой инвертор может работать только как бесперебойник.
- PWM тип контроллера, или ШИМ-контроллер. Он удорожает инвертор на 10-30$ по сравнению с первой комплектацией и имеет эффективность около 75%.
- MPPT контроллер удорожает инвертор на 50-90$ относительно первой комплектации, зато имеет эффективность до 95%. Это – лучший вариант для создания гибридной солнечной электростанции.
Напряжение массива солнечных панелей.
MPPT контроллер современных солнечных инверторов как правило рассчитан на напряжение 120 – 450V, что удобно для подключения массива из 5 и более стационарных PV-панелей. Это – самый предпочтительный вариант.
Однако если вы ограничены пространством только на 1 – 4 панели, то вам нужен инвертор с более низковольтным MPPT контроллером. При этом следует знать, что нижнее напряжение массива панелей как правило должно быть выше напряжения батареи, поэтому батарея к такому инвертору также будет низковольтной. Например, если на балконе квартиры вы можете разместить только одну портативную солнечную панель 18V, то напряжение батареи будет 12V.
Варианты решений для ограниченного пространства приведены в таблице.
| Количество, размеры и вес PV-панелей | Мощность и напряжение одной панели | Мощность и напряжение массива | Напряжение батареи | Мощность инвертора |
| 1 х (110х70см. 3,6кг. складная) | 100W, 18V | 100W, 18V | 12 Вольт | до 1,5 kW |
| 2 х (110х70см. 3,6кг. складная) | 100W, 18V | 200W, 36V | 24 Вольт | до 3,6 kW |
| 2 х (160х55см. 3,8кг. складная) | 120W, 18V | 240W, 36V | 24 Вольт | до 3,6 kW |
| 1 х (270х70см. 6,7кг. складная) | 300W, 18V | 300W, 18V | 12 Вольт | до 1,5 kW |
| 2 х (270х70см. 6,7кг. складная) | 300W, 18V | 600W, 36V | 24 Вольт | до 4 kW |
| 1 х (230х115см. 30кг.) | 500W, 35V | 500W, 35V | 24 Вольт | до 4 kW |
| 2 х (230х115см. 30кг.) | 500W, 35V | 1000W, 70V | 48 Вольт | до 6 kW |
| 3 х (230х115см. 30кг.) | 500W, 35V | 1500W, 105V | 48 Вольт | до 6 kW |
| 4 х (230х115см. 30кг.) | 500W, 35V | 2000W, 140V | 48 Вольт | до 6 kW |
Из приведенных данных этого пункта делаем выводы:
- Если вы не ограничены в пространстве на установку 5 и более стандартных панелей, то у вас нет проблем с подключением к большинству современных легких, эффективных и относительно недорогих гибридных солнечных инверторов. Только обращайте внимание на рабочее напряжение панелей, чтобы их сумма существенно превышала 120V. Луче всего, если напряжение массива будет около 360V, тогда генерация будет ненулевая и в пасмурную погоду.
- Если в вашей квартире есть типичная лоджия шириной примерно 3 метра на солнечной стороне, то вы можете свесить с нее две складные панели 100W, 120W или даже 300W и подключить их последовательно.
Вам понадобится инвертор с низковольтным входом MPPT от 30V, с батареей 24V и мощностью до 4kW. В итоге у вас будет и автономия, и экономия, и зеленая энергетика.
- Если на солнечной стороне вы можете разместить только одну складную PV-панель, то это вынудит работать с инвертором небольшой мощности и батареей 12V. Все блага предыдущего пункта будут, но в скромных масштабах.
- Стационарные панели применять выгоднее, но одно дело вывесить на балконе две портативные панели весом 3 — 7 кг. каждая, которые можно в любой момент снять, и совсем другое – закрепить панель весом 20 — 30кг.
Возможность параллельного наращивания.
