Hybridní střídač pro solární panely: typy, přehled nejlepších modelů + vlastnosti připojení

Systémy napájení se současným využitím tradičního zdroje elektřiny a solární energie – ekonomicky odůvodněné řešení pro soukromé domy, chatové a rekreační oblasti i výrobní prostory.

Nepostradatelným prvkem soustavy je hybridní střídač pro solární panely, který určuje režimy dodávky napětí, zajišťuje nepřetržitý a efektivní provoz solárního systému.

Aby systém fungoval efektivně, je nutné nejen vybrat optimální model, ale také ho správně zapojit. A jak na to – to si rozebereme v našem článku. Rovněž probereme existující typy střídačů a nejlepší nabídky na současném trhu.

Hodnocení možností hybridního střídače

Využití obnovitelné solární energie v kombinaci s centralizovaným napájením přináší řadu výhod. Normální fungování solárního systému zajišťuje souhraná činnost jeho hlavních komponent: solárních panelů, regulátoru nabíjení, akumulátoru a jednoho z klíčových prvků – střídače.

Střídač solárního systému je zařízení pro přeměnu stejnosměrného proudu (DC) z fotovoltaických panelů na střídavou elektřinu. Na střídavém proudu 220 V pracují domácí spotřebiče. Bez střídače je výroba energie nesmyslná.

Schéma činnosti systému: 1 – solární moduly, 2 – regulátor nabíjení, 3 – akumulátorová baterie, 4 – měnič napětí (střídač) dodávající střídavý proud (AC)

Nejlépe je posoudit možnosti hybridního modelu ve srovnání s vlastnostmi provozu jeho nejbližších konkurentů – autonomních a síťových „konvertorů“.

Síťový typ střídače

Zařízení pracuje na zátěž veřejné elektrické sítě. Výstup z měniče je připojen ke spotřebitelům elektrické energie, síti AC.

Schéma se vyznačuje jednoduchostí, ale má několik omezení:

• funkčnost při dostupnosti střídavého proudu v síti;
• napětí elektrické sítě musí být relativně stabilní a odpovídat pracovnímu rozsahu měniče.

Tato varianta je žádaná v rodinných domech s platným „zeleným“ tarifem na elektrifikaci.

Během dne při minimální spotřebě energie proudí vyrobený proud do sítě za „zelené“ sazby, od večera do rána je budova „napájena“ z centralizovaného zásobování elektřinou.

Ostrovní varianta přístroje

Zařízení je napájeno z akumulátoru, který získává náboj ze solárních panelů přes MPPT regulátor. V systému se používají baterie různých typů, včetně vysoce technologických lithiových akumulátorů.

Při maximálním „naplnění“ akumulačního zařízení je přebytek elektrické energie přenesen na vstup invertoru, jehož výstup je připojen ke koncovým spotřebitelům AC.

V případě nedostatku sluneční aktivity je energie odebírána z akumulátorových baterií a prochází „konverzí“ přes napěťový invertor.

Zvláštnosti provozu autonomní instalace:

• možnost nezávislého provozu při absenci síťového střídavého proudu;
• některé modely podporují režim provozu podle „zeleného“ tarifu;
• Účinnost instalací – 90–93 %.

Pro zajištění absolutní autonomie objektu je vyžadován přesný výpočet výkonu solárních panelů a dostatečná energetická kapacita akumulátoru.

Varianta nezávislého použití invertoru bez zapojení do systému centralizovaného síťového připojení. Autonomní měnič je žádaný v oblastech s úplným nedostatkem nebo nízkou kvalitou dodávky elektřiny.

Hybridní typ střídače

Model se liší od výše popsaných zařízení speciální „architekturou“ výroby. Uvnitř je navrženo speciální elektrické schéma, které umožňuje v režimu měniče paralelně fungovat se zdrojem proudu (sítí, generátorem).

Současně probíhá napájení zátěže z centrální sítě a solárních panelů, přičemž funkce priority je přidělena dodavateli stejnosměrného proudu.

Hybridní měnič umožňuje maximálně efektivně spotřebovávat sluneční energii, aniž by se přepínal ze sítě napájení z centrální stanice nebo generátoru

Konkurenční výhody spočívají v multifunkčnosti invertorů hybridního typu:

1. Síť je jakýsi prostorný akumulátor s účinností 100%. Všechny přebytky vyrobené fotovoltaickými panely lze přesměrovat do centrální sítě podle „zeleného“ tarifu.
2. Zajištění nepřerušovaného napájení. Při výpadku hlavního napájení se systém přepne do autonomního režimu a chrání všechny spotřebitele před „skoky“ napětí.
3. Zvýšení limitu výkonu sítě při špičkovém zatížení díky přidání energie z akumulátorově-invertorového komplexu.

Při poklesu spotřeby přejde heliokomplex do režimu nabíjení a po čase je opět připraven k použití. Funkce dvojnásobného výkonu může být označena: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

Přidání výkonu probíhá podle následujících principů:

• pokud je používaný výkon nižší než maximální síťový odběr, pak kromě napájení zátěže probíhá nabíjení akumulátorové baterie;
• při absenci napětí v síti se spotřebovává elektrická energie získaná z baterie a převedená střídačem;
• pokud zátěž překračuje mezní hodnotu výkonu sítě, nedostatek je doplněn akumulovanou elektrickou energií ze solární baterie.

Uvedené režimy provozu jsou schopny podporovat hybridní modely s nabíječkou.

Některé multifunkční střídače jsou navrženy pro současné připojení několika vedení střídavého proudu pro automatické zapojení rezervy. Vysoce technické modely samy regulují nabíjení baterie.

Typy proudových střídačů

Při výběru „srdce“ autonomního systému napájení je třeba správně porovnat úkoly kladené na zařízení s jeho potenciálními možnostmi.

Hlavními znaky klasifikace hybridních střídačů jsou: algoritmus změny provozních režimů, tvar výstupního napětí a možnost obsluhy jednofázové nebo třífázové sítě.

Srovnání UPS a hybridní jednotky

Některé společnosti neúmyslně uvádějí spotřebitele v omyl, když nazývají zdroj nepřerušovaného napájení (UPS) hybridním střídačem. Zdá se, že obě zařízení plní podobné úkoly, ale je zde podstatný rozdíl.

UPS představuje střídač s nabíjecím zařízením. Modul primárně zajišťuje spotřebu energie z fotovoltaického zařízení a při jejím nedostatku přepíná na odběr ze sítě.

UPS není schopen plnit funkci „přimíchávání“ akumulované elektrické energie z baterií k síťové. Prioritní spotřeba ze zdroje DC je realizována odpojením od sítě a přechodem na provoz z baterie.

Fungování systému v „trhavém“ režimu vyvolává dodatečné cyklování baterie a urychluje její opotřebení. U většiny levných UPS je prahové napětí nastaveno bez možnosti regulace.

U modelů hybridních střídačů pro solární baterie jsou takové skoky vyloučeny – jednotka se přizpůsobuje požadovanému výkonu a pracuje současně s různými zdroji proudu.

Lze samostatně volit prioritní spotřebu. Obvykle je kladen důraz na spotřebu energie ze solárních baterií. U některých hybridních jednotek je k dispozici možnost omezení výkonu přicházejícího z městské sítě.

Srovnání funkcí oblíbených modifikací hybridních „konvertorů“ a UPS. U řady modelů Victron je možnost zvýšení výkonu střídače pomocí síťového.

Typy podle tvaru signálu střídače

Měniče proudu solárních baterií se klasifikují podle typu výstupního signálu.

Rozlišují se:

• čistá sinusovka;
• modifikovaný sinus (kvazi-sinusoida);
• meandr.

Poslední varianta se v praxi prakticky nepoužívá, protože prudká změna polarity způsobuje poruchy v činnosti zařízení.

