Видове инвертори за фотоволтаични системи

с приложение в преобразуването на електроенергията в мрежовосвързани, автономни и хибридни системи

Инвертори за мрежовосвързани PV системи

Мрежовосвързаните инвертори, познати още като синхронни, се предлагат в различни размери и мощности. Мощността на инвертора се определя от пиковата мощност на конкретната фотоволтаична група, към която ще бъде свързан. Тя трябва да бъде по-голяма от 90% от пиковата мощност на панелите. Ако мощността на инвертора е с повече от 10% по-малка, добивът на енергия ще бъде намален, а експлоатационният му срок - съкратен. Изключения се допускат в случаите, когато фотоволтаичната инсталация няма да достигне оптимална работа поради неоптимално разположение или наклон.

Също така се предлагат различни видове инвертори за различните фотоволтаични конфигурации - стрингови инвертори (еднострингови инвертори, които са свързани към един стринг (група PV панели) и мултистрингови инвертори, свързани към два или повече стрингови модули; централни инвертори, които обслужват цяла инсталация и инвертори за отделен модул.

Едностринговите инвертори се свързват с един стринг от последователно свързани модули. Мощността им варира от 0,7 kW до 15 kW. Подходящи са при фотоволтаични инсталации, при които има частично засенчване или стринговете са с различни разположения. Този тип инвертори не трябва да бъдат инсталирани на централно място и нямат нужда от съединителна кутия. Могат да бъдат инсталирани в близост до стринговете, като така се намалява дължината на кабелите за постоянен ток. Всеки стринг трябва да се състои от модули с приблизително еднакви характеристики, мощностни толеранси и да бъде изложен на равномерна соларна радиация.

Мултистринговите инвертори комбинират концепцията на еднострингов инвертор и централен инвертор. От страна на фотоволтаичната група те се състоят от няколко еднострингови инвертора, а от страна на мрежата са като централни инвертори. Прилагат се в случаи, в които фотоволтаичните модули в инсталацията са различен вид, нямат еднаква ориентация и наклон или се наблюдава засенчване. Мултистринговите инвертори предлагат възможността всеки инвертор да бъде свързан към два или три стринга, като всеки от тях може да бъде с различна ориентация, наклон, мощност или мощностен толеранс. Освен това, един единствен инвертор може да се използва с различни стрингове, което е икономически по-изгодно в сравнение с инсталацията на няколко еднострингови инвертора. Допълнително предимство се явява фактът, че работата на всеки отделен стринг се оптимизира чрез отделна система за проследяване на точката на максимална мощност.

Взаимосвързани инвертори. В случаите когато към фотоволтаичната инсталация са включени няколко инвертора, е удачно стринговете на група да могат да бъдат превключвани последователно. Причината е, че при намалено натоварване, например при изгряване на слънцето, електрическата мрежа се захранва не от всички инвертори едновременно, а само от един. Когато слънчевата радиация достигне нива, при които един инвертор работи с пълен капацитет се включва друг инвертор. В момента, в който и той достигне пълната си ефективност, се включва следващият и така, докато всички инвертори бъдат въведени в работен режим. По аналогичен начин, когато слънчевото греене намалее привечер, инверторите се изключват, докато остане само един работещ. За да може да се осъществи тази последователност, инверторите трябва да бъдат свързани заедно и да могат да комуникират един с друг. Този вид свързване също така оказва влияние върху експлоатационния срок на инверторите, тъй като те не се използват през цялото време и повишава цялостната ефективност на фотоволтаичната инсталация. Допълнителните разходи за инверторното превключване са особено оправдани при по-големите инсталации, в които малък процент увеличаване на мощностите води до значителни изменения в производителността.

Централни инвертори. Когато енергията на една фотоволтаична система се преобразува само от един инвертор, той се нарича централен. Подходящ е за случаите, в които фотоволтаичната централа е под равномерна слънчева радиация, няма засенчване, всички модули са ориентирани в една и съща посока и имат еднакви електрически характеристики. Ако тези условия са изпълнени, централните инвертори са по-ефективното и икономически изгодно решение. Недостатък се явява, че при евентуална повреда на инвертора се прекъсва подаването на ток към мрежата на цялата фотоволтаична централа.

Централните инвертори най-често обслужват инсталации с мощност по-голяма от 5 kW. Сред основните им предимства специалистите посочват възможността за висока производителност, солидната конструкция и лесния монтаж.

