Sistemas de suministro de energía con el uso simultáneo del suministro tradicional de electricidad y electricidad del sol: una solución económicamente sólida para hogares privados, casas de campo, aldeas de vacaciones y locales industriales.
Un elemento indispensable del complejo es un inversor híbrido para células solares, que determina los modos de suministro de voltaje, lo que garantiza el funcionamiento ininterrumpido y la eficiencia del sistema solar.
Para que el sistema funcione de manera eficiente, no solo debe elegir el modelo óptimo, sino también conectarlo correctamente. Y cómo hacerlo, lo analizaremos en nuestro artículo. También considere los tipos de convertidores existentes y las mejores ofertas en el mercado hoy en día.
Evaluación de las características del inversor híbrido.
El uso de energía solar renovable en combinación con una fuente de alimentación centralizada ofrece varias ventajas. El funcionamiento normal del sistema solar está garantizado por el funcionamiento coordinado de sus modelos principales: baterías solares, controlador de carga, batería, así como uno de los elementos clave: el inversor.
Un inversor de sistema solar es un dispositivo para convertir la corriente continua (CC) de paneles fotovoltaicos en electricidad alterna. Se encuentra en la tensión de corriente de 220 V funciona con electrodomésticos. Sin un inversor, la generación de energía no tiene sentido.
Diagrama de funcionamiento del sistema: 1 - módulos solares, 2 - controlador de carga, 3 - batería recargable, 4 - convertidor de voltaje (inversor) con alimentación de corriente alterna (CA)
Es mejor evaluar las capacidades del modelo híbrido en comparación con las peculiaridades del trabajo de sus competidores más cercanos: autónomos y "convertidores" de red.
Tipo de convertidor de red
El dispositivo funciona con una carga eléctrica común. La salida del inversor está conectada a los consumidores de electricidad, la red de altavoces.
El esquema es simple, pero tiene varias limitaciones:
- operabilidad a disponibilidad de corriente alterna en la red;
- La tensión de red debe ser relativamente estable y corresponder al rango de funcionamiento del convertidor.
La variedad está en demanda en casas privadas con la tarifa "verde" actual para la electrificación.
Por la tarde, con un consumo de energía mínimo, la corriente generada fluye a la red a tasas "verdes", desde la tarde hasta la mañana, el edificio se "alimenta" del suministro eléctrico centralizado.
Opción de dispositivo autónomo
El dispositivo se alimenta con una batería que recibe su carga de los paneles solares a través del controlador MPPT. El sistema utiliza diferentes tipos de baterías, incluyendo baterías de litio de alta tecnología.
En el “llenado” máximo del acumulador, el exceso de energía se transmite a la entrada del inversor, cuya salida está conectada a los usuarios finales de la AU.
En el caso de una falta de actividad solar, la energía se toma de las baterías y se "convierte" a través del inversor de voltaje.
Características de la instalación autónoma:
- la posibilidad de operación independiente en ausencia de red de CA;
- algunos modelos admiten el modo de operación en la tarifa "verde";
- Eficiencia de las instalaciones - 90-93%.
Para garantizar la autonomía absoluta del objeto, se requiere un cálculo preciso de la potencia de los heliopaneles y un consumo de energía suficiente de la batería.
Opción de uso independiente del inversor sin la inclusión de una conexión de red centralizada. El convertidor autónomo está en demanda en áreas con una falta completa o baja calidad de suministro de electricidad
Tipo inversor híbrido
El modelo se diferencia de los dispositivos descritos anteriormente por una "arquitectura" especial de fabricación. En el interior, hay un diagrama de cableado especial que permite que el convertidor funcione en paralelo con la fuente actual (red, generador).
Al mismo tiempo, la carga se suministra desde la red central y los paneles solares, mientras que la función de prioridad se asigna al proveedor de CC.
El convertidor híbrido le permite consumir la energía del sol de la manera más eficiente posible sin tener que cambiar de la red de suministro de energía desde la estación central o el generador
Las ventajas competitivas se encuentran en la versatilidad de los inversores de tipo híbrido:
- La red es un tipo de batería de gran capacidad con una eficiencia del 100%. Todo el excedente producido por las placas fotovoltaicas se puede redirigir a la red central a una tarifa "verde".
- Proporcionar energía ininterrumpida . Cuando se desconecta la fuente de alimentación principal, el sistema se reconstruye en un modo autónomo, protegiendo a todos los consumidores de las sobrecargas de voltaje.
- Aumente el límite de energía de la red en las cargas pico agregando energía del complejo de batería-inversor.
Cuando el consumo del heliocomplejo disminuye, cambia al modo de carga y después de un tiempo vuelve a estar listo para su uso. Se puede indicar la función de doble potencia: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.
La adición de poder se produce de acuerdo con los siguientes principios:
- Si la potencia utilizada es menor que el consumo máximo de la red, además de la potencia de carga, la batería de almacenamiento se carga;
- en ausencia de voltaje en la red consume electricidad generada por la batería y convertida por el inversor;
- Si la carga excede el valor límite de la alimentación de la red, entonces la deficiencia se compensa con la electricidad acumulada de la batería solar.
Los modos de operación enumerados son capaces de admitir modelos híbridos con un cargador.
Algunos inversores multifuncionales están diseñados para la conexión simultánea de varias líneas de CA para la transferencia automática de reserva. Los modelos de alta tecnología regulan de forma independiente la carga de la batería.
Variedades de transductores de corriente.
Al elegir el "corazón" del sistema de alimentación eléctrica autónomo, debe comparar correctamente las tareas asignadas al equipo con su potencial.
Las principales características de la clasificación de los inversores híbridos son: un algoritmo para cambiar los modos de operación, la forma de la tensión de salida y la posibilidad de dar servicio a una red monofásica o trifásica.
Comparación de BBP e instalación híbrida
Algunas compañías involuntariamente inducen a error al consumidor, llamando a la unidad de fuente de alimentación ininterrumpida (FOB) un inversor híbrido. Parece que ambos dispositivos realizan tareas similares, pero hay una diferencia significativa.
BBP es un inversor cargador. El módulo garantiza principalmente el gasto de energía de la planta fotovoltaica, y cuando es deficiente, cambia al consumo de energía de la red.
BBP no puede realizar la función de "mezclar" la electricidad acumulada de las baterías con la red. El consumo de prioridad de una fuente de CC se realiza desconectándose de la red y cambiando al funcionamiento de la batería
El funcionamiento del sistema en el modo "jerk" provoca un ciclo adicional de la batería y acelera su desgaste. En la mayoría de los BBP de bajo costo, el voltaje de umbral se establece sin la posibilidad de regulación.
En los modelos de inversores híbridos para células solares, estos saltos están excluidos: la unidad se ajusta a la potencia requerida y trabaja simultáneamente con diferentes fuentes de corriente.
Puede elegir de forma independiente el consumo prioritario. Como regla general, el énfasis está en el gasto de energía de los paneles solares. En algunas unidades híbridas, hay una opción para limitar la energía que proviene de la red de la ciudad.
Comparación de funciones de modificaciones populares de "convertidores" híbridos y BBP. La serie de modelos Victron ofrece la posibilidad de aumentar la potencia del inversor debido a la red
Variedades de forma de onda del inversor.
Los transductores de corriente de células solares se clasifican por tipo de señal de salida.
Hay
- onda sinusoidal pura;
- seno modificado (cuasi-sinusoide);
- meandro
La última opción prácticamente no se usa en la práctica, ya que un cambio brusco en la polaridad causa un mal funcionamiento en el equipo.
Un inversor con una señal "en forma de U" no podrá proteger los dispositivos contra las sobrecargas de energía. Además, la parte principal de los electrodomésticos no percibe corriente de "meandro".