Invertor s dodávkou obdélníkového signálu nedokáže ochránit zařízení před výkyvy napětí. Kromě toho většina domácích spotřebičů nevnímá obdélníkový (meandrový) proud.

Co je to čistá sinusoida?

Měnič vydává vysoce kvalitní signál, který převyšuje tvar síťového proudu. To je optimální varianta zajišťující provoz citlivých zařízení: topných kotlů, kompresorů, elektromotorů, lékařské techniky a přístrojů na bázi transformátorových zdrojů napájení.

Nevýhody invertorů se sinusovým kmitáním: vysoká cena a velké rozměry. Nákup měniče s čistým sinem vyjde dvakrát dráž než model s kvazi-sinusoidou při stejných parametrech výsledného výkonu.

Vlastnosti kvazi-sinusu

Přenos energetiky signálu ve formě modifikované sinusoidy může snižovat účinnost práce některých přístrojů, provokovat vznik šumu, způsobovat rušení nebo vést k poškození zařízení.

Při napájení nízkofrekvenčních transformátorů, asynchronních a synchronních motorů je patrná ztráta výkonu o 20–30 %. Tento nedostatek se přeměňuje na tepelnou energii, čímž dochází k nadměrnému zahřívání přístrojů.

Invertory s pseudosinusoidálním signálem se vyznačují kompaktností a přijatelnou cenou. Jejich použití je vhodné pro napájení přístrojů bez indukčních zátěží, určených ke spotřebě aktivních složek elektrického výkonu.

Do této skupiny patří: tepelně elektrické ohřívače, žárovky osvětlovacích systémů a další rezistivní konstrukce.

Varianty modifikovaného sinusu: 1 – složitější tvar meandru s pauzou, 2 – přiblížení k čistému sinusu díky zvýšení počtu přechodů

Tvar výstupního signálu je uveden v pasportu invertoru nebo záložního zdroje. Možná označení: „Back“ – záruka absence čistého sinusu, „Smart“ – pravděpodobnost získání kvalitního proudu na výstupu.

Někteří výrobci v průvodním dokumentu uvádějí koeficient harmonických (index nelineárního zkreslení). Pokud je parametr menší než 8 %, jednotka vydává prakticky ideální sinus.

Jednofázové a třífázové modely

Jednofázové invertory se převážně zabudovávají do obvodu fotovoltaického systému pro domácí použití se standardním napětím 220 V.

Rozsah výstupního napětí při připojení na jednu fázi se u různých modelů pohybuje v rozmezí 210–240 V, výstupní frekvence – 47–55 Hz, výkon – 300–5000 W.

Jednofázové měniče jsou vyráběny pro standardní hodnoty napětí akumulátorových baterií: 12, 24 a 48 V. Aby měnič nefungoval na hranici svých možností, je nutné sladit výkon „konvertoru“ s napětím solárního panelu nebo akumulátoru.

Rozsah závislosti charakteristik akumulátoru (napětí – V) a solárního měniče (jmenovitý výkon – W): 12 V – do 600 W, 24 V – do 1,5 kW, 48 V – nad 1,5 kW

Třífázové měniče se používají pro dodávku třífázového proudu, který zajišťuje napájení elektromotorů. Převažující použití – výroba, dílny, komerční účely.

Třífázové měniče se vyznačují vysokým výkonem (3–30 kW) a širokým rozsahem výstupního střídavého napětí (220 V/400 V).

Na trhu jsou k dispozici také kombinované modely. Patří mezi ně jednofázové měniče s možností synchronizace výstupů měniče s fázovým posunem – to umožňuje napájet třífázové zátěže. Všechny typy zařízení pro přeměnu proudu ze solárních panelů jsme probrali v jiném našem článku.

Parametry výběru střídače pro solární panely

Účinnost práce měniče a celého systému elektrického napájení do značné míry závisí na správném výběru parametrů zařízení.

Kromě výše popsaných charakteristik je třeba zhodnotit:

• výstupní výkon;
• typ ochrany;
• pracovní teplotu;
• rozměry instalace;
• účinnost;
• dostupnost dalších funkcí.

