Как правильно выбрать инвертор для вашей крышной солнечной электростанции?

инвертор СоларЭдж с оптимайзеромКак правильно выбрать инвертор для вашей крышной солнечной электростанции? Публикация поможет вам понять основы работы инвертора.

 

Как происходит преобразование постоянного тока в переменный?

Постоянный ток в переменный преобразовывают инверторы. Постоянный ток создает магнитный поток в одном направлении, в то время как переменный ток быстро меняет направление потока с одной стороны на другую. Частота переменного тока в Украине составляет как правило 50 Герц.

Каждый цикл включает в себя движение тока в одном направлении, а затем в другом. Это означает, что направление тока меняется 100 раз в секунду. Изменения в напряжении следуют по закону синуса, таким образом, ток также следует по синусоиде.

Постоянный ток в переменный можно преобразовать разными способами. Лучший способ зависит от того, насколько идеально должны быть похожи их синусоидальные кривые, чтобы гарантировать соответствующую зарядку переменного тока. Такое преобразование может быть осуществлено с помощью различных технологий и концепций. Ниже дан краткий обзор свойств инвертора в зависимости от совместимости с солнечными батареями, а также с доступными на рынке технологиями солнечных батарей.

Инвертор с или без трансформатора

В течение долгого времени на рынке солнечной энергетики доминировали инверторы с встроенными трансформаторами, т.е. с гальванической развязкой. Однако, в течение последних лет на рынке все сильнее продвигаются бестрансформаторные инверторы, которые имеют некоторые преимущества по сравнению с обычным вариантом. Главным аргументом для бестрансформаторного инвертора является отсутствие потерь преобразования в трансформаторе, что нашло отражение в более высокой эффективности до 98% по сравнению с инверторами с трансформатором, КПД которых достигает примерно 96%. К тому же следует учесть и экономию материалов, которая обеспечивает более низкий вес при той же номинальной производительности и, в конечном счете, снижает стоимость инвертора.

Высокое напряжение на стороне постоянного тока, однако, приводит к повышенным требованиям к безопасности, которые следует учитывать при проектировании инвертора. В пользу инвертора с трансформатором говорит то, что при его применении фотогальванический генератор может иметь как положительное, так и отрицательное заземление. Это имеет важное значение при использовании некоторых типов тонкослойных солнечных батарей, так как для них требуется отрицательное заземление генератора. Это не всегда возможно сделать при применении бестрансформаторных инверторов. При этом потенциал генератора задается электроникой, в основном, в виде симметричного деления на положительный и отрицательный. Также электроникой задается определенная доля переменного тока на стороне постоянного тока: как раз наиболее эффективные типы инверторов позволяют потенциалу генератора солнечной электростанции колебаться на половину амплитуды мощности. Такое колебание потенциала, однако, может затем постоянно создавать проблемы, если солнечные батареи проявляют высокие паразитные емкости — в этом случае возникает емкостная утечка. Но некоторые типы тонкослойных солнечных батарей могут быть без ограничений в комбинации с бестрансформаторными инверторами. Поэтому при выборе инвертора для определенного типа солнечных батарей всегда следует учитывать спецификацию производителя инверторов.

Все описанное выше ясно указывает на то, что выбор подходящего инвертора никогда нельзя делать только исключительно на основе желаемой эффективности или размера и окружения солнечной электростанции, но в первую очередь выбор инвертора следует рассматривать в сочетании с используемыми солнечными батареями. Производители солнечных батарей и инверторов для солнечной энергетики все чаще работают вместе именно по этой причине. Некоторые производители солнечных батарей вносят теперь в свою техническую документацию указания по выбору соответствующего инвертора и по заземлению генератора. Большое значение также имеет контроль совместимости диапазонов напряжения солнечной батареи и инвертора. Необходимая информация дана в соответствующих паспортах на оборудование, которые можно загрузить с веб-сайтов производителей. Кроме того, чрезвычайно практическую помощь оказывают бесплатные программы подбора оборудования производителей инверторов, чтобы правильно подобрать инвертор для любого технического окружения, так что в конце концов не только планировщик / монтажник, но и клиент будет полностью удовлетворен своей солнечной электростанцией и ее эффективностью.

