Inverter ibrido per pannelli solari: tipologie, rassegna dei migliori modelli + caratteristiche di connessione
I sistemi di alimentazione elettrica con l'utilizzo simultaneo della corrente elettrica tradizionale e dell'elettricità proveniente dal sole sono una soluzione economicamente valida per abitazioni private, villette, villaggi turistici e stabilimenti industriali.
Un elemento indispensabile del complesso è un inverter ibrido per pannelli solari, che determina le modalità di alimentazione della tensione, garantendo il funzionamento ininterrotto ed efficiente del sistema solare.
Affinché il sistema funzioni in modo efficace, è necessario non solo scegliere il modello ottimale, ma anche collegarlo correttamente. E vedremo come farlo nel nostro articolo. Considereremo anche le tipologie di convertitori esistenti e le migliori offerte oggi presenti sul mercato.
Il contenuto dell'articolo:
Valutazione delle capacità di un inverter ibrido
L’utilizzo dell’energia solare rinnovabile in combinazione con l’alimentazione centralizzata offre numerosi vantaggi. Il normale funzionamento del sistema solare è assicurato dal funzionamento coordinato dei suoi modelli principali: pannelli solari, regolatore di carica, batteria, nonché uno degli elementi chiave: l'inverter.
L'inverter per impianti solari è un dispositivo per convertire la corrente continua (DC) proveniente dai pannelli fotovoltaici in energia elettrica alternata. È con una corrente di 220 V che funzionano gli elettrodomestici. Senza un inverter, la produzione di energia non ha senso.
È meglio valutare le capacità di un modello ibrido rispetto alle caratteristiche operative dei suoi concorrenti più vicini: "convertitori" autonomi e collegati in rete.
Convertitore del tipo di rete
Il dispositivo funziona sul carico della rete elettrica generale. L'uscita del convertitore è collegata ai consumatori di elettricità, la rete CA.
Lo schema è semplice, ma presenta diverse limitazioni:
- operabilità quando l'alimentazione CA è disponibile nella rete;
- La tensione di rete deve essere relativamente stabile e rientrare nel campo operativo del convertitore.
Questa varietà è richiesta nelle case private con l’attuale tariffa “verde” per l’elettrificazione.
Versione autonoma del dispositivo
Il dispositivo è alimentato da batteria, che riceve la carica dai pannelli solari tramite un controller MPPT.Il sistema utilizza diversi tipi di batterie, comprese le batterie al litio ad alta tecnologia.
Al massimo “riempimento” del dispositivo di accumulo, l'elettricità in eccesso viene trasferita all'ingresso dell'inverter, la cui uscita è collegata ai consumatori finali dell'AC.
In caso di attività solare insufficiente, l'energia viene prelevata dalle batterie e sottoposta a “conversione” tramite un inverter di tensione.
Caratteristiche dell'installazione autonoma:
- possibilità di funzionamento autonomo in assenza di corrente alternata di rete;
- alcuni modelli supportano la tariffa feed-in;
- L'efficienza degli impianti è del 90-93%.
Per garantire l'assoluta autonomia di un oggetto, preciso calcolo della potenza del pannello solare e una capacità della batteria sufficiente.
Tipo di inverter ibrido
Il modello si differenzia dai dispositivi sopra descritti per la sua particolare “architettura” costruttiva. All'interno è previsto uno speciale circuito elettrico che gli consente di funzionare in parallelo con una sorgente di corrente (rete, generatore) in modalità convertitore.
Allo stesso tempo, il carico è alimentato dalla rete centrale e pannelli solari, con priorità data al fornitore DC.
I vantaggi competitivi risiedono nella versatilità degli inverter ibridi:
- Netto - una sorta di batteria capiente con un'efficienza del 100%.Tutto il surplus generato dalle piastre fotovoltaiche può essere reindirizzato alla rete centrale ad una tariffa “verde”.
- Garantire un'alimentazione elettrica ininterrotta. Quando l'alimentazione principale viene interrotta, il sistema passa alla modalità autonoma, proteggendo tutti i consumatori dalle sovratensioni.
