Инвертори за фотоволтаични системи

Част II. Работни характеристики и функционални възможности на инвертори за автономни PV системи

Инверторите са основен елемент от всяка фотоволтаична централа. Както вече бе споменато в първата част на статията в ТД - Инсталации, Оборудване, Инструменти, бр. 4/2010, функцията им е да преобразуват постояннотоковата електроенергия, постъпваща от соларната система, в променливотокова с подходящо за мрежата напрежение, честота и фаза.

Сред останалите им задачи е максимизиране на производителността на фотоволтаиците чрез проследяване на максималната работна точка в променливите условия, в които работят фотоволтаиците, както и осигуряването на безопасно функциониране на системата. След като в миналия брой ви запознахме с видовете мрежово свързани инвертори, тяхното оразмеряване и инсталация, обект на настоящата публикация са инверторите за автономни фотоволтаични системи и техните характеристики.

Автономните фотоволтаични системи
(АФС) обикновено се използват в места без достъп до централната електроенергийна мрежа или за самостоятелно захранване на различни устройства - домакински електроуреди, улични лампи, помпи за вода, преносими уреди и други. В типичната автономна фотоволтаична система DC електричеството, произвеждано от модулите, се използва непосредствено след това или се съхранява в акумулаторни батерии. Ако се захранват DC уреди от системата, те обикновено са свързани към батерията чрез предпазител. За захранване на АС уреди се използва директно свързан с акумулаторната батерия инвертор. Съществуват и системи, в които постоянният ток се използва директно без батерии, например за захранване на помпени станции.
Фотоволтаичните модули трябва да съответстват на DC напрежението, определено от батерията. Системното напрежение обикновено е 12 VDC или 24 VDC, а при по-големите системи - 48 VDC. Работното напрежение трябва да е достатъчно високо, за да зарежда батериите. От фотоволтаичния модул се очаква да достави това напрежение на батерията след загубите в кабелите, в контролерите за зареждане и диодите и често при условия, в които слънчевите клетки работят при много високи температури. За надеждно зареждане на батерия от 12 V е необходим модул със средно Voc около 20 V.
За разлика от системите, свързани към мрежата, при автономните системи обикновено не се следи точката на максимална мощност (MPP - Maximum Power Point). Това означава, че тези системи работят с по-ниска ефективност. В някои случаи, автономните фотоволтаични системи разполагат с допълнителен източник на енергия - генератор, използващ конвенционални горива или вятърни турбини.

Характеристики на инверторите в АФС
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 синхроннна 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.

Комбинирани инвертори
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.

Дистанционен мониторинг на системата
Сред функционалните характеристики на някои инвертори от утвърдени производители е възможността за дистанционно наблюдение на работата на инсталацията и нейната производителност. Освен интерфейс за дистанционна комуникация, тези инвертори могат да включват и устройства за съхранение и запис на информацията. Сред наблюдаваните показатели са работата на системата в реално време, нейната дневна производителност, неизправности в някой от компонентите и т.н. Чрез модем може да се осъществи безжичен пренос на данни. Сред останалите варианти за комуникация са радиовълните или комуникация по захранващите кабели, при която данните се предават по стандартната АС инсталация.
Съществува вероятност комуникацията да окаже негативно въздействие върху работата на останалите електрически устройства, затова специалистите препоръчват извършването на периодични проверки или инсталирането на отделен информационен кабел, за да се предотвратят смущения.