Інвертори та контролери: характеристики, типи, види

– Автономний інвертор. Перетворювачі напруги та струму, що не підключаються до зовнішньої електричної мережі. Їх передбачається використовувати у складі автономних фотоелектричних систем – такі інвертори виробляють електрику, яка витрачається виключно на потреби домогосподарства. Споживатися вона може напряму побутовою технікою або накопичуватися в акумуляторах. Цей тип інверторів часто називають off grid.

– Мережевий інвертор. Інвертори, що працюють синхронно із зовнішньою мережею електропостачання. Призначені вони для перетворення сонячної енергії на змінний струм з параметрами загальної мережі. Використовуються мережtdі інвертори в безакумуляторних системах – вся вироблена енергія йде на власне споживання, а надлишки передаються в мережу за «зеленим тарифом». Для цього коригуються деякі показники виробленої електрики, зокрема усуваються амплітудні перепади, вирівнюється мережева частота тощо. Мережеві інвертори також відомі за назвою on grid.

– Гібридний інвертор. Акумуляторно-мережові інвертори є своєрідними гібридами автономних та мережевих перетворювачів. Власне, звідси й походить назва hybrid. Інвертори цього типу працюють з акумуляторними ланцюжками, а надлишки електрики відправляють у загальну мережу. Тим самим забезпечується енергонезалежність системи на базі сонячних панелей з можливістю використовувати накопичену в акумуляторах ене...ргію, не відключаючись від мережі. Наприклад, якщо пріоритети віддано джерелу постійного струму, живлення в першу чергу постачається від акумуляторів, а нестача енергії заповнюється із зовнішньої мережі. Це стане в нагоді при поганих погодних умовах або нестачі потужності, що виробляється сонячними панелями. Якщо виробництво електрики виробляється з надлишком, надмірна енергія видається у загальну мережу за «зеленим тарифом».

– Інвертор для кемперів (автобудинків). Такі вузьконішеві інвертори зазвичай працюють разом із фірмовою зарядною станцією — на час стоянки в кемпінгу від неї забезпечується зарядка акумулятора транспортного засобу. А в русі подібні інвертори підключаються до генератора змінного струму автомобіля та з їх допомогою здійснюється поповнення енергетичних запасів у комірках батареї зарядної станції.

– Однофазна (230 В). Однофазне живлення добре відоме за класичними побутовими розетками на 230 В. Втім, сюди ж нерідко відносять моделі і під інші значення змінних напруг – наприклад, 110 В.

– Трифазна (400 В). Трифазне живлення напругою 400 В застосовується в основному для енергоненажерливих пристроїв, для яких мережі 230 В не дають достатньо потужності. Цей варіант можна використовувати як для приватних домоволодінь, так і в промисловому секторі.

– Однофазна / трифазна. Моделі з можливістю підключення і до однофазного живлення на 230 В, і до трифазного на 400 В. Це дає змогу застосовувати їх як з побутовими, так і з промисловими мережами – залежно від того, який варіант в даний момент зручніше.

- DC (постійна напруга). До цієї категорії зазвичай входять нечисленні інвертори для кемперів (автобудинків) (див. «Тип пристрою»). Вони заточені під роботу в автомобільних мережах із постійною напругою 12/24 В.

Коефіцієнт корисної дії інвертора для сонячних панелей

Показник ККД є відсотковим співвідношенням між кількістю енергії, яку пристрій видає на навантаження, та споживаною енергією від сонячної батареї. Що цей параметр — то ефективніша робота приладу і тим менше втрат при перетворенні. У сучасних інверторах для сонячних панелей значення ККД до 90% вважаються середніми, понад 90% - добрими.

Європейський коефіцієнт корисної дії інвертора вимірюється на основі кількох показників навантаження (наприклад, 10, 30, 50, 100%), що краще відображає реальні умови експлуатації пристрою. Адже, фактично, інвертори рідко працюють на повній потужності в постійному режимі. Для розрахунку Euro-показника береться до уваги середньозважене значення ККД інвертора за різних рівнів навантаження. Зазначимо, що єдиної загальноприйнятої формули тут не існує — вона може змінюватись в залежності від конкретного стандарту чи виробника обладнання. Проте Euro ККД дозволяє більш точно оцінювати ефективність роботи інвертора в умовах часткового та повного використання потужності.