- Aumento del limite di potenza della rete durante i picchi di carico aggiungendo energia dal complesso batteria-inverter.
Quando il consumo diminuisce, il complesso solare passa alla modalità di ricarica e dopo un po' è nuovamente pronto per l'uso. È possibile designare la doppia funzione di alimentazione: Smart Boots, Power Shaving, Supporto rete.
L’aggiunta di potenza avviene secondo i seguenti principi:
- se la potenza utilizzata è inferiore al consumo massimo di rete allora oltre ad alimentare il carico viene caricata la batteria di accumulo;
- in assenza di tensione di rete viene consumata l'energia elettrica ricevuta dalla batteria e convertita dall'inverter;
- se il carico supera il valore limite della potenza di rete, la carenza viene colmata con l'elettricità accumulata dalla batteria solare.
Le modalità operative elencate sono in grado di supportare i modelli ibridi con caricabatterie.
Tipi di convertitori di corrente
Quando si sceglie il "cuore" di un sistema di alimentazione autonomo, è necessario confrontare correttamente i compiti assegnati all'apparecchiatura con le sue potenziali capacità.
Le caratteristiche principali della classificazione degli inverter ibridi sono: un algoritmo per modificare le modalità operative, la forma della tensione di uscita e la capacità di servire una rete monofase o trifase.
Confronto tra alimentatore e installazione ibrida
Alcune aziende ingannano involontariamente i consumatori chiamando un gruppo di continuità (UPS) un inverter ibrido. Sembrerebbe che entrambi i dispositivi svolgano compiti simili, ma c'è una differenza significativa.
Il BPS è un inverter con caricabatterie. Il modulo garantisce principalmente il consumo energetico dell'impianto fotovoltaico e, se l'energia non è sufficiente, passa al consumo della rete.
Il funzionamento del sistema in modalità “a scatti” provoca un ulteriore ciclo della batteria e ne accelera l'usura. Nella maggior parte degli alimentatori economici, la tensione di soglia viene impostata senza possibilità di regolazione.
Nei modelli di inverter ibridi per pannelli solari, tali salti sono esclusi: l'unità si adatta alla potenza richiesta e funziona contemporaneamente con diverse fonti di corrente.
Puoi scegliere tu stesso il consumo prioritario. In genere, l’accento è posto sul consumo energetico derivante dai pannelli solari.Alcune unità ibride hanno la possibilità di limitare la potenza fornita dalla rete cittadina.
Varietà in base alla forma del segnale dell'inverter
I convertitori di corrente delle celle solari sono classificati in base al tipo di segnale di uscita.
Ci sono:
- onda sinusoidale pura;
- seno modificato (onda quasi sinusoidale);
- meandro.
Quest'ultima opzione non viene praticamente utilizzata nella pratica, poiché un brusco cambiamento di polarità provoca malfunzionamenti nell'apparecchiatura.
Cos'è un'onda sinusoidale pura?
Il convertitore produce un segnale di alta qualità superiore alla forma d'onda della corrente di rete. Questa è l'opzione migliore per garantire il funzionamento di apparecchiature “sensibili”: caldaie per riscaldamento, compressori, motori elettrici, apparecchiature mediche e dispositivi basati su alimentatori a trasformatore.
Caratteristiche del quasi-seno
La trasmissione dell'energia del segnale sotto forma di onda sinusoidale modificata può ridurre l'efficienza di alcuni dispositivi, provocare la comparsa di rumore, causare interferenze o causare guasti alle apparecchiature.
Quando si alimentano trasformatori a bassa frequenza, motori asincroni e sincroni, è visibile una perdita di potenza del 20-30%.Questo “difetto” viene convertito in energia termica, riscaldando eccessivamente i dispositivi.
Gli inverter con segnale d'onda pseudo-sinusoidale sono compatti ed economici. Il loro utilizzo è consigliabile per alimentare dispositivi senza carichi induttivi, progettati per consumare componenti attivi di energia elettrica.
Questo gruppo comprende: riscaldatori termoelettrici, lampade ad incandescenza per sistemi di illuminazione e altre strutture resistive.
