Солнечный инвертор или инвертор PV — это тип электрического преобразователя, который преобразует выходной сигнал переменного постоянного тока (DC) фотоэлектрической (PV) солнечной панели в переменный ток (AC) полезной частоты, который может подаваться в коммерческую электрическую сеть или используемых локальной сетью без сети. Это критический баланс системы (BOS) -компонент в фотогальванической системе, позволяющий использовать обычное оборудование с питанием от переменного тока. Инверторы солнечной энергии имеют специальные функции, адаптированные для использования с фотоэлектрическими решетками, включая максимальное отслеживание точки питания и защиту от ударов.

классификация
Солнечные инверторы могут быть разделены на три широких типа:

Автономные инверторы, используемые в изолированных системах, где инвертор потребляет энергию постоянного тока от батарей, заряженных фотогальваническими решетками. Многие автономные инверторы также имеют встроенные зарядные устройства для зарядки аккумулятора от источника переменного тока, если это возможно. Обычно они никоим образом не взаимодействуют с сеткой электросети и, как таковые, не требуют защиты от удаленных островков.
Инверторы с сеткой, которые соответствуют фазе с помощью синусоидальной линии. По соображениям безопасности преобразователи с сеткой предназначены для автоматического отключения после потери питания. Они не обеспечивают резервное питание во время сбоев питания.
Аккумуляторные инверторы резервного питания — это специальные инверторы, которые предназначены для вывода энергии из аккумулятора, управления зарядкой аккумулятора через встроенное зарядное устройство и экспорта избыточной энергии в сеть. Эти инверторы способны подавать энергию переменного тока к выбранным нагрузкам во время отключения электропитания и должны иметь защиту от защиты от островов.

Типы устройств
Модульный инвертор (микроинвертор)
Каждый солнечный модуль имеет свой собственный однофазный инвертор, который может быть встроен в распределительную коробку.
Это преобразователь постоянного тока, целью которого является установка напряжения, чтобы подключенный модуль работал в максимальной точке мощности (MPP).
Это может быть полезно в фотогальванических системах, которые состоят из по-разному ориентированных или по-разному затененных подполей, например, покрытых солнечными модулями автомобилей или самолетов.

Инверторы строк (английский струнный инвертор)
В основном однофазный инвертор, который подает энергию одной нити или нескольких нитей солнечных модулей в энергосистему.

Многострочные инверторы
Однофазный или трехфазный инвертор, оборудованный более чем одним отслежком MPP для нескольких струн (даже разных) солнечных панелей.

Центральные инверторы
Большая электрическая система, часто в формате шкафа управления, а также как станция в конструкции контейнера, которая обычно используется от пиковой мощности более 100 кВт.Модульная конструкция упрощает необходимый ремонт.

Гибридный инвертор
Комбинация инвертора и внутренних или внешних аккумуляторных батарей. Это приводит к возможностям бесперебойного питания, а также к оптимизации самопотребления в режиме подачи.

Схемы и эффективность
В принципе, вы можете различать два типа солнечных инверторов:

Устройства с трансформатором
Здесь трансформатор использует гальваническую развязку между DC и AC-стороной. Из-за гальванической изоляции генератор PV может быть заземлен на одном полюсе — в системе нет переменного потенциала. Это также является обязательным в некоторых странах.

Трансформаторные устройства
Здесь входная сторона и выходная сторона электрически соединены друг с другом. В этой конструкции схемы не используется трансформатор, поэтому эти устройства, как правило, имеют более высокую эффективность. Однако отсутствие электрической изоляции требует другой концепции электрической безопасности. Частично, переменные напряжения солнечных модулей на землю, что может привести к потерям и тонкопленочным модулям для деградации.Для дальнейшего повышения эффективности и избежания токов утечки было разработано технологическое обозначение H5 или топология Heric.
На входе постоянного тока солнечного инвертора обычно используется входной преобразователь. Этот преобразователь часто является повышающим преобразователем с очень высокой эффективностью. Выходная цепь также должна иметь высокую эффективность в широком диапазоне нагрузок.

Чтобы оптимизировать инверторы с трансформаторами, инвертор часто принимает на себя функцию входного трансформатора, так что промежуточная цепь устранена. Это называется прямым или прямым преобразователем. Эффективность улучшается, поскольку необходим только один преобразователь. Однако такие устройства имеют меньший радиус действия с оптимальной эффективностью, поэтому они значительно релятивизируются в системах с частичным затенением.

Эффективность солнечных инверторов сравнима с эффективностью евро, которая оценивает, в частности, случаи частичной нагрузки.

В солнечной промышленности термин «кВт» стал использоваться для обозначения пиковой мощности вместо кВт. Однако это не соответствует правилам Международной системы единиц, согласно которым обозначения единиц не дополняются. См. Также: Написание символов устройства.

