Hybrid-inverter til solpaneler: typer, gennemgang af de bedste modeller + tilslutningsspecifikationer

Elforsyningssystemer, der samtidig bruger traditionel strømforsyning og solenergi, er en økonomisk fornuftig løsning til private boliger, sommerhusområder, landejendomme og produktionslokaler.

En uundværlig del af anlægget er hybridinverteren til solcellepaneler, som bestemmer spændingsforsyningens tilstand og sikrer uafbrudt og effektiv drift af solsystemet.

For at systemet kan fungere effektivt, er det ikke kun nødvendigt at vælge den optimale model, men også at tilslutte den korrekt. Og hvordan man gør det – gennemgår vi i vores artikel. Vi vil også se på de eksisterende typer af omformere og de bedste tilbud på markedet i dag.

Vurdering af hybridinverterens muligheder

Brugen af vedvarende solenergi i kombination med centraliseret elforsyning giver en række fordele. Solsystemets normale funktion sikres ved det koordinerede samspil mellem dets hovedkomponenter: solpaneler, laderegulator, batteri og en af nøgleelementerne – inverteren.

Solsystemets inverter er en enhed til at konvertere jævnstrøm (DC) fra fotovoltaiske paneler til vekselstrøm. Det er netop ved en spænding på 220 V, at husholdningsapparater fungerer. Uden inverter er energiproduktionen meningsløs.

Driftsdiagram for systemet: 1 – solmoduler, 2 – laderegulator, 3 – batteri, 4 – spændingsomformer (inverter) med vekselstrømsforsyning (AC)

At vurdere hybridmodellens muligheder bedre i sammenligning med arbejdsegenskaberne for dens nærmeste konkurrenter – autonome og netværksbaserede 'konvertere'.

Nettilsluttet omformertype

Enheden arbejder med belastninger fra det fælles elnet. Udgangen fra omformeren er tilsluttet til elforbrugere, AC-nettet.

Kredsløbet er enkelt, men har flere begrænsninger:

• funktionsdygtighed, når der er vekselstrøm tilgængelig i nettet;
• Elforsyningsspændingen skal være relativt stabil og inden for konverterens arbejdsområde.

Denne variant er efterspurgt i private hjem med en aktiv 'grøn' takst for elektrificering.

Om dagen, ved minimalt energiforbrug, går den producerede strøm ind i nettet til 'grønne' takster, fra aften til morgen forsynes bygningen fra den centraliserede elforsyning.

Off-grid variant af apparatet

Enheden forsynes fra batteri, der får ladning fra solpaneler via MPPT-controller. I systemet bruges batterier af forskellige typer, herunder højteknologiske lithiumbatterier.

Ved maksimal 'fyldning' af lagerenheden overføres overskydende elektricitet til inverterens indgang, hvis udgang er tilsluttet til slutforbrugere (AC).

Ved mangel på solaktivitet tages energi fra batterierne og 'konverteres' gennem spændingsinverteren.

Karakteristika for driften af den autonome installation:

• mulighed for uafhængig drift uden netværksvekselstrøm;
• nogle modeller understøtter drift i 'grøn' taksttilstand;
• Effektiviteten af installationerne er 90-93%.

For at sikre objektets absolutte autonomi kræves en præcis beregning af solpanelseffekten og tilstrækkelig batterikapacitet.

En variant af uafhængig brug af inverteren uden tilslutning til et centralt netværk. Den autonome konverter er efterspurgt i områder med fuldstændigt fravær eller lav kvalitet af elforsyning.

Hybrid invertertype

Modellen adskiller sig fra de tidligere beskrevne enheder med en særlig 'arkitektur'. Indeni er der et særligt elektrisk kredsløb, der i konvertertilstand gør det muligt at fungere parallelt med en strømkilde (net, generator).

Samtidig forsynes belastningen fra det centrale net og solceller, hvor prioritetsfunktionen er givet til DC-leverandøren.

Hybridkonverteren gør det muligt at udnytte solenergi maksimalt effektivt uden at skifte fra elforsyningsnettet fra centalstation eller generator.