Номінальна вихідна потужність інвертора, виражена у вольт-амперах (ВА). По суті, цей показник аналогічний потужності у ватах (Вт).

Під цим параметром мається на увазі потужність, яку пристрій може видавати споживачам протягом необмеженого часу. Вибирати за цим показником потрібно з тим розрахунком, щоб номінальна потужність інвертора перекривала споживану потужність передбачуваного навантаження приблизно на 15-20%. Також варто враховувати, що деякі електроприлади (зокрема агрегати з електродвигунами — пилососи, холодильники тощо) при запуску споживають значно більше енергії, ніж після виходу на режим. Для подібного навантаження потрібно уточнювати також пікову потужність інвертора (див. відповідний пункт) — вона має бути вищою, ніж пускова потужність навантаження.

Номінальна вихідна потужність інвертора, виражена у ватах (Вт).

Під цим параметром мається на увазі потужність, яку пристрій може видавати споживачам протягом необмеженого часу. Вибирати за цим показником потрібно з тим розрахунком, щоб номінальна потужність інвертора перекривала споживану потужність передбачуваного навантаження приблизно на 15-20%. Також варто враховувати, що деякі електроприлади (зокрема агрегати з електродвигунами — пилососи, холодильники тощо) при запуску споживають значно більше енергії, ніж після виходу на режим. Для такого навантаження потрібно уточнювати також пікову потужність інвертора (див. відповідний пункт) — вона повинна бути вищою, ніж пускова потужність навантаження.

Найбільша сумарна вихідна потужність у Ват (Вт), яку інвертор здатний видавати на навантаження протягом відносно короткого проміжку часу - близько 2 - 3 секунд. Як правило, ця потужність більша за номінальну (див. вище) на 30 – 50 %. Значення пікового навантаження може бути корисним при розрахунку спільної роботи інвертора з тими приладами, які споживають велику кількість енергії під час запуску (пилососами, насосами свердловинами, електроінструментом тощо). Правило тут просте — пікова потужність інвертора має бути не нижчою від пускової потужності навантаження.

Сила струму, яку пристрій здатний стабільно та безпечно видавати під час роботи в номінальному режимі (тобто протягом максимально тривалого часу без ризику виникнення перевантажень та збоїв). Показник виявляється у Амперах (А).

Максимальна сила струму в амперах (А), яку інвертор під час роботи здатний видати на виході без перевантажень та збоїв.

Форма, яку має графік напруги, що видається інвертором.

Це може бути чиста синусоїда з високою якістю вихідного сигналу – напруга на графіку змінюється рівномірно, без різких стрибків та перепадів. Вона максимально близька до параметрів звичайних розеток. Моделі з чистою синусоїдальною напругою дають змогу підключати практично будь-яке навантаження – аж до делікатної електроніки, чутливої до якості живлення. З іншого ж боку, подібна якість потребує застосування складних управляючих схем і помітно позначається на вартості інвертора, а реальна необхідність у ній є не завжди.

Ще один варіант форми вихідного сигналу – це модифікована (апроксимована) синусоїда. Як правило, подібні графіки будуються із ступінчастих ліній, іноді досить великих. Недоліком модифікованого синуса є неможливість роботи з чутливою технікою (наприклад, де встановлені асинхронні двигуни або трансформатори). Втім, за відсутності такої потреби цей момент не можна назвати критичним.

Кількість стандартних розеток на 230 В, передбачена в конструкції інвертора.

Чим більше розеток на корпусі – тим більше електроприладів можна одночасно підключити до інвертора. Водночас специфіка використання перетворювачів така, що їх рідко доводиться застосовувати для декількох пристроїв одночасно. Крім того, одночасне підключення потребує відповідної потужності (див. «Номінальна вихідна потужність»), а самі розетки ще й помітно впливають на габарити. Тому найчастіше в сучасних побутових інверторах використовується одна розетка — цього зазвичай достатньо. Втім, висококласні потужні інвертори можуть мати дві розетки.

