Инвертор: Преобразование постоянного тока в переменный
Инверторы являются необходимыми компонентами солнечных энергетических систем, преобразуя постоянный ток (DC) от солнечных панелей или аккумуляторов в переменный ток (AC), совместимый с бытовыми приборами и электрической сетью. Это преобразование жизненно важно, так как большинство бытовых устройств и сетей работают на переменном токе.
Постоянный и переменный ток: Основы
Постоянный ток (DC) характеризуется постоянным напряжением и током, который течет в одном направлении. Постоянный ток обычно используется в электронике, такой как аккумуляторы, датчики и моторы, где требуется стабильное энергоснабжение.
Переменный ток (AC), с другой стороны, колеблется во времени, следуя синусоидальной волне, представленным зеленой линией на графике. В большинстве стран переменный ток работает на частоте 50 или 60 Гц, что означает, что он завершает 50 или 60 циклов в секунду. Переменный ток является стандартом для бытовых приборов и электрических сетей, так как его легко трансформировать в различные напряжения и уровни мощности с помощью трансформаторов и инверторов.
Чистая и модифицированная синусоида
Когда речь идет об инверторах, форма выходного сигнала является критически важным фактором. Инверторы с чистой синусоидой производят гладкую, периодическую волну, которая близка к переменному току, поставляемому сетью. Этот тип инвертора идеален для чувствительной электроники и приборов, включая холодильники, кондиционеры и компьютеры. Эти устройства предназначены для работы с чистой синусоидой, что обеспечивает оптимальную производительность и долговечность.
График c) показывает чистую (чистую, точную) синусоиду. Чистая синусоида - это сигнал, который математически описывается синусоидальной функцией и имеет гладкую периодическую форму. Ее график напоминает волну, которая непрерывно повторяется с одним и тем же периодом, амплитудой и фазой.
Инверторы с модифицированной синусоидой, однако, генерируют волну, которая не так гладка и может вызывать проблемы с некоторыми приборами. Хотя они могут использоваться с более простыми устройствами, такими как светодиодные лампы, зарядные устройства для телефонов и электрические плиты, их не рекомендуют для оборудования с индуктивными нагрузками или моторами, так как это может привести к неправильной работе, повышенному шуму и потенциальному повреждению со временем.
Графики a) и b) показывают модифицированные синусоиды, которые имеют разные отклонения по сравнению с чистой синусоидой. Модифицированная синусоида - это тип тока, который напоминает синусоиду, но имеет меньшую точность и неравномерные переходы между пиками и нулями. Она может быть произведена с использованием набора прямоугольных сигналов, состоящих из различных частот и амплитуд.
Каковы параметры местной сети и бытовых приборов?
Местные сети и бытовые приборы разрабатывались на протяжении десятилетий для работы с чистыми синусоидами, поэтому важно приобретать инвертор, который обеспечивает чистую синусоиду.
Что происходит, если бытовой прибор подключен к инвертору с модифицированной синусоидой? Большинство приборов с индуктивными нагрузками и моторами (газовые котлы, холодильники, кондиционеры, насосы, компьютеры) не будут работать правильно и могут производить необычные звуки, что в конечном итоге приведет к поломке.
Устройства, которые могут работать на модифицированной синусоиде, включают светодиодные лампы, зарядные устройства для телефонов и электрические плиты, которые могут нормально работать с модифицированной синусоидой.
Большинство бытовых приборов спроектировано для работы с чистой синусоидой, что делает критически важным выбор инвертора, который соответствует характеристикам электрической сети вашего дома.
Типы инверторов с чистой синусоидой
Поскольку бытовые приборы обычно требуют чистую синусоиду, мы сосредоточимся только на инверторах, которые обеспечивают это.
