Что такое гибридный инвертор? Типы, функции и приложения

Гибридный инвертор — это устройство преобразования энергии, которое управляет электроэнергией из нескольких источников, обычно солнечных батарей, батарей и электросети. Он может преобразовывать солнечную энергию постоянного тока в мощность переменного тока для электрических нагрузок, заряжать аккумулятор, получать электроэнергию из сети, а в некоторых системах обеспечивать резервное питание во время отключения электроэнергии.

В отличие от базового солнечного инвертора, гибридный инвертор предназначен для координации выработки, хранения и потребления электроэнергии. Это позволяет использовать энергию в разное время, а не потреблять ее только тогда, когда солнечные панели производят электричество.

Например, солнечная энергия может снабжать нагрузку днем, заряжать батарею от избыточной мощности и обеспечивать электричеством ночью. В зависимости от конструкции системы сеть может служить дополнительным источником энергии, когда солнечной энергии и энергии аккумулятора недостаточно.

ИФИНД предоставляет Гибридные инверторные решения для жилых, коммерческих, автономных систем и систем управления энергопотреблением.

Что такое гибридный инвертор?

Гибридный инвертор сочетает в себе функции солнечного инвертора, аккумуляторного инвертора и контроллера управления энергопотреблением в одной системе.

Его основная цель – контролировать направление и время подачи электрической энергии. Он определяет, должна ли доступная мощность быть:

• Используется подключенной нагрузкой;

• Хранится в аккумуляторе;

• Подается в сеть;

• Рисуется из сетки;

• Снимается с аккумулятора для резервного копирования или нормальной работы.

Точные режимы работы зависят от конструкции инвертора, совместимости аккумуляторов, правил сети и запрограммированных приоритетов.

Гибридный инвертор — это не просто солнечный инвертор с подключением к аккумулятору. Он также должен управлять пределами зарядки и разрядки, потоком мощности, защитой системы, синхронизацией сети и резервным копированием.

Как работает гибридный инвертор?

Типичная гибридная энергетическая система может включать в себя:

• Солнечные фотоэлектрические панели;

• Гибридный инвертор;

• Аккумуляторная система хранения энергии;

• Коммунальные сети;

• Основные и резервные электрические нагрузки;

• Оборудование для мониторинга и связи.

Преобразование солнечной энергии

Солнечные панели производят электричество постоянного тока. Гибридный инвертор использует схему MPPT для отслеживания рабочей точки, в которой фотоэлектрическая батарея может производить максимально доступную мощность при текущих условиях солнечного света и температуры.

Затем инвертор преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока для бытовых, коммерческих или промышленных нагрузок.

Зарядка аккумулятора

Когда выработка солнечной энергии превышает непосредственную потребность нагрузки, гибридный инвертор может направить избыточную энергию в батарею.

Процесс зарядки должен соответствовать ограничениям производителя батареи по напряжению, току, температуре и состоянию заряда. Совместимая система управления батареями может взаимодействовать с инвертором для координации безопасной работы.

Разрядка аккумулятора

Когда солнечная генерация низкая или потребность в нагрузке превышает доступную фотоэлектрическую мощность, гибридный инвертор может получать энергию от батареи.

Стратегия разгрузки зависит от запрограммированного режима работы. Некоторые системы отдают приоритет собственному потреблению, в то время как другие резервируют емкость аккумулятора на случай перебоев в подаче электроэнергии или периодов пиковой нагрузки.

Взаимодействие с сеткой

Если мощность солнечной батареи и аккумулятора не может удовлетворить нагрузку, инвертор может получать электроэнергию из сети. В системе, подключенной к сети, она также может экспортировать излишки солнечной энергии, если это разрешено местными правилами и соглашением о межсетевом соединении.

Инвертор должен контролировать напряжение и частоту сети перед подключением или экспортом энергии. Ему также необходима защита от изолирования, чтобы предотвратить небезопасное подачу напряжения на отключенную линию электропередачи.

Операция резервного копирования

Некоторые гибридные инверторы могут продолжать питать выбранные нагрузки при выходе из строя сети. В этом случае инвертор должен изолировать резервную цепь от электросети и создать стабильный локальный источник переменного тока.

Не каждый гибридный инвертор обеспечивает резервное питание. Модель должна специально поддерживать автономную или резервную работу, а электрическая установка должна включать подходящее оборудование для передачи и защиты.

Министерство энергетики США объясняет, что системы «солнечная энергия плюс аккумулирующая энергия» могут обеспечивать электроэнергию во время перебоев в работе, если инвертор и система предназначены для этой функции. Более подробную информацию можно найти в руководстве по инверторы и сетевые услуги.

Основные функции гибридного инвертора

MPPT Солнечное отслеживание

Отслеживание точки максимальной мощности позволяет инвертору регулировать рабочую точку фотоэлектрической системы в зависимости от изменения температуры солнечного света и модуля.

Это помогает системе более эффективно улавливать доступную солнечную энергию, чем при фиксированной рабочей точке. Количество каналов MPPT и диапазоны их напряжения и тока важны при проектировании фотоэлектрической батареи.

Зарядка и разрядка аккумулятора

Гибридный инвертор контролирует время зарядки и разрядки аккумулятора. Он должен поддерживать химический состав батареи, метод связи, ток заряда, ток разряда и рабочие ограничения, требуемые системой хранения.

Зарядка аккумулятора может осуществляться от солнечной энергии, от сети или от того и другого, в зависимости от конфигурации инвертора и местных правил эксплуатации.

Управление энергетическими приоритетами

Гибридный инвертор можно запрограммировать на различные приоритеты мощности, например:

• Солнечная энергия в первую очередь;

• Солнечная энергия для нагрузки и избыточная мощность для зарядки аккумуляторов;

• Заряд аккумулятора в периоды пиковых цен;

• Электроэнергия из сети в периоды низких затрат;

• Резервный аккумулятор для аварийного резервного копирования;

• Поддержка сети, когда солнечной энергии и энергии аккумулятора недостаточно.

Лучший режим зависит от тарифов на электроэнергию, характера нагрузки, емкости аккумулятора, требований к резервному копированию и местных правил.

Синхронизация сети

При работе от сети инвертор синхронизирует свой выход переменного тока с электрической сетью. Он должен соответствовать требуемым ограничениям по напряжению, частоте, фазе и качеству электроэнергии.

Если сеть становится нестабильной или выходит из строя, инвертор может отключиться от сети. Модель с возможностью резервного питания может затем обеспечивать изолированную группу потребителей, если система была разработана для этого режима.

Резервное питание

Гибридный инвертор может обеспечивать резервное питание выбранных цепей во время отключения электроэнергии. Эти цепи часто называют критическими нагрузками и могут включать в себя освещение, оборудование связи, охлаждение, насосы или системы управления.

Резервный выход должен выбираться в соответствии как с постоянной нагрузкой, так и с пусковым спросом. Двигатели, компрессоры, насосы и другие индуктивные нагрузки могут требовать значительно большей мощности во время запуска.

Мониторинг и коммуникация

Многие гибридные инверторы обеспечивают мониторинг данных через дисплей, соединение RS485, Ethernet, Wi-Fi или мобильное приложение.

Типичные данные мониторинга могут включать в себя:

• Фотоэлектрическая мощность;

• Мощность нагрузки;

• Уровень заряда аккумулятора;

• Импорт и экспорт сетей;

• Выходное напряжение и частота;

• записи неисправностей;

• Ежедневное и историческое производство энергии.

Мониторинг полезен для выявления аномальных потоков мощности, проблем с зарядкой аккумулятора, сбоев связи и повторяющихся перегрузок.