La forma del segnale di uscita è indicata nel passaporto dell'inverter o del gruppo di continuità. Possibili designazioni: “Back” – una garanzia dell'assenza di un'onda sinusoidale pura, “Smart” – la probabilità di ricevere corrente di alta qualità in uscita.
Alcuni produttori annotano il fattore di distorsione armonica (indice di distorsione non lineare) nel documento di accompagnamento. Se il parametro è inferiore all'8%, l'unità produce un seno quasi perfetto.
Modelli monofase e trifase
Gli inverter monofase sono principalmente integrati nel circuito di un impianto fotovoltaico residenziale con una tensione standard di 220V.
L'intervallo di tensione di uscita quando collegato a una fase in diversi modelli varia da 210-240 V, frequenza di uscita - 47-55 Hz, potenza - 300-5000 W.
Gli inverter monofase sono prodotti per tensioni di batteria standard: 12, 24 e 48 V. Per garantire che il convertitore non funzioni alla sua capacità massima, è necessario abbinare la potenza del “convertitore” alla tensione della batteria solare o batteria.
Gli inverter trifase vengono utilizzati per fornire corrente trifase per alimentare i motori elettrici. Utilizzo primario: produzione, officine, scopi commerciali.
Gli inverter trifase si distinguono per l'elevata potenza (3-30 kW), un'ampia gamma di tensione alternata in uscita (220 V/400 V).
Sul mercato sono disponibili anche modelli combinati. Questi includono inverter monofase con la possibilità di sincronizzare le uscite del convertitore con uno sfasamento: ciò consente di alimentare carichi trifase. Abbiamo esaminato tutti i tipi di apparecchiature per convertire la corrente dai pannelli solari in il nostro altro articolo.
Parametri di selezione dell'inverter solare
L'efficienza del convertitore e dell'intero sistema di alimentazione dipende in gran parte dalla corretta scelta dei parametri dell'apparecchiatura.
Oltre alle caratteristiche sopra descritte, dovresti valutare:
- potenza di uscita;
- tipo di protezione;
- temperatura di esercizio;
- dimensioni di installazione;
- efficienza;
- disponibilità di funzioni aggiuntive.
Consideriamo ora tutte queste caratteristiche in modo più dettagliato.
Criterio n. 1: potenza del dispositivo
La potenza nominale dell'inverter solare viene selezionata in base al carico massimo sulla rete e alla durata prevista della batteria. In modalità di avvio, il convertitore è in grado di fornire un aumento di potenza a breve termine al momento della messa in servizio dei carichi capacitivi.
Questo periodo è tipico quando si accendono lavastoviglie, lavatrici o frigoriferi.
Quando si utilizzano lampade di illuminazione e una TV, è adatto un inverter a bassa potenza di 500-1000 W.Di norma, è necessario calcolare la potenza totale dell'apparecchiatura utilizzata. Il valore richiesto è indicato direttamente sul corpo del dispositivo o nel documento accompagnatorio.
Criterio n. 2: livello di protezione
Un inverter solare di alta qualità dovrebbe avere diversi livelli di protezione. Opzioni possibili: sistema di raffreddamento forzato, prevenzione dei cortocircuiti, protezione contro buchi e sovratensioni nella rete.
È anche importante disporre di un alloggiamento sigillato e rinforzato che impedisca l'ingresso di polvere e particelle di umidità. L'indicatore di protezione delle apparecchiature elettriche è standardizzato secondo la norma IEC-952.
Per le condizioni operative esterne, sono adatti i modelli con indice "IP65": la robustezza e l'affidabilità dell'inverter ne consentono l'utilizzo nell'atmosfera esterna.
Criterio n. 3: temperatura operativa e dimensioni
Un'ampia gamma di valori è un indicatore di una discreta qualità costruttiva dell'inverter. Il valore dell'indicatore è particolarmente rilevante quando si posiziona il convertitore in una stanza non riscaldata.