Від цього параметра залежить ефективність роботи сонячної системи, закладена виробником інвертора. Найбільшого поширення набули такі варіанти напруг АКБ: 12 В, 24 В і 48 В.

Кількість точок для підключення до інвертора акумуляторів. У побутових моделях зазвичай передбачається один такий вхід, у потужних та продуктивних моделях може бути два, а то й три батарейні входи. Наявність кількох входів дозволяє масштабувати систему, додаючи батареї без заміни інвертора.

Гранична величина постійного струму в амперах може перетворювати інвертор. Якщо сонячна панель вироблятиме струм, що перевищує це значення, перетворювач просто його не використовує. Це часто виправдано при підключенні інвертора до сонячних батарей високої потужності - показник максимального вхідного струму інвертора урізається до прийнятних значень, щоб можна було використовувати для передачі енергії дроти помірного перерізу.

Сумарна ємність АКБ, що підключаються до інвертора, виражена в ампер-годинах (Агод). Чим більша ємність - тим тривалішим буде час автономної роботи від батареї, за інших рівних. Наприклад, акумулятор на 100 Агод може теоретично віддавати 100 А протягом однієї години або 10 А протягом 10 годин.

Окремо відзначимо, що порівнювати за ємністю в ампер-годиннику можна АКБ з однаковою номінальною напругою — це зумовлено особливостями ампер-години як одиниці ємності. Якщо ж потрібно зіставити акумулятори різної ємності, потрібно користуватися даними у ват-годинах (див. нижче). А за спеціальними формулами можна обчислити ємність в Вт * год на основі ємності Агод і номінального напруги АКБ.

Загальна ємність АКБ, що підключаються у ват-годинах (Вт*ч). Фактично це кількість енергії, яку передбачається накопичити в батареї. Чим більша ємність, тим тривалішим буде час автономної роботи підключеного обладнання, за інших рівних умов. З іншого боку, цей параметр впливає також на габарити, вагу та ціну акумулятора. За показником ємності у ват-годинах можна порівнювати АКБ між собою.

Максимально допустима величина вхідної потужності від сонячних панелей, виражена в кіловатах (кВт). Нагадаємо, в 1 кВт міститься 1000 Вт.

Підбираючи інвертор за цим показником, відштовхуються від сумарної потужності сонячних батарей, задіяних у генерації електроенергії. При цьому нерідко має сенс підбирати моделі з вхідною потужністю інвертора трохи менше за максимальну потужність сонячних панелей — наприклад, якщо вони частину часу затінені або з інших причин не отримують достатньо сонячного світла протягом дня. Потужність сонячної батареї не повинна перевищувати потужність інвертора більше ніж на 30%. Втім, у деяких інверторів перевищення може бути лише 10%, а в інших — до 100%. Цей момент краще уточнювати заздалегідь.

Максимально допустима величина вхідної потужності від сонячних панелей, що виражена в кіловольт-амперах (кВА). По суті, цей показник аналогічний потужності у ватах (кВт).

Підбираючи інвертор за цим показником, відштовхуються від сумарної потужності сонячних батарей, задіяних у генерації електроенергії. При цьому нерідко має сенс підбирати моделі з вхідною потужністю інвертора трохи менше за максимальну потужність сонячних панелей — наприклад, якщо вони частину часу затінені або з інших причин не отримують достатньо сонячного світла протягом дня. Потужність сонячної батареї не повинна перевищувати потужність інвертора більше ніж на 30%. Втім, у деяких інверторів перевищення може бути лише 10%, а в інших — до 100%. Цей момент краще уточнювати заздалегідь.

Робочий діапазон інвертора зазвичай розташований між значеннями напруги старту та максимальною напругою. Цей проміжок вказується у вольтах.

Максимальний показник короткого замикання сонячної батареї, який може прийняти інвертор без ризику поломки або аварійного вимкнення. Параметр прийнято вказувати у амперах.