Konkurrencefordelene ligger i hybridinverternes multifunktionalitet:

1. Nettet er en slags stor batteri med en virkningsgrad på 100%. Alle overskud produceret af fotovoltaiske paneler kan sendes videre til det centrale net under en "grøn" takst.
2. Sikring af uafbrudt strømforsyning. Ved afbrydelse af hovedstrømforsyningen skifter systemet til selvstændig drift og beskytter alle forbrugere mod spændingsstød.
3. Forøgelse af netkapacitetsgrænsen under spidsbelastning ved at tilføje energi fra et batteri-inverteranlæg.

Når forbruget falder, skifter solcelleanlægget til opladningstilstand og er efter et stykke tid klar til brug igen. Funktionen med dobbelt effekt kan betegnes: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

Tilføjelse af effekt sker efter følgende principper:

• hvis den anvendte effekt er lavere end det maksimale netforbrug, udover at forsyne belastningen, oplades batteriet;
• i mangel af spænding på nettet forbruges elektricitet fra batteriet, omdannet af inverteren;
• hvis belastningen overstiger neteffektens grænseværdi, kompenseres underskuddet med akkumuleret elektricitet fra solpanelet.

De nævnte driftstilstande kan understøttes af hybridmodeller med lader.

Nogle multifunktionsinvertere er designet til samtidig tilslutning af flere vekselstrømsledninger til automatisk reserveindkobling. Avancerede modeller justerer selv batteriopladningen.

Typer af invertere

Når man vælger 'hjertet' i et uafhængigt strømforsyningssystem, bør man korrekt afstemme de pålagte opgaver med udstyrets potentielle muligheder.

De vigtigste klassifikationskendetegn for hybridinvertere er: algoritmen for ændring af driftstilstande, udgangsspændingens form og muligheden for at betjene et en- eller trefaset net.

Sammenligning af UPS og hybridanlæg

Nogle virksomheder vildleder utilsigtet forbrugeren ved at kalde en UPS (afbrydelsesfri strømforsyning) for en hybrid inverter. Tilsyneladende udfører begge enheder lignende opgaver, men der er en væsentlig forskel.

UPS'en består af en inverter med en lader. Modulet sikrer primært forbrug af energi fra det fotovoltaiske anlæg, og ved mangel skifter det til forbrug fra nettet.

UPS er ikke i stand til at udføre funktionen med at blande akkumuleret elektricitet fra batterier med netstrøm. Prioriteret forbrug fra DC-kilden er implementeret ved at afbryde nettet og skifte til batteridrift.

Systemets funktion i en 'rykkende' tilstand forårsager ekstra cyklisk belastning af batteriet og fremskynder dets slid. I de fleste billige UPS'er er tærskelspændingen fastsat uden justeringsmulighed.

I modeller af hybridinvertere til solpaneler er sådanne spring udelukket – enheden tilpasser sig den nødvendige effekt og arbejder samtidigt med forskellige strømkilder.

Man kan selv vælge prioriteret forbrug. Som regel lægges vægten på at bruge energi fra solpaneler. I nogle hybridenheder er der en mulighed for at begrænse effekten fra bynettet.

Sammenligning af funktioner i populære modifikationer af hybrid-'konvertere' og UPS. I Victron-modelserien er der mulighed for at øge invertereffekten ved hjælp af nettet.

Typer efter inverterens signalform

Strømomformere til solpaneler klassificeres efter typen af udgangssignal.

Man skelner mellem:

• ren sinusbølge;
• modificeret sinus (kvasi-sinus);
• meander.

Den sidste mulighed bruges næsten ikke i praksis, da den pludselige polaritetsændring forårsager fejl i apparaturets drift.

En inverter med et «rektangulært» signal vil ikke kunne beskytte enheder mod spændingssvingninger. Desuden accepterer størstedelen af husholdningsapparater ikke «meander»-strøm.

Hvad er ren sinus?

Omformeren leverer et højkvalitetssignal, der overgår formen af netstrømmen. Dette er det optimale valg, der sikrer drift af «følsomt» udstyr: varmekedler, kompressorer, elektromotorer, medicinsk udstyr og apparater baseret på transformator-strømforsyninger.

