Как выбрать инвертор для солнечных панелей

1. Типы инверторов

Инверторы для систем солнечной генерации делятся на три крупных лагеря, от чего напрямую зависят возлагаемые на них задачи.

Сетевые (on-grid)

Модели типа on-grid работают синхронно с централизованной сетью электроснабжения. Говоря простыми словами, они преобразуют солнечную энергию в переменный ток с параметрами общей сети. Выработанное электричество можно использовать внутри дома для питания бытовых приборов, а его излишки допускается передавать в централизованную сеть по «зеленому тарифу» (это должно поддерживаться самим инвертором, к тому же понадобится обзавестись двунаправленным электросчетчиком). Если выработка электричества от солнечных батарей не покрывает нужды домохозяйства, тогда часть энергии берется из общей сети.

Сетевые инверторы также принято называть безаккумуляторными — дело в том, системы солнечной генерации на их основе не имеют батарейного буфера. Т.е. они не способны хранить излишки энергии, произведенные в периоды высокой продуктивности. Перед моделями сетевого типа on-grid ставится другая приоритетная задача — экономическая выгода от использования солнечных панелей. При условии регулярной продажи излишков выработанной электроэнергии в общую сеть солнечная система быстро окупается и позволяет значительно сократить плату за пользование электричеством.

Обратная сторона медали сетевых инверторов — жесткая привязка к общей электросети и ее параметрам. При отклонении штатных характеристик от нормы, отключениях света или перебоях с централизованным энергоснабжением солнечная генерация попросту приостанавливается. Для автономного снабжения жилья электроэнергией от солнца модели типа on-grid не годятся.

Плюсы сетевых инверторов:

• Высокий КПД (98% — это норма), поскольку сетевые инверторы не тратят лишнюю энергию на взаимодействие с условным батарейным буфером.
• Высокая «чистота» вырабатываемого электричества.
• Эффективное использование энергии от солнечных панелей.
• Экономическая выгода.

Минусы сетевых инверторов:

• Жесткая привязка к централизованной электросети.
• Отсутствие автономности и возможности резервирования.
• Зависимость от параметров общей сети (нестабильное напряжение или сбои могут повлиять на работу инвертора).

Автономные (off-grid)

Автономные инверторы типа off-grid не нужно подключать к общей электросети — они преобразуют солнечную энергию исключительно для нужд домохозяйства. Выработанное электричество может потребляться бытовыми приборами и параллельно накапливаться в аккумуляторных буферах про запас. Полная независимость от сетевой электроэнергии придется кстати при частых перебоях со светом, веерных отключениях и блэкаутах.

Итак, инверторы off-grid работают в замкнутой внутренней энергосистеме. При избытке генерации излишки накапливаются в аккумуляторных батареях, а использовать их предполагается в пасмурную погоду и темное время суток. Сборки АКБ для накопления энергии придется докупать отдельно — инвертор подключается к ним напрямую через соответствующие клеммы.

Простыми словами принцип работы автономного инвертора можно объяснить следующим образом. Предположим, солнечные панели генерируют 1000 Вт мощности, а для питания условной нагрузки в данный момент времени необходимо 500 Вт мощности — инвертор обеспечит передачу половины выработки электричества на подключенных потребителей, а оставшуюся часть отправит на зарядку аккумуляторных батарей. Если же понадобится запитать нагрузку мощностью 1500 Вт, вся генерация будет передана на нагрузку и еще 500 Вт будет взято из аккумуляторного буфера. Подобным образом можно «лавировать» и в периоды снижения активности солнца.

Плюсы автономных инверторов:

• Полная независимость от централизованной электросети.
• Возможность накопления энергии.
• Гибкость распределения нагрузки.

Минусы автономных инверторов:

• Зависимость от погодных условий.
• Ограниченная мощность.
• Необходимость отдельно приобретать аккумуляторный буфер.
• Сложность установки и настройки.

Гибридные (hybrid)

Наилучшую гибкость работы обеспечивают гибридные инверторы hybrid. Они являются своеобразной комбинацией сетевых и автономных моделей. Т.е. не только преобразуют постоянный ток в переменный, а также могут накапливать излишки электроэнергии в батарейном буфере и обладают способностью отдавать электроэнергию в централизованную сеть по «зеленому тарифу». Главное же — это тончайшая настройка соотношения потребления. На этом моменте важно остановиться детальнее.

Гибридные инверторы лучше всего пригодны для грамотного автоматического распределения энергии. Так, при дефиците выработки электричества от солнечных панелей такой преобразователь берет недостающую мощность от АКБ либо же «подмешивает» с централизованной сети — все это гибко конфигурируется в настройках (при поддержке соответствующих функций). Стадию снабжения от АКБ можно и вовсе пропустить, сохраняя таким образом накопленные резервы. Излишки выработки инвертор отправляет на зарядку батарейного буфера или передает в общую сеть — по выбранным приоритетам.

