Санкт-Петербург +7 (812) 903-28-88
Москва +7 (495) 789-56-51

Инвертор в составе солнечной электростанции. Виды инверторов для солнечных батарей и нюансы подбора оборудования

Инверторы используются для получения переменного напряжения из постоянного и грубо делятся на два типа: синусоидальные и не синусоидальные, то есть с чистым синусом и модифицированным. Второй типа инверторов не подходит для эксплуатации в составе СЭС и применим лишь в авто, ля мелких электроприборов.
Являясь сердцем автономной или резервной системы, инвертор выбирается для неё один раз и в большинстве случаев не имеет функции увеличения мощности. Исключение составляют инверторы МАП Dominator (и некоторые модели европейских устройств), мощность которых можно увеличивать, подключая следующий прибор к предыдущему.  Именно поэтому к выбору мощности прибора нужно отнестись со всем ответственностью, предвидя будущие потребности дома.
Модифицированный синус.jpg
Рис.1 Чистый и модифицированный синус.

Интересен тот факт, что инверторы различных производителей имеют разные показатели собственного потребления, иногда критичные для автономных энергосистем. Но об этом вы можете прочесть  в статье «Выбираем инвертор для солнечных батарей», а ниже мы предлагаем видео, в котором наш инженер расскажет о различных преобразователях и поделится секретами их подбора.

Открыть: Инвертор для солнечных батарей. Как выбрать инвертор для солнечной электростанции? Выпуск 7

Чем MPPT лучше ШИМ и почему последние эффективны только в Узбекистане?

Как правильно рассчитать ток контроллера и почему февраль это "месяц сгоревших контроллеров заряда"? Наш инженер расскажет в новом видео обзоре коротко и по существу, без ссылки на бренды и модели. 

Первыми, на рассвете «солнечной энергетики», появились on/off контроллеры предназначенные для контроля перезаряда аккумуляторной батареи, которые представляли собой по сути реле напряжения. Сейчас on/off контроллеры почти не используются, ввиду малой эффективности.
Более продвинутые устройства, которые используются и по сей день, это ШИМ/PWM («PWM» - pulse-width modulation) контроллеры. Технология позволяет плавно ограничивать зарядный ток при достижении необходимого уровня напряжения, обеспечивая необходимые этапы заряда:
  • объемный, 
  • постоянный заряд, 
  • выравнивание. 
Основная особенность работы ШИМ контроллера - это по прямое соединение солнечных панелей и блока аккумуляторов, которые, естественно, должны быть одного номинального напряжения.
Плюс в том, что, благодаря минимальному количеству преобразований напряжения, ШИМ устройства имеют высокий КПД. Однако есть и существенная проблема: в солнечную погоду все будет хорошо, напряжения «рабочей точки» солнечного модуля будет вполне достаточно для заряда аккумулятора, например, панель номиналом 12В, как правило, имеет рабочее напряжение порядка 17В.  А вот, при слабой освещенности или неправильной ориентации солнечной батареи относительно солнца, напряжение падает и заряд аккумулятора прекращается.
Подобрать ШИМ устройство довольно просто. Так как напряжение фотоэлектрической батареи и аккумулятора заведомо равны, нам нужно лишь оценить зарядный ток. Предположим, для освещения на даче мы подобрали солнечный модуль мощностью 100Вт, напряжение системы 12Вольт: 
100Вт/12В= 8,3А зарядный ток, а ближайший номинал контроллера 10А. 
Также, при подборе контроллера нужно учитывать следующие нюансы:
  • Для солнечных панелей существует температурный коэффициент мощности, который обычно составляет порядка 0,45%/°С. Несложно вычислить, что зимой солнечная панель может стать мощнее на 20% и более. Мощность кремниевой ячейки растёт со снижением температуры окружающей среды.
  • Напряжение аккумулятора, если он сильно разряжен, может быть ниже 12Вольт, соответственно, зарядный ток будет выше расчётного значения.
Все это говорит о том, что контроллер должен подбираться с запасом примерно +20%. 
Наиболее совершенной на сегодняшний день является MPPT технология, что расшифровывается «maximum power point tracking» или означает в поисках точки максимальной мощности. Если внимательно посмотреть на вольт-амперные характеристики панели, но существует точка максимальной мощности, постоянным слежением за которой и занимается MPPT контроллер. Заметьте, что МРРТ – это последний технологический прорыв в области разработки устройств заряда аккумуляторов, хоть и случился этот прорыв это в конце 80-х гг.
Вернемся к вольт-амперной характеристике. В зависимости от внешних условий, таких как освещенность и температура, точка максимальной мощности будет непрерывно смещаться, контроллер, в свою очередь, будет менять входные параметры, чтобы получать от фотоэлектрической панели максимум энергии.
ВАХ от температуры.jpg
ВАХ.jpg
КПД.jpg
Напряжение массива солнечных батарей, подключенных к MPPT контроллеру, обычно в 1,5-2 раза выше напряжения аккумуляторной батареи, благодаря чему заряд не прекращается даже в мало солнечную погоду. Особенно этот эффект полезен в зимой, когда недостаток солнечного света особенно ощущается на напряжении системы. 
Подобрать MPPT контроллер не сложно, нужно лишь оценить зарядный ток.
Рассмотрим простой пример: для загородного дома мы подобрали 12 солнечных батарей по 200Ватт. Напряжение системы 48В: 2400Вт/ 48В= 50А, а с запасом 20%, получим 60А. Продолжение..