Ulemper ved sinusbølge-invertere: høj pris og store dimensioner. At købe en omformer med ren sinus vil koste dobbelt så meget som en model med kvasi-sinus ved samme slut-effekt.

Egenskaber ved kvasi-sinus

Overførsel af signalenergi i form af en modificeret sinus kan reducere effektiviteten af visse apparater, forårsage støj, forårsage interferens eller føre til nedbrud af udstyr.

Ved strømforsyning af lavfrekvente transformatorer, asynkrone og synkrone motorer ses et effekttab på 20-30%. Denne «mangel» omdannes til termisk energi, hvilket overopvarmer apparaterne.

Invertere med pseudo-sinussignal er kompakte og har en overkommelig pris. Deres brug er hensigtsmæssig til strømforsyning af apparater uden induktive belastninger, designet til at forbruge aktive komponenter af elektrisk effekt.

Til denne gruppe hører: termoelektriske varmeapparater, glødelamper i belysningssystemer og andre resistive konstruktioner.

Varianter af modificeret sinus: 1 – kompleks form af meander med pause, 2 – tilnærmelse til ren sinus ved at øge antallet af overgange

Udgangssignalformen angives i inverterens eller UPS'ens datablad. Mulige betegnelser: «Back» – garanti for fravær af ren sinus, «Smart» – sandsynlighed for at få kvalitetsstrøm på udgangen.

Nogle producenter angiver i det medfølgende dokument harmonisk forvrængning (total harmonisk distortion). Hvis parameteren er mindre end 8%, leverer enheden praktisk talt en ideal sinus.

Enfasede og trefasede modeller

Enfasede invertere indbygges hovedsageligt i kredsløbet til et solcelleanlæg til husholdningsbrug med standard spænding 220V.

Udgangsspændingsområdet ved tilslutning til en fase varierer i forskellige modeller mellem 210-240V, udgangsfrekvens – 47-55 Hz, effekt – 300-5000 W.

Enfasede invertere produceres til standard batterispændingsværdier: 12, 24 og 48 V. For at undgå at omformeren arbejder på grænsen af sin kapacitet, skal du afstemme omformerens effekt med solpanelets eller batteriets spænding.

Afhængighedsområde mellem batteriets egenskaber (spænding – V) og solomformerens (nominel effekt – W): 12 V – op til 600 W, 24 V – op til 1,5 kW, 48 V – over 1,5 kW

Trefasede invertere bruges til at levere trefaset strøm til elektriske motorer. De anvendes hovedsageligt i produktion, værksteder og kommercielle formål.

Trefasede invertere har høj effekt (3-30 kW) og et bredt udgangsspændingsområde (220V/400V).

Der findes også kombinerede modeller på markedet. Disse inkluderer enfasede invertere, der kan synkronisere omformerens udgange med en faseforskydning – dette gør det muligt at forsyne trefasede belastninger. Alle typer strømkonverteringsudstyr til solpaneler har vi gennemgået i en anden artikel.

Valgparametre for solcelleinverter

Omformerens og hele strømforsyningssystemets effektivitet afhænger i høj grad af et velovervejet valg af udstyrsparametre.

Ud over de ovennævnte egenskaber bør du vurdere:

• udgangseffekt;
• beskyttelsestype;
• driftstemperatur;
• installationsstørrelse;
• virkningsgrad;
• tilstedeværelse af ekstra funktioner.

Lad os nu se nærmere på alle disse egenskaber.

Kriterium #1 – apparatets effekt

Solcelleinverterens nominelle værdi vælges ud fra den maksimale nettbelastning og den forventede autonome driftstid. I starttilstand kan omformeren levere en kortvarig effektforøgelse ved idriftsættelse af kapacitive belastninger.

En sådan periode er typisk ved tænding af opvaskemaskiner, vaskemaskiner eller køleskabe.

Ved brug af lyspærer og fjernsyn er en laveffektsinverter på 500-1000 W tilstrækkelig. Som regel kræves beregning af den samlede effekt af det anvendte udstyr. Den nødvendige værdi er angivet direkte på enhedens kabinet eller i det medfølgende dokument.