Продвинутые модели «гибридов» нередко оснащаются отдельным входом для подключения генератора. Инвертор может автоматически включать и выключать генератор при дефиците выработки электричества или для поддержания оптимального уровня заряда АКБ, чтобы система находилась в полной готовности в любое время. Снова таки, все эти процедуры можно полностью автоматизировать — причем нередко через мобильные приложения или удобный веб-интерфейс.

Плюсы гибридных инверторов:

• Возможность работы как с автономными, так и с сетевыми системами.
• Гибкость распределения энергии.
• Эффективное использование избыточной выработки солнечной энергии.
• Возможность накопления энергии.
• Вариативность управления.

Минусы гибридных инверторов:

• Высокая стоимость.
• Сложность установки и настройки.

2. Рабочее напряжение, мощность и КПД

Немаловажным аспектом при выборе инвертора для систем солнечной генерации выступает «вилка» допустимых напряжений PV (массива панелей). Рабочий диапазон преобразователя находится между точками напряжения старта и максимального напряжения. Если на вход преобразователя поступает меньшее напряжение — он попросту не запустится, большее — чревато быстрым перегревом инвертора и выходом из строя. Максимально допустимое напряжение в цепи рассчитывается для граничной температуры солнечной батареи -25 °C, ведь вольтаж растет именно при падении температуры панели и превышать его крайне не рекомендуется. Минимальный порог — считается для граничной температуры панелей +70 °С. Оба полученных значения определяют структуру подключения солнечных батарей в стринг, их допустимое количество и способ соединения (последовательный, параллельный, параллельно-последовательный). Чтобы не высчитывать параметры по специальным формулам, они нередко приводятся в характеристиках конкретных инверторов (мин. напряжение PV и макс. напряжение PV).

Выходная мощность — основополагающая характеристика любого инвертора. Номинальная мощность указывается из расчета суммарного энергопотребления всей предполагаемой к подключению нагрузки. Примерно оценить ее можно по паспортам электроприборов или специализированным таблицам мощностей. А чтобы инвертор не испытывал перегрузок, сверх получившейся мощности желательно накинуть хотя бы 10 – 20% запаса.

Примерное потребление электроэнергии разной техникой

Электроинструмент		Бытовые приборы
Потребитель	Мощность, Вт	Потребитель	Мощность, Вт
Электролобзик	250-700	Электролампы	5-50
Электроточило	300-1100	Телевизор	100-400
Дрель	400-800	Холодильник	150-600
Электрорубанок	400-1000	Компьютер	400-750
Перфоратор	600-1400	Пылесос	1000-2000
Шлифовальная машина	650-2200	Фен для волос	450-2000
Дисковая пила	750-1600	Утюг	1000-2000
Насос высокого давления	2000-2900	Тостер	500-1000
Электроприборы		Кофеварка	800-1500
Потребитель	Мощность, Вт	Духовка	2000-3500
Водяной насос	500-900	Электрочайник	2000
Электромоторы	550-3000	Обогреватель	1000-2000
Тепловентилятор	750-1700	Электроплита	1100-6000
Компрессор	750-2800	Бойлер	1500-2000
Кондиционер	1000-3000	Микроволновка	700-1000
Циркулярная пила	18000-2100	Стиральная машина	1000-2500

Кроме того, стоит уделить внимание пиковой мощности, которая гораздо больше номинальной. Дело в том, что некоторые электроприборы по типу холодильников, кондиционеров или скважинных насосов в первые несколько секунд при запуске потребляют гораздо больше ампер, нежели когда работают в штатном режиме. Инвертор должен спокойно выдерживать такие повышенные пусковые токи. Обычно номинальная и пиковая мощность указываются в характеристиках преобразователя.

Мощность инвертора по постоянному DC-току зависит от характеристик массива солнечных панелей и колеблется в пределах от 80 до 120% относительно номинальной выходной мощности. Дело в том, что обычно рекомендуется немного «перегружать» инвертор по стороне постоянного тока, поскольку мощность солнечных батарей задается для условий STC (стандартных тестовых условий, отражающих работу солнечной панели в идеале), которые редко достигаются на практике. Подавляющее большинство времени солнечные панели работают на 80 – 90% от заложенной мощности, а в течение эксплуатации их фотоэлементы деградируют, что тоже приводит к проседанию мощности. Для условной модели на 5 кВт оптимальное значение суммарной мощности солнечных батарей будет находиться в диапазоне от 4 до 6 кВт (80% от 5 кВт и 120% от тех же 5 кВт). На основании полученного диапазона можно в дальнейшем рассчитать по специальным формулам количество панелей в солнечной системе.

