Hybridväxelriktare för solpaneler: typer, översikt över de bästa modellerna + anslutningsdetaljer

Elförsörjningssystem som samtidigt använder traditionell strömförsörjning och solenergi är en ekonomiskt motiverad lösning för privata bostäder, stugor, sommarhusområden och produktionslokaler.

En oumbärlig del av systemet är hybridväxelriktaren för solpaneler, som bestämmer spänningsmatningslägena och säkerställer driftsäkerhet och effektivitet för solsystemet.

För att systemet ska fungera effektivt måste man inte bara välja rätt modell, utan också ansluta den korrekt. Och hur man gör detta – vi kommer att förklara i vår artikel. Vi kommer också att titta på befintliga typer av växelriktare och de bästa erbjudandena på marknaden idag.

Utvärdering av hybridväxelriktarens möjligheter

Användningen av förnybar solenergi i kombination med centraliserad elförsörjning ger flera fördelar. Solsystemets normala funktion säkerställs genom samordnad drift av dess huvudkomponenter: solpaneler, laddningsregulator, batteri samt en av nyckelelementen – växelriktaren.

Växelriktaren i solsystemet är en anordning för att omvandla likström (DC) från solcellspaneler till växelström. Det är med 220 V växelspänning som hushållsapparater fungerar. Utan växelriktare är energiproduktionen meningslös.

Systemets funktionsschema: 1 – solmoduler, 2 – laddningsregulator, 3 – batteri, 4 – spänningsomvandlare (växelriktare) med växelströmsmatning (AC)

Att utvärdera hybridmodellens möjligheter är bättre i jämförelse med dess närmaste konkurrenters arbetssätt – autonoma och nätanslutna 'omvandlare'.

Nätansluten växelriktartyp

Enheten arbetar mot det allmänna elnätets belastning. Utgången från omvandlaren är ansluten till elkonsumenterna, AC-nätet.

Kretsen är enkel men har några begränsningar:

• funktion när växelström finns i nätet;
• nätspänningen måste vara relativt stabil och motsvara omvandlarens arbetsområde.

Varianten är efterfrågad i privata hem med en aktiv 'grön' taxa för elektrifiering.

På dagen, vid minimal energiförbrukning, går den producerade strömmen till nätet enligt 'grön' taxa, från kväll till morgon 'matas' byggnaden från centraliserad elförsörjning.

Off-grid växelriktare

Enheten drivs från batteriet, som laddas från solpanelerna via en MPPT-styrenhet. I systemet används olika typer av batterier, inklusive högteknologiska litiumbatterier.

När lagringsenheten är maximalt 'fylld' överförs överskottselen till växelriktarens ingång, vars utgång är ansluten till slutkonsumenterna av AC.

Vid brist på solaktivitet tas energi från batterierna och 'omvandlas' via spänningsväxelriktaren.

Funktionsegenskaper för den fristående installationen:

• möjlighet till oberoende drift när nätväxelström saknas;
• vissa modeller stöder drift enligt 'grön' taxa;
• Verkningsgraden för installationerna är 90-93%.

För att uppnå fullständig autonomi för objektet krävs en noggrann beräkning av solpanelernas effekt och tillräcklig batterikapacitet.

Alternativ för oberoende användning av växelriktaren utan inkoppling i centralt nät. Fristående omvandlare är efterfrågad i områden med total avsaknad eller låg kvalitet på elförsörjningen.

Hybridväxelriktare

Modellen skiljer sig från ovan beskrivna enheter genom en speciell 'arkitektur'. Inuti finns en särskild krets som gör att den som omvandlare kan arbeta parallellt med strömkällan (nät, generator).

Samtidigt matas lasten från centralnätet och solpanelerna, med prioritetsfunktionen tilldelad likströmsleverantören.

Hybridomvandlaren möjliggör maximalt effektivt utnyttjande av solenergi, utan att kopplas bort från central station eller generator.