Вбудована система Maximum Power Point Tracking для відстеження точок максимальної потужності фотоелектричних модулів сонячних панелей. Вона визначає найбільш оптимальне співвідношення напруги та струму, що знімаються з сонячних батарей, тим самим забезпечуючи максимальну продуктивність окремих стрінгів (ланцюжків послідовно з'єднаних панелей). MPPT-контролер виявиться корисним за будь-яких зовнішніх змін метеоумов, внаслідок чого генерація від сонячних батарей буде здійснюватися навіть у похмуру погоду. Сучасні моделі інверторів можуть містити як один, так і кілька MPPT-трекерів (до 6-ти), які дають змогу підключити кілька полів з різною орієнтацією та кутом нахилу, виключаючи взаємний вплив одного поля на інше. Кожен вихід MPPT-контролера розрахований підключення одного стрінга.

Стринги в сонячній енергетиці - це ланцюжки послідовно з'єднаних панелей. При такому способі підключення напруга сонячних батарей підсумовується, а сила струму залишається постійною, що дозволяє істотно наростити потужність вироблення електроенергії зі збереженням досить низької сили струму і без використання проводу великого перерізу.

Саме в цьому пункті вказується максимальна кількість стрингів, яку можна підключати до інвертора для сонячних панелей.

- Функція ДБЖ. Інвертори з ДБЖ автоматично переходять в режим автономної роботи від акумуляторних батарей при недостатній генерації потужності від сонячних панелей або у випадках відключення основного джерела живлення. Тим самим забезпечується резервування навантаження. Зазначимо, що перемикання може відбуватися не миттєво, а з певною затримкою (близько 10-30 мс).

- Підключення генератора. Інвертори, що підтримують функцію підключення генератора значно підвищують надійність і ефективність роботи автономних сонячних енергетичних систем. Насправді функція реалізована кількома основними методами. По-перше, система може автоматично включати та вимикати генератор залежно від рівня заряду АКБ або поточної споживаної потужності, забезпечуючи ефективне використання ресурсів та мінімізацію витрати палива. По-друге, перемикання навантаження на генератор може здійснюватися при дефіциті виробітку електрики від сонячних панелей. А по-третє, генератор може застосовуватися підтримки оптимального рівня заряду АКБ, щоб система перебувала у готовності у час.

— Паралельне підключення. Наявність в інверторі спеціальних роз'ємів, через які можна включити два та більше пристрої в єдину електричну мережу. Паралельне підключення застосовується, коли один інвертор не може потягнути все навантаження від сонячних батарей і вхідна потужність перевищує можливості самого прила...ду.

- Вбудований моніторинг. Наявність на борту інвертора вбудованого модуля моніторингу, який збирає відомості про продуктивність роботи сонячних панелей, дозволяє стежити за виробництвом та споживанням енергії, а також відстежувати робочі показники системи загалом. Причому нерідко ці параметри можна переглядати та контролювати в режимі реального часу (в т.ч. через мобільний додаток для смартфона). Підключення модуля моніторингу до Інтернету зазвичай здійснюється через мережу Wi-Fi.

Інтерфейси підключення передбачені в конструкції інвертора для сонячних панелей.

– RS232. Спеціалізований комунікаційний інтерфейс, який використовується для прямого з'єднання інвертора з комп'ютером. Як правило, інтерфейс надає можливість проводити цілодобовий моніторинг систем сонячної генерації за допомогою локальної мережі. Також роз'єм RS232 може служити для зв'язку кількох інверторів між собою, рідше – для оновлення програмного забезпечення або сервісного тестування.

– RS485. Роз'єм, що часто застосовується для зв'язку декількох інверторів з центральним хабом, який, зі свого боку, підключається до комп'ютера. Таке підключення може бути корисним для налаштування системи сонячної генерації або надсилання моніторингових даних через мережу.

– USB. Стандартний USB-порт часто служить для конфігурування обладнання за допомогою дротового підключення до комп'ютера або оновлення прошивки інвертора.

– LAN (RJ45). Наявність роз'єму LAN (RJ45) у конструкції інвертора. Такі порти стандартно використовуються для дротового підключення в комп'ютерних мережах за допомогою кабелю «вита пара».

– Wi-Fi. Модуль зв'язку Wi-Fi для бездротового підключення інвертора до комп'ютера, ноутбука чи мобільного телефону. Використовуючи спеціалізоване ПЗ, з інвер...тора можна отримувати моніторингові дані прямо «по повітрю» — передача інформації по мережі Wi-Fi позбавляє турбот з проводами.

