Инвертор: Преобразуване на DC в AC енергия

Инверторите са основни компоненти в слънчевите енергийни системи, преобразуващи прав ток (DC) от соларни панели или батерии в променлив ток (AC), съвместим с домакинските уреди и електрическата мрежа. Това преобразуване е жизненоважно, тъй като повечето домакински уреди и мрежи работят на AC енергия.

DC срещу AC: Основи

Прав ток (DC) се характеризира с постоянен волтаж и ток, който тече в една посока. DC енергията се използва обикновено в електроника, като батерии, сензори и мотори, където е необходима стабилна захранваща единица.

Променлив ток (AC), от своя страна, флуктуира с времето, следвайки синусоидална вълна, представена от зелена линия на графика. В повечето държави AC енергията работи с честота от 50 или 60 Hz, което означава, че завършва 50 или 60 цикъла в секунда. AC енергията е стандарт за домакински уреди и електрически мрежи, тъй като може лесно да бъде трансформирана в различни напрежения и нива на мощност с помощта на трансформатори и инвертори.

Чиста срещу Модифицирана Синусоида

Графика за сравнение, показваща разликата между изходите на чиста синусоида и модифицирана синусоида, илюстрираща по-гладка и по-стабилна енергия от инверторите с чиста синусоида в сравнение с по-степенчато изхода на инверторите с модифицирана синусоида

Когато става въпрос за инвертори, изходната вълна е критичен фактор за разглеждане. Инверторите с чиста синусоида произвеждат гладка, периодична вълна, която тясно наподобява AC енергията, предоставяна от мрежата. Този тип инвертор е идеален за чувствителна електроника и уреди, включително хладилници, климатици и компютри. Тези устройства са проектирани да работят с чиста синусоида, осигурявайки оптимална производителност и дълговечност.

Графика c) показва чиста (чиста, точна) синусоида. Чистата синусоида е сигнал, който математически се описва от синусова функция и има гладка периодична форма. Нейната графика наподобява вълна, която непрекъснато се повтаря с един и същ период, амплитуда и фаза.

Инверторите с модифицирана синусоида, обаче, генерират вълна, която не е толкова гладка и може да предизвика проблеми с определени уреди. Докато могат да се използват с по-прости устройства, като LED лампи, зарядни устройства за телефони и електрически котлони, не се препоръчват за оборудване с индуктивни натоварвания или мотори, тъй като това може да доведе до неправилна работа, увеличен шум и потенциални повреди с времето.

Графики a) и b) показват модифицирани синусови вълни, които имат различни отклонения в сравнение с чиста синусоида. Модифицираната синусоида е вид ток, който наподобява синусова вълна, но с по-малка точност и неравномерни преходи между върховете и нулите. Може да бъде произведена с помощта на набор от правоъгълни сигнали, съставени от различни честоти и амплитуди.

Какви са параметрите на местната мрежа и домакинските уреди?

Местните мрежи и домакинските уреди са проектирани в продължение на десетилетия да работят с чисти синусоиди, така че е важно да закупите инвертор, който осигурява чиста синусоида.

Какво се случва, ако домакински уред бъде свързан към инвертор с модифицирана синусоида? Повечето уреди с индуктивни натоварвания и мотори (газови котли, хладилници, климатици, помпи, компютри) няма да функционират правилно и могат да произвеждат необичайни звуци, в крайна сметка водещи до повреда.

Устройствата, които могат да работят с модифицирана синусоида, включват LED лампи, зарядни устройства за телефони и електрически котлони, които могат да работят нормално с модифицирана синусоида.

Повечето домакински уреди са проектирани да работят с чиста синусоида, което прави важно да изберете инвертор, който отговаря на спецификациите на електрическата мрежа на вашия дом.

Видове инвертори с чиста синусоидална вълна

Тъй като домашните уреди обикновено изискват чиста синусоидална вълна, ще се фокусираме само върху инверторите, които предоставят такава.

