Inverter: Konvertering fra DC til AC-strøm

Invertere er essensielle komponenter i solenergisystemer, som konverterer likestrøm (DC) fra solcellepaneler eller batterier til vekselstrøm (AC) som er kompatibel med husholdningsapparater og det elektriske nettet. Denne konverteringen er viktig da de fleste husholdningsapparater og nettet fungerer med AC-strøm.

DC vs. AC: Grunnleggende konsepter

Likestrøm (DC) er karakterisert ved en konstant spenning og strøm som flyter i én retning. DC-strøm brukes ofte i elektronikk som batterier, sensorer og motorer, hvor en stabil strømforsyning er nødvendig.

Vekselstrøm (AC) derimot, fluktuerer over tid og følger en sinuskurve, som vises som en grønn linje på et diagram. I de fleste land opererer AC-strøm med en frekvens på 50 eller 60 Hz, som betyr at den fullfører 50 eller 60 sykluser per sekund. AC-strøm er standarden for husholdningsapparater og elektriske nettverk fordi den enkelt kan transformeres til ulike spenninger og effektivitet ved bruk av transformatorer og invertere.

Ren vs. Modifisert sinuskurve

Sammenligningsgrafikk som viser forskjellen mellom ren sinuskurve og modifisert sinuskurve, og illustrerer jevnere og mer stabil strøm fra invertere med ren sinuskurve kontra den mer trappede utgangen fra invertere med modifisert sinuskurve

Når det gjelder invertere, er utgangens bølgeform en kritisk faktor å vurdere. Invertere med ren sinuskurve produserer en jevn, periodisk bølge som ligner på den AC-strømmen som leveres av nettet. Denne typen inverter er ideell for sensitive elektronikk og apparater, inkludert kjøleskap, klimaanlegg og datamaskiner. Disse enhetene er designet for å fungere med en ren sinuskurve, noe som sikrer optimal ytelse og levetid.

Graf c) viser en ren (ren, nøyaktig) sinuskurve. En ren sinuskurve er et signal som matematisk beskrives ved hjelp av sinusfunksjonen og har en jevn periodisk form. Diagrammet ligner en bølge som kontinuerlig gjentar seg med samme periode, amplitude og fase.

Modifiserte sinuskurveinvertere genererer derimot en bølge som ikke er like jevn og kan forårsake problemer med visse apparater. Selv om de kan brukes med enklere enheter som LED-lamper, telefonladere og elektriske kokeplater, anbefales de ikke for utstyr med induktive belastninger eller motorer, da dette kan føre til feil funksjon, økt støy og potensielt skade over tid.

Grafene a) og b) viser modifiserte sinuskurver, som har ulike avvik sammenlignet med en ren sinuskurve. En modifisert sinuskurve er en type strøm som ligner på en sinuskurve, men har mindre nøyaktighet og ujevne overganger mellom topper og nuller. Den kan produseres ved hjelp av et sett med rektangulære signaler sammensatt av forskjellige frekvenser og amplituder.

Hva er parametrene til det lokale nettet og husholdningsapparater?

Lokale nettverk og husholdningsapparater er designet for å operere med ren sinuskurve, så det er viktig å kjøpe en inverter som leverer en ren sinuskurve.

Hva skjer hvis et husholdningsapparat kobles til en inverter med modifisert sinuskurve? De fleste apparater med induktive belastninger og motorer (gasskjeler, kjøleskap, klimaanlegg, pumper, datamaskiner) vil ikke fungere riktig og kan produsere uvanlig støy, noe som til slutt kan føre til feil.

Enheter som kan fungere med en modifisert sinuskurve inkluderer LED-lamper, telefonladere og elektriske komfyrer, som kan fungere bra med en modifisert sinuskurve.

De fleste husholdningsapparater er designet for å fungere med en ren sinuskurve, noe som gjør det avgjørende å velge en inverter som samsvarer med spesifikasjonene til det elektriske nettet hjemme.

Typer invertere med ren sinuskurve

Siden husholdningsapparater vanligvis krever en ren sinuskurve, vil vi kun fokusere på invertere som leverer dette.