Типы гибридных инверторов

Термин «гибридный инвертор» используется для нескольких различных системных архитектур. Фактическую схему питания и режимы работы всегда следует проверять в документации на изделие.

Гибридный инвертор с постоянным током

В системе с постоянным током солнечная батарея и батарея подключаются на стороне постоянного тока системы. Общий инвертор управляет преобразованием солнечной энергии и энергии аккумулятора в мощность переменного тока.

Эта конфигурация может сократить количество этапов преобразования между солнечной генерацией и зарядкой аккумулятора. Обычно его рассматривают для новых установок «солнечная энергия плюс аккумуляторная батарея», в которых фотоэлектрическая батарея и батарея проектируются вместе.

Гибридная система с переменным током

В системе, связанной с переменным током, солнечная батарея использует отдельный солнечный инвертор, подключенный к сети, а батарея подключается через другой двунаправленный инвертор.

Система управления энергопотреблением координирует работу двух устройств. Связь по переменному току может быть полезна при добавлении аккумуляторной батареи к существующей солнечной установке, хотя система может включать в себя больше компонентов и координацию управления.

Гибридный инвертор «все в одном»

Гибридный инвертор «все в одном» может сочетать в одном корпусе несколько функций, например:

• солнечная зарядка MPPT;

• Зарядка аккумулятора;

• преобразование постоянного тока в переменный;

• Сетевой ввод;

• Резервный выход;

• Мониторинг;

• Функции защиты.

Такая конструкция может упростить проводку и установку, но доступный входной диапазон фотоэлектрических модулей, совместимость батарей, выходная мощность и функции резервного копирования все равно требуют тщательной проверки.

Гибридная конфигурация без батареи

Некоторые продукты, продаваемые как гибридные инверторы, могут работать в режиме прямой солнечной энергии или без батареи. Они могут использовать солнечную энергию и электроэнергию из сети, не нуждаясь в батарее в любых условиях эксплуатации.

Это не означает, что каждый гибридный инвертор может работать без аккумулятора. Продукт должен специально поддерживать работу без батареи, и система может иметь ограниченную доступность электроэнергии при изменении солнечного света или недоступности сети.

Гибридный инвертор по сравнению с другими типами инверторов

Это различие важно, поскольку подключенный к сети солнечный инвертор не может автоматически обеспечивать электроэнергию во время отключения сети. Обычно он отключается от сети в целях соблюдения требований по защите от изолирования.

Гибридный инвертор может поддерживать работу в резервном режиме только в том случае, если он включает в себя необходимые функции управления, метод изоляции и резервный выход.

IFIND's Руководство по солнечному инвертору объясняет эти основы более подробно.

Применение гибридных инверторов

Жилые солнечные и резервные системы

В жилых системах гибридный инвертор может координировать выработку солнечной энергии, домашнее потребление, хранение аккумуляторов и электроэнергию в сети.

В течение дня солнечная энергия может обеспечивать бытовую нагрузку и заряжать аккумулятор. Ночью накопленная энергия может поддерживать нагрузки. Во время отключения сети выбранные цепи могут оставаться под напряжением, если в системе предусмотрена соответствующая резервная конструкция.

Коммерческие и небольшие промышленные здания

Коммерческие здания часто имеют высокое потребление электроэнергии в дневное время, и в них могут взиматься плата за потребление или взимание платы за время использования.

Гибридный инвертор может помочь координировать выработку солнечной энергии и разрядку аккумуляторов в соответствии с профилем нагрузки здания. Это может снизить потребление сети в периоды высоких затрат и сохранить солнечную энергию, которая в противном случае была бы сокращена.

Удаленные и автономные энергосистемы

В отдаленных местах гибридный инвертор может сочетать солнечную энергию, батареи и вспомогательный генератор или другой источник энергии.

Инвертор управляет доступной мощностью в зависимости от нагрузки и состояния батареи. Это может сократить время работы генератора, сохраняя при этом стабильное снабжение основного оборудования.