Konkurrensfördelarna ligger i multifunktionaliteten hos hybridväxelriktare:

1. Nätet – en slags generös ackumulator med 100 % verkningsgrad. Allt överskott från solcellerna kan skickas ut på elnätet enligt en grön eltariff.
2. Avbrottsfri strömförsörjning. Vid bortfall av elnätet växlar systemet till självständigt läge och skyddar alla användare mot spänningsspikar.
3. Ökning av nätets effektgräns vid toppbelastning genom att tillföra energi från batteri- och växelriktarsystemet.

När förbrukningen minskar går solenergisystemet över i laddningsläge och är snart redo för användning igen. Funktionen med dubblering av effekten kan kallas: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

Effektökning sker enligt följande principer:

• om den använda effekten är lägre än nätets maximala förbrukning, så laddas batteriet förutom att belastningen matas;
• Vid nätspänningsbortfall förbrukas el från batteriet som omvandlas av växelriktaren;
• Om lasten överskrider nätets maxeffekt, kompenseras bristen med ackumulerad el från solpanelen.

De listade driftlägena kan upprätthållas av hybridmodeller med laddare.

Vissa multifunktionsväxelriktare är konstruerade för samtidig anslutning av flera växelströmslinjer för automatisk reservmatning. Avancerade modeller reglerar batteriladdningen självständigt.

Typer av strömväxelriktare

När du väljer 'hjärtat' i ett autonomt strömförsörjningssystem bör du noggrant jämföra de uppgifter som utrustningen ska utföra med dess potentiella kapacitet.

Huvudkriterierna för klassificering av hybridväxelriktare är: algoritm för ändring av driftlägen, form på utspänningen och möjlighet att hantera ett- eller trefasnät.

Jämförelse mellan UPS och hybridsystem

Vissa företag vilseleder oavsiktligt konsumenten genom att kalla en UPS för en hybridväxelriktare. Båda enheterna utför till synes liknande uppgifter, men det finns en väsentlig skillnad.

En UPS är en växelriktare med laddningsanordning. Modulen prioriterar att använda energi från solcellsanläggningen, och vid brist växlar den till elnätet.

En UPS kan inte utföra funktionen att blanda lagrad el från batterier med nätström. Prioriterad användning från DC-källan sker genom att koppla bort nätet och övergå till batteridrift.

Systemets drift i ett 'ryckigt' läge orsakar extra cykling av batteriet och påskyndar dess slitage. I de flesta billiga UPS:er är tröskelspänningen inställd utan möjlighet till justering.

I hybridväxelriktare för solpaneler är sådana hopp uteslutna – enheten anpassar sig till den erforderliga effekten och arbetar samtidigt med olika strömkällor.

Du kan själv välja prioriterad användning. Som regel ligger fokus på att använda energi från solpanelerna. I vissa hybridenheter finns en funktion för att begränsa effekten från elnätet.

Jämförelse av funktioner hos populära hybridomvandlare och UPS. I Victron-modellserien finns möjlighet att öka växelriktareffekten med hjälp av nätet.

Typer baserade på växelriktarens vågform

Solcellsomvandlare klassificeras efter typ av utsignal.

Man skiljer på:

• ren sinusvåg;
• modifierad sinus (kvasi-sinus);
• meander.

Det sista alternativet används praktiskt taget inte i praktiken, eftersom en abrupt polaritetsväxling orsakar störningar i utrustningens funktion.

En växelriktare som levererar en "P-formad" signal kan inte skydda enheter från spänningsvariationer. Dessutom kan de flesta hushållsapparater inte hantera "meanderström".

Vad är en ren sinusvåg?

Omvandlaren producerar en högkvalitativ signal som överträffar nätströmmens form. Detta är det optimala valet som säkerställer drift av "känslig" utrustning: värmepannor, kompressorer, elmotorer, medicinsk teknik och apparater baserade på transformatorströmförsörjning.

