Grid-tie инвертор

Электрическая сеть как большой аккумулятор

Традиционно, и особенно там, где нет электрической сети, накопление энергии от солнечных батарей, ветрогенераторов, минигидроэлектростанций происходит в аккумуляторах. Накопление энергии требуется для сглаживания пиков потребления нагрузки и неравномерности выработки энергии, таких как фотоэлементы, которые ночью и при сильной облачности практически перестают выдавать энергию. Стоимость аккумуляторов, которые имеют достаточно ограниченный срок службы (например, 3—5 лет для свинцовых аккумуляторов) вносит очень заметный вклад в конечную стоимость выработанной электроэнергии из возобновляемых источников и получается существенно выше, чем электроэнергия, получаемая сейчас в промышленных масштабах: от атомных электростанций, гидро и газогенераторов. Аккумуляторы являются самым слабым звеном в альтернативной энергетике. Гелевые и литийионные аккумуляторы прослужат дольше, до 10 лет, но они и стоят в 5 раз дороже обычных аккумуляторов.

Химический Электро-аккумулятор не единственный способ накопления энергии, но чаще всего оптимальный по затратам на внедрение. В ГАЭС используется принцип гидроаккумуляции, но первоначальные затраты на строительство и эксплуатацию всё также высоки и большая зависимость от природно-климатических условий.

Практически всех этих минусов лишена возможность подавать энергию сразу тем, где она требуется в данный момент, а именно в энергетическую сеть. Избыток выработанной сети зелёная энергетика с помощью Grid-tie инвертора подаёт сразу потребителям, которые в ней нуждаются, а в те моменты, когда генерация энергии прекращается (например, ночью для солнечных панелей) потребители получает энергию из общей системы, генерируемую из других источников.

Тестирование

Перед тестированием «балконной» системы выявилась одна проблема — инверторов для такого малого масштаба просто не производят. Типичные параметры grid tie инвертора — мощность от 250Вт и напряжение панелей 22-65 или 45-90В. У меня же 2 параллельно соединенные солнечные панели по 50Вт давали 12-21В. Наконец, после поисков на ebay была найдена практически единственная модель с длинным названием 500W MPPT Micro Grid Tie Inverter 10.5-28V. Слово «micro» тут явно маркетинг, т.к. возможности крепления на панели не предусмотрено. Инвертор выглядит примерно так (фото со страницы продавца).

И собственно, тестирование. Все просто, инвертор подключается в розетку через ваттметр, который удобен для оценки показаний. Солнечные панели выходят на восточную сторону, и уже в 9 утра при солнечной погоде выработка составила 30Вт.

Все хорошо, я только успеваю порадоваться «до чего техника дошла», как слышу весьма громкий шум — в инверторе включился кулер. На габаритах инвертора китайцы сэкономили, и высокооборотный 40мм кулер дает такой шум и свист воздуха, что его слышно в соседней комнате. Конечно, в идеале обороты кулера должны были бы регулироваться в зависимости от температуры инвертора, но в моем случае это не работало. Т.к. использовать инвертор на полную мощность 500Вт я не планирую, то просто заказал другой, менее шумный кулер, которого для 100-200Вт вполне должно хватить.

Кстати, внутренности инвертора выглядят так:

Вот так нагреваются его части во время работы, температура компонентов до 40 градусов:

Это в принципе немного, с другой стороны, и мощность всего лишь 1/10 от максимальной. Было бы интересно проверить его нагрев при полных 500Вт, но такой возможности нет.

Другой недостаток проявился вечером, когда солнечные панели дают мало энергии — инвертор пытается включиться, загорается светодиод, но напряжение панелей от нагрузки проседает и он выключается, затем процесс повторяется снова. Вряд ли такие включения-выключения полезны для электронных компонентов, с другой стороны, ничего сильно страшного тут в принципе нет. Разработчики могли бы предусмотреть более интеллектуальный способ отключения инвертора, с другой стороны, это самая дешевая модель на рынке, да и работа от 100Вт панели для 500-ваттного инвертора не является штатной.

Итог: судя по ваттметру, целиком за солнечный день в сеть со 100-ваттной панели было отдано 0.25КВт*ч. В ценах на электричество желающие могут пересчитать сами, как и срок окупаемости инвертора (его цена около 80$).