Открыть: MPPT или ШИМ? Нужен ли солнечный контроллер заряда и как правильно его подобрать?

Литий или гель? Аккумулятор для солнечной электростанции. Лайфхаки от Helios House. Выпуск 5

Аккумуляция энергии – самая сложная и затратная задача в системе построения автономной солнечной электростанции. Аккумулятор – самый дорогой, и, к сожалению, ограниченный в ресурсе работы компонент автономной системы.
Подавляющее большинство АКБ, используемых в солнечной и ветровой энергетике – свинцово-кислотные. Из преимуществ этого типа аккумуляторов стоит отметить:
  • доступную цену,
  • стабильную работу при низких температурах,
  • малый саморазряд (около 3% в месяц).
Минусы:
  • время заряда от восьми до шестнадцати часов,
  • большой вес,
  • около 1000 циклов «заряд-разрядов» и это для аккумулятора, произведённого по технологии GEL.
Кроме того, свинцово – кислотные аккумуляторы могут быть «обслуживаемые» и «необслуживаемые». Обслуживаемые - залиты жидким электролитом и, в основном, являются стартерными или тяговыми.
Стартерные - предназначены для работы в автомобиле, они разряжаются большим током в течении ограниченного времени, примерно 5с, потом сразу же заряжаются. В автономной системе режим эксплуатации совсем другой, аккумулятор может испытывать глубокий разряд в течение довольно длительного периода, поэтому использование стартерных батарей в автономной системе нецелесообразно, аккумулятор выйдет из строя довольно быстро. Не стоит забывать о выделении газов. АКБ с жидким электролитом при работе выделяют водород и кислород, поэтому помещение, где они установлены, должно хорошо проветриваться.
Чаще всего в автономных электростанциях применяют «необслуживаемые» аккумуляторы, электролит в которых сгущен силикогелем (диоксид кремния) – это аккумуляторы гелевые (GEL), либо адсорбирован стекловолокном – технология AGM.
Обездвиженный таким образом электролит обеспечивает эффективную рекомбинацию газов внутри аккумулятора, благодаря чему батарея не требует обслуживания, имеет продолжительный срок службы, устойчива к глубокоим разрядам, высоким и низким температурам, более надежна в циклическом режиме работы, имеет низкий саморазряд.
Наиболее современными на сегодняшний день являются литиевые аккумуляторы, которые гораздо легче и меньше свинцовых, примерно в четыре раза. Литий может заряжаться большим током (время заряда 1-2 часа) и имеет высокий ресурс (до 6000 циклов), а так же небольшой саморазряд (10%).
Минусы следующие:
  • «боятся низких температур»,
  • требуют балансировки,
  • и самый главный минус – высокая цена и, как следствие, небольшое количество предложений на рынке.
Конечно, свинцовые АКБ намного дешевле литиевых (в 4 раза), тем не менее, учитывая КПД и разницу в ресурсе, эксплуатация лития в итоге может быть вполне экономически оправдана, несмотря на большие первоначальные затраты. В последнее время, в том числе и в нашей стране выпускаются литий – железофосфатные аккумуляторы высокой емкости, которые вполне подходят для использования в автономных системах. В ближайшем будущем, я думаю, мы будем наблюдать массовый переход со свинца на литий.
Также в солнечной энергетике, хоть и не столь широко, но все же используются никель-металлогидридные батареи, которые могут быть никель- магниевые или никель- кадмиевые. Характеристики никель кадмиевых аккумуляторов значительно лучше, однако в их состав входит токсичный элемент кадмий, соответственно, батареи требуют специальной утилизации, что, безусловно, сказывается на их стоимости.
Плюсы:
  • заряд высоким током (2-4часа),
  • «не боятся» низких температур,
  • ресурс до 3000 циклов.
Минусы:
  • высокий саморазряд (30% в месяц),
  • требуют обслуживания и балансировки,
  • имеют эффект памяти.
Никель-металлогидридные аккумуляторы являются отличной альтернативой свинцу при работе в циклическом режиме. Как известно, свинец в циклическом режиме выходит из строя довольно быстро.
Аккумуляторы являются самой дорогой и самой недолговечной частью любой автономной электростанции, поэтому к их выбору и эксплуатации нужно относиться очень ответственно.
Подробнее об особенностях батарей разного типа в новом видео (ниже).