Nackdelar med sinusvågsväxelriktare: hög kostnad och stor storlek. Att köpa en omvandlare med ren sinusvåg kostar dubbelt så mycket som en modell med kvasi-sinus vid samma totala effektspecifikationer.

Egenskaper hos kvasi-sinus

Överföring av signalenergi i form av en modifierad sinusvåg kan minska effektiviteten hos vissa enheter, orsaka brus, störa eller leda till utrustningsfel.

Vid matning av lågfrekventa transformatorer, asynkrona och synkrona motorer ses en effektförlust på 20-30%. Denna "brist" omvandlas till värmeenergi, vilket överhettar apparaterna.

Växelriktare med pseudo-sinussignal är kompakta och har ett acceptabelt pris. Deras användning är lämplig för att driva enheter utan induktiva laster, konstruerade för att konsumera aktiva komponenter av elkraft.

Till denna grupp hör: termoelektriska värmare, glödlampor i belysningssystem och andra resistiva konstruktioner.

Varianter av modifierad sinus: 1 – komplex meanderform med paus, 2 – approximation till ren sinus genom att öka antalet övergångar

Utgångssignalens form anges i växelriktarens eller UPS:ens datablad. Möjliga beteckningar: «Back» – garanti för avsaknad av ren sinus, «Smart» – sannolikhet för kvalitetsström vid utgången.

Vissa tillverkare anger i medföljande dokument harmoniska distorsionsfaktorn (total harmonisk distorsion). Om parametern är mindre än 8% levererar enheten praktiskt taget en perfekt sinus.

Enfas- och trefasmodeller

Enfasväxelriktare installeras främst i kretsen hos ett hushålls fotovoltaiskt system med standardspänning 220V.

Utgångsspänningsområdet vid anslutning till en fas varierar mellan olika modeller från 210-240V, utgångsfrekvensen är 47-55 Hz, effekten är 300-5000 W.

Enfasiga växelriktare tillverkas för standardspänningar på batterier: 12, 24 och 48 V. För att omriktaren inte ska arbeta på gränsen av sin kapacitet måste du anpassa omvandlarens effekt till solpanelens eller batteriets spänning.

Omfång för beroendet mellan batteriets egenskaper (spänning – V) och solomriktaren (nominell effekt – W): 12 V – inom 600 W, 24 V – upp till 1,5 kW, 48 V – över 1,5 kW

Trefasiga växelriktare används för att leverera trefasström som driver elmotorer. Huvudsaklig användning – industri, verkstäder, kommersiella ändamål.

Trefasiga växelriktare kännetecknas av hög effekt (3–30 kW), brett område för utgående växelspänning (220 V/400 V).

Det finns även kombinationsmodeller på marknaden. Till dessa hör enfasiga växelriktare med möjlighet att synkronisera omriktarutgångarna med fasförskjutning – detta gör det möjligt att driva trefasiga laster. Alla typer av utrustning för omvandling av ström från solpaneler har vi behandlat i vår andra artikel.

Urvalsparametrar för solväxelriktare

Effektiviteten hos omriktaren och hela elförsörjningssystemet beror till stor del på ett korrekt val av utrustningens parametrar.

Utöver ovan beskrivna egenskaper bör du utvärdera:

• uteffekt;
• skyddstyp;
• driftstemperatur;
• installationsmått;
• verkningsgrad;
• förekomst av tilläggsfunktioner.

Låt oss nu titta närmare på alla dessa egenskaper.

Kriterium #1 – apparatens effekt

Solcellsväxelriktarens nominella effekt väljs baserat på maximal belastning på nätet och förväntad autonom tid. I startläge kan omriktaren ge en kortvarig effektökning vid driftsättning av kapacitiva laster.

En sådan period är typisk när diskmaskiner, tvättmaskiner eller kylskåp startas.

Om du använder belysningslampor och TV passar en lågeffektsväxelriktare på 500–1000 W. Som regel krävs en beräkning av den totala effekten för den använda utrustningen. Det önskade värdet anges direkt på apparatens hölje eller i medföljande dokument.