Den opnåede værdi bør øges med 20-30% – dette vil være den nødvendige udgangseffekt for inverteren. For eksempel er udstyrets samlede effekt 500 Wh, den autonome driftstid er 5 timer. Beregning: 500 Wh * 5 timer * 1,2 = 3000 Wh

Kriterium #2 – beskyttelsesniveau

En kvalitets solcelleinverter bør have flere beskyttelsestrin. Mulige muligheder: tvungen kølesystem, kortslutningsadvarsel, beskyttelse mod spændingsfald og -stød i nettet.

Det er vigtigt at have en forseglet, forstærket kasse, der forhindrer indtrængning af støv og fugt. Beskyttelsesgraden for elektrisk udstyr er standardiseret i henhold til IEC-952.

Indekset betegnes som IP AB, hvor A er beskyttelsesniveauet mod indtrængning af fremmedlegemer i enheden, og B er modstandsdygtighed over for fugt.

Til udendørs brug er modeller med indekset 'IP65' velegnede – inverterens styrke og pålidelighed gør den anvendelig i udendørs atmosfære.

Kriterium #3 – driftstemperatur og dimensioner

Et bredt interval af værdier er en indikator for god samlekvalitet af inverteren. Værdien er især relevant, når konverteren placeres i et uopvarmet rum.

Vægt er en indirekte indikator for inverterens kvalitet. Der er en opfattelse af, at jo tungere konverteren er, desto kraftigere er den. Dette skyldes tilstedeværelsen af en transformer i højeffektudstyr.

I 'lette' modeller kan fraværet af en transformer forårsage inverterfejl ved høj startstrøm.

Ifølge observationer svarer et kilogram vægt af solcellekonverteren til en udgangseffekt på 100 W. Inverterens mål bestemmer monteringsmetoden.

Kriterium #4 – virkningsgrad

Eksperter anbefaler at købe strømkonvertere med en virkningsgrad på mindst 90%. Kun med denne parameter vil solsystemets drift være effektiv, og installationen være rimelig. Et tab på 10% solenergi er en uacceptabel 'luksus'.

Yderligere funktionalitet. Udvidede muligheder påvirker udstyrets pris og er ikke altid efterspurgte. Men nogle funktioner er pengene værd.

Nyttige og nødvendige 'enheder' inkluderer:

• automatisk tilføjelse af inverterstrøm til netstrømmen;
• justering af batteriets opladningsperiode;
• valg af prioritetsstrømkilde;
• understøttelse af arbejde med forskellige batterityper (alkaliske, lithium-jernfosfat, helium, AGM, syre);
• mulighed for kombineret drift med netkonverter;
• indstilling af spændingsniveau – forebyggelse af netspændingsspring;
• mulighed for at opgradere inverteren via firmwareopdateringer.

Moderne konvertere kan tilsluttes en pc til programmering og overvågning.

Til overvågning af udstyr og elnet tilbyder producenterne gratis software. En interessant funktion er muligheden for at sende SMS-beskeder om systemets status på brugerens anmodning.

Gennemgang af populære hybridomformere

Blandt forbrugerne har omformere fra udenlandske virksomheder fået gode anmeldelser: Xtender (Schweiz), Prosolar (Kina), Victor Energy (Holland), SMA (Tyskland) og Xantrex (Canada). Den indenlandske repræsentant er MAP Sine.

Serie af multifunktionelle Xtender-invertere

Hybridkonverteren Studer fra virksomheden Xtender er legemliggørelsen af schweizisk kvalitetsstandard inden for effektelektronik. Solomformere i Xtender-serien udmærker sig ved bemærkelsesværdige styrkeegenskaber og omfattende funktionalitet.

Mangfoldighed af modeller: XTS – laveffektsrepræsentanter, XTM – mellemkraftmodeller, XTH – højeffektomformere.

