Inversor híbrido para painéis solares: tipos, visão geral dos melhores modelos + recursos de conexão

Os sistemas de suprimento de eletricidade com o uso simultâneo do suprimento tradicional de corrente e eletricidade do sol são uma solução economicamente viável para a propriedade de residências particulares, cabanas, cabanas de verão e instalações industriais.

Um elemento indispensável do complexo é um inversor híbrido para baterias solares, que determina os modos de fornecimento de tensão, garantindo a operação ininterrupta e eficiente do sistema solar.

Para que o sistema funcione com eficiência, você precisa escolher não apenas o modelo ideal, mas também conectá-lo corretamente. E como fazer isso - analisaremos em nosso artigo. Também consideramos os tipos de conversores existentes e as melhores ofertas do mercado atualmente.

Avaliação da capacidade do inversor híbrido

O uso de energia solar renovável em combinação com uma fonte de alimentação centralizada oferece várias vantagens. O funcionamento normal do sistema solar é assegurado pela operação coordenada de seus principais modelos: painéis solares, controlador de carga, bateria, bem como um dos elementos-chave - o inversor.

Inversor do sistema solar - um dispositivo para converter corrente contínua (CC) de painéis fotovoltaicos em eletricidade alternada. É com uma voltagem de 220 V que os eletrodomésticos funcionam. Sem um inversor, gerar energia é inútil.

O esquema do sistema: 1 - módulos solares, 2 - controlador de carga, 3 - bateria, 4 - conversor de tensão (inversor) com alimentação de corrente alternada (CA)

É melhor avaliar as capacidades do modelo híbrido em comparação com os recursos do trabalho de seus concorrentes mais próximos - "conversores" autônomos e de rede.

Rede do tipo conversor

O dispositivo opera com uma carga principal compartilhada. A saída do conversor é conectada aos consumidores de eletricidade, rede CA.

O esquema é simples, mas tem várias limitações:

• operacionalidade na disponibilidade de corrente alternada em uma rede;
• a tensão da rede elétrica deve ser relativamente estável e consistente com a faixa de operação do conversor.

A variedade é procurada em residências particulares com a atual tarifa "verde" para eletrificação.

Durante o dia, com consumo mínimo de energia, a corrente gerada é fornecida à rede a taxas "verdes", de noite até a manhã em que o edifício é "energizado" a partir de um suprimento centralizado de eletricidade

Versão autônoma do dispositivo

O dispositivo é alimentado por bateriaque recebe uma carga dos painéis solares através do controlador MRPT. O sistema utiliza diferentes tipos de baterias, incluindo baterias de lítio de alta tecnologia.

No "enchimento" máximo do dispositivo de armazenamento, o excesso de eletricidade é transmitido à entrada do inversor, cuja saída é conectada aos usuários finais do CA.

No caso de falta de atividade solar, a energia é retirada das baterias de armazenamento e passa a "conversão" através do inversor de tensão.

Recursos da instalação autônoma:

• a possibilidade de operação independente na ausência de energia CA;
• alguns modelos suportam o modo tarifário “verde”;
• A eficiência das instalações é de 90 a 93%.

Para garantir a autonomia absoluta do objeto, é necessário cálculo de energia solar e bateria suficiente.

A opção de uso independente do inversor sem incluir uma conexão de rede centralizada no sistema. Conversor independente é procurado em áreas com ausência completa ou baixa qualidade no fornecimento de eletricidade

Tipo de Inversor Híbrido

O modelo difere dos dispositivos descritos acima em uma "arquitetura" especial de fabricação. Um circuito elétrico especial é fornecido no interior, o que permite a operação paralela com a fonte de corrente (rede elétrica, gerador) no modo conversor.

Ao mesmo tempo, a carga é fornecida pela rede central e painéis solaresenquanto a função de prioridade estiver atribuída ao fornecedor de CD.