Эффективность инвертора

Существенным моментом оценки при выборе инвертора является его эффективность. Чтобы избежать различных условий для расчета эффективности, была создана методика, которая обеспечивает практическое сравнение разных типов инверторов.

Мощность инвертора – с учетом диапазона превышения — не является постоянной величиной. При расчете эффективности определенные части диапазона нагрузки инвертора объединяют в единое целое. Для разных частей диапазона вводятся коэффициенты, соответствующие среднему рабочему состоянию инвертора. В диапазонах низкой мощности эффективность относительно неблагоприятна. С увеличением мощности эффективность также увеличивается и достигает максимального значения в диапазоне нагрузки от 50% до 100% от номинальной мощности.

Однако, не только эффективность инвертора определяет общую эффективность солнечной электростанции, но и другие факторы, такие как последовательное или параллельное подключение.

инвертор_схема работы

Обзор преимуществ и недостатков инверторов с / без трансформатора

Инвертор с трансформатором

+ гальваническая развязка между переменным и постоянным током

+ простой принцип работы — низкая эффективность — большое выделение тепла

— большие потери преобразования в трансформаторе

Инвертор без трансформатора

+ высокая эффективность + небольшие размеры/ низкое выделение тепла + новый технический уровень — без гальванической развязки — высокая чувствительность к помехам

Инвертор с трансформатором

Для таких инверторов солнечный генератор, в принципе, является свободно плавающим по отношению к потенциалу земли. Однако, из-за внутренних или внешних сопротивлений напряжение солнечного генератора делится на симметричное или асимметричное к потенциалу земли.

Преимущества:

       + очень незначительные поверхностные токи утечки

  • + нет разности потенциалов между отрицательным полюсом солнечного генератора и землей (с заземленным отрицательным полюсом)
  • Недостатки:

       — сравнительно низкая эффективность

       — Для заземления отрицательного полюса чаще всего требуется дополнительное внешнее оборудование

Бестрансформаторные инверторы с повышающим преобразователем и разделенным напряжением промежуточного контура

Для инверторов этого типа напряжение солнечного генератора делится на симметричное и асимметричное по отношению к потенциалу земли. Кроме того, может произойти наслоение пульсации напряжения с частотой в 100 Гц с малой амплитудой.

Преимущества:

       + очень незначительные поверхностные токи утечки

       + высокая эффективность

Недостатки:

       — Разность потенциала между отрицательным полюсом солнечного генератора и землей

Бестрансформаторные инверторы с повышающим преобразователем

Для инверторов этого типа напряжение солнечного генератора делится асимметрично потенциалу земли. Кроме того, накладывается пульсация напряжения с частотой 50 Гц и половина линейного напряжения.

Преимущества:

       + высокая эффективность

Недостатки:

       — возможны поверхностные токи утечки

       — разность потенциала между отрицательным полюсом солнечного генератора и землей

Бестрансформаторные инверторы без повышающего преобразователя (прямой преобразователь)

Для инверторов этого типа напряжение солнечного генератора делится симметрично по отношению к потенциалу земли. Кроме того, накладывается пульсация напряжения с частотой 50 Гц и половиной линейного напряжения. Так как такие концепции основаны на одной ступени преобразования, то возможна очень высокая эффективность.

Преимущества:

       + очень высокая эффективность

Недостатки:

       — возможны поверхностные токи утечки

       — разность потенциалов между отрицательным полюсом солнечного генератора и землей

Бестрансформаторные инверторы с однополярным заземлением солнечного генератора

Для инверторов этого типа солнечный генератор соединяется напрямую с нулевым проводом.

Преимущества:

       + очень низкие поверхностные токи утечки

       + нет разности потенциала между отрицательным полюсом солнечного генератора и землей

Недостатки:

       — до сих пор сравнительно низкая эффективность

Вывод

       Солнечный инвертор должен обладать следующими функциями, чтобы избежать всех вышеупомянутых проблем:

       Минимальная пульсация напряжения, отсюда только очень низкие поверхностные токи утечки

       Никакой разности потенциала между отрицательным полюсом солнечного генератора и землей

       Высокая эффективность

       Никакого внешнего заземления через дополнительное оборудование

       Максимально возможный диапазон входного напряжения

       Небольшой вес

Источники: SMA, TÜV Rheinland, PV Konferenz Bad Staffelstein 2011

Написать нам