Микросети

Гибридные инверторы также используются в небольших микросетях, которые сочетают в себе возобновляемую энергию, хранение, энергоснабжение и резервное производство.

Инвертор может работать в режиме следования за сетью, когда сеть доступна, и переключаться в режим локального формирования сети, когда система изолирована, при условии, что модель поддерживает эту функцию.

Солнечные насосы и сельскохозяйственные системы

Некоторые конфигурации гибридных инверторов поддерживают накачку на солнечной энергии вместе с сетевым или вспомогательным питанием. Это может быть полезно, когда откачку необходимо продолжать в пасмурную погоду, ночью или в периоды высокой потребности в воде.

Систему по-прежнему необходимо адаптировать к двигателю насоса, требованиям к расходу, общему напору, солнечной батарее и доступному резервному источнику.

Как выбрать гибридный инвертор

Определите требования к мощности

Начните с расчета постоянной потребляемой мощности подключенных нагрузок. Затем определите оборудование с высоким пусковым током, например насосы, компрессоры, холодильники и двигатели.

Инвертор следует выбирать в зависимости от продолжительной выходной мощности, кратковременной импульсной мощности, выходной фазы и требуемого типа нагрузки.

Проверьте диапазон входного сигнала PV

Солнечная батарея должна оставаться в пределах допустимого диапазона напряжения и тока инвертора.

Проверять:

• Максимальное входное напряжение фотоэлектрической системы;

• Диапазон напряжения MPPT;

• Максимальный входной ток;

• Количество каналов MPPT;

• Рекомендуемая мощность фотоэлектрической батареи;

• Конфигурация строки.

Напряжение холостого хода фотоэлектрической батареи в холодную погоду должно оставаться ниже максимального входного предела инвертора.

Сопоставьте аккумуляторную систему

Совместимость батареи должна быть подтверждена перед установкой. Проверьте поддерживаемый химический состав батареи, ток заряда и разряда, протокол связи, пределы состояния заряда и требования к системе управления батареями.

Номинальная мощность и энергоемкость аккумулятора служат разным целям. Мощность определяет, какая нагрузка может быть подана одновременно, а энергоемкость влияет на продолжительность работы системы.

Определите рабочий режим

Определите, предназначена ли система для:

• Солнечное самопотребление;

• Управление пиковой нагрузкой;

• Резервное питание;

• Автономная работа;

• Экспорт сетки;

• Работа от солнечной батареи без батареи;

• Интеграция генератора.

Один гибридный инвертор может не поддерживать все режимы.

Учитывайте требования к сети и резервному копированию

Для систем, подключенных к сети, проверьте применимые сетевые нормы, требования по предотвращению изолированности, экспортные ограничения и процедуры утверждения коммунальными предприятиями.

Для резервных систем проверьте время переключения, номинал резервного выхода, конфигурацию нейтрали, устойчивость к короткому замыканию и может ли инвертор поддерживать нагрузку двигателя.

Обзор коммуникации и мониторинга

Если инвертор будет интегрирован в систему управления зданием, контроллер микросети или платформу удаленного мониторинга, подтвердите доступные интерфейсы связи и точки данных.

Вопросы установки и безопасности

Установка гибридного инвертора должна выполняться квалифицированным персоналом, знакомым с электрическими системами переменного и постоянного тока.

Важные соображения включают в себя:

• Используйте подходящие разъединители постоянного и переменного тока.

• При необходимости установите защиту от перегрузки по току и перенапряжения.

• Следуйте инструкциям производителя по заземлению.

• Следите за тем, чтобы фотоэлектрические, аккумуляторные, переменные и коммуникационные кабели были проложены правильно.

• Обеспечьте подходящую вентиляцию и свободное пространство.

• Установите батареи в подходящем месте.

• Подтвердите правильную полярность перед подачей питания на соединения постоянного тока.

