Выбор типа инвертора при проектировании солнечной электростанции

В статье рассмотрена технология работы современных инверторов, приведены схемы подключения данного оборудования в составе солнечных электростанций. В зависимости от условий работы предложен выбор различных типов инверторов при проектировании объектов. Выполнена сравнительная характеристика сетевых, гибридных и автономных инверторов.

Ключевые слова: инвертор, ВИЭ, солнечная электростанция, фотоэлектрический солнечный модуль.

Основным оборудованием современных солнечных электростанций, обеспечивающих бесперебойное электроснабжение автономных потребителей, является инвертор. Преобразование постоянного тока (DC), вырабатываемого фотоэлектрическими солнечными модулями или аккумуляторными батареями в переменный синусоидальный ток (AC) на выходе осуществляет инвертор. Современные инверторы построены по технологии MPPT (Maximum Power Point Tracking) суть которой состоит в автоматическом отслеживании на вольт-амперной характеристике фотоэлектрического солнечного модуля точки максимальной мощности (MPP) в реальном времени. Контроллер MPPT решает задачу преобразования входного напряжения и тока, которые в зависимости от погодных условий и степени освещенности солнечных панелей, меняются в широком диапазоне. Автоматическое вычисление точки максимальной мощности от солнечных панелей, позволяет повысить КПД использования солнечной энергии до 20–30 %. Технология MPPT позволяет собирать цепь из большого количества последовательно соединенных панелей, напряжение от которых будет намного превышать напряжение аккумуляторных батарей, тем самым снижая потери постоянного тока в проводниках. На рисунке 1 приведен график определения точки максимальной мощности (MPP).

Рис. 1. График определения MPP

В зависимости от технических требований и условий работы, которые определены в отношении солнечной электростанции, необходимо решить задачу по выбору инвертора. На этапе разработки электрической схемы следует учитывать наличие различных типов инверторов, которые отличаются режимами работы и техническими характеристиками. Область применения и технические возможности линейки инверторов, выпускаемых производителями приведены в сравнительной таблице 1.

Таблица 1

Сравнительная характеристика инверторов различных типов

При разработке схемы электроснабжения потребителей в районах, где отсутствуют электрические сети целесообразно применить инвертор автономного типа. Такой инвертор обеспечит потребителей электроэнергией выработанной солнечными панелями в течении дня, а в темное время суток энергией, накопленной в аккумуляторах. Использование автономного инвертора позволяет системе функционировать независимо от сетей внешнего электроснабжения. Схема представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема подключения автономного инвертора

Для электроснабжения объектов, расположенных в электрифицированных районах широкое применение получили сетевые инверторы. На протяжении светового дня электроснабжение нагрузки потребителей осуществляется за счет энергии, вырабатываемой солнечными панелями, а в ночное время суток от внешних электрических сетей. Кроме экономии затрат на электроэнергию данная схема позволяет потребителю отдавать во внешнюю сеть невостребованную мощность с целью получения прибыли. Схема представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Схема подключения сетевого инвертора

Технически более функциональным является гибридный тип инверторов, который поддерживает режимы совместной работы с дизельным генератором, с сетью внешнего электроснабжения, а также существует возможность работы, как с аккумуляторными батареями, так и без них (в режиме сетевого инвертора). Гибридный инвертор при снижении нагрузки отдает часть мощности на зарядку аккумуляторов, при увеличении нагрузки дополняет энергию, поступающую от солнечных панелей энергией из аккумуляторных батарей. Наличие в схеме аккумуляторных батарей является надежным источником необходимой мощности в темное время суток, а так же в условиях недостаточного освещения солнечных панелей (туман, осадки, сумерки). Настройка параметров работы гибридного инвертора позволяют в автоматическом режиме коммутировать источники электроэнергии, повышая надежность системы и дополнительную защиту от перепадов напряжения. Схема представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Схема подключения гибридного инвертора

Рассмотренные в данной статье варианты подключения инверторов различных типов дают возможность выбрать схему солнечной электростанции. Принимая в качестве исходных данных наличие или отсутствие электрических сетей внешнего электроснабжения в районе проектируемой солнечной электростанции, осуществляется выбор оборудования и его тип. Выполнив оценку местных условий и технических требований, предъявляемых к солнечной электростанции, принимается решение о составе оборудования, его мощности и режиме работы. Применение современных инверторов обеспечивает долговечность и надежность работы системы в целом. Высокая эффективность предложенных технических решений, подтверждена опытом проектирования и эксплуатации современных СЭС.

Литература:

1. ГОСТ Р 51597–2000 Нетрадиционная энергетика. Модули солнечные фотоэлектрические. Типы и основные параметры.
2. ГОСТ Р 51594–2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Термины и определения.
3. Чубайс А. Б., Зубакин В. А., Копылов А. Е. Развитие ВИЭ в России: Технологии и экономика. Изд-во Точка, Москва 2020 г.
4. www.e-solarpower.ru Ресурс производителя оборудования для солнечных электростанций.
5. www.s-ways.ru Ресурс производителя MPPT инверторов.