У попередній статті ви дізналися про три типи сонячних електростанцій і про функції, які вони виконують:
- Мережева On-grid (Grid-tie) – економія і продаж електроенергії.
- Гібридна Off-grid – економія та автономія.
- Гібридна Off-grid/On-grid – економія, автономія і продаж електроенергії.
Також ви дізналися, що у них може бути однаковим майже все обладнання, крім інвертора. Тому що тип інвертора визначає тип сонячної електростанції. Оскільки в центрі уваги цього циклу статей перебувають системи, здатні забезпечити електроживлення під час вимкнення мережі, то цю статтю присвячено саме гібридним інверторам. On-grid (Grid-tie) інвертори не розглядаємо.
Майже в кожному розділі цієї статті ви отримаєте практичні поради як вибрати гібридний сонячний інвертор і як його правильно використовувати. У результаті отриманих тут знань ви зможете купити сонячний гібридний інвертор усвідомлено, отримавши саме те, що вам потрібно, і максимально вигідно, не переплачуючи за непотрібні вам “навороти”. А якщо ви вже купили гібридний сонячний інвертор, то зможете по-максимуму використовувати його можливості.
Що таке гібридний інвертор для сонячних батарей.
Гібридний сонячний інвертор являє собою програмований електронний багатофункціональний пристрій, що замінює відразу кілька пристроїв, таких як:
- Власне інвертор, що перетворює постійний струм від сонячних панелей і/або батареї в змінний струм 220/380V.
- DC-DC конвертор, що перетворює вищу напругу сонячних панелей у нижчу напругу для заряду батареї.
- Контролер сонячних панелей, найчастіше MPPT, що стежить за точкою їхньої максимальної потужності, або простий PWM у дешевих моделях.
- Зарядний пристрій з програмованим контролером для безпечної роботи батареї.
- Випрямляч для зарядного пристрою зі зниженням напруги з 220/380V до напруги батареї.
- Стабілізатор напруги 220/380V з функціями захисту.
- Програмований розподільник потоків енергії.
З цього списку видно, що набагато простіше побудувати систему резервного живлення на основі одного пристрою – гібридного сонячного інвертора – порівняно з такою ж системою з декількох пристроїв і ручним перемиканням між ними. І не тільки простіше, але також вигідніше по грошах за тих самих параметрів системи.
Потоки енергії в сонячному гібридному інверторі.
Напрямок потоків енергії на всіх входах/виходах гібридного сонячного інвертора представлено в таблиці:
| № | Наіменування входу/виходу | Напрямок потоку енергії |
| 1 | Вхід 220V (або 380V) | Приймання енергії з мережі (та передача при On- Grid) |
| 2 | Вхід сонячних панелей | Прийняття енергії від сонця |
| 3 | Вхід/вихід на батарею | Прийняття енергії з батареї та передача в неї |
| 4 | Вихід 220V (або 380V) | Передача енергії в домашню мережу |
Для роботи гібридного сонячного інвертора можна не задіяти один з його трьох входів, наприклад, у вашій системі резервного електропостачання квартири/будинку, можливо, поки не задіяний вхід сонячних панелей. У повністю автономній системі не задіяний вхід 220V (380V). Деякі гібридні інвертори без акумуляторів здатні працювати на самій тільки сонячній енергії, або підмішуючи її до енергії мережі
Гібридні сонячні інвертори діляться на два типи: з можливістю продавати електроенергію (On-Grid/Off-grid, або Grid-tie) і без такої можливості (Off-Grid). Різниця в їхній ціні може відрізнятися більш ніж на 40%, тому купуйте дорогий варіант, тільки якщо впевнені, що функція Grid-tie вам справді потрібна, тобто ви точно продаватимете електроенергію.
Схема підключення гібридного інвертора.
Нижче наведено спрощену схему підключення гібридного інвертора незалежно від його типу. Тут не показано пристроїв захисту та вимкнення.
Під’єднання гібридних інверторів до мережі 220/380V відбувається послідовно, тобто в розрив, між лічильником електроенергії та вашими споживачами, які потребують автономії. На схемі вони під’єднані в жовту лінію. Водночас споживачі, які не потребують автономії, можна залишити підключеними в мережу до інвертора (на схемі – червона лінія). Це дасть змогу використовувати гібридний інвертор мінімальної потужності, що дорівнює або більша за суму потужностей усіх споживачів на жовтій лінії.