Dále se podíváme na všechny tyto charakteristiky podrobněji.

Kritérium #1 – výkon přístroje

Jmenovitá hodnota „solárního“ měniče se volí na základě maximálního zatížení sítě a předpokládané doby autonomního provozu. V startovacím režimu je měnič schopen poskytnout krátkodobé zvýšení výkonu v okamžiku uvedení kapacitních zátěží do provozu.

Toto období je typické při zapínání myček nádobí, praček nebo ledniček.

Při použití osvětlovacích lamp a televizoru postačí nízkovýkonný měnič o výkonu 500–1000 W. Obvykle je nutný výpočet celkového výkonu používaných zařízení. Potřebná hodnota je uvedena přímo na těle zařízení nebo v průvodním dokumentu.

Získanou hodnotu je vhodné zvýšit o 20–30 % – to bude požadovaný výstupní výkon měniče. Například celkový výkon zařízení je 500 Wh, doba autonomního provozu – 5 h. Výpočet: 500 Wh * 5 h * 1,2 = 3000 Wh

Kritérium #2 – stupeň krytí

Kvalitní solární měnič by měl mít několik stupňů ochrany. Možné varianty: systém nuceného chlazení, prevence zkratu, ochrana proti propadům a přepětí v síti.

Nezanedbatelné je přítomnost hermeticky zesíleného krytu, který zabraňuje vniknutí prachových částic a vlhkosti. Stupeň ochrany elektrického zařízení je standardizován podle normy IEC-952.

Index se označuje jako IP AB, kde A je stupeň ochrany proti vniknutí cizích částic do zařízení, B je odolnost proti působení vlhkosti.

Pro venkovní použití jsou vhodné modely s indexem «IP65» – pevnost a spolehlivost střídače umožňuje jeho použití ve venkovním prostředí.

Kritérium #3 – pracovní teplota a rozměry

Široký rozsah hodnot – ukazatel kvalitního zpracování střídače. Velikost tohoto ukazatele je zvláště důležitá při umístění měniče v nevytápěné místnosti.

Hmotnost – nepřímý ukazatel kvality střídače. Existuje názor, že čím těžší měnič, tím je výkonnější. To je způsobeno přítomností transformátoru ve vysoce výkonném zařízení.

U «odlehčených» modelů může absence transformátoru způsobit poruchu střídače při přivedení vysokého rozběhového proudu.

Podle pozorování odpovídá jeden kilogram hmotnosti solárního měniče výstupnímu výkonu 100 W. Rozměry střídače určují způsob jeho montáže.

Kritérium #4 – účinnost

Odborníci doporučují pořizovat «konvertory» proudu s účinností od 90%. Pouze s tímto parametrem bude provoz solárního systému efektivní a jeho vybavení účelné. Ztráta 10% sluneční energie je nepřípustný «luxus».

Doplňková funkčnost. Rozšířené možnosti ovlivňují cenu zařízení a nejsou vždy žádané. Některé možnosti však vynaložené prostředky ospravedlní.

Mezi užitečná a nezbytná «zařízení» patří:

• automatické přidávání výkonu střídače k elektrické energii sítě;
• nastavení doby nabíjení akumulátoru;
• výběr prioritního zdroje proudu;
• udržování provozu s akumulátory různých typů (alkalickými, lithium-železo-fosfátovými, gelovými, AGM, kyselými);
• možnost kombinovaného provozu se síťovým měničem;
• nastavení hodnoty napětí – prevence «skoků» síťového napětí;
• možnost modernizace střídače aktualizací firmwaru.

Moderní měniče lze připojit k PC pro programování a monitorování.

