При постоянном росте рынка альтернативной энергетики особое внимание уделяется не только элементам по выработке электроэнергии (ветряки, солнечные батареи), но и электронным компонентам, выполняющим преобразование этой энергии, таким как инверторы. КПД инвертора указывает на процент энергии, которая поступит от источника энергии непосредственно в сеть. Некоторые смарт-инверторы (умные инверторы) способны достигать КПД порядка 98%. Для достижения высокой эффективности используют самые надежные компоненты, такие как полупроводниковые элементы (IGBT, MOSFET транзисторы), конденсаторы (электролитические большой емкости или пленочные конденсаторы), трансформаторы и другие не менее важные компоненты.
Инвертор – очень требователен к силовым электронным компонентам. Признавая важную роль интеллектуального преобразователя частоты для рынка солнечной энергетики, компания ABB заявила о создании многомиллионной установки для тестирования солнечных инверторов в этом году.
Лаборатория оснащена уникальной большой климатической камерой, способной моделировать погодные условия для электрических испытаний начиная от арктической тундры, и заканчивая тропическими лесами. Камера позволяет форсировать процесс испытания преобразователя частоты, так как он рассчитан на срок службы более 20 лет. Лаборатория, которая находится в Хельсинки, испытывает и проверяет преобразователи частоты для безопасной эксплуатации, совместимость с требованиями возобновляемых источников энергии конкретной сети, измерение гармоник сети, а также различные сетевые взаимодействия.
Европа активно работает над модернизацией электросетей довольно длительное время, а США принимают первые шаги по реализации смарт-сетей.
Например, Министерство энергетики США объявило о выделении $18 миллионов на финансирование шести новых проектов на фотоэлектрических элементах, с использованием станций хранения электрической энергии и преобразователей частоты с сетью интернет, работающих с помощью смарт-зданий, а также утилит связи и систем управления. Результатом этого проекта будет интеграция сотен гигаватт солнечной энергии в энергосистему США.
Интернет – инверторы или смарт инверторы, имеют цифровую архитектуру и способность двунаправленной передачи данных, надежную программную инфраструктуру, способную обеспечить следующие функциональные возможности по улучшению сети:
- Дистанционное включение/отключение – умные преобразователи частоты способны самостоятельно подключатся или отключаться от сети;
- Контроль коэффициента мощности – способность преобразователя в динамическом режиме регулировать увеличение или уменьшение cos φ, устанавливая отношение реальной мощности к средней;
- Контроль реактивной мощности – способен поддерживать заданный уровень генерируемой или потребляемой реактивной мощности;
- Вольт/реактивное управление питанием – регулирование напряжения путем модуляции реактивной мощности;
- Вольт / реальное управление питанием — регулирование напряжения путем модуляции реальной выходной мощности.
- Управление частотой – выходная мощность изменяется в зависимости от частоты выходного напряжения;
- Низкое / высокое напряжение и частота – преобразователь остается подключенным к сети и подстраивает выходное напряжение при высоких и низках частотах, а также при нулевом, низком и высоком напряжениях;
- Регулирование выходной мощности – инвертор задает верхний предел активной мощности для уменьшения суммарной выходной мощности;
Классификация инверторов для солнечных батарей
Инверторы для солнечных батарей (часто называют сетевые инверторы) классифицируют как стринг-инверторы, центральные инверторы и микро инверторы:
- Стринг инверторы применяются, как правило, в системах до 100 кВт, таких как дома или небольшие коммерческие проекты, где работает система слежения за точкой максимальной мощности(MPPT);
- Центральные инверторы применимы для систем свыше 100 кВт, таких как большие массивы солнечных батарей установленных на крышах зданий и промышленных объектов, а также специальных площадках;
- Микро-преобразователи представляют собой преобразователи типа стринг с системой слежения за точкой максимальной мощности (MPPT) для максимальной оптимизации мощности каждой солнечной панели вместо всей системы, как при использовании центрального инвертора, но при более низкой мощности (как правило, 300 Вт).
Микро-инверторы лучше стринговых? На этот вопрос невозможно ответить однозначно — да или нет. Этот зависит от многих факторов – количество панелей, освещение, диапазон рабочих температур, мониторинг работы системы, возможности последующей модернизации, затраты на обслуживание и другие факторы. У микро-инверторов главным преимуществом является то, что они могут изолировать одну панель, не влияя при этом на производительность всей системы. А с другой стороны преобразователи типа стринг предлагают более низкую стоимость за ватт мощности и проще в установке.
Пример смарт-инверторов
В США наиболее популярные инверторы, находящиеся в эксплуатации, IEEE1547 и UL 17451. Некоторые из них имеют встроенные смарт-функции, но согласно действующим нормам и правилам они отключены. Давайте рассмотрим некоторые смарт-преобразователи, которые в ближайшее время могли бы удовлетворить растущие требования функциональности электрических сетей.
Eaton Corp. предлагает свой Power Xpert Solar Inverter:
Он имеет большую мощность (1,5 МВт и 1,67 МВт) и состоит из консервативно разработанных критических компонентов, таких как IGBT, конденсаторы, выключатели постоянного и переменного тока и других компонентов. Имеет также широкий диапазон слежения за точкой максимальной мощности (500 – 1000 В постоянного тока), что максимизирует время работы инвертора. Также у него прочный корпус, не требующий установки в закрытых помещениях.
Солнечные инверторы Xpert сертифицированы Intertek на UL174 и соответствует стандарту IEEE 1547 (общие гармонические искажения при номинальной мощности). Максимальное КПД инвертора составляет 98%.
SMA предлагает преобразователь типа стринг для применение в сетях до 1000 В постоянного тока в децентрализованных коммерческих приложениях.
SMA Sunny TriPower 30000TL –US представляет собой 30 кВт бестрансформаторный трехфазный инвертор с пиковой эффективностью выше 98% и независимыми MPP трекерами, подключающими восемь строк OptiTrac Global Peak для смягчения тени.
В последнее время также отмечается и рост популярности микро-инверторов, даже не смотря на то, что это далеко не новая технология и стоимость ватта мощности у них выше, чем в строковых. Рост популярности объясняется широким применением их для коммерческих проектов и проектов жилых зданий, так как присутствует возможность управлять каждой панелью отдельно. ABB MICRO, с мощностью 0,25 – 0,3 кВт, обещают уменьшить влияние эффекта затемнения и других факторов, что позволит достигать максимальной эффективности в 96,8%.
Выводы
Солнечные инверторы – сердце всей солнечной энергетики. Солнечные инверторы всегда будут опережать электрические сети по своим возможностям, стимулируя тем самым развитие энергосистем. Для того чтобы раскрыть полностью возможности смарт-инверторов необходимо постоянно улучшать качество электрических сетей.