Открыть: Литий или гель? Аккумулятор для солнечной электростанции. Выпуск 5

О видах солнечных батарей, их устройстве, преимуществах и технологических новинках. Выпуск 4

Сегодня я предлагаю рассмотреть устройство и типы фотоэлектрических солнечных батарей, и дать оценку преимуществам той или иной технологии.
Ранее мы просили нашего знакомого учёного дать комментарии относительно видов солнечных батарей и их применения. Вы можете прочесть статью «Устройство солнечной батареи. Виды солнечных батарей» написанную М.В. Трушиным (Ph.D). Но статья издана в 2015 году и не учитывает такие технологические новинки как PERC (Passivated Emitter Rear Contact) или ELPS (Efficient, Long-Term, Photovoltaic Solution).

Открыть: О видах солнечных батарей, их устройстве, преимуществах и технологических новинках. Выпуск 4

Автономная или сетевая СЭ? Плюсы и минусы солнечных электростанций. Выпуск 3

Давайте сегодня поговорим о различных видах солнечных электростанций, их устройстве, особенностях работы и целесообразности в том или ином применении?

Автономные солнечные электростанции используются в основном владельцами частных домов, которые не имеют подключения к сетевому электричеству (сети). Само устройство автономной СЭ довольно простое: солнечные панели, контроллер заряда аккумулятора и, обязательно сам аккумулятор (желательно гелевый).

Открыть: Автономная или сетевая СЭ? Плюсы и минусы солнечных электростанций. Выпуск 3

Обзор панели управления SRNE SR-RM-5 для контроллеров заряда серии ML

И снова здравствуйте, дорогие любители альтернативной энергетики!
Сегодня мы рассмотрим, как работают средства удаленного мониторинга для контроллеров заряда SRNE. Контроллеры серии ML имеют com порт RS 232, к которому можно подключить панель индикации SR-RM-5, либо персональный компьютер при помощи переходника RS-232 – USB.

Открыть: Обзор панели управления контроллеров заряда SRNE SR-RM-5

Миссия невыполнима! Автономная солнечно ветровая электростанция. Выпуск 2

В прошлом видео мы рассказали о том, как самостоятельно рассчитать и укомплектовать простейшую автономную солнечную электростанцию. Сегодня речь пойдёт о более серьёзной системе энергоснабжения, имеющей в своём составе ещё и ветрогенератор.

Открыть: Миссия невыполнима! Автономная солнечно ветровая электростанция. Лайфхак от Helios House. Вы...

Как самому рассчитать солнечную электростанцию? Выпуск 1

Приветствуем вас, уважаемые читатели и гости нашего сайта!

Этим роликом мы начинаем серию образовательных видео, в которых постараемся рассказать подробно о том, как самостоятельно рассчитать, собрать и установить свою собственную солнечную или ветровую электростанцию.

Открыть: Как самому рассчитать солнечную электростанцию. Лайфхак от Helios House. Выпуск 1