Следующий день был пасмурным с дождем, и инвертор вполне ожидаемо, не запустился вообще. Он пытался включиться утром каждые 5 секунд, запуская при этом кулер, и «вззз-вззз» было слышно по всей комнате. В общем, с таким инвертором будильник по утрам точно не нужен. Хотя это не проблема инвертора как такового — во-первых, 500-ваттный инвертор просто не рассчитан на использование 100-ваттной панели, во-вторых, он не предназначен для установки в комнате.
Когда дождь закончился и небо относительно прояснилось, инвертор запустился, отдаваемая в сеть мощность составила около 12Вт.

Принцип работы

Сетевые инверторы преобразуют электроэнергию постоянного тока в энергию переменного тока, подходящую для подачи в общую электросеть. Сетевой инвертор (GTI) должен следить за фазой сети и, с очень высокой точностью, непрерывно поддерживать выходное напряжение немного выше напряжения сети. Высококачественный современный сетевой инвертор имеет фиксированный коэффициент мощности — он выдаёт прецизионное выходное напряжение и ток, а опережение фазы находится в пределах 1 градуса от сети переменного тока. Инвертор управляется микропроцессором, который следит за текущей формой сетевого напряжения переменного тока и выводит напряжение, точно соответствующее напряжению сети. Тем не менее, необходима подача и реактивной мощности в сеть для поддержания напряжения в локальной сети внутри допустимых значений. Иначе возможны перенапряжения в сети в мощных системах, когда генерация энергии достигает своего пика, например около полудня от солнечных панелей.

Grid-Tie инверторы также имеют важную функцию для быстрого отключения от электросети, если напряжение в общей электросети пропадает по каким-то причинам. Это требование Национального электрического стандарта США(NEC) гарантирует отключение сетевого инвертора, чтобы электросеть была обесточена при обслуживании работниками электрических сетей.

Правильно установленный сетевой инвертор позволяет использовать домохозяйству альтернативную систему выработки энергии, такую как солнечная или ветряная энергия, практически не требует обслуживания и каких-либо батарей. Если энергии альтернативных источников недостаточно, то недостаток мощности автоматически будет поступать из электрической сети.

Grid tie инвертор

Схема подключения инвертора к электросети очень проста:

По сути grid tie не сильно отличается от обычного преобразователя 12-220В, хотя есть несколько существенных отличий:
— grid tie синхронизируется с периодами сетевого напряжения,
— grid tie автоматически прекращает выработку, если сеть отключается (из соображений безопасности, например если сеть обесточили для ремонта),
— grid tie может использовать технологию MPPT (maximum power point tracking) и находить точку отдачи максимальной мощности для солнечных панелей.

На рынке есть 2 вида grid tie инверторов:
— «Стандартные» (название условно), которые ставятся в доме, и к ним подается напряжение от панелей. Мощность может варьироваться от 250Вт до нескольких киловатт, цена вопроса от 60$ до 6000$.
— Микроинверторы. Ставятся прямо на панель, таким образом прямо с панели получается сетевое напряжение 220В. Способ удобен тем, что не нужно тянуть толстые провода низкого напряжения, ну и надежность системы в целом получается выше.

Система легко параллелится и расширяется, примерно так:

В общем, все это достаточно интересно чтобы протестировать.

Оплата подачи электроэнергии в сеть

Электроэнергетические компании, в некоторых странах, платят за электроэнергию, которая вводится в общую электрическую сеть. Оплата устроена несколькими способами.

В системе чистого измерения компания платит за электричество полезной мощности вводимого в электрическую сеть, зафиксированную электросчетчиком. Например, клиент может потреблять 400 киловатт-часов в течение месяца и может вернуть 500 киловатт-часов в энергосистему в том же месяце. В этом случае электрическая компания заплатит за 100 киловатт-часов баланса мощности, подводимой обратно в электрическую сеть. В США чистая политика учета варьируется в зависимости от юрисдикции.

Зелёный тариф выдаётся на основании договора с распределительной компанией или иным органом питания, где клиент оплатил электроэнергию, переданную в электросеть.

В Соединенных Штатах системы системы подачи электроэнергии в общую сеть описаны в Национальном электрическом стандарте США(NEC), которые также предусматривают требования к сетевым инверторам.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий