Що таке гібридний інвертор? Типи, функції та застосування

Гібридний інвертор — це пристрій для перетворення електроенергії, який керує електроенергією з кількох джерел, як правило, сонячних батарей, акумуляторів і комунальної мережі. Він може перетворювати сонячну енергію постійного струму в енергію змінного струму для електричних навантажень, заряджати акумулятор, отримувати електроенергію з мережі, а в деяких системах забезпечувати резервне живлення під час відключення.

На відміну від основного сонячного інвертора, гібридний інвертор призначений для координації виробництва, зберігання та споживання електроенергії. Це дозволяє використовувати енергію в різний час, а не споживати її лише тоді, коли сонячні панелі виробляють електроенергію.

Наприклад, сонячна енергія може забезпечувати навантаження вдень, заряджати акумулятор надлишковою потужністю, а вночі давати електроенергію. Залежно від конструкції системи, мережа може служити додатковим джерелом живлення, коли енергії сонячних батарей і батарей недостатньо.

IFIND забезпечує Гібридні інверторні рішення для житлових, комерційних, автономних і енергоменеджментних програм.

Що таке гібридний інвертор?

Гібридний інвертор поєднує в одній системі функції сонячного інвертора, акумуляторного інвертора та контролера управління енергією.

Його основне призначення - контролювати напрямок і час електричної енергії. Він визначає, чи має бути доступна потужність:

• Використовується підключеним навантаженням;

• Зберігається в акумуляторі;

• Подається в мережу;

• Намальовані з сітки;

• Знятий від акумулятора для резервного або нормального режиму роботи.

Точні режими роботи залежать від конструкції інвертора, сумісності акумулятора, правил мережі та запрограмованих пріоритетів.

Гібридний інвертор – це не просто сонячний інвертор із підключенням до акумулятора. Він також повинен керувати обмеженнями заряджання та розряджання, потоком електроенергії, захистом системи, синхронізацією мережі та операцією резервного копіювання.

Як працює гібридний інвертор?

Типова гібридна енергетична система може включати:

• Сонячні фотоелектричні панелі;

• Гібридний інвертор;

• Система накопичення енергії акумулятора;

• Інженерна мережа;

• Основні та резервні електричні навантаження;

• Обладнання моніторингу та зв'язку.

Перетворення сонячної енергії

Сонячні панелі виробляють електроенергію постійного струму. Гібридний інвертор використовує схему MPPT для відстеження робочої точки, де фотоелектрична батарея може виробляти найвищу доступну потужність за поточних умов сонячного світла та температури.

Потім інвертор перетворює постійний струм на змінний струм для побутових, комерційних або промислових навантажень.

Зарядка акумулятора

Коли виробництво сонячної енергії перевищує миттєвий попит навантаження, гібридний інвертор може направити надлишок енергії в батарею.

Процес заряджання має відповідати обмеженням напруги, струму, температури та рівня заряду виробника батареї. Сумісна система керування акумулятором може зв’язуватися з інвертором для координації безпечної роботи.

Розрядка батареї

Коли сонячна генерація низька або попит на навантаження перевищує доступну фотоелектричну потужність, гібридний інвертор може отримувати енергію від батареї.

Стратегія розвантаження залежить від запрограмованого режиму роботи. Деякі системи віддають перевагу власному споживанню, тоді як інші резервують ємність батареї на випадок відключення електроенергії або періоди пікового попиту.

Взаємодія з мережею

Якщо сонячна енергія та батарея не можуть забезпечити навантаження, інвертор може отримувати електроенергію з мережі. У системі, підключеній до мережі, він також може експортувати надлишок сонячної енергії, якщо це дозволено місцевими правилами та угодою про взаємоз’єднання.

Інвертор повинен контролювати напругу та частоту мережі перед підключенням або експортом електроенергії. Він також потребує захисту від острівців, щоб запобігти небезпечному включенню відключеної лінії електропостачання.