¿Qué es una onda sinusoidal pura?
El convertidor proporciona una señal de alta calidad que supera la forma de la corriente de la red. Esta es la mejor opción que garantiza el funcionamiento de equipos "sensibles": calderas de calefacción, compresores, motores eléctricos, equipos médicos y dispositivos basados en fuentes de energía de transformadores.
Desventajas de las oscilaciones sinusoidales del inversor: alto costo y gran tamaño. Comprar un convertidor con un seno puro costará el doble que un modelo con una cuasi sinusoide a tasas iguales de potencia final
Características cuasi-senoidales
La transmisión de la señal de energía en forma de una onda sinusoidal modificada puede reducir la eficiencia de algunos dispositivos, provocar ruido, causar interferencias o provocar fallas en el equipo.
Al alimentar transformadores de baja frecuencia, los motores asíncronos y síncronos observan una pérdida de potencia en un 20-30%. Este "defecto" se convierte en energía térmica, sobrecalentando los dispositivos.
Los inversores con una señal pseudo-sinusoidal son compactos y asequibles. Su uso es apropiado para alimentar dispositivos sin cargas inductivas, diseñados para consumir los componentes activos de la energía eléctrica.
Este grupo incluye: calentadores termoeléctricos, sistemas de iluminación incandescentes y otras estructuras resistivas.
Variantes de seno modificadas: 1 - forma complicada del meandro con una pausa, 2 - acercándose al seno puro aumentando el número de transiciones
La forma de la señal de salida se indica en el pasaporte del inversor o bespereboynik. Posible notación: "Atrás" - una garantía de la ausencia de un seno puro, "Inteligente" - la probabilidad de obtener una corriente de calidad en la salida.
Algunos fabricantes en el documento adjunto notan el coeficiente armónico (índice de distorsión no lineal). Si el parámetro es inferior al 8%, la unidad produce un seno casi perfecto.
Modelos monofásicos y trifásicos.
Los inversores monofásicos están integrados principalmente en un sistema fotovoltaico doméstico con un voltaje estándar de 220V.
El rango del voltaje de salida cuando se conecta a una fase en diferentes modelos varía de 210-240V, la frecuencia de salida es de 47-55 Hz, la potencia es de 300-5000 vatios.
Los inversores monofásicos se producen bajo los valores estándar del voltaje de la batería: 12, 24 y 48 V. Para que el convertidor no funcione al límite de sus capacidades, es necesario hacer coincidir la potencia del "convertidor" con el voltaje de la batería solar o la batería.
Rango de dependencia de las características de la batería (voltaje - V) y convertidor solar (potencia nominal - W): 12 V - dentro de 600 W, 24 V - hasta 1.5 kW, 48 V - más de 1.5 kW
Los inversores trifásicos se utilizan para suministrar corriente trifásica, proporcionando energía a los motores eléctricos. Aplicación primaria - producción, talleres, fines comerciales.
Los inversores trifásicos se distinguen por su alta potencia (3-30 kW), una amplia gama de voltaje de CA de salida (220V / 400V).
En el mercado también existen modelos combinados. Estos incluyen inversores monofásicos con la capacidad de sincronizar las salidas del convertidor con un cambio de fase, lo que le permite suministrar cargas trifásicas. Todos los tipos de tecnología para convertir la corriente de los paneles solares, lo analizamos en nuestro otro artículo.
Opciones de selección de inversor solar
La eficiencia del convertidor y todo el sistema de suministro eléctrico depende en gran medida de la elección correcta de los parámetros del equipo.
Además de las características anteriores se deben evaluar:
- potencia de salida;
- tipo de protección;
- temperatura de funcionamiento;
- dimensiones de la instalación;
- Eficiencia;
- Disponibilidad de funciones adicionales.
Considere además todas estas características con más detalle.