— Bluetooth. Варіант бездротового сполучення інвертора зі смартфонами, планшетами чи ноутбуками через мережу Bluetooth. Завдяки синхронізації даних користувач зможе контролювати показники роботи обладнання та віддалено управляти інвертором у зоні дії бездротової мережі Bluetooth.

- Захист від навантаження. Система захисту від підключення нерозрахункового навантаження, споживана потужність якого перевищує можливості інвертора для сонячних панелей. У подібних ситуаціях автоматично вимикається живлення розеток, оскільки перевантаження пристрою обіцяє його виходом з ладу і навіть займанням. Спрацьовування захисту, як правило, супроводжується звуковим та/або світловим сигналом.

- Захист від перегріву. Такий захист спрацьовує за критичного підвищення температури всередині інвертора. При виникненні подібних ситуацій пристрій вимикається, що дозволяє уникнути поломок. Надалі одні моделі автоматично включаються за нормалізації температури, інші необхідно включати вручну. Зазначимо, що до перегріву призводять не лише неполадки, а й штатні причини — наприклад, тривала робота при високій температурі повітря. Зазвичай спрацьовування захисту від перегріву супроводжується звуковим та/або світловим сигналом.

- Захист від ↑ або ↓ напруги батареї. Система захисту, яка запобігає подачі на інвертор надмірно високої чи надмірно низької напруги від акумуляторних батарей. При виході за межі робочого діапазону напруги пристрій автоматично відключається, щоб уникнути поломок та інших неприємностей. Про спрацювання захисту може попереджати звуковий та/або світловий сигнал.

- Захист від короткого замикання.... Захист, що спрацьовує при критичному збільшенні сили струму на виході (наприклад, через попадання стороннього металевого предмета між струмопровідними деталями навантаження). Щоб уникнути поломок та виходу з ладу, живлення на виході інвертора автоматично відключається. Спрацьовування системи захисту, як правило, супроводжується подачею звукового та/або світлового сигналу.

- Захист від зворотної полярності. Система захисту у разі помилкової полярності підключення. При невідповідності "плюсу" і "мінусу" інвертор відключається від живлення, щоб уникнути поломки електронних компонентів. Оповіщенням про спрацювання захисту нерідко є звуковий та/або світловий сигнал.

- Клас захисту. Клас захисту від пилу та вологи, що забезпечується корпусом інвертора для сонячних панелей. Вказується за стандартом IP двома цифрами: перша (від 1 до 6) означає стійкість до проникнення сторонніх предметів та пилу, друга (від 1 до 8) – захист від вологи. Чим більша цифра — тим вищий рівень захисту. Також зазначимо, що замість першої цифри в позначенні класу захисту може бути вказано «Х» — наприклад, IPX7. У такому разі цей пристрій не сертифікувався по пилозахисту, хоча фактично рівень такого захисту може бути досить високим. Так, у прикладі з вологостійкістю "7" корпус допускається повністю занурювати у воду - а значить, і від пилу він закритий дуже щільно.

Ступінь захисту по IP особливо важливо враховувати при виборі моделей для вуличної експлуатації та встановлення в приміщеннях з підвищеним рівнем вологості - саме вони найбільше схильні до несприятливих впливів навколишнього середовища. Високий клас IP стане гарантом стабільної роботи інвертора для сонячних панелей в подібних нелегких умовах.

Наявність власного дисплея забезпечує наочніше керування роботою пристрою. На екран можуть виводитися різні характеристики роботи: поточне вироблення електрики, рівень навантаження, напруга та частота струму в мережі, режим роботи, заряд АКБ та інше. В інверторах встановлюють як прості монохромні дисплеї, так і повноцінні кольорові панелі для візуалізації наочних параметрів.

Спосіб відведення тепла від елементів інвертора, що нагріваються.

- Пасивне охолодження. Пасивним називають будь-який тип охолодження, який не передбачає примусового відведення тепла та здійснюється за рахунок природної теплопередачі та конвекції. Його головною перевагою є повна відсутність шуму. Крім того, такі пристрої обходяться дешевше, не споживають енергії на роботу системи охолодження, займають трохи місця. З іншого боку, пасивне охолодження значно програє активному в плані ефективності, тому слабко підходить для потужних пристроїв.