Effektområder for Xtender: XTS – 0,9-1,4 kW, XTM – 1,5-4 kW, XTH – 3-8 kW. Udgangsspænding – 230 V, frekvens – 50 Hz

Hver serie af hybridomformere Xtender har følgende egenskaber og muligheder:

• ren sinusforsyning;
• 'tilblanding' af strøm fra batteri til nettet;
• når netspændingen falder, reduceres forbruget fra den centrale strømforsyning;
• to prioritetsvalgstilstande: den første – 'blød' med nettilslutning inden for 10%, den anden – fuld overgang til batteri;
• mangfoldighed af installatørindstillinger;
• styring af reservegeneratorens drift;
• standby-tilstand med bredt reguleringsområde;
• fjernovervågning af systemparametre.

I alle modifikationer er der funktionen Smart Boost – tilslutning til forskellige strømleverandører (generatoranlæg, netomformer) og Power Shaving – garanteret dækning af spidsbelastninger.

Optimale Prosolar Hybrid-omformere

Den kinesisk producerede model har gode egenskaber og en acceptabel pris (ca. 1200 USD). Konverteren optimerer driften af solpaneler og opbevarer uforbrugt energi i batteriet.

Tekniske specifikationer: spændingsform – sinus, konverteringseffektivitet – 90%, installationsvægt – 15,5 kg, tilladt luftfugtighed – 90% uden kondens, temperatur -25 °C – +60 °C

Særlige egenskaber:

• mulighed for sporing af solpanelets maksimale effektpunkt;
• informations-LCD-skærm med visning af systemets driftsparametre;
• 3-trins batterioplader;
• justering af maksimal strøm op til 25 A;
• omformerens kommunikationsevner.

Konverteren tilsluttes en pc via software (følger med sættet). Der er mulighed for at opgradere omformeren ved hjælp af innovativ firmwareopdatering.

Sinus-invertere Phoenix Inverter

Phoenix-omformere opfylder høje krav og er velegnede til industriel brug. Serien Phoenix Inverter er udgivet uden indbygget oplader.

Konverterne er udstyret med en informationsbus VE.Bus og tillader drift i parallelle eller trefasede konfigurationer.

Effektområde for modelrækken – 1,2-5 kW, virkningsgrad – 95%, spændingstype – sinusbølge.

Tabellen viser specifikationerne for den hybride version af inverter 48/5000 fra Victron Energy. Den omtrentlige pris for en Phoenix Inverter med en effekt på 5 kW er 2500 konventionelle enheder.

Konkurrencefordele:

• SinusMax-teknologien understøtter start af tunge belastninger;
• to energisparetilstande – belastningssøgningsmulighed og nedsættelse af tomgangsstrøm;
• signalrelæ – advarsel om overophedning, utilstrækkelig batterispænding osv.;
• Indstilling af programmerbare parametre via PC.

For at opnå høj effekt kan op til seks omformere tilsluttes parallelt til en fase. For eksempel kan en kombination af seks enheder med nominel værdi 48/5000 levere en udgangseffekt på 48kW/30kVA.

Russiske apparater MAP Gibrid og Dominator

Virksomheden MAP "Energi" har udviklet to varianter af hybridomformeren: Gibrid og Dominator.

Effektområdet for udstyret er 1,3-20 kW, omskiftningstiden mellem tilstandene er op til 4 ms, og der er mulighed for at "pumpe" elektricitet tilbage til elnettet.

Sammenligningstabel over omformernes funktioner. Begge typer kan arbejde i ECO-tilstand, og hver model forbindes til en webserver til fjernovervågning og justering.

Generelle egenskaber for spændingsomformerne Gibrid og Dominator:

• toroidtransformator;
• ingen stabilisering af indgangsspænding;
• effektpumpetilstand;
• udgang – ren sinus;
• generering af overskydende energi til nettet;
• strømbegrænsning på AC-indgangen;
• IP21-klasse;
• forbrug i slumretilstand – 2-5 W.

Omformernes virkningsgrad når 93-96%. Enhederne har bestået test ved ekstremt lave temperaturer (grænseværdi -25 °C, kortvarigt fald til -50 °C er tilladt).