O conversor híbrido permite consumir energia solar da maneira mais eficiente possível, sem mudar da rede de fonte de alimentação de uma estação central ou gerador

As vantagens competitivas estão na multifuncionalidade dos inversores híbridos:

1. Rede - Um tipo de bateria espaçosa com uma eficiência de 100%. Todos os excedentes gerados por placas fotovoltaicas podem ser redirecionados para a rede central a uma tarifa “verde”.
2. Fonte de Alimentação Ininterrupta. Quando você desliga a fonte de alimentação principal, o sistema é reconstruído para o modo offline, protegendo todos os consumidores contra surtos de tensão.
3. Maior limite de capacidade de rede durante picos de carga devido à adição de energia do complexo inversor de bateria.

Com um declínio no consumo, o complexo solar muda para o modo de carregamento e fica pronto para uso novamente depois de um tempo. A função de dupla potência pode ser indicada: botas inteligentes, barbear com força, suporte para grade.

A adição de energia ocorre de acordo com os seguintes princípios:

• se a energia usada for menor que o consumo máximo de rede, além de fornecer a carga, a bateria do acumulador é carregada;
• na ausência de tensão na rede, a energia é consumida pela bateria e convertida pelo inversor;
• se a carga exceder o valor limite da energia da rede, a deficiência será compensada pela eletricidade acumulada da bateria solar.

Os modos operacionais listados são capazes de suportar modelos híbridos com um carregador.

Alguns inversores multifuncionais são projetados para conectar simultaneamente várias linhas CA para entrar automaticamente na reserva. Modelos de alta tecnologia regulam independentemente a carga da bateria

Variedades de conversores de corrente

Escolhendo o "coração" de um sistema de fonte de alimentação autônomo, você deve comparar corretamente as tarefas atribuídas ao equipamento com seus recursos potenciais.

As principais características da classificação de inversores híbridos são: um algoritmo para alterar os modos de operação, o formato da tensão de saída e a capacidade de atender uma rede monofásica ou trifásica.

Comparação entre UPS e instalação híbrida

Algumas empresas inadvertidamente enganam o consumidor, chamando a UPS (unidade de fonte de alimentação ininterrupta) de inversor híbrido. Parece que ambos os dispositivos executam tarefas semelhantes, mas há uma diferença significativa.

BBP é um inversor com um carregador. O módulo fornece principalmente o consumo de energia de uma instalação fotovoltaica e, se estiver ausente, muda para o consumo da rede.

O BBP não pode executar a função de “misturar” a eletricidade acumulada das baterias com a rede elétrica. O consumo prioritário de uma fonte DC é realizado desconectando-se da rede e alternando para operação com bateria

O funcionamento do sistema no modo "empurrão" provoca um ciclo adicional da bateria e acelera seu desgaste. Na maioria dos sistemas de fonte de alimentação de baixo custo, a tensão limite é definida sem regulamentação.

Nos modelos de inversores híbridos para baterias solares, tais surtos são excluídos - a unidade se ajusta à energia necessária e trabalha simultaneamente com diferentes fontes de corrente.

Você pode escolher o consumo prioritário. Como regra, a ênfase está no uso de energia dos painéis solares. Algumas unidades híbridas têm a opção de limitar a energia proveniente da rede da cidade.

Comparação de funções de modificações populares de “conversores” híbridos e BBP. Na série de modelos Victron, é possível aumentar a potência do inversor devido à rede

Variedade de formas de onda do inversor

Os conversores de corrente solar são classificados pelo tipo de sinal de saída.

Distinguir:

• onda senoidal pura;
• seno modificado (onda quase senoidal);
• meandro.

A última opção praticamente não é usada na prática, pois uma mudança acentuada na polaridade causa mau funcionamento do equipamento.

Um inversor com um sinal em “U” não poderá proteger os dispositivos contra picos de tensão. Além disso, a parte principal dos eletrodomésticos não percebe a corrente “sinuosa”

O que é uma onda senoidal pura?

O conversor produz um sinal de alta qualidade que excede a forma da corrente principal. Essa é a melhor opção para a operação de equipamentos “sensíveis”: caldeiras de aquecimento, compressores, motores elétricos, equipamentos médicos e dispositivos baseados em fontes de alimentação de transformadores.