Det erhållna värdet bör ökas med 20–30 % – det blir växelriktarens erforderliga uteffekt. Till exempel är utrustningens totala effekt 500 Wh, autonom tid 5 h. Beräkning: 500 Wh * 5 h * 1,2 = 3000 Wh.

Kriterium #2 – skyddsnivå

En kvalitativ solcellsväxelriktare bör ha flera skyddsnivåer. Möjliga varianter: system för forcerad kylning, kortslutningsskydd, skydd mot spänningsfall och överspänning i nätet.

Inget att förringa – förekomsten av en tät och förstärkt kapsling som förhindrar att damm och fukt tränger in. Skyddsnivån för elektrisk utrustning regleras enligt standard IEC-952.

Indexet betecknas som IP AB, där A är skyddsnivån mot inträngning av främmande partiklar i enheten, B är motståndskraften mot fukt.

För utomhusbruk passar modeller med index «IP65» – växelriktarens styrka och tillförlitlighet gör att den kan användas utomhus.

Kriterium #3 – arbetstemperatur och mått

Ett brett värdeintervall är en indikator på god monteringskvalitet hos växelriktaren. Värdet är särskilt relevant när omformaren placeras i ett ouppvärmt utrymme.

Vikten är en indirekt indikator på växelriktarens kvalitet. Det finns en uppfattning att ju tyngre omformaren är, desto kraftfullare är den. Detta förklaras av förekomsten av en transformator i högprestanda utrustning.

I 'lättviktsmodeller' kan avsaknaden av transformator orsaka att växelriktaren går sönder vid hög startström.

Enligt observationer motsvarar ett kilo vikt för en solomformare en uteffekt på 100 W. Växelriktarens dimensioner bestämmer monteringssättet.

Kriterium #4 – verkningsgrad

Experter rekommenderar att köpa strömomvandlare med en verkningsgrad på minst 90%. Endast med en sådan parameter kommer solsystemets drift att vara effektiv och dess installation motiverad. En förlust på 10 % av solenergi är en oacceptabel 'lyx'.

Extra funktionalitet. Utökade möjligheter påverkar utrustningens kostnad och är inte alltid efterfrågade. Vissa alternativ motiverar dock kostnaderna.

Användbara och nödvändiga 'tillbehör' inkluderar:

• automatisk tillägg av växelriktareffekt till elnätet;
• justering av batteriladdningstiden;
• val av prioriterad strömkälla;
• stöd för drift med olika batterityper (alkaliska, litium-järnfosfat, gel, AGM, bly-syra);
• möjlighet till kombinerad drift med nätomvandlare;
• inställning av spänningsnivå – förebyggande av nätspännings 'hopp';
• möjlighet att uppgradera växelriktaren genom firmwareuppdateringar.

Moderna omvandlare kan anslutas till en PC för programmering och övervakning.

För att övervaka utrustningens och elnätens drift erbjuder tillverkarna gratis programvara. En intressant funktion är möjligheten att skicka SMS-avisering om systemstatus på användarens begäran.

Översikt över populära hybridväxelriktare

Bland konsumenterna har omriktare från utländska företag fått bra recensioner: Xtender (Schweiz), Prosolar (Kina), Victor Energy (Nederländerna), SMA (Tyskland) och Xantrex (Kanada). Den inhemska representanten är MAP Sine.

Serie av multifunktionella växelriktare Xtender

Hybridomvandlaren Studer från Xtender är en förkroppsligande av schweizisk kvalitetsstandard inom kraftelektronik. Solomriktarna i Xtender-serien utmärker sig genom imponerande hållfasthetsegenskaper och omfattande funktionalitet.

Mångfald av modeller: XTS – lågeffektmodeller, XTM – medeleffektmodeller, XTN – högeffektomriktare.