Mulige tilslutningsdiagrammer

Ved opbygning af et solcelleanlæg kombineret med centralnettet findes der forskellige måder at tilslutte omformeren.

Variant #1 – diagram med DC-laderegulator

Den mest populære mulighed, hvor batteriopladning foretages via en MPPT solar charge controller (Maximum Power Point Tracking).

I diagrammet anvendes en omformer, der understøtter transmission af elektricitet til nettet eller belastningen, hvis batterispændingen overstiger en brugerdefineret parameter.

Funktioner ved løsningen:

• effektiv udnyttelse af vedvarende energi ved nettilstedeværelse/frakobling;
• mulighed for aktivering af drift fra solcelleanlæg efter batteriets afladning.

Desuden er en anden løsning de lidt øgede energitab i sektionen 'controller-batteri-inverter'.

Variant #2 – diagram med hybrid- og netomformer

Netomformeren på batteriomformerens udgang. Ifølge diagrammet er de to omformere tilsluttet til forskellige solpaneler.

Hybridomformeren er tilsluttet en ekstra fotovoltaikpanel til opladning af batteriet, mens netomformeren er forbundet til hovedsolmodulet.

Under normale forhold (når der er netstrøm) forsyner netomformeren den backup-belastning, omformereffektiviteten er omkring 95%. Overskudsenergi går til batteriet, og når det er fuldt, til det offentlige net.

Systemets egenskaber:

• afbrydelsesfri drift uafhængigt af central netspænding;
• høj virkningsgrad og minimering af tab på DC-siden takket være tilstrækkelig spænding fra solpanelet;
• batterierne fungerer næsten altid i buffer-tilstand, hvilket øger deres levetid;
• brug af hybridomformere designet til at oplade batteriet fra udgangen;
• behov for justering af netomformerens drift.

Netomformerens samlede effekt må ikke overstige hybridomformerens effekt – dette gør det muligt at udnytte solpanelernes energi ved batteriafladning eller netafbrydelse.

Uanset hvilket diagram der vælges, skal en række nuancer tages i betragtning ved tilslutning af omformeren:

1. DC-ledningsforbindelser må ikke være lange. Omformeren bør placeres tæt på (op til 3 m) solpanelerne og derefter 'forlænges' AC-ledningen.
2. Omformeren må ikke monteres på konstruktioner af brandfarlige materialer.
3. Vægomformeren placeres i øjenhøjde for nem aflæsning af oplysninger på displayet.

Tilslutning af modeller med en effekt over 500 W har særlige krav. Forbindelsen skal være fast med pålidelig kontakt mellem enhedens terminaler og ledninger.

Der er også andre artikler på vores hjemmeside om solenergi og tilslutning af enkelte komponenter og moduler ved samling af et autonomt system.

Vi anbefaler følgende materialer til gennemlæsning:

• Tilslutningsdiagram for solpaneler: til laderegulator, batteri og tilknyttede systemer
• Solcelleoplader: konstruktion og funktionsprincip for solopladning
• Sådan bygger du et solpanel selv: metoder til samling og montering af solpanelet

Konklusioner og nyttig video om emnet

Begrebet 'hybridomformer', dens opbygning, funktioner og udførelsesvarianter:

Oversigt over muligheder, driftstilstande og effektivitet ved brug af multifunktionsomformeren InfiniSolar på 3 kW:

Design af et solcelle-strømforsyningssystem er en kompleks og ansvarlig opgave. Det er bedst at overlade beregning af nødvendige parametre, udvælgelse af komponenter til solcelleanlægget, tilslutning og ibrugtagning til professionelle.

Fejl kan føre til systemnedbrud og ineffektiv brug af dyrt udstyr.

Vælger du den optimale omformer til et autonomt solenergi-forsyningssystem? Har du spørgsmål, som vi ikke har berørt i denne artikel? Stil dem i kommentarerne nedenfor – vi vil forsøge at hjælpe dig.

Eller har du bemærket unøjagtigheder eller uoverensstemmelser i det præsenterede materiale? Eller ønsker du at supplere teorien med praktiske anbefalinger baseret på personlig erfaring? Skriv til os om det, del din mening.