Kompleksowy Przewodnik po Inwerterach: Rodzaje, Parametry i Zastosowania

Inwerter: Konwersja Energii DC na AC

Inwertery są niezbędnymi elementami systemów energii słonecznej, przekształcającymi prąd stały (DC) z paneli słonecznych lub baterii w prąd przemienny (AC), kompatybilny z urządzeniami domowymi i siecią elektryczną. Ta konwersja jest kluczowa, ponieważ większość urządzeń domowych i sieci działa na prądzie przemiennym.

DC vs. AC: Podstawy

Prąd stały (DC) charakteryzuje się stałym napięciem i przepływem prądu w jednym kierunku. Jest często stosowany w elektronice, takiej jak baterie, czujniki i silniki, gdzie wymagana jest stabilna dostawa energii.

Prąd przemienny (AC) natomiast zmienia się w czasie, tworząc falę sinusoidalną. W większości krajów prąd AC działa z częstotliwością 50 lub 60 Hz, co oznacza, że wykonuje 50 lub 60 cykli na sekundę. Prąd AC jest standardem dla urządzeń domowych i sieci elektrycznych, ponieważ można go łatwo transformować na różne napięcia i poziomy mocy za pomocą transformatorów i inwerterów.

Czysta vs. Modyfikowana Fala Sinusoidalna

Grafika porównawcza pokazująca różnicę między czystą a modyfikowaną falą sinusoidalną, ilustrująca płynniejszą i bardziej stabilną moc z inwerterów o czystej fali sinusoidalnej w porównaniu z bardziej stopniowym wyjściem z inwerterów o modyfikowanej fali sinusoidalnej

Przy wyborze inwertera ważnym czynnikiem jest kształt fali wyjściowej. Inwertery z czystą falą sinusoidalną generują płynną, okresową falę, która przypomina prąd AC dostarczany przez sieć. Ten typ inwertera jest idealny dla wrażliwej elektroniki i urządzeń, takich jak lodówki, klimatyzatory i komputery. Urządzenia te są zaprojektowane do pracy z czystą falą sinusoidalną, co zapewnia ich optymalną wydajność i długowieczność.

Wykres c) przedstawia czystą (dokładną) falę sinusoidalną, która ma gładki, okresowy kształt. Tego rodzaju sygnał opisany jest funkcją sinusoidalną i ma powtarzalną amplitudę i fazę.

Inwertery z modyfikowaną falą sinusoidalną generują natomiast falę, która nie jest tak płynna i może powodować problemy z niektórymi urządzeniami. Choć mogą być stosowane z prostszymi urządzeniami, takimi jak lampki LED, ładowarki telefonów czy kuchenki elektryczne, nie są zalecane do sprzętu z obciążeniami indukcyjnymi lub silnikami, co może prowadzić do nieprawidłowej pracy, większego hałasu i możliwych uszkodzeń z czasem.

Wykresy a) i b) pokazują modyfikowane fale sinusoidalne, które mają różne odchylenia w porównaniu do czystej fali sinusoidalnej. Modyfikowana fala sinusoidalna przypomina falę sinusoidalną, ale ma mniejszą dokładność i nierównomierne przejścia między szczytami a zerami.

Jakie są Parametry Sieci Lokalnej i Urządzeń Domowych?

Sieci lokalne i urządzenia domowe od dekad są projektowane do pracy z czystą falą sinusoidalną, dlatego ważne jest, aby wybrać inwerter dostarczający czystą falę sinusoidalną.

Co się stanie, jeśli urządzenie domowe zostanie podłączone do inwertera z modyfikowaną falą sinusoidalną? Większość urządzeń z obciążeniem indukcyjnym i silnikami (bojlery gazowe, lodówki, klimatyzatory, pompy, komputery) nie będzie działać poprawnie i może wydawać nietypowy hałas, co w końcu może prowadzić do awarii.

Urządzenia, które mogą działać na modyfikowanej fali sinusoidalnej, to lampki LED, ładowarki telefonów i kuchenki elektryczne, które mogą działać dobrze z taką falą.

Większość urządzeń domowych jest zaprojektowana do pracy z czystą falą sinusoidalną, co sprawia, że wybór inwertera zgodnego ze specyfikacjami sieci domowej jest kluczowy.

Rodzaje Inwerterów z Czystą Falą Sinusoidalną

Ponieważ urządzenia domowe zazwyczaj wymagają czystej fali sinusoidalnej, skupimy się tylko na inwerterach, które ją dostarczają.

Inwertery dzielą się na następujące rodzaje:

Interaktywne UPS OFF-line: Składa się z inwertera, czasami stabilizatora napięcia (AVR), kabla wejściowego z sieci (AC in), gniazda wyjściowego dla obciążenia (AC out), kabli wejściowych baterii dla UPS z zewnętrzną baterią oraz ładowarki z sieci.
- UPS OFF-line vs. ON-line: Oprócz UPS OFF-line istnieją także UPS ON-line, które przełączają się na pracę bateryjną natychmiast, co jest ważne dla wrażliwego sprzętu.
- UPS o Małej Pojemności: Często są wyposażone w wbudowaną baterię, która wystarcza na 5-15 minut, umożliwiając bezpieczne wyłączenie komputera lub maszyny.
Autonomiczny Inwerter OFF-line (UPS do paneli słonecznych): Składa się z inwertera, ładowarki z sieci, kontrolera ładowania słonecznego PWM lub MPPT, wejścia baterii, wejścia sieci AC in oraz portów komunikacyjnych.
Inwerter Sieciowy (online): Składa się z inwertera, kontrolera MPPT oraz jednostki synchronizującej z siecią. Baterii nie można podłączyć do tego typu inwertera.
Inwerter Hybrydowy (grid tie + offline): Łączy wszystkie pozostałe typy inwerterów z możliwością generowania energii dla sieci. Zawiera inwerter, kontroler MPPT, wejście baterii, jednostkę synchronizującą z siecią, wejście sieciowe AC in, wyjście obciążenia AC out oraz różne porty komunikacyjne.