• Проверьте функции изоляции и передачи резервных копий.

• Соблюдайте местные электротехнические нормы и правила и требования к подключению к сети.

Аккумуляторные системы могут хранить значительное количество энергии, даже когда солнечная батарея не вырабатывает электроэнергию. Поэтому процедуры технического обслуживания и ремонта должны учитывать как фотоэлектрические, так и аккумуляторные источники.

Часто задаваемые вопросы

Какова основная цель гибридного инвертора?

Гибридный инвертор управляет электроэнергией от солнечных батарей, батарей, коммунальной сети и подключенных нагрузок. Он контролирует, когда энергия используется, хранится, импортируется или экспортируется.

Может ли гибридный инвертор работать без аккумулятора?

Некоторые гибридные инверторы поддерживают работу без батареи или напрямую от солнечной батареи, но это зависит от модели. Батарея обычно требуется для хранения энергии и резервного копирования.

Работает ли гибридный инвертор при отключении электроэнергии?

Только гибридный инвертор со специальной функцией резервного копирования или автономной работы может продолжать подачу электроэнергии во время отключения сети. Система также должна иметь подходящую проводку, изоляцию и резервные нагрузки правильного размера.

В чем разница между гибридным инвертором и солнечным инвертором?

Стандартный солнечный инвертор в основном преобразует фотоэлектрическую энергию постоянного тока в мощность переменного тока. Гибридный инвертор также может управлять зарядкой и разрядкой аккумуляторов, взаимодействием с сетью, резервным питанием и приоритетами энергопотребления.

Как долго гибридный инвертор может обеспечивать резервное питание?

Продолжительность резервного питания зависит от емкости аккумулятора, выходной мощности инвертора, подключенной нагрузки, настроек резерва аккумулятора и эффективности системы.

Инвертор большего размера может обеспечить большую мгновенную мощность, но он не обязательно обеспечивает более длительное время резервного питания, если батарея не имеет достаточной энергетической емкости.

Может ли гибридный инвертор экспортировать электроэнергию в сеть?

Некоторые модели поддерживают экспорт из сети, но экспорт должен быть разрешен конфигурацией инвертора, местными правилами и требованиями к межсетевому соединению.

Как определить размер гибридного инвертора?

Учитывайте постоянную нагрузку, пусковой ток, пиковую нагрузку, фотоэлектрическую батарею, мощность батареи, ее энергоемкость, длительность резервного питания, выходную фазу и необходимые режимы работы.

Инвертор должен быть рассчитан на реальную систему, а не выбираться только в соответствии с мощностью фотоэлектрической панели.

Заключение

Гибридный инвертор предназначен для координации солнечной энергии, аккумуляторов, электроэнергии из сети и электрических нагрузок в одной системе управления энергопотреблением. Его функции могут включать отслеживание MPPT, зарядку и разрядку аккумулятора, синхронизацию сети, резервное питание, управление нагрузкой и удаленный мониторинг.

Правильная конфигурация зависит от предполагаемого режима работы. Бытовая резервная система, коммерческий проект по снижению пиковых нагрузок, удаленная микросеть и солнечная насосная система могут потребовать разных возможностей инвертора.

Прежде чем выбрать гибридный инвертор, подтвердите диапазон входной фотоэлектрической энергии, совместимость батареи, непрерывную и импульсную выходную мощность, функцию резервного копирования, требования к сети, интерфейсы связи и среду установки. Когда эти факторы правильно подобраны, гибридный инвертор может улучшить использование солнечной энергии и обеспечить более гибкое управление энергопотреблением.

Нужна помощь в выборе гибридного инвертора?

Поделитесь своей фотоэлектрической мощностью, требованиями к нагрузке, планом использования батарей, состоянием сети и ожиданиями от резервного копирования с командой IFIND. Мы можем помочь оценить подходящую конфигурацию гибридного инвертора для вашего применения.

Обсудите применение гибридного инвертора