Effektintervall för Xtender: XTS – 0,9-1,4 kW, XTM – 1,5-4 kW, XTN – 3-8 kW. Utspänning – 230 V, frekvens – 50 Hz

Varje serie av hybridomvandlare från Xtender har följande egenskaper och alternativ:

• ren sinusvåg;
• inmatning av effekt till nätet från batteriet;
• vid sjunkande nätspänning minskar förbrukningen från den centrala elförsörjningen;
• två prioriteringslägen: det första – 'mjukt' med nätmatning upp till 10 %, det andra – fullständig övergång till batteri;
• många installeringsinställningar;
• styrning av reservgenerator;
• standby-läge med brett regleringsområde;
• fjärrövervakning av systemparametrar.

I alla varianter finns funktionen Smart Boost – anslutning till olika strömförsörjare (generator, nätomriktare) och Power Shaving – garanterad täckning av toppbelastningar.

Optimala växelriktare Prosolar Hybrid

Modellen, tillverkad i Kina, har bra egenskaper och ett acceptabelt pris (cirka 1200 USD). Omvandlaren optimerar solpanelernas arbete och lagrar outnyttjad energi i batteriet.

Tekniska specifikationer: spänningsform – sinusvåg, omvandlingsverkningsgrad – 90 %, installationsvikt – 15,5 kg, tillåten luftfuktighet – 90 % utan kondens, temperatur -25 °C till +60 °C

Utmärkande egenskaper:

• funktion för spårning av maximal effektpunkt för solpanelen;
• informativ LCD-display som visar systemets driftparametrar;
• 3-stegs batteriladdare;
• justering av maximal ström upp till 25 A;
• inverterkommunikation.

Omvandlaren ansluts till en PC via programvara (medföljer kit). Det finns möjlighet att uppgradera invertorn genom innovativ omprogrammering.

Sinusvågsväxelriktare Phoenix Inverter

Phoenix-omriktare uppfyller höga krav och lämpar sig för industriell användning. Serien Phoenix Inverter är tillverkad utan inbyggd laddare.

Omvandlarna är utrustade med en VE.Bus informationsbuss och tillåter drift i parallella eller trefasiga konfigurationer.

Effektområde för modellserien – 1,2-5 kW, verkningsgrad – 95 %, spänningstyp – sinus.

I tabellen visas egenskaper för hybridversionen av inverter 48/5000 från Victron Energy. Ungefärlig kostnad för Phoenix Inverter med 5 kW effekt – 2500 c.u.

Konkurrensfördelar:

• tekniken «SinusMax» stöder start av «tunga laster»;
• två energisparlägen – alternativ för belastningssökning och minskning av tomgångsström;
• förekomst av signalrelä – varning vid överhettning, låg batterispänning etc.;
• justering av programmerbara parametrar via PC.

För att uppnå hög effekt är parallellkoppling till fas med upp till sex omriktare möjlig. Till exempel kan en kombination av sex enheter med märkeffekt 48/5000 ge en uteffekt på 48 kW/30 kVA.

Inhemska enheter MAP Gibrid och Dominator

Företaget MAP «Energia» har utvecklat två modifikationer av hybridomriktaren: Gibrid och Dominator.

Effektområdet för utrustningen är 1,3-20 kW, tidsintervall för växling mellan lägen – upp till 4 ms, och möjlighet att «pumpa in» el i stadsnätet finns.

Jämförande tabell över omriktarnas funktioner. Båda typerna kan arbeta i ECO-läge, varje modell «kopplar upp» till en webbserver för fjärrövervakning och justering.

Allmänna egenskaper för spänningsomvandlarna Gibrid och Dominator:

• transformator baserad på toroid;
• stabilisering av inspänning saknas;
• läge för effektinsprutning;
• utgång – ren sinusvåg;
• generering av överskottsenergi till nätet;
• begränsning av strömförbrukning på AC-ingången;
• IP21-klass;
• förbrukning i «viloläge» – 2-5 W.

Verkningsgraden för omriktarna når 93-96 %. Apparaterna har framgångsrikt testats för användning vid extremt låga temperaturer (gränsvärde -25°C, tillfällig sänkning till -50°C är möjlig).