Максимальное отслеживание точки питания
Солнечные инверторы используют максимальное отслеживание мощности (MPPT), чтобы получить максимально возможную мощность из массива PV. Солнечные элементы имеют сложную взаимосвязь между солнечным облучением, температурой и полным сопротивлением, что приводит к нелинейной эффективности выхода, известной как IV-кривая.Целью системы MPPT является выборка выходных ячеек и определение сопротивления (нагрузки) для получения максимальной мощности для любых условий окружающей среды.

Коэффициент заполнения, более известный по аббревиатуре FF, является параметром, который в сочетании с напряжением разомкнутой цепи (Voc) и током короткого замыкания (Isc) панели определяет максимальную мощность от солнечного элемента. Коэффициент заполнения определяется как отношение максимальной мощности от солнечного элемента к произведению Voc и Isc.

Существует три основных типа алгоритмов MPPT: пертурбация и наблюдение, инкрементная проводимость и постоянное напряжение. Первые два метода часто упоминаются как методы подъема холма; они полагаются на кривую мощности, построенной по отношению к напряжению, поднимающемуся слева от точки максимальной мощности, и падают справа.

операция
В некоторых европейских странах на стороне сети требуется так называемое устройство сетевого мониторинга с соответствующими коммутационными устройствами (ENS), которое отключает инвертор при нежелательном острове. Для систем с установленной мощностью свыше 30 кВт ENS можно отказаться. Существует достаточный контроль частоты и напряжения со всем полюсным отключением для безопасной изоляции от сети, если это отключено или не работает.

Он часто рекламируется с высокой эффективностью инвертора. В области частичной нагрузки он немного ниже и поэтому усредняется, а затем называется «европейским КПД». Однако эффективность инвертора не только определяет общую эффективность фотоэлектрической системы.

С января 2009 года фотоэлектрические системы в Германии с установленной мощностью более 100 кВт должны иметь возможность сокращаться оператором сетки при активной активной мощности (§ 6.1 ЭЭГ). Кроме того, существует вероятность того, что будет обеспечено определенное количество реактивной мощности. На практике эти характеристики реализуются динамически через приемник управления пульсацией, который может сигнализировать о четырехступенчатом уменьшении активной мощности или указывать отклонение от 1 эффективного коэффициента, например cos φ = 0,95 (индуктивный).Предоставляя индуктивную реактивную мощность, можно избежать емкостных перенапряжений.

С июля 2011 года небольшие системы в низковольтной сети должны будут предлагать сопоставимые функции управления. Дополнительные предписания, касающиеся конкретных стран, приводят к узким местам поставок и более высоким издержкам производства. Контр-концепции, такие как чистое измерение, используют более простой подход и переносят проблему на оператора сети.

В случае более крупных систем, которые, в частности, соответствуют Директиве о среднем напряжении, необходимы дальнейшие меры для динамической стабилизации сети, такие как возможность низковольтного проезда. Эти меры направлены на то, чтобы избежать нежелательного и одновременного отключения многих систем с кратковременным локальным понижением напряжения, поскольку они возникают в контексте коротких замыканий или других ошибок в трехфазных системах.

Однофазные системы могут подаваться только в энергосистему Германии до максимальной мощности 5 кВт (непрерывная мощность 4,6 кВт). Это ограничение является стабильностью сети и позволяет избежать несбалансированных нагрузок. В дополнение к основной функции преобразования энергии солнечный инвертор имеет обширную сборку данных и, в некоторых случаях, варианты удаленного обслуживания.

Частота сети
Электрическая энергия в энергосистеме не может храниться в больших количествах в краткосрочной перспективе. Поэтому всегда необходимо установить энергетический баланс между производством и потреблением. Для обеспечения этой частоты используется сетевая частота в качестве управляющей переменной в электрических сетях с питанием от сети переменного тока. В Европе это определяется как 50,0 Гц. Отклонение от номинального значения указывает на избыток энергии (повышенная частота сети) или нехватка энергии (пониженная частота сети). Чтобы избежать избыточного потребления электроэнергии в энергосистеме, инверторы должны поэтому постоянно контролировать частоту сетки и отсоединяться от сети при превышении ограничения по стране (в Германии 50,2 Гц).Поскольку в то же время преобладающая часть генерируемой электрической энергии поступает из фотогальванических систем в Германии, жесткое закрытие всех систем приведет к противоположному эффекту с этим предельным значением и, в свою очередь, приведет к нестабильности сети. Поэтому для установок более 10 кВт этот предел впоследствии был увеличен до случайного значения. Новые установки должны иметь градиенты aPower от 50,2 до 51,5 Гц, что снижает или увеличивает мощность подачи в зависимости от текущей частоты сетки и, таким образом, активно способствует стабилизации сетки.

Операция на острове
В системах для изолированной работы специальные островные инверторы позволяют использовать обычных потребителей при напряжении 230 В переменного тока. Решающим фактором является максимальная мощность. Для этой цели индивидуальные инверторы могут быть подключены параллельно, но в зависимости от размера сети, но необходимы дополнительные устройства управления для координации с другими генераторами и хранилищем энергии. Малые системы иногда предлагаются со встроенными аккумуляторными системами, но не имеют сетевой синхронизации, потому что их значение по умолчанию у других генераторов отсутствует.