Инверторите се категоризират в следните видове:

  1. Интерактивно OFF-line непрекъсваемо захранване (UPS): Това включва инвертор, понякога стабилизатор на напрежение за мрежата (AVR), “входен” кабел от мрежата (AC in), “изходен” контакт за натоварване (AC out), кабели за вход на батерия за UPS с външна батерия и зарядно устройство от мрежата.

    • OFF-line срещу ON-line UPS: Освен UPS тип OFF-line, има и UPS тип ON-line или двупосочен UPS. Разликата е, че UPS тип OFF-line преминава на батерийна работа за 20 ms при изключване на мрежата, докато UPS тип ON-line преминава за 0 ms, което е от съществено значение за някои чувствителни уреди.
    • UPS с малка мощност: Те често са оборудвани с вградена батерия с достатъчна капацитет, за да захранват натоварването за 5-15 минути, което дава време за правилно изключване на компютър, машина или подобно. Такива UPS обикновено имат модифицирана синусоидална вълна, така че няма да ги разглеждаме подробно.

  2. Автономен OFF-line слънчев инвертор (UPS за соларни панели): Това включва инвертор, зарядно устройство от мрежата, PWM или MPPT слънчев контролер за зареждане (един или повече входове), вход за батерия, вход от мрежата AC in (един или повече), изход за натоварване AC out (един или повече) и различни комуникационни портове. Съществуват и ON-line версии на такива инвертори, въпреки че технологията често е псевдо-ON-line.

  3. Инвертор свързан с мрежата (online): Това включва инвертор, MPPT слънчев контролер за зареждане (един или повече) и синхронизационна единица с мрежата. Батерия не може да бъде свързана към този тип инвертор.

    • Приложения:

      • Генериране на енергия за продажба в мрежата.
      • Когато е свързан към специален ограничител на генерирането, повечето модели могат да захранват домакинствата, когато мрежата е свързана.
      • За компании с високи тарифи, той намалява разходите за електричество, когато е свързан с ограничител на генерирането.
      • Може да увеличи мощността за самопотребление, когато енергийната мощност от мрежата е ограничена (изисква ограничител на генерирането).

    • Недостатъци: Основният недостатък на този инвертор е, че спира да работи, когато мрежата се изключи и не позволява свързване на батерия.

    • Микроинвертори: Това е подкатегория на инверторите свързани с мрежата, но те се свързват към един или два слънчеви панела вместо към голяма масив.

  4. Хибриден инвертор (свързан с мрежата + не свързан): Това комбинира всички останали типове инвертори с възможност за генериране на енергия за мрежата. Включва инвертор, MPPT слънчев контролер за зареждане (един или повече), вход за батерия, синхронизационна единица с мрежата, вход от мрежата AC in (един или повече), изход за натоварване AC out (един или повече) и различни комуникационни портове.

    • Важно: Някои продавачи могат да наричат неправилно всеки инвертор със соларен вход хибриден инвертор, но това не е напълно точно.
    • Приложения:
      • Генериране на енергия за продажба в мрежата.
      • Спестяване на енергия за домакинства или компании чрез частично или пълно използване на слънчева енергия.
    • Предимства: Комбинира всички останали типове инвертори, работи както когато мрежата е налична, така и когато не е, и някои модели могат да работят без батерия, използвайки само слънчеви панели.
    • Недостатъци: Основният недостатък на тези инвертори е, че те са по-скъпи от другите типове.

В заключение, всеки тип инвертор е подходящ за конкретна задача, или универсален хибриден инвертор може да замени всеки тип инвертор при малко по-висока цена.

Заключение

Изборът на правилния инвертор за вашия дом или бизнес е от съществено значение за осигуряване на ефективността и дълготрайността на вашата соларна система. Въпреки че инверторите с модифицирана синусоидална вълна може да бъдат по-евтини, те не са подходящи за всички приложения. Инверторите с чиста синусоидална вълна са по-добрият избор за повечето домашни уреди, особено тези с мотори или чувствителна електроника. За най-добра производителност и надеждност, обмислете вашите специфични енергийни нужди и типовете устройства, които планирате да захранвате, когато избирате инвертор.