Desvantagens dos inversores de onda senoidal: alto custo e grandes dimensões. Comprar um transdutor senoidal puro custará o dobro de um modelo de onda quase senoidal com potência total igual

Recursos quase-seno

A transmissão do sinal de energia na forma de uma onda senoidal modificada pode reduzir a eficiência de alguns dispositivos, provocar o aparecimento de ruído, causar interferências ou danificar o equipamento.

Quando alimentado por transformadores de baixa frequência, motores assíncronos e síncronos, é visível uma perda de potência de 20 a 30%. Esse "defeito" é convertido em energia térmica, superaquecendo os dispositivos.

Os inversores pseudo-sinusoidais são compactos e acessíveis. Seu uso é aconselhável para alimentar dispositivos sem cargas indutivas, projetados para o consumo de componentes ativos de energia elétrica.

Este grupo inclui: aquecedores termoelétricos, sistemas de iluminação incandescente e outras estruturas resistivas.

Opções para o seno modificado: 1 - uma forma complicada do meandro com uma pausa, 2 - aproximação ao seno puro devido a um aumento no número de transições

A forma do sinal de saída é indicada no passaporte do inversor ou ininterrupta. Notação possível: “Back” - uma garantia da ausência de um seno puro, “Smart” - a probabilidade de obter uma corrente de alta qualidade na saída.

Alguns fabricantes no documento acompanham o coeficiente harmônico (índice de distorção não linear). Se o parâmetro for inferior a 8%, a unidade produzirá um seno quase perfeito.

Modelos monofásicos e trifásicos

Os inversores monofásicos são construídos principalmente no circuito de um sistema fotovoltaico doméstico com uma voltagem padrão de 220V.

A faixa de tensão de saída quando conectada a uma fase em diferentes modelos varia de 210 a 240V, a frequência de saída é de 47 a 55 Hz e a potência é de 300 a 5000 watts.

Os inversores monofásicos estão disponíveis sob os valores de tensão padrão da bateria: 12, 24 e 48 V. Para que o conversor não funcione no limite de capacidade, é necessário coordenar a potência do “conversor” com a tensão da bateria ou bateria solar.

A faixa de dependência das características da bateria (tensão - V) e do conversor solar (potência nominal - W): 12 V - dentro de 600 W, 24 V - até 1,5 kW, 48 V - acima de 1,5 kW

Os inversores trifásicos são usados ​​para fornecer corrente trifásica, fornecendo energia aos motores elétricos.Aplicação primária - produção, oficinas, uso comercial.

Os inversores para três fases são caracterizados por alta potência (3-30 kW), uma ampla faixa de tensão CA de saída (220V / 400V).

Modelos combinados também estão no mercado. Isso inclui inversores monofásicos com a capacidade de sincronizar as saídas do conversor com uma mudança de fase - isso permite alimentar cargas trifásicas. Todos os tipos de técnicas para converter corrente de painéis solares, analisamos em nosso outro artigo.

Parâmetros de seleção do inversor solar

A eficiência do conversor e de todo o sistema de alimentação depende em grande parte de uma escolha competente de parâmetros do equipamento.

Além das características acima, você deve avaliar:

• potência de saída;
• tipo de proteção;
• temperatura de trabalho;
• dimensões de instalação;
• Eficiência
• disponibilidade de recursos adicionais.

Além disso, consideramos todas essas características em mais detalhes.

Critério 1 - energia do dispositivo

A classificação do inversor “solar” é selecionada com base no cálculo da carga máxima na rede e na vida útil estimada da bateria. No modo de inicialização, o conversor é capaz de aumentar em curto prazo a potência no momento do comissionamento de cargas capacitivas.

Este período é típico quando você liga máquinas de lavar louça, máquinas de lavar ou geladeiras.