Такие инверторы дают возможность строить большую солнечную электростанцию постепенно. Например, построили СЭС на 5 kW, через год купили еще столько же панелей и такой же гибридный инвертор 5кВт., подключили его параллельно предыдущему и подняли мощность до 10 kW, а через год до 15 kW и т.д.
Второй вариант – подключение трех таких инверторов со своими массивами панелей на три разные фазы. Имеем трехфазную СЭС на 15 kW.
Можно добавить еще столько же оборудования и получить 30 kW, а потом повторить и получит 45 kW. Можно на самую нагруженную фазу подключить два и более инвертора, а на остальных оставить по одному.
Цена гибридного солнечного инвертора с возможностью параллельного подключения вырастет примерно на 40-80$.
Функция подмешивания.
Если для питания вашего хозяйства не хватает сгенерированной солнечной энергии, то обычный гибридный инвертор либо добирает энергию от аккумулятора, либо переключается на питание от сети в зависимости от выбранных приоритетов в настройках. Но если у вас установлен солнечный гибридный инвертор с функцией подмешивания, то он добирает недостающую энергию от сети, как бы подмешивая ее к солнечной. Батарея при этом используется меньше и служит дольше.
Коммуникации.
Порт RS485 для связи с компьютером, который есть почти у всех инверторов, пригодится для его перепрошивки, а вот связь по Wi-Fi даст вам возможность из любой точки мира, где есть интернет, видеть на смартфоне все параметры работы вашей гибридной солнечной электростанции. Эта опция обычно удорожает инвертор на 30 – 50$.
Внутренняя схемотехника гибридного инвертора.
Она может быть низкочастотной, с использованием тяжелых трансформаторов, чаще всего тороидальных, и высокочастотной, с более высокой эффективностью и с меньшим весом инвертора. Чаще всего низкочастотные инверторы имеют низковольтные входы для солнечных панелей и для батареи, а также более низкие токи заряда. Цена гибридных инверторов этих двух типов отличается незначительно.
Диапазон рабочих температур и класс защиты.
Обращайте внимание на эти параметры, если планируете делать монтаж гибридного инвертора на улице, или в неотапливаемом помещении.
Выводы.
- Можно встретить гибридные солнечные инверторы одного производителя, одной мощности и даже в том же корпусе, но с огромной разницей в цене. Потому что в дешевом варианте нет солнечного контроллера, или стоит дешевый PWM, нет Wi-Fi, нет модуля параллельного включения, нет функции подмешивания, нет возможности работать при обрыве батареи и, конечно, нет режима Grid-tie. Нередко такие функции указаны как опция, а в данном конкретном инверторе их может не оказаться, — внимательно читайте его описание.
- Чтобы не переплачивать за ненужные даже в перспективе функции и при этом получить все необходимые – тщательно изучите все характеристики инвертора перед покупкой.
- Если у вас есть где установить большой массив солнечных панелей, то лучше всего вам подойдет высокочастотный солнечный инвертор с высоковольтным MPPT. А если у вас имеется место только на 1-4 панелей, то берите c низковольтным MPPT, даже если он будет низкочастотным. Не рекомендуем инверторы с PWM, чтобы не терять 20% солнечной энергии.
- Не обязательно, чтобы была опция работы с литиевыми батареями, в большинстве случаев поможет правильная настройка гибридного инвертора, и, конечно, правильная литиевая батарея чтобы обеспечить необходимую безопасность.
- Желательно, купить солнечный гибридный инвертор с возможность работать без батареи. Это защитит его, если во время активной генерации энергии от солнца произойдет обрыв в цепи батареи.
Итак, вы знаете необходимый минимум информации о солнечной энергетике и даже в городской квартире можете собрать гибридную солнечную электростанцию, обеспечив себе и автономию, экономию и зеленую энергетику, что сейчас очень актуально в Украине. Осталось ознакомиться с тонкостями и особенностями разных типов батарей для таких систем, чему будет посвящена следующая статья.