Підключення гібридного інвертора з функцією Grid-Tie таке саме. Але на відміну від інвертора Off-grid, він може спрямовувати енергію і в червону лінію, що дасть додаткову економію вартості електроенергії і можливість її продавати. При цьому важливо, щоб у вас був відповідний електролічильник. Звичайний лічильник може рахувати енергію незалежно від напрямку – і її кількість, віддану вами в мережу, може порахувати як спожиту вами!
Характеристики гібридного інвертора для сонячних батарей.
Розглянемо основні параметри гібридних інверторів у плані їх практичного значення для вашого життя.
Потужність.
Насамперед перевірте, яка потужність гібридного інвертора вказана в його назві: пікова або довготривала. Пікова зазвичай удвічі більша. Нормальні виробники не лукавлять і вказують довготривалу потужність, на неї вам слід орієнтуватися.
Не переплачуйте за інвертор потужністю істотно більшою, ніж встановлена у вашому господарстві. У квартиру зазвичай електроенергія надходить через автоматичний вимикач на 16А. Значить споживана потужність обмежена величиною 220х16=3520W. Тому цілком достатньо гібридного інвертора 3,5кВт. Якщо у вас будинок або мале підприємство, то, найімовірніше, встановлено автомат на 25А. Тоді достатньо гібридного інвертора 5 кВт. Для трифазної мережі – множте на три. Тобто в першому випадку це буде гібридний інвертор 10 кВт, а в другому – 15 кВт.
Більш потужний гібридний сонячний інвертор має сенс, якщо ви хочете продавати багато енергії за зеленим тарифом, або якщо вам не вистачає встановленої у вашому господарстві потужності.
Звертайте увагу і на пікову потужність, у нормальних гібридних інверторів вона повинна допускати щонайменше дворазове перевантаження протягом 5 секунд. Це важливо для забезпечення пускових струмів електромоторів вашого обладнання, наприклад, холодильника, морозильника, насоса, пилососа, електроінструментів тощо.
Якщо вам потрібна автономія тільки для деяких важливих домашніх споживачів, наприклад, для котла, холодильника, освітлення, роутера, ноутбука, то підсумуйте їхні споживані потужності, і, найімовірніше, виявиться, що вам буде достатньо гібридного інвертора 1 kW.
Напруга батареї гібридного інвертора.
Оптимальні напруги батареї залежно від потужності інвертора наведено в таблиці.
| Потужність інвертора | Оптимальна напруга батареї |
| Гібридний інвертор 1кВт. | 12 Вольт |
| Гібридний інвертор 2кВт. | 24 Вольт |
| Гібридний інвертор 3кВт. | 24 В. або 48 В. |
| Гібридний інвертор 5кВт. | 48 Вольт |
| Гібридний інвертор 10кВт. | 96 Вольт |
| Гібридний інвертор 30кВт. | 192 Вольт |
Не рекомендуємо купувати інвертор з більш низькими напругами батареї. А якщо доступні різні варіанти, то краще вибрати більш високовольтний варіант, тому що при цьому струми через батарею будуть нижчими, що збільшить її термін служби. Крім того, при меншому струмі знижуються вимоги до перетину проводів і якості з’єднань. Однак якщо немає можливості встановити багато сонячних панелей, наприклад, у міській квартирі, то краще низьковольтний варіант.
Типи батарей і регулювання їхньої напруги.
Бюджетні моделі гібридних сонячних інверторів, як правило, розраховані на свинцеві батареї: тягові, гелеві та AGM, а дорожчі мають опцію роботи з літієм і можуть отримувати інформацію від BMS літієвої батареї по CAN-шині. У довгостроковій перспективі літій набагато кращий, про це буде наступна стаття. Однак, якщо у вашому гібридному сонячному інверторі взагалі відсутня опція роботи з літієвою батареєю, але є регулювання напруг – не засмучуйтесь, ми розробили та виготовляємо батареї для таких випадків, і робимо відповідне налаштування гібридного інвертора. Ви теж зможете скористатися всіма перевагами літієвої батареї, замовивши її у нас. При цьому буде приємний бонус: всі тонкощі роботи батареї ви зможете бачити на смартфоні за рахунок зв’язку з нею по Bluetooth.
Струм заряду батареї.