Ao usar lâmpadas de iluminação e uma TV, é adequado um inversor de baixa potência para 500-1000 watts. Como regra, é necessário o cálculo da potência total do equipamento operado. O valor necessário é indicado diretamente no corpo do dispositivo ou no documento que o acompanha.

É desejável aumentar o valor obtido em 20 a 30% - essa será a potência de saída necessária do inversor. Por exemplo, a potência total do equipamento é de 500 W / h, a duração da bateria é de 5 horas.Cálculo: 500 W / h * 5h * 1,2 = 3000 W / h

Critério # 2 - nível de proteção

Um inversor solar de alta qualidade deve ter vários níveis de proteção. Opções possíveis: sistema de refrigeração forçada, aviso de curto-circuito, proteção contra quedas de tensão e sobretensões.

Também é importante - a presença de uma caixa fortificada selada que evita que a poeira e a umidade entrem no interior. A classificação de proteção elétrica é padronizada de acordo com a padronização IEC-952.

O índice é designado como IP AB, onde A é o nível de proteção contra a penetração de partículas estranhas no dispositivo, B é a resistência à umidade

Para condições operacionais externas, os modelos com o índice IP65 são adequados - a força e a confiabilidade do inversor permitem seu uso em uma atmosfera externa.

Critério # 3 - temperatura e dimensões de operação

Uma ampla gama de valores é um indicador de uma qualidade de construção decente do inversor. O valor do indicador é especialmente relevante ao colocar o conversor em uma sala sem aquecimento.

O peso é um indicador indireto da qualidade do inversor. Há uma opinião - quanto mais pesado o conversor, mais poderoso ele é. Isso ocorre devido à presença de um transformador em equipamentos de alta potência.

Nos modelos "leves", a ausência de um transformador pode causar falha no inversor quando uma alta corrente de energização é aplicada.

Segundo as observações, um quilograma do peso do conversor solar corresponde a uma potência de saída de 100 watts. As dimensões do inversor determinam o método de instalação

Critério # 4 - coeficiente de desempenho

Os especialistas recomendam a compra de "conversores" atuais com uma eficiência de 90%. Somente com esse parâmetro o trabalho do sistema solar será eficaz e seu arranjo será conveniente. A perda de 10% da energia solar é um "luxo" inaceitável.

Funcionalidade adicional. Recursos avançados afetam o custo do equipamento e nem sempre são procurados. No entanto, algumas opções justificam o dinheiro gasto.

Os "dispositivos" úteis e necessários incluem:

• adição automática de energia do inversor à eletricidade da rede;
• ajuste do período de carregamento da bateria;
• seleção da fonte atual prioritária;
• manutenção de trabalhos com baterias de vários tipos (alcalina, fosfato de ferro e lítio, hélio, AGM, ácido);
• a possibilidade de trabalho combinado com um conversor de rede;
• ajuste do indicador de tensão - aviso de “surtos” na tensão da rede;
• a capacidade de atualizar o inversor atualizando o firmware.

Conversores modernos podem ser conectados a um PC para programação e monitoramento.

Para rastrear a operação de equipamentos e redes elétricas, os fabricantes oferecem software gratuito. Uma opção interessante é a capacidade de enviar alertas por SMS sobre o status do sistema a pedido do usuário

Visão geral dos conversores híbridos populares

Os inversores de empresas estrangeiras receberam boas críticas entre os consumidores: Xtender (Suíça), Prosolar (China), Victor Energy (Holanda), SMA (Alemanha) e Xantrex (Canadá). Representante nacional - MAP Sine.

Linha de inversores multifuncionais Xtender

O Studer Hybrid Converter da Xtender é o epítome dos padrões de qualidade suíços em eletrônica de potência. Os inversores solares da série Xtender são diferenciados por suas características indicativas de resistência e ampla funcionalidade.

Uma variedade de modelos: --ТS - representantes de baixa potência, ХТМ - modelos de média potência, ХТН - inversores de alta potência.

Faixas de potência do Xtender: ХТS - 0,9-1,4 kW, ХТМ - 1,5-4 kW, ХТН - 3-8 kW. Tensão de saída - 230 W, frequência - 50 Hz

Cada série de unidades híbridas Xtender possui os seguintes recursos e opções:

• alimentação pura por onda senoidal;
• "Mistura" de energia para a rede a partir da bateria;
• quando a tensão da rede diminui, o consumo da fonte de alimentação central diminui;
• dois modos de seleção de prioridade: o primeiro é "suave" com recarga da rede dentro de 10%, o segundo é a troca completa para a bateria;
• variedade de configurações do instalador;
• controle de gerador de backup;
• modo de espera com uma ampla gama de regulação;
• monitoramento remoto dos parâmetros do sistema.

Em todas as versões, existe uma função Smart Boost - conectando-se a diferentes "fornecedores" de energia (grupo gerador, inversor de rede) e Power Shaving - cobertura garantida das cargas de pico.

Conversores híbridos Prosolar ideais

O modelo de fabricação chinesa tem boas características e um custo aceitável (cerca de 1.200 cu). O inversor otimiza o desempenho das células solares armazenando energia não gasta na bateria.

Especificações: forma de tensão - sinusóide, eficiência de conversão - 90%, peso de instalação - 15,5 kg, umidade admissível - 90% sem condensação, temperatura -25 ° С - +60 ° С

Características distintivas:

• opção para rastrear o ponto limite da bateria solar;
• display LCD de informações com a exibição dos parâmetros operacionais do sistema;
• Carregador de bateria de três níveis;
• ajuste da corrente máxima para 25A;
• inversor comunicador.

O conversor está conectado ao PC via software (fornecido como um kit). É possível atualizar o inversor através do piscar inovador.

Inversores de onda senoidal Phoenix Inverter

Os inversores Phoenix atendem às mais altas exigências e são adequados para aplicações industriais. A série Phoenix Inverter é lançada sem um carregador embutido.

Os conversores são equipados com um barramento de informações VE.Bus e podem ser usados ​​em configurações paralelas ou trifásicas.

A faixa de potência da faixa do modelo é de 1,2 a 5 kW, a eficiência é de 95%, o tipo de tensão é um sinusóide.

A tabela mostra as características da modificação híbrida do inversor 48/5000 da Victron Energy. Custo estimado do inversor Phoenix com uma potência de 5 kW - 2500 cu

Vantagens competitivas:

• A tecnologia SinusMax suporta o lançamento de "cargas pesadas";
• dois modos de conservação de energia - a opção de encontrar a carga e diminuir a corrente sem carga;
• presença de um relé de alarme - aviso de superaquecimento, tensão insuficiente da bateria, etc.;
• configuração de parâmetros programáveis ​​via PC.

Para obter alta potência, até seis conversores podem ser conectados em fase em paralelo. Por exemplo, uma combinação de seis dispositivos com um valor nominal de 48/5000 pode fornecer uma potência de saída de 48kW / 30kVA.

Aparelhos domésticos MAP Gibrid e Dominator

A empresa MAP "Energy" desenvolveu duas modificações no conversor híbrido: Gibrid e Dominator.

A gama de capacidades do equipamento é de 1,3 a 20 kW, o intervalo de tempo para alternar entre os modos é de até 4 ms, a possibilidade de "bombear" eletricidade para a rede da cidade.

Tabela de comparação dos recursos do conversor. Ambos os tipos podem trabalhar no modo ECO, cada modelo é "conectado" a um servidor da Web para monitoramento e ajuste remoto

Características gerais dos conversores de tensão Gibrid e Dominator:

• transformador baseado em toro;
• a estabilização da tensão de entrada está ausente;
• modo de troca de energia;
• saída - seno puro;
• gerar excesso de energia na rede;
• limitação do consumo de corrente na entrada do falante;
• classe IP21;
• consumo no modo "dormir" - 2-5W.

A eficiência dos conversores chega a 93-96%. Os dispositivos passaram com sucesso nos testes para uso em temperaturas extremamente baixas (valor limite -25 °, é permitida uma redução a curto prazo para -50 ° C).

Esquemas de conexão possíveis

Ao construir um complexo fotovoltaico combinado com uma rede central, existem diferentes opções para conectar um inversor.

Opção 1 - circuito com um controlador de carregamento DC

A opção mais popular é onde a bateria é carregada através do controlador solar MRPT (análise de pico de potência).

O circuito usa um conversor que suporta a transmissão de eletricidade para a rede ou para a carga se a tensão da bateria exceder um parâmetro especificado pelo usuário

Recursos da solução:

• uso eficiente de energia renovável na presença / desconexão da rede;
• a capacidade de ativar o trabalho do sistema solar depois que a bateria é descarregada.

E também outra solução é uma perda ligeiramente aumentada de conversão de energia na seção controlador-bateria-inversor.

Opção 2 - circuito com um conversor híbrido e de rede

Conversor de linha na saída do inversor de bateria. De acordo com o esquema, dois conversores são conectados a diferentes painéis solares.

O conversor híbrido é conectado ao painel fotovoltaico opcional para recarregar a bateria, a rede é conectada ao módulo solar principal.

Sob condições normais (presença de corrente elétrica), o conversor de linha fornece a carga redundante, a eficiência de conversão é de cerca de 95%. O excesso de energia é fornecido à bateria e, quando está cheia, à rede comum

Recursos do sistema:

• operação ininterrupta, independentemente da presença de tensão da rede central;
• alta eficiência e minimização de perdas no lado CC devido ao nível suficiente de tensão da bateria solar;
• as baterias quase sempre operam no modo buffer, o que aumenta sua vida útil;
• o uso de inversores híbridos projetados para carregar a bateria da saída;
• a necessidade de ajustar a operação do inversor de rede.

A energia total do conversor de rede não deve exceder a energia do "conversor" híbrido - isso permite que você utilize a energia dos painéis solares em caso de descarga da bateria, desconectando a rede.

Independentemente do circuito selecionado, ao conectar um inversor, várias nuances devem ser levadas em consideração:

1. As conexões com fio para DC não devem ser longas. É aconselhável colocar o inversor nas proximidades (até 3 m) dos painéis solares e, em seguida, "construir" o tronco com CA.
2. O conversor não deve ser montado em uma estrutura combustível.
3. O inversor de parede está localizado ao nível dos olhos para facilitar a leitura das informações no visor.

Ao conectar modelos com uma potência superior a 500 watts, são feitos requisitos especiais. A conexão deve ser rígida com um contato confiável entre os terminais do dispositivo e os fios.

Também em nosso site existem outros artigos sobre energia solar e a conexão de componentes e módulos individuais durante a montagem de um sistema autônomo.

Recomendamos que você se familiarize com os seguintes materiais:

• Esquema de conexão de painéis solares: ao controlador, à bateria e aos sistemas de manutenção
• Carregador solar: dispositivo e princípio de funcionamento do carregamento solar
• Como fazer uma bateria solar com suas próprias mãos: métodos de montagem e instalação de um painel solar

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O conceito de "inversor híbrido", seu dispositivo, funções e opções:

Visão geral dos recursos, modos de operação e eficiência do uso do conversor multifuncional InfiniSolar de 3 kW:

Projetar um sistema de energia solar é uma tarefa complexa e exigente. O cálculo dos parâmetros necessários, a seleção dos componentes do heliocomplex, a conexão e o comissionamento são deixados para os profissionais.

Erros cometidos podem levar a falhas no sistema e uso ineficiente de equipamentos caros.

Escolhendo a melhor opção de conversor para a operação de um sistema autônomo de fornecimento de energia solar? Você tem perguntas que não abordamos neste artigo? Pergunte nos comentários abaixo - tentaremos ajudá-lo.

Ou talvez você tenha notado imprecisões ou inconsistências no material apresentado? Ou você deseja complementar a teoria com recomendações práticas baseadas na experiência pessoal? Escreva-nos sobre isso, compartilhe sua opinião.