— Активне охолодження (вентилятори). Активне охолодження передбачає примусове відведення тепла від компонентів пристрою за допомогою радіаторів з вентиляторами, які здувають надлишки тепла за межі корпусу. Подібні системи характеризуються надзвичайно високою ефективністю, їх можна використовувати в інверторах будь-якої потужності. Однак доведеться миритися з підвищеним рівнем шуму, а також значними габаритами та вагою обладнання. До того ж вентилятори схильні затягувати пил усередину корпусу, а при їх поломці все охолодження насправді виходить з ладу. Вартість інверторів з активним охолодженням відчутно вища, ніж моделей із пасивним принципом відведення тепла від внутрішніх компонентів.

Рівень шуму в децибелах (дБ), що виробляється інвертором під час роботи. Чим нижчий цей показник — тим комфортнішим буде використання обладнання, що особливо актуально для житлових приміщень.

Зазначимо, що децибели - це нелінійна величина, тому для оцінки рівня шуму найпростіше користуватися порівняльними таблицями. Ось спрощена таблиця для діапазону, до якого належить більшість сучасних інверторів:

35 дБ – розмова на приглушених тонах;
40 дБ - тиха розмова; максимальний рівень шуму, допустимий у житлових приміщеннях у денний час;
45 – 50 дБ – розмова звичайним тоном;
55 дБ - звукове тло в офісі без спеціальних джерел шуму;
60 дБ - гучна розмова;
65 дБ - міська вулиця із середньою інтенсивністю руху;
70 дБ – розмова кількох людей на підвищених тонах.

Клас захисту корпусу традиційно позначається за стандартом IP - маркуванням IP з двома цифрами. Перша визначає захист від проникнення пилу та сторонніх предметів. Можуть зустрічатися такі варіанти:

- 2. Захист від предметів товщиною 12.5 мм і більше, запобігає проникненню пальців.
- 3. Захист від предметів завтовшки від 2.5 мм, зокрема багатьох інструментів.
- 4. Захист від предметів завтовшки від 1 мм (більшість проводів).
— 5. Повний захист від контакту «нутрощів» із сторонніми предметами, стійкість до пилу (вона може проникати всередину корпусу, однак у мізерних кількостях, що не впливають на роботу пристрою).
- 6. Повністю закритий корпус, що унеможливлює попадання всередину пилу.

Друга цифра в маркуванні ІР характеризує ступінь захисту від вологи:

- 0. Повна відсутність будь-якого захисту, потрапляння води на корпус не допускається.
- 1. Захист від вертикальних крапель води.
- 2. Захист від вертикальних крапель при нахилі корпусу до 15 ° від штатного положення.
- 3. Захист від бризок, що потрапляють на корпус під кутом до 60° до горизонталі, мінімальний показник, що дозволяє говорити про стійкість до дощу.
- 4. Захист від бризок з будь-якого напрямку, дозволяє безпечно витримувати дощ із сильним вітром.
- 5. Захист від водяних струменів з будь-якого напрямку, стійкість до бур.
- 6. Захист від сильних водяних струменів або сильних морських хвиль (коли пристрій може повністю сховатися під хвиле...ю на короткий час).
- 7. Можливість короткочасного занурення на глибину до 1 м (без можливості постійної роботи у зануреному режимі).
- 8. можливість тривалого занурення на глибину більше 1 м (з можливістю постійної роботи у зануреному режимі).

Ступінь захисту по IP особливо важливо враховувати при виборі вуличних моделей - саме вони найбільше схильні до несприятливих впливів навколишнього середовища. Також цей параметр є важливим при розміщенні інвертора в приміщеннях з підвищеним рівнем вологості.

Діапазон температури навколишнього повітря, в якому інвертор для сонячних панелей гарантовано зберігає нормальну працездатність. Орієнтуватися тут необхідно на очікувані мінімуми та максимуми температур. При цьому для експлуатації в холодну пору року варто звернути погляд на моделі з можливістю роботи при мінусових температурах.