Criterio # 1 - potencia del dispositivo
El valor del inversor "solar" se selecciona en función de la carga máxima en la red y la vida útil estimada de la batería. En el modo de arranque, el convertidor es capaz de entregar un aumento de potencia a corto plazo en el momento de la puesta en servicio de cargas capacitivas.
Este período es típico cuando se encienden lavaplatos, lavadoras o refrigeradores.
Cuando utilice lámparas de iluminación y el televisor, se acercará el inversor de baja potencia de 500-1000 W. Como regla general, se requiere el cálculo de la potencia total del equipo que se está operando. El valor deseado se indica directamente en la caja del instrumento o en el documento adjunto.
Es deseable que el valor resultante se incremente en un 20-30%; esta será la potencia de salida requerida del inversor. Por ejemplo, la potencia total del equipo es de 500 W / h, la vida útil de la batería es de 5 horas. Cálculo: 500 W / h * 5 h * 1.2 = 3000 W / h
Criterio # 2 - nivel de protección
Un inversor solar de calidad debe tener varios niveles de protección. Posibles opciones: sistema de enfriamiento forzado, advertencia de cortocircuito, protección contra fallas y sobrecargas de voltaje en la red.
Es importante: la presencia de una caja reforzada sellada, que evita la entrada de partículas de polvo y la humedad. La tasa de protección de equipos eléctricos está estandarizada de acuerdo con la estandarización IEC-952.
El índice se denota como IP AB, donde A es el nivel de protección contra la penetración de partículas extrañas dentro del dispositivo, B es la resistencia a la humedad.
Para condiciones de operación al aire libre, los modelos con el índice IP65 son adecuados: la resistencia y confiabilidad del inversor permite su uso en la atmósfera externa.
Criterio # 3 - temperatura de trabajo y dimensiones
Una amplia gama de valores es un indicador de calidad decente del ensamblaje del inversor. El valor del indicador es particularmente relevante cuando se coloca el convertidor en una habitación sin calefacción.
El peso es un indicador indirecto de la calidad del inversor. Hay una opinión: cuanto más pesado es el convertidor, más poderoso es. Esto se debe a la presencia en el equipo de alta potencia del transformador.
En los modelos "livianos", la ausencia de un transformador puede causar que el inversor se rompa cuando se aplica una corriente de arranque alta.
Según las observaciones, un kilogramo del peso del convertidor solar corresponde a una potencia de salida de 100 vatios. Las dimensiones del inversor determinan cómo se instala.
Criterio # 4 - Eficiencia
Los expertos recomiendan comprar "convertidores" de corriente con una eficiencia del 90%. Solo con un parámetro de este tipo funcionará el sistema solar de manera eficiente, y su disposición es conveniente. La pérdida del 10% de la energía solar es un "lujo" inaceptable.
Funcionalidad adicional. Las características avanzadas afectan el costo del equipo y no siempre están en demanda. Sin embargo, algunas opciones justifican el dinero gastado.
Los "dispositivos" útiles y necesarios incluyen:
- adición automática de energía del inversor a la red eléctrica;
- ajuste del periodo de carga de la batería;
- selección de la fuente actual de prioridad;
- Mantenimiento del trabajo con baterías de diferentes tipos (alcalinas, litio-fosfato de hierro, helio, AGM, ácido);
- posibilidad de trabajo combinado con un convertidor de red;
- ajuste del indicador de tensión - advertencia de "sobretensiones" de la tensión de red;
- la posibilidad de actualizar el inversor actualizando el firmware.
Los convertidores modernos se pueden conectar a una PC para programar y monitorear.
Para rastrear el trabajo de equipos y redes eléctricas, los fabricantes ofrecen software gratuito. Una opción interesante es la posibilidad de enviar alertas por SMS sobre el estado del sistema a petición del usuario
Descripción general de los convertidores híbridos populares
Entre los consumidores, los inversores de empresas extranjeras recibieron buenas críticas: Xtender (Suiza), Prosolar (China), Victor Energy (Países Bajos), SMA (Alemania) y Xantrex (Canadá). Representante doméstico - MAP Sine.
Línea inversora multifunción Xtender
El transductor Studer híbrido de Xtender es el epítome del estándar de calidad suizo en electrónica de potencia. Los inversores solares de la serie Xtender se distinguen por sus características de fuerza exponencial y su amplia funcionalidad.
Variedad de modelos: ХТS - representantes de baja potencia, HTM - modelos de media potencia, ХТН - inversores de alta potencia.
Rangos de potencia de Xtender: ХТS - 0.9-1.4 kW, ТМ - 1.5-4 kW, ХТН - 3-8 kW. Tensión de salida - 230 W, frecuencia - 50 Hz
Cada serie de convertidores híbridos Xtender tiene las siguientes características y opciones:
- alimentación de onda sinusoidal pura;
- "Mezcla" la alimentación a la red desde la batería;
- mientras se reduce el consumo de tensión de red de la fuente de alimentación central se reduce;
- dos modos de selección de prioridad: el primero es "suave" con alimentación de red dentro del 10%, el segundo es el cambio completo a la batería;
- variedad de configuraciones de instiller;
- gestión del generador de respaldo;
- modo de espera con una amplia gama de regulación;
- Monitorización remota de los parámetros del sistema.
Во всех модификациях есть функция Smart Boost –подключение к разным «поставщикам» питания (генераторная установка, сетевой инвертор) и Power Shaving – гарантированное покрытие пиковых нагрузок.
Оптимальные преобразователи Prosolar Hybrid
Модель китайского производства имеет хорошие характеристики и приемлемую стоимость (около 1200 у.е.). Преобразователь оптимизирует работу солнечных батарей, сохраняя неизрасходованную энергию в аккумуляторе.
Технические характеристики: форма напряжения – синусоида, КПД преобразования – 90%, вес установки – 15, 5 кг, допустимая влажность – 90% без конденсации, температура -25 °С – +60 °С
Отличительные особенности:
- опция отслеживания за точкой граничной мощности солнечной батареи;
- информационный ЖК-дисплей с отображением рабочих параметров системы;
- 3-х уровневое зарядное устройство аккумулятора;
- регулировка максимального тока до 25А;
- коммуникативность инвертора.
Преобразователь подсоединяется к ПК посредством программного обеспечения (поставляется комплектом). Есть возможность модернизации инвертора путем инновационной перепрошивки.
Синусоидальные инверторы Phoenix Inverter
Инверторы Phoenix удовлетворяют высоким требованиям и подходят для производственного применения. Серия Phoenix Inverter выпущена без встроенного зарядного устройства.
Преобразователи оснащены информационной шиной VE.Bus и допускают эксплуатацию в параллельных или трехфазных конфигурациях.
Диапазон мощностей модельного ряда – 1, 2-5 кВт, КПД – 95%, тип напряжения – синусоида.
В таблице приведены характеристики гибридной модификации инвертора 48/5000 от компании Victron Energy. Ориентировочная стоимость Phoenix Inverter мощностью 5 кВт – 2500 у.е.
Ventajas competitivas:
- технология «SinusMax» поддерживает запуск «тяжелых нагрузок»;
- два режима сбережения энергии – опция поиска нагрузки и понижение тока холостого хода;
- наличие реле сигнализации – оповещение о перегреве, недостаточном напряжении батареи и т.д.;
- настройка программируемых параметров через ПК.
Для достижения высокой мощности возможно параллельное подключение к фазе до шести преобразователей. Например, комбинация из шести приборов номиналом 48/5000 способна обеспечить выходную мощность – 48кВт/30кВА.
Отечественные приборы МАП Gibrid и Dominator
Компания МАП «Энергия» разработала две модификации гибридного преобразователя: Gibrid и Dominator.
Диапазон мощностей оборудования составляет 1, 3-20 кВт, временной промежуток на переключение между режимами – до 4-х мс, предусмотрена возможность «подкачки» электроэнергии в городскую сеть.
