Как работает солнечный инвертор?

Как работает солнечный инвертор, принимая постоянный ток от солнечной батареи? Ниже приводится ответ на этот вопрос и многое другое.

Принцип работы солнечного инвертора, показанный на схеме
Принцип работы солнечного инвертора, показанный на схеме
Ресурс: https://youtu.be/x-05gKrdg3U

В поисках информации о солнечных инверторах вы, вероятно, задаетесь вопросом: как работает солнечный инвертор? Работают ли разные инверторы по-разному? И т. д. Эта статья призвана ответить на все эти и другие вопросы, касающиеся солнечных инверторов, причем в доступной и понятной форме.

Как работает солнечный инвертор?

Солнечная инверторная система состоит в основном из инвертора, солнечных панелей и (чаще всего) аккумуляторных батарей вместе с контроллером заряда. Инвертор преобразует постоянный ток в полезная мощность переменного тока. С другой стороны, контроллер заряда регулирует заряд батареи.

Принцип работы солнечного инвертора довольно прост: при избытке энергии, получаемой от солнечных панелей, избыточная энергия накапливается в аккумуляторах. При недостатке энергии энергия берется из аккумуляторов. Таким образом, инвертор обеспечивает стабильную подачу электроэнергии даже в том случае, когда солнечные панели не вырабатывают электричество.

При этом разные типы солнечных инверторов могут работать по-разному и соответствовать разным целям. Например, некоторые из них подключаются непосредственно к электросети и могут использовать или не использовать аккумуляторные батареи. Солнечные инверторы, подключенные к сети, могут продавать излишки энергии коммунальным службам, в то время как инверторы, не подключенные к сети, могут использовать только энергию, запасенную в аккумуляторах. Подробнее читайте ниже.

Работа солнечного инвертора зависит от используемых компонентов и схем
Работа солнечного инвертора зависит от используемых компонентов и схем
Ресурс: https://www.mdpi.com

Принцип работы солнечного инвертора

Рассмотрим теперь, как фотоэлектрические инверторы обеспечивают выход переменного тока, или, другими словами, принцип работы солнечных инверторов. Снаружи фотоэлектрический инвертор может показаться простой коробкой. Однако внутри него находится несколько электронных схем, которые совместно обеспечивают преобразование постоянного тока в переменный.

Компоненты солнечных инверторов

В разных типах фотоэлектрических инверторов для преобразования постоянного тока в переменный могут использоваться различные компоненты. Ниже приведены некоторые основные компоненты солнечных инверторов, которые помогают преобразовывать постоянный ток в переменный:

  • Диоды
  • Трансформаторы (в трансформаторных преобразователях)
  • Конденсаторы и индукторы
  • MOSFET или IGBT
  • Программное обеспечение для мониторинга

Работа солнечного инвертора

Работа солнечного инвертора, основанного на указанных компонентах, заключается в быстром переключении постоянного тока в цепи на переменный. Для этого используются высокочастотные коммутационные устройства. Как правило, это либо МОП-транзисторы (металл-оксид-полупроводниковый полевой транзистор) или IGBTs (биполярные транзисторы с изолированным затвором).

Конденсаторы и индукторы, в свою очередь, накапливают энергию в виде электрического заряда и электрического поля, которая затем высвобождается при необходимости сгладить выходной сигнал, возникающий в результате коммутации. Диоды, используемые в солнечных инверторах, в основном обеспечивают прохождение индуктивных токов нагрузки, а трансформаторы изменяют напряжение до необходимого уровня.

Наконец, программное обеспечение мониторинга, которое сегодня есть практически в каждом инверторе, служит для контроля работы инвертора и выявления неисправностей до (или во время) их возникновения. Различные инверторы, как уже говорилось, могут использовать разные способы получения переменного тока: об этом подробнее далее.

Работа солнечных инверторов по типам

Принцип работы солнечных инверторов в основном зависит от того, являются ли они трансформаторными или бестрансформаторными, чисто синусоидальными или модифицированными, а также от того, однофазный это инвертор или трехфазный. Чтобы понять эти различия, давайте рассмотрим каждый тип солнечного инвертора, принцип его работы и многое другое.

Компоненты бестрансформаторных солнечных инверторов
Компоненты бестрансформаторных солнечных инверторов
Ресурс: https://www.mdpi.com

Трансформаторный и бестрансформаторный солнечные инверторы

Проще говоря, в трансформаторных солнечных инверторах для преобразования напряжения используется разделительный трансформатор. В бестрансформаторных инверторах он не используется, а применяется электронный компонент. Как и следовало ожидать, это может привести к определенным преимуществам и недостаткам каждого типа: подробнее об этих инверторах ниже.

Солнечный инвертор на основе трансформатора

Это традиционный или стандартный солнечный инвертор. В нем для преобразования постоянного тока в переменный используется обычный трансформатор, а также несколько электронных компонентов, таких как конденсаторы и транзисторы. Одно из его основных преимуществ - обеспечение электрической развязки между входными и выходными цепями, что приводит к повышению электробезопасности.

Однако солнечный инвертор на основе трансформатора стоит дороже, чем бестрансформаторный инвертор. Это объясняется тем, что трансформатор сам по себе является дорогостоящим компонентом. Кроме того, трансформатор увеличивает массу и габариты инвертора, делая его более крупным и менее удобным для установки.