Il peso è un indicatore indiretto della qualità dell'inverter. C'è un'opinione: più pesante è il convertitore, più potente è. Ciò è spiegato dalla presenza di un trasformatore nelle apparecchiature ad alta potenza.
Nei modelli “leggeri”, l'assenza di trasformatore può causare il guasto dell'inverter quando viene fornita una corrente di spunto elevata.
Criterio n. 4: efficienza
Gli esperti consigliano di acquistare gli attuali "convertitori" con un'efficienza pari o superiore al 90%. Solo con questo parametro il funzionamento del sistema solare sarà efficace e la sua sistemazione conveniente. Perdere il 10% dell’energia solare è un lusso inaccettabile.
Funzionalità aggiuntive. Le funzionalità avanzate influiscono sul costo delle apparecchiature e non sono sempre richieste. Tuttavia, alcune opzioni valgono i soldi spesi.
I “dispositivi” utili e necessari includono:
- aggiunta automatica della potenza dell'inverter alla rete elettrica;
- regolazione del periodo di ricarica della batteria;
- selezione della sorgente di corrente prioritaria;
- mantenimento del lavoro con diversi tipi di batterie (alcaline, litio ferro fosfato, elio, AGM, acido);
- possibilità di funzionamento combinato con un convertitore di rete;
- impostazione dell'indicatore di tensione - prevenzione di "sbalzi" nella tensione di rete;
- possibilità di potenziare l'inverter aggiornando il firmware.
I moderni convertitori possono essere collegati ad un PC per la programmazione e il monitoraggio.
Revisione dei popolari convertitori ibridi
Tra i consumatori, gli inverter di società straniere hanno ricevuto buone recensioni: Xtender (Svizzera), Prosolar (Cina), Victor Energy (Olanda), SMA (Germania) e Xantrex (Canada). Rappresentante nazionale - MAP Sine.
Gamma Xtender di inverter multifunzione
Il convertitore ibrido Studer di Xtender è l'incarnazione dello standard di qualità svizzero nell'elettronica di potenza. Gli inverter solari della serie Xtender si distinguono per le loro impressionanti caratteristiche di robustezza e l'ampia funzionalità.
Varietà di modelli: XTS - rappresentanti a bassa potenza, XTM - modelli a media potenza, XTN - inverter ad alta potenza.
Ciascuna serie ibrida Xtender offre le seguenti funzionalità e opzioni:
- alimentazione ad onda sinusoidale pura;
- “aggiunta” di potenza alla rete dalla batteria;
- al diminuire della tensione di rete si riduce il consumo dell'alimentatore centrale;
- due modalità di selezione della priorità: la prima “soft” con alimentazione entro il 10%, la seconda è un passaggio completo alla batteria;
- varietà di impostazioni dell'installatore;
- gestione del generatore di backup;
- modalità standby con un'ampia gamma di controlli;
- monitoraggio remoto dei parametri del sistema.
Tutte le modifiche hanno la funzione Smart Boost - connessione a diversi fornitori di energia (gruppo elettrogeno, inverter di rete) e Power Shaving - copertura garantita dei carichi di punta.
Convertitori ibridi Prosolar ottimali
Il modello di fabbricazione cinese ha buone caratteristiche ed un costo accettabile (circa 1200 USD). Il convertitore ottimizza il funzionamento dei pannelli solari immagazzinando l'energia non utilizzata nella batteria.
Caratteristiche distintive:
- opzione per tracciare il punto di potenza limite di una batteria solare;
- display LCD informativo che visualizza i parametri di funzionamento del sistema;
- Caricabatterie a 3 livelli;
- regolazione massima della corrente fino a 25A;
- comunicazione dell'inverter.
Il convertitore si collega al PC tramite software (fornito come kit). È possibile modernizzare l'inverter tramite innovativi lampeggianti.
inverter sinusoidali Phoenix inverter
Gli inverter Phoenix soddisfano esigenze elevate e sono adatti per applicazioni industriali. La serie Phoenix Inverter viene rilasciata senza caricabatterie integrato.
I convertitori sono dotati del bus informazioni VE.Bus e consentono il funzionamento in configurazioni parallele o trifase.