Сравнительная таблица возможностей преобразователей. Оба вида способны работать в ЭКО режиме, каждая модель «связывается» с Web-сервером для удаленного мониторинга и корректировки
Общие характеристики конвертеров напряжения Gibrid и Dominator:
- трансформатор на базе тора;
- стабилизация входного напряжения отсутствует;
- режим «подкачки» мощности;
- выход – чистый синус;
- генерация переизбытка энергии в сеть;
- ограничение тока потребления на входе АС;
- класс IP21;
- расход в «спящем» режиме – 2-5Вт.
КПД преобразователей достигает 93-96%. Приборы успешно прошли испытания на использование при сверхнизких температурах (граничное значение -25°, допустимы кратковременное снижение до -50 °С).
Posibles diagramas de cableado
При построении фотоэлектрического комплекса, комбинированного с центральной сетью, существуют разные варианты подсоединения инвертора.
Вариант #1 – схема с контроллером заряда DC
Наиболее популярный вариант, где заряжение аккумуляторной батареи осуществляется через солнечный контроллер МРРТ (анализ точки пиковой мощности).
В схеме используется преобразователь, поддерживающий передачу электричества в сеть или нагрузку, если напряжение аккумулятора превосходит заданный пользователем параметр
Особенности решения:
- эффективное использование возобновляемой энергии при наличии/отключении сети;
- возможность активации работы от солнечной системы после разрядки аккумулятора.
А также еще одним решением является несколько увеличенные потери на преобразование энергии на участке «контроллер-аккумулятор-инвертор».
Вариант #2 – схема с гибридным и сетевым преобразователем
Сетевой преобразователь на выходе батарейного инвертора. Согласно схеме два конвертера подсоединены к разным солнечным батареям.
Гибридный преобразователь подведен к опционной фотоэлектрической панели для подзарядки аккумулятора, сетевой – соединен с основным солнечным модулем.
При нормальных условиях (наличие сетевого тока) сетевой преобразователь питает резервируемую нагрузку, КПД преобразование – около 95%. Излишек энергии поступает на аккумулятор, а при его наполнении – в общую сеть
Характеристики системы:
- бесперебойная работа независимо от наличия центрального сетевого напряжения;
- высокий КПД и минимизация потерь на стороне DC благодаря достаточному уровню напряжения солнечной батареи;
- аккумуляторы почти всегда функционируют в буферном режиме, что увеличивает их срок службы;
- использование гибридных инверторов, рассчитанных на заряд аккумулятора с выхода;
- необходимость регулировки работы сетевого инвертора.
Суммарная мощность сетевого преобразователя не должна превышать мощность гибридного «конвертера» – это позволяет утилизировать энергию солнечных батарей в случае разряда аккумулятора, отключения сети.
Независимо от выбранной схемы, при подключении инвертора следует учитывать ряд нюансов:
- Проводные соединения для DC не должны быть длинными. Инвертор желательно располагать в близости (до 3-х м) от солнечных батарей, а далее «наращивать» магистраль с AC.
- Преобразователь недопустимо монтировать на конструкции из горючих материалов.
- Стеновой инвертор располагается на уровне глаз для удобства считывания информации с дисплея.
К подключению моделей мощностью более 500 Вт предъявляются особые требования. Соединение должно быть жестким с надежным контактом между клеммами прибора и проводами.
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Conclusiones y video útil sobre el tema.
Понятие «гибридного инвертора», его устройство, функции и варианты исполнения:
Обзор возможностей, режимов работы и эффективности использования многофункционального преобразователя InfiniSolar на 3 кВт:
Проектирование солнечной системы электроснабжения – сложная и ответственная задача. Расчет необходимых параметров, подбор составных компонентов гелиокомплекса, подключение и ввод в эксплуатацию лучше доверить профессионалам.
Допущенные ошибки могут привести к сбоям в системе и неэффективному использованию дорогостоящего оборудования .
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