Операція резервного копіювання

Деякі гібридні інвертори можуть продовжувати живити вибране навантаження, коли мережа виходить з ладу. У цьому випадку інвертор повинен ізолювати резервний ланцюг від комунальної мережі та створити стабільне локальне джерело живлення змінним струмом.

Не кожен гібридний інвертор забезпечує резервне живлення. Модель повинна спеціально підтримувати автономну або резервну роботу, а електрична установка повинна включати відповідне передавальне та захисне обладнання.

Міністерство енергетики США пояснює, що системи сонячних батарей плюс накопичувачі можуть забезпечувати електроенергією під час відключень, якщо інвертор і система розроблені для цієї функції. Додаткову інформацію можна знайти в посібнику до інвертори та електромережі.

Основні функції гібридного інвертора

Відстеження сонця MPPT

Відстеження точки максимальної потужності дозволяє інвертору регулювати робочу точку PV відповідно до зміни сонячного світла та температури модуля.

Це допомагає системі вловлювати доступну сонячну енергію ефективніше, ніж фіксована робоча точка. Кількість каналів MPPT та їхні діапазони напруги та струму важливі при проектуванні фотоелектричної матриці.

Зарядка та розрядка акумулятора

Гібридний інвертор контролює, коли батарея заряджається і розряджається. Він повинен підтримувати хімічний склад батареї, спосіб зв’язку, струм заряду, струм розряду та робочі обмеження, необхідні системі зберігання.

Зарядка батареї може відбуватися від сонячної енергії, від мережі або від обох, залежно від конфігурації інвертора та місцевих правил експлуатації.

Управління енергетичними пріоритетами

Гібридний інвертор можна запрограмувати на дотримання різних пріоритетів потужності, наприклад:

• Сонячна енергія перш за все;

• Сонячна енергія для навантажень і надлишкова потужність для зарядки акумулятора;

• Енергія акумулятора в періоди пікових цін;

• Енергія мережі в періоди низьких витрат;

• Резерв батареї для аварійного резервування;

• Підтримка електромережі, коли енергії сонячних батарей і акумуляторів недостатньо.

Найкращий режим залежить від тарифів на електроенергію, режиму навантаження, ємності акумулятора, вимог до резервного живлення та місцевих норм.

Синхронізація сітки

У режимі підключення до мережі інвертор синхронізує свій вихід змінного струму з електромережею. Він повинен відповідати необхідним обмеженням напруги, частоти, фази та якості електроенергії.

Якщо мережа стає нестабільною або виходить з ладу, інвертор може відключитися від мережі. Модель із можливістю резервного копіювання може забезпечити ізольовану групу навантажень, якщо система розроблена для цього режиму.

Резервне живлення

Гібридний інвертор може забезпечити резервне живлення вибраних ланцюгів під час відключення. Ці схеми часто називають критичними навантаженнями і можуть включати освітлення, комунікаційне обладнання, охолодження, насоси або системи керування.

Розмір резервного вихідного сигналу повинен відповідати як безперервному навантаженню, так і початковому запиту. Двигуни, компресори, насоси та інші індуктивні навантаження можуть потребувати значно більшої потужності під час запуску.

Моніторинг і зв'язок

Багато гібридних інверторів забезпечують моніторинг даних через дисплей, з’єднання RS485, Ethernet, Wi-Fi або мобільну програму.

Типові дані моніторингу можуть включати:

• фотоелектрична потужність;

• Потужність навантаження;

• Стан заряду батареї;

• Імпорт та експорт сітки;

• Вихідна напруга і частота;

• записи про несправності;

• Щоденне та історичне виробництво енергії.

Моніторинг корисний для виявлення аномальних потоків електроенергії, проблем із заряджанням батареї, збоїв зв’язку та повторюваних умов перевантаження.