Зверніть увагу на цей параметр, якщо ви хочете отримати більшу автономність, тому що в цьому разі у вас буде батарея високої ємності, і за частих вимкнень її потрібно буде швидко заряджати. Якщо ви збираєтеся купити гібридний сонячний інвертор потужністю 3 кВт і вище, то не беріть моделі зі струмом заряду менше за 30А, тому що батарея буде занадто повільно заряджатися, що може істотно обмежити автономність вашої системи під час частих блекаутів. Не переживайте за батарею, якщо інвертор буде з дуже великим струмом заряду, його можна зменшити в налаштуваннях.
Можливість працювати без батареї.
Цей параметр гарантовано захистить під’єднаний до сонячних панелей інвертор від неприємностей у разі, якщо станеться аварійний обрив ланцюга батареї, наприклад, у разі спрацьовування захисту BMS.
Споживана потужність.
Бюджетні моделі гібридних сонячних інверторів беруть живлення для своєї електроніки від батареї, тобто вони її розряджають навіть у режимі холостого ходу. Якщо цей параметр високий, а ємність батареї невелика, то вранці ви можете виявити істотне зниження рівня її заряду. Тому бажано, щоб споживана потужність у режимі холостого ходу була не більше 10W.
Тип сонячного контролера.
У цьому плані можливі три варіанти комплектації гібридного інвертора:
- Контролер відсутній. Такий інвертор може працювати тільки як безперебійник.
- PWM тип контролера, або ШІМ-контролер. Він здорожує інвертор на 10-30$ порівняно з першою комплектацією і має ефективність близько 75%.
- MPPT контролер здорожує інвертор на 50-90$ відносно першої комплектації, зате має ефективність до 95%. Це – найкращий варіант для створення гібридної сонячної електростанції.
Напруга масиву сонячних панелей.
MPPT контролер сучасних сонячних інверторів зазвичай розрахований на напругу 120 – 450V, що зручно для підключення масиву з 5 і більше стаціонарних PV-панелей. Це – найкращий варіант.
Однак якщо ви обмежені простором тільки на 1 – 4 панелі, то вам потрібен інвертор з більш низьковольтним MPPT контролером. При цьому слід знати, що нижня напруга масиву панелей зазвичай має бути вищою за напругу батареї, тому батарея до такого інвертора також буде низьковольтною. Наприклад, якщо на балконі квартири ви можете розмістити тільки одну портативну сонячну панель 18V, то напруга батареї буде 12V.
Варіанти рішень для обмеженого простору наведено в таблиці.
| Кількість, розміри та вага PV-панелей | Потужність та напруга однієї панелі | Потужність і напруга масиву | Напруга батареї | Потужність інвертора |
| 1 х (110х70см. 3,6кг. складна) | 100W, 18V | 100W, 18V | 12 Вольт | до 1,5 kW |
| 2 х (110х70см. 3,6кг. складна) | 100W, 18V | 200W, 36V | 24 Вольт | до 3,6 kW |
| 2 х (160х55см. 3,8кг. складна) | 120W, 18V | 240W, 36V | 24 Вольт | до 3,6 kW |
| 1 х (270х70см. 6,7кг. складна) | 300W, 18V | 300W, 18V | 12 Вольт | до 1,5 kW |
| 2 х (270х70см. 6,7кг. складна) | 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 |
З наведених даних цього пункту робимо висновки:
- Якщо ви не обмежені в просторі на установку 5 і більше стандартних панелей, то у вас немає проблем з підключенням до більшості сучасних легких, ефективних і відносно недорогих гібридних сонячних інверторів. Тільки звертайте увагу на робочу напругу панелей, щоб їхня сума істотно перевищувала 120V. Найкраще, якщо напруга масиву буде близько 360V, тоді генерація буде ненульова і в похмуру погоду.
- Якщо у вашій квартирі є типова лоджія завширшки приблизно 3 метри на сонячному боці, то ви можете звісити з неї дві складні панелі 100W, 120W або навіть 300W і підключити їх послідовно.
Вам знадобиться інвертор з низьковольтним входом MPPT від 30V, з батареєю 24V і потужністю до 4kW. У підсумку у вас буде і автономія, і економія, і зелена енергетика.
- Якщо на сонячній стороні ви можете розмістити тільки одну складну PV-панель, то це змусить працювати з інвертором невеликої потужності і батареєю 12V. Усі блага попереднього пункту будуть, але в скромних масштабах.