Инверторы классифицируются на следующие типы:
Интерактивные OFF-line источники бесперебойного питания (ИБП): Это включает инвертор, иногда стабилизатор напряжения для сети (AVR), “входной” кабель от сети (AC in), “выходной” разъем для нагрузки (AC out), кабели для подключения аккумулятора для ИБП с внешним аккумулятором и зарядное устройство от сети.
- OFF-line и ON-line ИБП: В дополнение к OFF-line ИБП, существуют ON-line ИБП или ИБП двойного преобразования. Разница в том, что OFF-line ИБП переключается на работу от батареи за 20 мс, когда сеть отключается, в то время как ON-line ИБП переключается за 0 мс, что критически важно для некоторого чувствительного оборудования.
- ИБП малой мощности: Эти устройства часто оборудованы встроенной батареей с достаточной мощностью для питания нагрузки в течение 5-15 минут, что позволяет достаточно времени для корректного завершения работы компьютера, машины или подобного. Такие ИБП обычно имеют модифицированную синусоиду, поэтому мы не будем подробно обсуждать их.
Автономный OFF-line солнечный инвертор (ИБП для солнечных панелей): Это состоит из инвертора, зарядного устройства от сети, PWM или MPPT контроллера солнечной зарядки (один или несколько входов), ввода аккумулятора, входа сети AC in (один или несколько), вывода нагрузки AC out (один или несколько) и различных коммуникационных портов. Существуют также ON-line версии таких инверторов, хотя технология часто является псевдо-онлайн.
Сетевой инвертор (online): Включает инвертор, регулятор солнечной зарядки MPPT (один или несколько) и устройство синхронизации с сетью. Этот тип инвертора не поддерживает подключение аккумуляторов.
Применение:
- Генерация энергии для продажи в сеть.
- При подключении к специальному ограничителю генерации, большинство моделей могут питать домашние потребители, когда сеть подключена.
- Для компаний с высокими тарифами это снижает затраты на электричество при подключении к ограничителю генерации.
- Может увеличить мощность для самопотребления, когда энергия из сети ограничена (необходим ограничитель генерации).
Недостатки: Основной недостаток этого инвертора заключается в том, что он прекращает работу при отключении сети и не позволяет подключить аккумулятор.
Микроинверторы: Это подкатегория сетевых инверторов, но они подключаются к одному или двум солнечным панелям, а не к большому массиву.
Гибридный инвертор (сетевой + оффлайн): Сочетает все другие типы инверторов с возможностью генерировать энергию для сети. Включает инвертор, регулятор солнечной зарядки MPPT (один или несколько), вход для аккумулятора, устройство синхронизации с сетью, вход от сети AC in (один или несколько), выход для нагрузки AC out (один или несколько) и различные коммуникационные порты.
- Важно: Некоторые продавцы могут ошибочно маркировать любой инвертор с солнечным входом как гибридный инвертор, но это не является правильным.
- Применение:
- Генерация энергии для продажи в сеть.
- Экономия энергии для домохозяйств или компаний за счет частичного или полного потребления солнечной энергии.
- Преимущества: Комбинирует все другие типы инверторов, работает как при наличии сети, так и при ее отсутствии, и некоторые модели могут работать без аккумулятора, используя только солнечные панели.
- Недостатки: Основной недостаток заключается в том, что такие инверторы дороже других типов.
В заключение, для каждой задачи подходит конкретный тип инвертора, или универсальный гибридный инвертор может заменить любой тип инвертора за немного более высокую цену.
Заключение
Выбор правильного инвертора для вашего дома или бизнеса имеет решающее значение для обеспечения эффективности и долговечности вашей солнечной энергетической системы. Хотя инверторы с модифицированной синусоидой могут быть дешевле, они не подходят для всех приложений. Инверторы с чистой синусоидой — это лучший выбор для большинства бытовых приборов, особенно для тех, которые используют моторы или чувствительную электронику. Для наилучшей производительности и надежности учитывайте свои конкретные потребности в энергии и типы устройств, которые вы собираетесь питать, при выборе инвертора.