Möjliga anslutningsscheman

Vid konstruktion av ett solcellssystem kombinerat med centralnätet finns olika alternativ för anslutning av omriktaren.

Alternativ #1 – schema med DC-laddningsregulator

Det mest populära alternativet, där batteriladdning sker via en solcells-MPPT-regulator (analys av maximal effektpunkt).

I schemat används en omriktare som stöder överföring av el till nätet eller lasten om batterispänningen överstiger ett av användaren inställt värde.

Egenskaper för lösningen:

• effektiv användning av förnybar energi vid närvaro/avbrott i nätet;
• möjlighet att aktivera drift från solsystemet efter batteriurladdning.

En annan lösning är de något ökade omvandlingsförlusterna i kedjan «kontroller-batteri-inverter».

Alternativ #2 – schema med hybrid- och nätansluten växelriktare

Nätomvandlare på batteriomvandlarens utgång. Enligt schemat är två omvandlare anslutna till olika solpaneler.

Hybridomvandlaren är ansluten till en extra solpanel för att ladda batteriet, nätomvandlaren är kopplad till huvudmodulen.

Vid normala förhållanden (nätström finns) matar nätomvandlaren den reservlast som behövs, omvandlingseffektiviteten är cirka 95%. Överskottsenergi går till batteriet och när det är fullt till det allmänna nätet.

Systemegenskaper:

• avbrottsfri drift oavsett om nätspänning finns;
• hög verkningsgrad och minimerade förluster på DC-sidan tack vare tillräcklig spänningsnivå från solpanelen;
• batterierna arbetar nästan alltid i buffertläge, vilket förlänger deras livslängd;
• användning av hybridinvertrar som är konstruerade för att ladda batteriet från utgången;
• behov av att justera nätinverterns drift.

Den totala effekten hos nätomvandlaren får inte överstiga hybridomvandlarens effekt – detta gör det möjligt att utnyttja solenergi vid batteriurladdning eller nätavbrott.

Oavsett valt schema bör flera detaljer beaktas vid anslutning av invertorn:

1. DC-kabelanslutningar bör inte vara långa. Invertern bör placeras nära (upp till 3 m) solpanelerna och därefter förlängas med AC-kabel.
2. Omvandlaren får inte monteras på konstruktioner av brännbara material.
3. Väggmonterad inverter placeras i ögonhöjd för att enkelt kunna läsa displayinformation.

Modeller med effekt över 500 W har särskilda anslutningskrav. Anslutningen måste vara styv med pålitlig kontakt mellan apparatens anslutningar och ledningar.

På vår webbplats finns även andra artiklar om solenergi och anslutning av enskilda komponenter och moduler vid montering av ett autonomt system.

Vi rekommenderar följande material:

• Anslutningsschema för solpaneler: till regulatorn, till ackumulatorn och till de betjänade systemen
• Solcellsladdare: konstruktion och funktionsprincip för solcellsladdning
• Så bygger du en solpanel själv: metoder för montering och installation

Slutsatser och användbar video om ämnet

Begreppet 'hybridinverter', dess konstruktion, funktioner och varianter:

Översikt av möjligheter, driftsätt och effektivitet för multifunktionsomvandlaren InfiniSolar på 3 kW:

Att projektera ett solenergisystem är en komplex och ansvarsfull uppgift. Beräkning av nödvändiga parametrar, val av komponenter till solenergianläggningen, anslutning och idrifttagning bör överlåtas till proffs.

Misstag kan leda till systemfel och ineffektiv användning av dyr utrustning.

Väljer du den optimala omformaren för ett autonomt solenergisystem? Har du frågor som vi inte berört i den här artikeln? Ställ dem i kommentarerna nedan – vi försöker hjälpa dig.

Eller kanske du har märkt felaktigheter eller avvikelser i materialet? Eller vill du komplettera teorin med praktiska rekommendationer baserade på egen erfarenhet? Skriv till oss om detta, dela din åsikt.