В енергетиці досить часто виникає необхідність перетворення одних величин в інші тому, що електричну енергію виробляють джерела змінного або постійного струму. Для них створюються відповідні споживачі: електродвигуни, трансформаторні пристрої, побутові прилади.
У багатьох галузях діяльності, як і в альтернативній енергетиці, виникає необхідність експлуатації споживачів від комбінованих джерел. Акумуляторні батареї заряджають, а радіотехнічні прилади, комп'ютерні пристрої живлять постійним струмом або випрямленою від генераторів електроенергії з обертовим електромагнітним полем.
Зворотну задачу роботи електродвигунів синусоїдальних гармонік побутових електроприймачів від джерел постійного струму вирішують перетворенням електроенергії в змінну за допомогою спеціально розроблених складних електричних конструкцій, які називають інверторами.
Призначення і завдання інвертора
За способом підключення до сонячної станції, споживачам і акумуляторів інвертори поділяються на:
мережеві,
автономні,
гібридні.
Мережеві моделі з позначенням "on grid" працюють від сонячної електростанції на навантаження громадської електричної мережі. Вони найбільше використовуються в системах з потужностями, що перевищують 10 кВт, характерні для застосування в країнах Європи. В умовах Росії положення «Зеленого тарифу» не дають право приватним особам на використання цього методу.
Автономні інвертори позначають "off grid". Їх підключають до домашніх побутовим споживачам, а живиться від акумуляторних батарей , Що заряджають сонячними модулями через контролери.
Гібридні конструкції використовують обидва методи підключення. Вони добре поєднуються зі схемами джерел безперебійного живлення , Можуть за допомогою автоматики контролера працювати від акумуляторної батареї і / або сонячного модуля при необхідності.
Принципи роботи інвертора
Під час експлуатації невелика частина прикладеної енергії втрачається на нагрівання елементів схеми і побічні процеси. Тому вихідна потужність завжди нижче витраченої. Ефективність хорошою конструкції визначається ККД з величиною 90 - 95%.
Інвертор прийнято вважати генератором періодичного напруги, яке за формою дуже близько до синусоїдальним гармоникам або значно відрізняється від нього формою вихідного сигналу.
Графіки синусоїдального коливання і його аналога, що виробляється інвертором
На графіку представлені принципові види синусоїди і близького до її виду напруги на виході інвертора, яке прийнято називати «Меандр». Залежно від складності конструкції з можливостями реалізації нею різних функцій форма меандру може бути ще більше наближена до характеристик синуса або загрублена, нагадуючи на кожній полуволне своїм виглядом звичайні трапеції або навіть прямокутники.
Спрощена форма меандру більше підходить для пристроїв без індуктивних навантажень, які споживають активну складову електричної потужності. це різні теплоелектричні нагрівачі (Позначення «ТЕН»), лампи розжарювання систем освітлення і подібні резистивні конструкції.
На пристрої електродвигунів змінного струму і трансформаторні збірки побутових приладів форма меандру може чинити певний вплив. Ідеальне рішення при їх роботі - чистий синус. Тому складні інвертори, що виробляють напруга вихідного сигналу дуже близьке до синусоїдальним гармоникам більш привабливі для обладнання. Але вартість їх виробництва вище.
Особлива точність наближення меандру до синусоїді важлива для високоточних вимірювальних приладів, медичної техніки, професійних аудіосистем, телекомунікаційної апаратури.
Конструктивні особливості
Для домашніх сонячних електростанцій в Росії найбільшим попитом користуються схеми, що створюють одну фазу змінної напруги з величиною 220 вольт.
Для перетворення постійного струму інвертор може працювати по трансформаторною схемою або без неї. Наявність трансформатора значно ускладнює конструкцію, але дозволяє створювати високоякісний вихідний сигнал.
Система охолодження пристрою дозволяється використовувати примусово працює вентилятор. У дорогих конструкціях приділяється увага:
Випускаються промисловістю інвертори можуть з однофазних систем об'єднуватися в трифазні пристрої підвищеної потужності. Вони здатні виконувати різні завдання аж до передачі надлишок вироблюваної електроенергії в промислову мережу.
Основні правила вибору інвертора
Побутові прилади постійного струму і акумулятори експлуатують стандартні значення напруг 12/24/36/48 вольт в залежності від своєї конструкції. Виробники інверторів під кожен вказаний вид напруги випускають своє обладнання. Це слід аналізувати при виборі моделі.
При експлуатації інвертора слід враховувати:
пікову потужність енергоспоживання,
чотири фази роботи: пусковий режим, стадію тривалого перетворення електроенергії при номінальній потужності, холостий хід, перевантаження.
Пікова потужність споживачів вимірюється за певний момент часу при створенні критичних навантажень, може значно перевищувати номінальні величини стандартної мережі ~ 220V / 50Hz.
У пусковому режимі інвертори здатні віддавати завищені потужності протягом короткого часу запуску електродвигунів (кілька мілісекунд) і введення в роботу ємнісних навантажень. Такий режим характерно проявляється при включенні холодильників, пральних і посудомийних машин.
Режим тривалої роботи повинен відповідати номінальним характеристикам обраній конструкції.
Споживана потужність пристрою без навантаження на виході не повинна перевищувати 1% номінальної у якісних моделей.
При фазі перевантаження окремі види інверторів можуть надійно передавати потужності, що перевищують до 50% номінального значення протягом півгодини. Але ця здатність у кожної моделі приладу виконана по-різному.
Визначити величину ідеальної навантаження вельми проблематично. Тому інвертори підбирають зі створенням резерву потужності, що володіє запасом до 20% від розрахункових величин.
У розгалуженої домашньої мережі навантаження може постійно коливатися в великому діапазоні значень. При такому її характері рекомендується купувати не один потужний інвертор, а розрахувати оптимальну кількість ступенів використовуваних потужностей для придбання декількох моделей, по черзі комутованих схемою автоматики для економічного, оптимального використання ресурсу обладнання.
Наявність вбудованих захистів характеризує якість інвертора, який буде подаватись з роботи при:
відхиленні напруги живлення по верхньому і нижньому рівню,
виникненні коротких замикань в вихідний ланцюга,
перевантаженнях по струму і температурі.
У випадках зниження навантаження до мінімальних величин схема автоматики може переводити інвертор в режим очікування. Але ця функція властива не всім моделям.
Міцність і надійність механічної конструкції
На вибір місця установки інвертора впливає якість виготовлення його корпуса. Для умов відкритого повітря використовують герметичні моделі, що класифікуються індексом «IP65» (скорочення від Ingress Protection Rating) - системи аналізу ступенів захисту корпусів електричного обладнання від попадання води і твердих частинок за міжнародними стандартами. Він допускає важкі умови експлуатації за будь-яких атмосферних опадах.
На якість монтажних робіт і вантажно-розвантажувальних операцій впливає конфігурація корпусу і повнота комплектуючих деталей, що поставляються разом з основним обладнанням.
Рекомендації по монтажу схеми
Спочатку рекомендується підключати всі споживачі до вихідних ланцюгів інвертора, тільки після цього займатися комутацією живлять ланцюгів.
При холостому ході на акумуляторних батареях і сонячних модулях присутні більше 20 В, що послужить причиною появи високої напруги на електролітичних конденсаторах . А вони, в свою чергу, при маніпуляціях в вихідних ланцюгах стануть імпульсно розряджатися.
Продовження статті: Як встановлювати і експлуатувати сонячні батареї