- Стаціонарні панелі застосовувати вигідніше, але одна справа вивісити на балконі дві портативні панелі вагою 3 – 7 кг кожна, які можна в будь-який момент зняти, і зовсім інша – закріпити панель вагою 20 – 30 кг.
Можливість паралельного нарощування.
Такі інвертори дають можливість будувати велику сонячну електростанцію поступово. Наприклад, побудували СЕС на 5 kW, через рік купили ще стільки ж панелей і такий самий гібридний інвертор на 5 кВт, під’єднали його паралельно до попереднього і підняли потужність до 10 kW, а через рік до 15 kW і т.д.
Другий варіант – підключення трьох таких інверторів зі своїми масивами панелей на три різні фази. Маємо трифазну СЕС на 15 kW.
Можна додати ще стільки ж обладнання й отримати 30 kW, а потім повторити й отримати 45 kW. Можна на найбільш навантажену фазу під’єднати два і більше інвертори, а на інших залишити по одному.
Ціна гібридного сонячного інвертора з можливістю паралельного підключення зросте приблизно на 40-80$.
Функція підмішування.
Якщо для живлення вашого господарства не вистачає згенерованої сонячної енергії, то звичайний гібридний інвертор або добирає енергію від акумулятора, або перемикається на живлення від мережі залежно від обраних пріоритетів у налаштуваннях. Але якщо у вас встановлений сонячний гібридний інвертор з функцією підмішування, то він добирає енергію, якої бракує від мережі, ніби підмішуючи її до сонячної. Батарея при цьому використовується менше і служить довше.
Комунікації.
Порт RS485 для зв’язку з комп’ютером, який є майже у всіх інверторів, стане в нагоді для його перепрошивки, а ось зв’язок через Wi-Fi дасть вам можливість з будь-якої точки світу, де є інтернет, бачити на смартфоні всі параметри роботи вашої гібридної сонячної електростанції. Ця опція зазвичай здорожує інвертор на 30-50$.
Внутрішня схемотехніка гібридного інвертора.
Вона може бути низькочастотною, з використанням важких трансформаторів, найчастіше тороїдальних, і високочастотною, з більш високою ефективністю і з меншою вагою інвертора. Найчастіше низькочастотні інвертори мають низьковольтні входи для сонячних панелей і для батареї, а також нижчі струми заряду. Ціна гібридних інверторів цих двох типів відрізняється незначно.
Діапазон робочих температур і клас захисту.
Звертайте увагу на ці параметри, якщо плануєте робити монтаж гібридного інвертора на вулиці, або в неопалюваному приміщенні.
Висновки.
- Можна зустріти гібридні сонячні інвертори одного виробника, однієї потужності і навіть у тому ж корпусі, але з величезною різницею в ціні. Тому що в дешевому варіанті немає сонячного контролера, або стоїть дешевий PWM, немає Wi-Fi, немає модуля паралельного ввімкнення, немає функції підмішування, немає можливості працювати в разі обриву батареї і, звісно, немає режиму Grid-tie. Нерідко такі функції вказані як опція, а в цьому конкретному інверторі їх може не виявитися, – уважно читайте його опис.
- Щоб не переплачувати за непотрібні навіть у перспективі функції і водночас отримати всі необхідні – ретельно вивчіть усі характеристики інвертора перед купівлею.
- Якщо у вас є де встановити великий масив сонячних панелей, то найкраще вам підійде високочастотний сонячний інвертор з високовольтним MPPT. А якщо у вас є місце тільки на 1-4 панелей, то беріть з низьковольтним MPPT, навіть якщо він буде низькочастотним. Не рекомендуємо інвертори з PWM, щоб не втрачати 20% сонячної енергії.
- Не обов’язково, щоб була опція роботи з літієвими батареями, у більшості випадків допоможе правильне налаштування гібридного інвертора, і, звісно, правильна літієва батарея, щоб забезпечити необхідну безпеку.
- Бажано, купити сонячний гібридний інвертор з можливістю працювати без батареї. Це захистить його, якщо під час активної генерації енергії від сонця станеться обрив у ланцюзі батареї.
Отже, ви знаєте необхідний мінімум інформації про сонячну енергетику і навіть у міській квартирі можете зібрати гібридну сонячну електростанцію, забезпечивши собі і автономію, і економію, і зелену енергетику, що зараз дуже актуально в Україні. Залишилося ознайомитися з тонкощами й особливостями різних типів батарей для таких систем, чому буде присвячена наступна стаття.