La gamma di potenza della gamma di modelli è 1,2-5 kW, l'efficienza è del 95%, il tipo di tensione è sinusoidale.
Vantaggi competitivi:
- La tecnologia “SinusMax” supporta il lancio di “carichi pesanti”;
- due modalità di risparmio energetico: opzione di ricerca del carico e riduzione della corrente a vuoto;
- presenza di un relè di allarme - segnalazione di surriscaldamento, tensione batteria insufficiente, ecc.;
- impostazione parametri programmabili tramite PC.
Per ottenere una potenza elevata è possibile collegare in parallelo ad una fase fino a sei convertitori. Ad esempio, una combinazione di sei dispositivi con una potenza di 48/5000 è in grado di fornire una potenza di uscita di 48 kW/30 kVA.
Dispositivi MAP domestici Hybrid e Dominator
La società MAP Energia ha sviluppato due modifiche del convertitore ibrido: Gibrid e Dominator.
La gamma di potenza dell'apparecchiatura è 1,3-20 kW, il periodo di tempo per il passaggio da una modalità all'altra è fino a 4 ms, viene fornita la possibilità di “pompare” elettricità nella rete cittadina.
Caratteristiche generali dei convertitori di tensione Hybrid e Dominator:
- trasformatore basato su un toro;
- Non è prevista alcuna stabilizzazione della tensione in ingresso;
- modalità di “pompaggio” di potenza;
- l'uscita è seno puro;
- generazione di energia in eccesso nella rete;
- limitazione del consumo di corrente all'ingresso AC;
- classe IP21;
- il consumo in modalità “sleep” è di 2-5W.
L'efficienza dei convertitori raggiunge il 93-96%. I dispositivi hanno superato con successo i test per l'uso a temperature ultra basse (valore limite -25°, è accettabile una riduzione a breve termine a -50 °C).
Possibili schemi di collegamento
Quando si realizza un complesso fotovoltaico abbinato ad una rete centrale, esistono diverse opzioni per collegare un inverter.
Opzione n. 1: circuito con regolatore di carica CC
L'opzione più popolare è quella in cui la batteria viene caricata tramite un controller solare MPPT (analisi del punto di potenza di picco).
Caratteristiche della soluzione:
- uso efficiente dell'energia rinnovabile quando la rete è accesa/spenta;
- la possibilità di attivare il funzionamento dal sistema solare dopo che la batteria è scarica.
Un'altra soluzione è un leggero aumento delle perdite per la conversione dell'energia nella sezione "controller-batteria-inverter".
Opzione n. 2: schema con un ibrido e un convertitore di rete
Convertitore di rete all'uscita dell'inverter a batteria. Secondo lo schema due convertitori sono collegati a diversi pannelli solari.
Il convertitore ibrido è collegato al pannello fotovoltaico opzionale per ricaricare la batteria, mentre il convertitore di rete è collegato al modulo solare principale.
Caratteristiche del sistema:
- funzionamento ininterrotto indipendentemente dalla presenza della tensione di rete centrale;
- alta efficienza e minimizzazione delle perdite sul lato CC grazie a un livello di tensione sufficiente della batteria solare;
- le batterie funzionano quasi sempre in modalità buffer, il che ne aumenta la durata;
- l'uso di inverter ibridi progettati per caricare la batteria dall'uscita;
- la necessità di regolare il funzionamento dell'inverter di rete.
La potenza totale del convertitore di rete non deve superare la potenza del "convertitore" ibrido: ciò consente di utilizzare l'energia dei pannelli solari in caso di scarica della batteria o interruzione della rete.
Indipendentemente dal circuito scelto, è necessario tenere conto di una serie di sfumature quando si collega l'inverter:
- I collegamenti dei cavi per la CC non devono essere lunghi. Si consiglia di posizionare l'inverter in prossimità (fino a 3 m) dei pannelli solari, quindi “costruire” la linea principale con CA.
- Il convertitore non deve essere montato su strutture realizzate con materiali infiammabili.
- L'inverter a parete è posizionato all'altezza degli occhi per una facile lettura delle informazioni dal display.