Invertere er kategorisert i følgende typer:

  1. Interaktiv OFF-line UPS (uninterruptible power supply): Dette inkluderer en inverter, noen ganger en spenningsstabilisator for nettet (AVR), en “inngang” ledning fra nettet (AC in), en “utgang” stikkontakt for lasten (AC out), batterikabler for UPS med eksternt batteri og en lader fra nettet. Bilde av en UPS-enhet (uninterruptible power supply), brukt til å gi backup-strøm og beskytte elektroniske enheter mot spenningsstøt og strømbrudd

    • OFF-line vs. ON-line UPS: I tillegg til OFF-line UPS, finnes det ON-line UPS eller dobbeltkonverterings-UPS. Forskjellen er at OFF-line UPS bytter til batteridrift på 20 ms når nettet går ned, mens ON-line UPS bytter på 0 ms, noe som er avgjørende for noe sensitivt utstyr.
    • Liten kapasitet UPS: Disse er ofte utstyrt med et innebygd batteri med tilstrekkelig kapasitet til å drive lasten i 5-15 minutter, slik at det er tid til å stenge ned en datamaskin, maskin eller lignende på riktig måte. Slike UPS-enheter har vanligvis en modifisert sinuskurve, så vi vil ikke diskutere dem i detalj.

  2. Autonom OFF-line solinverter (UPS for solcellepaneler): Denne består av en inverter, en lader fra nettet, en PWM eller MPPT solcelleladekontroller (en eller flere innganger), batteriinngang, nettingang AC in (en eller flere), lasteutgang AC out (en eller flere), og forskjellige kommunikasjonsporter. Det finnes også ON-line versjoner av slike invertere, selv om teknologien ofte er pseudo-online. Bilde av en off-line solinverter, en enhet som konverterer DC-strøm fra solcellepaneler til AC-strøm for hjemmebruk, typisk brukt i systemer der nettet er hovedstrømkilden og solenergi er supplementært

  3. Grid-Tie Inverter (online): Dette inkluderer en inverter, en MPPT solkontroller (en eller flere) og en synkroniseringsenhet med strømnettet. Et batteri kan ikke kobles til denne typen inverter. Bilde av en grid-tie inverter, som konverterer likestrøm fra solcellepaneler til vekselstrøm og synkroniserer det med strømnettet for direkte bruk eller eksport tilbake til strømnettet

    • Bruksområder:

      • Produksjon av energi for salg til strømnettet.
      • Når det er koblet til en spesiell generasjonsbegrensning, kan de fleste modeller forsyne hjemmeforbrukere når nettet er tilkoblet.
      • For bedrifter med høye tariffer reduserer det strømregningene når det er koblet til en generasjonsbegrensning.
      • Kan øke kraften til eget forbruk når nettstrømmen er begrenset (krever en generasjonsbegrensning).

    • Ulemper: Den største ulempen med denne inverteren er at den slutter å fungere når strømnettet går ned, og den tillater ikke tilkobling av batteri.

    • Mikroinvertere: Disse er en underkategori av grid-tie invertere, men de kobles til ett eller to solcellepaneler i stedet for en stor rekke. Bilde av en mikroinverter, en liten enhet festet til hvert solcellepanel som konverterer likestrøm til vekselstrøm direkte på panelet, slik at energiproduksjonen og overvåkingen blir optimalisert

  4. Hybridinverter (grid-tie + offline): Denne kombinerer alle andre typer invertere med evnen til å generere kraft til strømnettet. Den inkluderer en inverter, en MPPT solkontroller (en eller flere), batteriinngang, en synkroniseringsenhet med strømnettet, nettilkoblings AC-inngang (en eller flere), lastutgang AC-utgang (en eller flere), og ulike kommunikasjonsporter.

    • Viktig: Noen selgere kan feilaktig merke en hvilken som helst inverter med solinngang som en hybridinverter, men dette er ikke korrekt.
    • Bruksområder:
      • Generering av energi for salg til strømnettet.
      • Spare energi for husholdninger eller bedrifter ved delvis eller fullstendig å bruke solenergi.
    • Fordeler: Kombinerer alle andre typer invertere, fungerer både når strømnettet er tilgjengelig og når det ikke er det, og noen modeller kan fungere uten batteri ved kun å bruke solcellepaneler.
    • Ulemper: Den største ulempen er at disse inverterene er dyrere enn andre typer.

Til slutt, en spesifikk type inverter er egnet for hver oppgave, eller en universell hybridinverter kan erstatte hvilken som helst type inverter til en litt høyere pris.

Konklusjon

Å velge riktig inverter til hjemmet eller bedriften din er avgjørende for å sikre effektiviteten og levetiden til solenergisystemet ditt. Selv om modifiserte sinusinvertere kan være billigere, er de ikke egnet for alle applikasjoner. Rene sinusinvertere er det bedre valget for de fleste husholdningsapparater, spesielt de med motorer eller følsom elektronikk. For best ytelse og pålitelighet, vurder dine spesifikke energibehov og hvilke typer enheter du har tenkt å forsyne med strøm når du velger en inverter.