Другим недостатком является то, что трансформатор может вносить потери мощности. Обычно эти потери составляют около 2-3%, но могут достигать 5%. Это означает, что инвертор будет менее эффективен, чем бестрансформаторный, к тому же в процессе работы он будет издавать характерный гул.

Бестрансформаторный инвертор

Бестрансформаторные солнечные инверторы являются более новым типом устройств. Вместо физических трансформаторов в них используются полупроводниковые приборы для изменения постоянного тока в переменный, а также напряжения до требуемого уровня. Это имеет ряд преимуществ перед трансформаторными инверторами.

Во-первых, бестрансформаторные инверторы более эффективны, поскольку не теряют энергию в процессе преобразования. Во-вторых, бестрансформаторные инверторы меньше и легче трансформаторных, что упрощает их установку. Кроме того, они дешевле, поскольку в них не используется трансформатор.

Большинство инверторов TL сегодня также оснащаются системой MPPT, что делает их достаточно эффективными при передаче энергии. Однако в бестрансформаторных солнечных инверторах отсутствует безопасность изоляции, которую обеспечивают трансформаторы, что может вызывать беспокойство. Однако современные модели оснащены технологиями, позволяющими решить эту проблему.

Часть схемы солнечного инвертора с чистой синусоидой
Часть схемы солнечного инвертора с чистой синусоидой
Ресурс: https://www.youtube.com/watch?v=LVstIU2l5E4

Инвертор с чистой синусоидой в сравнении с модифицированным

Форма волны на выходе солнечного инвертора также определяет принцип его работы. Наиболее распространены два типа формы сигнала: чистая синусоидальная и модифицированная синусоидальная. Хотя и редко, но можно встретить инверторы с квадратной волной. Подробнее о трех типах инверторов и принципах их работы читайте ниже.

Инвертор с чистой синусоидой

Выходной сигнал солнечного инвертора с чистой синусоидой представляет собой идеальная синусоидальная волна. Это та же форма волны, которую вырабатывают коммунальные предприятия (иногда даже лучше). Инверторы с чистой синусоидой дороже других типов инверторов (и более сложны), но они также более эффективны и имеют лучшее качество электроэнергии.

Инвертор с чистой синусоидой для солнечной системы - лучший выбор для системы резервного питания: он обеспечивает чистое, надежное питание для всей чувствительной электроники. Они наиболее подходят для питания чувствительных приборов и моторизованного оборудования, такого как насосы и вентиляторы.

Инвертор с модифицированной синусоидой

Выходной сигнал солнечного инвертора с модифицированной синусоидой имеет форму лестницы. Этот тип формы волны менее дорогой, чем чисто синусоидальный солнечный инвертор, но он также менее эффективен и имеет более низкое качество электроэнергии. Поэтому инверторы с модифицированной синусоидой обычно используются в системах, где качество электроэнергии не столь важно.

Основное преимущество солнечных инверторов с модифицированной синусоидой заключается в том, что они обычно дешевле инверторов с чистой синусоидой. Однако модифицированная форма волны может приводить к снижению эффективности работы некоторых электронных устройств или их повышенному тепловыделению. Как правило, их можно использовать в системах малой мощности.

Инвертор для солнечных батарей с квадратной волной

Выходное напряжение солнечного инвертора в этом случае резко изменяется от пикового положительного до пикового отрицательного значения, образуя квадратную форму волны. Этот тип волны является наиболее простым и дешевым в производстве. Но, как и модифицированные синусоиды, такие инверторы могут привести к перегреву или снижению эффективности работы многих электроприборов.

Внутри печатной платы трехфазного солнечного инвертора
Внутри печатной платы трехфазного солнечного инвертора
Ресурс: https://www.eeworldonline.com

Однофазные и трехфазные солнечные инверторы

Солнечный инвертор также может быть как однофазным, так и трехфазным. Однофазный солнечный инвертор имеет только одно входное напряжение, а трехфазный - три. Однофазные инверторы чаще всего используются в бытовых солнечных системах, поскольку они менее дороги и более чем достаточны для питания дома. Трехфазные солнечные инверторы обычно используются в коммерческих солнечных системах или очень больших жилых системах.

Однофазный солнечный инвертор

Однофазный солнечный инвертор является наиболее простым и распространенным типом. Он вырабатывает однофазный ток от солнечной батареи, поэтому хорошо подходит для небольших нагрузок, например, для дома или небольшого офиса. Недостатком однофазных солнечных инверторов является то, что они могут питать только определенные типы оборудования.

Трехфазный солнечный инвертор

Трехфазный солнечный инвертор более сложен, чем однофазный, и работает за счет получения трех различных выходных токов от постоянного. Они вырабатывают большую мощность и лучше всего подходят для больших нагрузок, например, для промышленных объектов. Как и следовало ожидать, трехфазный солнечный инвертор обычно дороже и сложнее в проектировании и изготовлении.

Заключение

Работа, обеспечивающая преобразование постоянного тока солнечного инвертора в переменный, может иметь различные формы и требовать применения различных компонентов. Как правило, технология солнечных инверторов сегодня предусматривает использование полупроводниковых приборов. Различные принципы работы инверторов имеют свои преимущества и недостатки. Они описаны в данной статье. Используйте полученную информацию, чтобы подобрать наиболее подходящий тип инвертора для своей солнечной энергосистемы.

ru_RUРусский