Солнечные микроинверторы
Солнечный микроинвертор — это инвертор, предназначенный для работы с одним фотоэлектрическим модулем. Микроинвертор преобразует выход постоянного тока с каждой панели в переменный ток. Его конструкция позволяет осуществлять параллельное соединение нескольких независимых блоков модульным способом.

Преимущества микроинвертора включают в себя оптимизацию мощности одной панели, независимую работу каждой панели, установку plug-and-play, улучшенную установку и пожаробезопасность, минимизацию затрат при разработке системы и минимизации запасов.

Исследование 2011 года в Аппалачском государственном университете сообщает, что индивидуальная интегральная инверторная установка обеспечивала на 20% больше мощности в условиях без теней и на 27% больше мощности в заштрихованных условиях по сравнению с строкой, подключенной с использованием одного инвертора. Обе установки использовали идентичные солнечные панели.

Сетка привязана солнечными инверторами
Инверторы с солнечной сеткой спроектированы так, чтобы быстро отключиться от сетки, если сетка коммунальной сети опускается. Это требование NEC, которое гарантирует, что в случае отключения электроэнергии преобразователь привязки сетки отключится, чтобы предотвратить возникновение энергии, вызванной нанесением вреда любым работникам линии, которые отправляются для исправления сетевой сети.

Инверторы с сеткой, которые доступны на рынке сегодня, используют ряд различных технологий. Инверторы могут использовать новые высокочастотные трансформаторы, обычные низкочастотные трансформаторы или без трансформатора. Вместо преобразования постоянного тока непосредственно в 120 или 240 вольт переменного тока высокочастотные трансформаторы используют компьютеризованный многоступенчатый процесс, который включает в себя преобразование мощности в высокочастотный AC, а затем обратно в постоянный, а затем в конечное выходное напряжение переменного тока.

Исторически сложилось так, что возникли опасения по поводу того, что в сеть коммунальных сетей поступают безтрансформаторные электрические системы. Проблемы связаны с тем, что отсутствует отсутствие гальванической развязки между цепями постоянного и переменного тока, что может привести к прохождению опасных сбоев постоянного тока на стороне переменного тока. С 2005 года NEC NFPA допускает трансформаторные (или не гальванически) инверторы. В VDE 0126-1-1 и IEC 6210 также были внесены поправки, позволяющие и определяющие механизмы безопасности, необходимые для таких систем. В первую очередь, обнаружение остаточного или заземленного тока используется для обнаружения возможных состояний сбоя. Также проводятся изоляционные испытания для обеспечения разделения постоянного и переменного тока.

Многие солнечные инверторы предназначены для подключения к сетке электросети и не будут работать, если они не обнаружат наличие сетки. Они содержат специальные схемы, которые точно соответствуют напряжению, частоте и фазе сетки.

Солнечные насосные инверторы
Передовые инверторы солнечной накачки преобразуют постоянное напряжение от солнечной батареи в переменное напряжение для непосредственного управления погружными насосами без необходимости в аккумуляторах или других устройствах хранения энергии. Используя MPPT (отслеживание максимальной мощности), инверторы солнечной накачки регулируют выходную частоту для управления скоростью насосов, чтобы сохранить двигатель насоса от повреждений.

Солнечные насосные инверторы обычно имеют несколько портов, позволяющих вводить ток постоянного тока, создаваемый массивами PV, один порт для вывода напряжения переменного тока и дополнительный порт для ввода от датчика уровня воды.

рынок
По состоянию на 2014 год, эффективность преобразования для современных солнечных преобразователей достигла более 98 процентов. В то время как струнные инверторы используются в коммерческих фотоэлектрических системах среднего и среднего размера, центральные инверторы охватывают большой коммерческий и коммунальный рынок. Доля рынка для центральных и струнных инверторов составляет около 50% и 48% соответственно, оставляя менее 2% микроинверторам.

Рынок инвертора / конвертера в 2014 году

Тип	Мощность	Эффективность (a)	рынок доля(б)	замечания
Преобразователь строк	до 100 кВтp (c)	98%	50%	Стоимость (б) 0,15 евро за ватт-пик. Легко заменить.
Центральный инвертор	выше 100 кВт p	98,5%	48%	€ 0,10 за ватт-пик. Высокая надежность. Часто продается вместе с контрактом на обслуживание.
Микро-инвертор	диапазон мощности модуля	90% -95%	1,5%	0,40 евро за ватт-пик. Простота замещения.
Преобразователь постоянного / постоянного тока Оптимизатор мощности	диапазон мощности модуля	98,8%	N / A	0,40 евро за ватт-пик. Простота замещения.Инвертор по-прежнему необходим. Около 0,75 ГВт П установлено в 2013 году.
Источник: данные IHS 2014, замечания Fraunhofer ISE 2014, из: Фотоэлектрического отчета, обновленного согласно 8 сентября 2014 года, с. 35, PDF Примечания : (a)Наилучшие показатели эффективности, (b) оцениваются доля рынка и стоимость на ватт, (c) кВт p = киловатт-пик