Типи гібридних інверторів

Термін 'гібридний інвертор' використовується для кількох різних системних архітектур. Фактичну схему живлення та режими роботи слід завжди перевіряти в документації продукту.

Гібридний інвертор зі з’єднанням постійного струму

У системі з поєднанням постійного струму сонячна батарея та батарея підключаються до системи постійного струму. Спільний інвертор керує перетворенням сонячної енергії та енергії акумулятора в енергію змінного струму.

Ця конфігурація може зменшити кількість етапів перетворення між сонячною генерацією та зарядкою акумулятора. Це зазвичай розглядається для нових сонячних установок із накопиченням, де фотоелектрична панель і батарея розроблені разом.

Гібридна система з підключенням до змінного струму

У системі зі з’єднанням змінного струму сонячна батарея використовує окремий мережевий сонячний інвертор, тоді як акумулятор під’єднується через інший двонаправлений інвертор.

Система енергоменеджменту координує роботу двох пристроїв. З’єднання змінного струму може бути корисним при додаванні накопичувача акумулятора до існуючої сонячної установки, хоча система може включати більше компонентів і координацію керування.

Гібридний інвертор «все в одному».

Універсальний гібридний інвертор може поєднувати кілька функцій в одному корпусі, наприклад:

• MPPT сонячна зарядка;

• Зарядка акумулятора;

• перетворення постійного струму в змінний;

• Введення сітки;

• Резервний вихід;

• моніторинг;

• Функції захисту.

Така конструкція може спростити підключення та установку, але доступний вхідний діапазон PV, сумісність батарей, вихідну ємність і резервні функції все одно потрібно ретельно перевірити.

Гібридна конфігурація без батареї

Деякі продукти, що продаються як гібридні інвертори, можуть працювати в режимі прямого сонячного живлення або без батареї. Вони можуть використовувати сонячну енергію та електроенергію від мережі, не вимагаючи батареї в усіх робочих умовах.

Це не означає, що кожен гібридний інвертор може працювати без акумулятора. Продукт має спеціально підтримувати роботу без батареї, і система може мати обмежену доступність живлення, коли змінюється сонячне світло або мережа недоступна.

Гібридний інвертор проти інших типів інверторів

Ця різниця важлива, оскільки підключений до мережі сонячний інвертор не може автоматично забезпечити електроенергію під час збою в мережі. Зазвичай він відключається від мережі, щоб відповідати вимогам щодо захисту від острівців.

Гібридний інвертор може підтримувати резервну роботу лише тоді, коли він включає необхідні функції керування, метод ізоляції та резервний вихід.

IFIND Посібник із сонячного інвертора пояснює ці основи більш детально.

Застосування гібридних інверторів

Житлові сонячні та резервні системи

У житлових системах гібридний інвертор може координувати сонячну генерацію, побутове споживання, зберігання акумулятора та енергію мережі.

Протягом дня сонячна енергія може живити побутові навантаження та заряджати акумулятор. Вночі накопичена енергія може підтримувати навантаження. Під час відключення мережі вибрані схеми можуть залишатися під напругою, якщо система має відповідну резервну конструкцію.

Комерційні та малі промислові будівлі

Комерційні будівлі часто мають високе споживання електроенергії вдень і можуть стягувати плату за попит або тарифікацію за час використання.

Гібридний інвертор може допомогти координувати сонячне виробництво та розряд акумулятора відповідно до профілю навантаження будівлі. Це може зменшити споживання мережі в дорогі періоди та зберігати сонячну енергію, яка в іншому випадку була б обмежена.

Дистанційні та автономні системи живлення

У віддалених місцях гібридний інвертор може поєднувати сонячну енергію, батареї та допоміжний генератор або інше джерело енергії.

Інвертор керує доступною потужністю відповідно до вимог навантаження та стану батареї. Це може скоротити час роботи генератора, зберігаючи стабільне постачання необхідного обладнання.

Мікросітки

Гібридні інвертори також використовуються в невеликих мікромережах, які поєднують відновлювані джерела енергії, зберігання, живлення в мережі та резервне виробництво.

Інвертор може працювати в режимі відстеження мережі, якщо утиліта доступна, і перемикатися в режим формування локальної мережі, коли система ізольована, за умови, що модель підтримує цю функцію.

Сонячні насоси та сільськогосподарські системи

Деякі конфігурації гібридного інвертора підтримують накачування від сонячної енергії разом із мережевим або допоміжним джерелом живлення. Це може бути корисним, якщо відкачування має тривати в хмарну погоду, вночі або в періоди високої потреби у воді.

Систему все ще потрібно узгодити з двигуном насоса, вимогами до витрати, загальним напором, фотоелектричною системою та доступним резервним джерелом.

Як вибрати гібридний інвертор

Визначте вимоги до потужності

Почніть з розрахунку безперервної потреби в потужності підключених навантажень. Потім визначте обладнання з високим пусковим струмом, таке як насоси, компресори, холодильники та двигуни.

Інвертор слід вибирати відповідно до безперервної вихідної потужності, потужності при короткочасному сплеску, вихідної фази та необхідного типу навантаження.

Перевірте вхідний діапазон PV

Фотоелектричний масив повинен залишатися в межах дозволеного діапазону напруги та струму інвертора.

перевірити:

• Максимальна вхідна напруга PV;

• діапазон напруг MPPT;

• Максимальний вхідний струм;

• Кількість каналів MPPT;

• Рекомендована потужність фотоелектричної панелі;

• Конфігурація рядка.

Напруга розімкнутого ланцюга фотоелектричної системи в холодну погоду має залишатися нижче максимальної вхідної межі інвертора.

Зіставте акумуляторну систему

Сумісність батареї слід підтвердити перед встановленням. Перевірте підтримуваний хімічний склад батареї, струм заряду та розряду, протокол зв’язку, межі рівня заряду та вимоги до системи керування батареєю.

Номінальна потужність і енергоємність батареї служать різним цілям. Потужність визначає, скільки навантаження може бути подано одночасно, тоді як енергетична ємність впливає на тривалість роботи системи.

Визначте режим роботи

Визначте, чи призначена система для:

• Сонячне власне споживання;

• Управління піковим навантаженням;

• Резервне живлення;

• Робота поза мережею;

• Експорт сітки;

• Робота на сонячних батареях без батарейок;

• Інтеграція генератора.

Один гібридний інвертор може не підтримувати всі режими.

Розгляньте вимоги до сітки та резервного копіювання

Для систем, підключених до мережі, перевірте відповідні коди мережі, вимоги щодо захисту від острівців, експортні обмеження та процедури затвердження комунальними підприємствами.

Для резервних систем перевірте час передачі, номінальний вихідний сигнал резервного копіювання, конфігурацію нейтралі, потужність короткого замикання та чи може інвертор підтримувати навантаження двигуна.

Огляд комунікації та моніторингу

Якщо інвертор буде інтегровано в систему управління будівлею, контролер мікромережі або платформу віддаленого моніторингу, підтвердьте доступні комунікаційні інтерфейси та точки даних.

Встановлення та заходи безпеки

Встановлення гібридного інвертора має виконувати кваліфікований персонал, який знайомий з електричними системами змінного та постійного струму.

Важливі міркування включають:

• Використовуйте відповідні роз’єднувачі постійного та змінного струму.

• За потреби встановіть захист від перенапруги та перенапруги.

• Дотримуйтесь інструкцій виробника щодо заземлення.

• Слідкуйте, щоб фотоелектричні, акумуляторні, змінні та комунікаційні кабелі були правильно прокладені.

• Забезпечте належну вентиляцію та зазор.

• Встановіть батареї у відповідному місці.

• Перевірте правильну полярність перед підключенням до з’єднань постійного струму.

• Перевірте резервну ізоляцію та функції передачі.

• Дотримуйтесь місцевих електричних норм і вимог до підключення до мережі.

Акумуляторні системи можуть накопичувати значну кількість енергії, навіть коли сонячна батарея не виробляє електроенергію. Таким чином, процедури технічного обслуговування та обслуговування повинні враховувати як фотоелектричні, так і акумуляторні джерела.

поширені запитання

Яке основне призначення гібридного інвертора?

Гібридний інвертор керує електроенергією від сонячних панелей, акумуляторів, комунальної мережі та підключених навантажень. Він контролює, коли енергія використовується, зберігається, імпортується чи експортується.

Чи може гібридний інвертор працювати без акумулятора?

Деякі гібридні інвертори підтримують роботу без батареї або від сонячної батареї, але це залежить від моделі. Як правило, для накопичення енергії та резервного живлення потрібна батарея.

Чи працює гібридний інвертор під час відключення електроенергії?

Лише гібридний інвертор зі спеціальною функцією резервного копіювання або автономної роботи з мережею може продовжувати подавати електроенергію під час відключення мережі. Система також повинна мати відповідну проводку, ізоляцію та правильний розмір резервного навантаження.

Чим відрізняється гібридний інвертор від сонячного інвертора?

Стандартний сонячний інвертор в основному перетворює енергію постійного струму фотоелектричної системи в енергію змінного струму. Гібридний інвертор також може керувати заряджанням і розряджанням акумулятора, взаємодією з мережею, резервним живленням і пріоритетами енергії.

Як довго гібридний інвертор може забезпечувати резервне живлення?

Тривалість резервного копіювання залежить від ємності акумулятора, вихідної потужності інвертора, підключеного навантаження, налаштувань резерву акумулятора та ефективності системи.

Більший інвертор може забезпечити більшу миттєву потужність, але він не обов’язково забезпечить довший час резервного живлення, якщо акумулятор також не має достатньої ємності.

Чи може гібридний інвертор експортувати електроенергію в мережу?

Деякі моделі підтримують експорт мережі, але експорт має бути дозволений конфігурацією інвертора, місцевими правилами та вимогами до підключення до мережі.

Як визначити розмір гібридного інвертора?

Враховуйте безперервне навантаження, пусковий струм, пікове навантаження, фотоелектричну матрицю, потужність батареї, енергетичну ємність батареї, тривалість резервного живлення, вихідну фазу та необхідні режими роботи.

Розмір інвертора повинен відповідати фактичній системі, а не вибиратися лише відповідно до потужності фотоелектричної панелі.

Висновок

Гібридний інвертор призначений для координації сонячної енергії, акумуляторних батарей, електроенергії в мережі та електричних навантажень в одній системі управління енергією. Його функції можуть включати відстеження MPPT, зарядку та розрядку батареї, синхронізацію мережі, резервне живлення, керування навантаженням і віддалений моніторинг.

Правильна конфігурація залежить від передбачуваного режиму роботи. Резервна система для житлових будинків, комерційний проект із зменшенням пікових навантажень, віддалена мікромережа та сонячна насосна система можуть вимагати різних можливостей інвертора.

Перш ніж вибрати гібридний інвертор, перевірте вхідний діапазон PV, сумісність батареї, безперервний і імпульсний вихід, функцію резервного копіювання, вимоги до мережі, інтерфейси зв’язку та середовище встановлення. Якщо ці фактори правильно узгоджені, гібридний інвертор може покращити використання сонячної енергії та забезпечити більш гнучке керування електроенергією.

Потрібна допомога у виборі гібридного інвертора?

Поділіться з командою IFIND своєю потужністю PV, вимогами до навантаження, планом батареї, умовами електромережі та очікуваними резервами. Ми можемо допомогти оцінити відповідну конфігурацію гібридного інвертора для вашого застосування.

Обговоріть своє застосування гібридного інвертора