Esistono requisiti speciali per il collegamento di modelli con una potenza superiore a 500 W. La connessione deve essere rigida con un contatto affidabile tra i terminali del dispositivo e i fili.
Sul nostro sito web sono presenti anche altri articoli sull'energia solare e sul collegamento di singoli componenti e moduli durante l'assemblaggio di un sistema autonomo.
Ti consigliamo di leggere i seguenti materiali:
- Schema di collegamento pannelli solari: al controller, alla batteria e ai sistemi serviti
- Caricabatterie solare: dispositivo e principio di funzionamento della ricarica solare
- Come realizzare una batteria solare con le tue mani: metodi per assemblare e installare un pannello solare
Conclusioni e video utile sull'argomento
Il concetto di “inverter ibrido”, la sua struttura, funzioni e opzioni:
Panoramica delle capacità, modalità operative ed efficienza dell'utilizzo del convertitore multifunzione InfiniSolar da 3 kW:
Progettare un sistema di alimentazione solare è un compito complesso e responsabile. È meglio affidare il calcolo dei parametri necessari, la selezione dei componenti del complesso solare, il collegamento e la messa in servizio a professionisti.
Gli errori commessi possono portare a guasti del sistema e all’uso inefficace di apparecchiature costose.
Stai scegliendo la migliore opzione di convertitore per il funzionamento di un sistema di fornitura di energia solare autonomo? Hai domande che non abbiamo trattato in questo articolo? Chiediglielo nei commenti qui sotto: cercheremo di aiutarti.
O magari hai notato imprecisioni o incongruenze nel materiale presentato? Oppure vuoi integrare la teoria con consigli pratici basati sull'esperienza personale? Scrivici a riguardo, condividi la tua opinione.
Se scegli l'inverter giusto e di alta qualità, puoi persino guadagnare con la tua eco-casa. Il problema più grande per la Russia nel caso di organizzazione di una casa completamente indipendente dal punto di vista energetico è la mancanza di una “tariffa verde”, grazie alla quale sarà possibile vendere l'energia in eccesso alla rete. E quindi il concetto di eco-casa è molto attraente per l'Estremo Oriente, dove c'è molto sole e territori non sviluppati.
Qual è il problema? Non c'è così tanto sole in un anno, puoi risparmiare energia da utilizzare in seguito. Questo non è affatto un problema. Vuoi dare la colpa di tutto al Paese? E poi, ad esempio, se esistesse una legge del genere, venderesti tutta l'elettricità in caso di necessità, e poi cosa fare in inverno o in altro periodo? Anche questa è una possibilità molto controversa. Un'altra cosa è che in generale siamo molto indietro. Ma non ha senso esagerare i problemi in ogni cosa.
Il problema è che in Russia la “tariffa verde” non è stata adottata a livello legislativo. Già per il terzo anno si è discusso attivamente il disegno di legge che, tra l'altro, è abbastanza ben congegnato.
L'essenza di questo disegno di legge è che il governo vuole regolamentare la produzione di elettricità negli impianti di microgenerazione con una capacità fino a 15 kW. Questa particolare potenza è stata scelta perché il collegamento di tali stazioni non comporterà un carico eccessivo sulla rete elettrica.
Nella vicina Ucraina, ad esempio, già da diversi anni i residenti beneficiano dei vantaggi della “tariffa verde” e vendono allo Stato l’elettricità in eccesso. Ciò è particolarmente vero durante il picco di produttività dei pannelli solari, da maggio ad agosto, quando è effettivamente possibile vendere l’elettricità in eccesso a una “tariffa incentivante”.
Anatoly, come puoi risparmiare energia in modo da poterla utilizzare più tardi in inverno? Condividi il tuo segreto con la comunità energetica globale.
Per favore dimmi come/dove collegare un inverter ibrido per fornire elettricità alla rete se sono presenti stabilizzatori di tensione triac monofase in ingresso: prima o dopo gli stabilizzatori? È prevista l'installazione di un inverter su una fase con successiva espansione del sistema a trifase.