Что же касается коэффициента полезного действия, желательно отдавать предпочтение моделям с КПД порядка 90 – 95% и более. В ходе преобразования и передачи тока от солнечных панелей часть энергии неизбежно теряется, а еще частичка используется для собственных нужд инвертора (например, обеспечения работы его системы охлаждения). Потери свыше 10% — непозволительная роскошь для систем солнечной генерации, где на счету пребывает каждый ватт.

3. Геометрия выходного сигнала

Солнечные инверторы выдают напряжение различной формы: прямоугольной, квазисинусоидальной и чистую синусоиду.

Первый вариант встречается крайне редко и он совершенно не годится для питания индуктивных нагрузок (холодильника, кондиционера, электроинструмента и т.п.). Чуточку лучше себя проявляют модели с формой сигнала в виде квази-синуса — это некое промежуточное звено. Для чувствительных нагрузок оно подходит с определенной натяжкой, однако и обходится на порядок дешевле, нежели в случае инверторов с чистой синусоидой. Плавная волна на графике — признак напряжения правильной синусоидальной формы. Оно совместимо со всеми бытовыми электроприборами, характеризуется устойчивостью к нагрузкам и подходит для энергоснабжения деликатной техники.

4. Функциональность

Если входная мощность превышает возможности прибора либо же требуется нарастить общую эффективность системы солнечной генерации, кстати придется функция параллельного подключения двух и более инверторов. Параллельно соединенные преобразователи синхронизируются между собой через стандартные протоколы связи (например, Modbus или CAN). Интерфейсами для сопряжения служат разъемы RS232, RS485, LAN (RJ-45). Инверторы в таком случае работают совместно, генерируя электроэнергию с одинаковой частотой и синхронизированностью по фазе.

Параллельное подключение инверторов позволяет не только увеличить общую мощность выработки электричества, но и оптимизировать производительность работы солнечных батарей. Подобная схема обеспечивает возможность соединять панели разной ориентации и углов без снижения общей эффективности системы. В случае с одним инвертором для этих же целей послужит MPPT-контроллер, оптимизирующий выработку электроэнергии при любых изменениях метеоусловий. Он определяет наиболее оптимальное соотношение напряжения и тока, снимаемых с солнечных батарей, тем самым обеспечивая максимальную производительность отдельных цепочек последовательно соединенных панелей (стрингов). В некоторые схемы вводятся несколько MPPT-контроллеров — их каждый выход рассчитан на подключение одного стринга.

Другие интерфейсы на борту инверторов могут быть представлены классическим USB для конфигурирования оборудования с ПК, модулями связи Wi-Fi или Bluetooth. Беспроводное подключение послужит для управления работой устройства с сопряженного смартфона или планшета. В мобильном приложении либо же веб-интерфейсе обычно доступны гибкие настройки контроля и мониторинга энергопотребления.

Автономные и гибридные инверторы нередко располагают функцией ИБП — при недостаточной солнечной генерации или отключении питания от централизованной электросети такие модели автоматически переходят в режим автономной работы от аккумуляторных батарей. Тем самым обеспечивается автоматическое резервирование подключенной нагрузки.

5. Особенности эксплуатации

Важное внимание в инверторах уделяется отводу тепла от внутренних компонентов. Для маломощных моделей будет достаточно системы пассивного охлаждения, а если инвертор мощный и часто нагружается «на полную катушку» — стоит присмотреться к моделям с кулером.

При уличном размещении или эксплуатации в условиях повышенной влажности стоит учитывать влагозащиту корпуса инвертора — IP65 и выше. А при установке солнечного преобразователя внутри жилых помещений — еще и уровень шума. Источником шумности может быть вышеупомянутый вентилятор для обдува внутренних компонентов, к тому же весьма громко и назойливо работают дешевые китайские инверторы.

Наконец, крайне важно правильно подключить инвертор к бытовой сети и не нужно превышать параметры пиковой нагрузки. Современные модели хоть и снабжены защитой от перегрузок, перепадов напряжения и замыкания, нагружать их сверх меры все же не рекомендуется.

6. Вывод

Резюмируя сказанное, для синхронной работы с централизованной электросетью и продажи излишков выработки электричества по «зеленому тарифу» отлично сгодятся сетевые инверторы. Работа в замкнутом контуре энергоснабжения с накоплением электричества в батарейных буферах — прерогатива автономных инверторов. А максимум гибкости дарят гибридные инверторы, функционирующие как в автономной, так и в центральной сети.