Както вече бе споменато, при този тип монтаж всички фотоволтаични модули в системата са свързани към един единствен инвертор. Обикновено групата се състои от няколко стринга, свързани заедно в съединителна кутия, преди да бъдат вързани към инвертора. В случай че стрингове с модули с различни мощности са свързани паралелно в главната съединителна кутия, то те ще произвеждат едно напрежение и ток. Ако се използва еднострингов инвертор, то той ще измери общото напрежение и произведения ток от групата и ще проследи точката на максимална мощност на групата, но няма да направи разлика между отделните стрингове с различна максимална мощност. Ето защо в някои случаи се налага използването на многострингови инвертори, за да се повишава ефективността на съоръжението.

Микроинвертори. Панелите в един стринг или група от стрингове с общ изход не винаги са еднакво осветени и алгоритъмът в инвертора осигурява тяхната МРР на базата на осреднената интензивност на светлината. Резултатът е, че всеки от панелите не работи в оптималния си режим и съответно не осигурява максимална електрическа мощност. Решението на този проблем е чрез използване на микроинвертори (microinverter) на всеки панел с типична мощност 100-200 W. Микроинверторите са предназначени за по-малки инсталации и са най-подходящи за модули с различни мощностни толеранси. Така всеки модул или двойка модули има свой собствен инвертор, който е оптимално съвместим с неговите характеристики и спецификации. Инверторът може да бъде прикрепен към модула или фабрично монтиран в свързващата кутия.

Инвертори за автономни PV системи

Инверторите, които се използват в автономните системи са доста по-различни от тези при мрежовите системи. Добре известно е, че мощността им се означава във ватове или волт-ампери. Стойността на означената номинална мощност трябва да бъде достатъчна за захранване на всички АС уреди, включени едновременно. Инверторът трябва да може да понесе и достатъчно големи пускови токове при захранването на двигатели или други товари, изискващи по-голям пусков ток.

Инверторите в автономните фотоволтаични системи е необходимо да отговарят на изискванията за надеждност и висока ефективност при пълно и частично натоварване. Освен това, от тях се очаква да имат малко потребление на енергия в режим на готовност и да не създават значителни електромагнитни смущения. Формата на напрежението, което произвеждат инверторите, е за предпочитане да бъде чиста синусоида. Също така, инверторите трябва да могат да осигуряват постоянно достатъчна мощност за захранване на всички уреди и при необходимост да могат да захранят уреди, нуждаещи се от по-голям пусков ток. Сред останалите им характеристики са стабилно АС напрежение и обхват по входно напрежение, съобразен с напрежението на заряд на батерията.

В случай че се използва повече от един инвертор в дадена система, за всеки от тях трябва да е осигурен отделен токов кръг. Свързването на АС изхода на един инвертор към АС изхода на друг инвертор може да повреди и двата уреда. Съществуват и съвременни модели инвертори, специално разработени за паралелна и синхронна работа един с друг в режим главен-подчинен инвертор. Тази схема на работа дава по-голяма енергийна сигурност, а при по-големите системи дори може да се повиши ефективността, като се избегне работата на двата инвертора едновременно при частични натоварвания. Главният инвертор обикновено захранва всички товари, докато подчиненият се включва само при необходимост.

Съществуват инвертори, които обединяват и други компоненти на автономните фотоволтаични системи като контролер за зареждане, зарядно за батерии и контролер за разпределение на товарите. Зарядните инвертори обединяват инвертор и зарядно устройство за батерия. Използват се във фотоволтаични или хибридни системи при наличие на допълнителен източник на АС енергия - дизелов генератор или мрежа. Освен да работят като зарядно за батерия и като инвертор, този тип устройства могат да служат и като непрекъсваеми токозахранващи устройства, свързани директно едно с друго и с мрежата.

Инвертори за хибридни ВЕИ системи

Хибридните ВЕИ системи използват различни по своето естество начини за получаване на електроенергия. По принцип представляват автономни PV инсталации, които освен акумулатор имат и дизелов генератор и/или могат да се свързват към ветрогенератор. През лятото, когато вятърът е по-слаб, доминиращият източник са фотоволтаиците, а през зимата, когато слънчевата светлина е по-ограничена, водещият източник е ветрогенераторът. Поради различния интензитет на вятърната и слънчевата енергия в денонощието и през годината, хибридните системи са подходящи за производството на електроенергия в множество приложения.

Предимствата спрямо автономните системи са възможността за получаване на по-голяма максимална изходна мощност (до стотина kWp) и практически неограниченото време за работа на товарите им без слънчева светлина. Някои съвременни хибридни системи имат възможност и за свързване към електрическата мрежа с цел доставяне на енергия в нея.