Pro sledování provozu zařízení a elektrických sítí nabízejí výrobci bezplatný software. Zajímavá možnost – odesílání SMS upozornění o stavu systému na žádost uživatele

Přehled oblíbených hybridních střídačů

Mezi spotřebiteli získaly dobré recenze invertory zahraničních společností: Xtender (Švýcarsko), Prosolar (Čína), Victor Energy (Nizozemsko), SMA (Německo) a Xantrex (Kanada). Domácím zástupcem je MAP Sine.

Řada multifunkčních střídačů Xtender

Hybridní měnič Studer od společnosti Xtender – ztělesnění švýcarského standardu kvality ve výkonové elektronice. Solární invertory řady Xtender se vyznačují vynikajícími pevnostními charakteristikami a širokou funkčností.

Modely: XTS – nízkovýkonové, XTM – středně výkonové, XTH – vysokovýkonové invertory.

Rozsahy výkonů Xtender: XTS – 0,9-1,4 kW, XTM – 1,5-4 kW, XTH – 3-8 kW. Výstupní napětí – 230 V, frekvence – 50 Hz

Každé sérii hybridních měničů Xtender jsou vlastní následující charakteristiky a možnosti:

• čistý sinusový průběh dodávky;
• „přimíchávání" výkonu do sítě z akumulátoru;
• při poklesu síťového napětí se snižuje odběr z centrálního napájení;
• dva režimy volby priority: první – „měkký" s podporou ze sítě do 10 %, druhý – úplné přepnutí na akumulátor;
• množství nastavení pro instalatéry;
• ovládání chodu záložního generátoru;
• pohotovostní režim s širokým rozsahem regulace;
• dálkové monitorování parametrů systému.

Ve všech modifikacích je funkce Smart Boost – připojení k různým „dodavatelům" napájení (generátorová jednotka, síťový invertor) a Power Shaving – garantované pokrytí špičkového zatížení.

Optimální střídače Prosolar Hybrid

Model čínské výroby má dobré parametry a přijatelnou cenu (asi 1200 USD). Měnič optimalizuje provoz solárních panelů a ukládá nevyužitou energii do akumulátoru.

Technické parametry: tvar napětí – sinus, účinnost přeměny – 90 %, hmotnost zařízení – 15,5 kg, přípustná vlhkost – 90 % bez kondenzace, teplota -25 °C až +60 °C

Odlišující vlastnosti:

• funkce sledování bodu mezního výkonu solárního panelu;
• informační LCD displej zobrazující provozní parametry systému;
• 3-stupňová nabíječka akumulátoru;
• nastavení maximálního proudu do 25 A;
• komunikativnost invertoru.

Měnič se připojuje k PC pomocí softwaru (dodává se v sadě). Je možnost modernizace invertoru pomocí inovativního přeprogramování.

Sinusové střídače Phoenix Inverter

Invertory Phoenix splňují vysoké požadavky a jsou vhodné pro průmyslové použití. Řada Phoenix Inverter je vydána bez vestavěné nabíječky.

Měniče jsou vybaveny informační sběrnicí VE.Bus a umožňují provoz v paralelních nebo třífázových konfiguracích.

Rozsah výkonů modelové řady – 1,2-5 kW, účinnost – 95 %, typ napětí – sinusoida.

V tabulce jsou uvedeny charakteristiky hybridní modifikace invertoru 48/5000 od společnosti Victron Energy. Orientační cena Phoenix Inverter o výkonu 5 kW – 2500 měnových jednotek.

Konkurenční výhody:

• technologie «SinusMax» podporuje spouštění «těžkých zátěží»;
• dva režimy úspory energie – možnost vyhledávání zátěže a snížení proudu naprázdno;
• přítomnost signalizačního relé – upozornění na přehřátí, nedostatečné napětí baterie atd.;
• nastavení programovatelných parametrů přes PC.

Pro dosažení vysokého výkonu je možné paralelní připojení k fázi až šesti měničů. Například kombinace šesti zařízení o jmenovitém výkonu 48/5000 může poskytnout výstupní výkon – 48 kW/30 kVA.

Domácí přístroje MAP Gibrid a Dominator

Společnost MAP «Energija» vyvinula dvě modifikace hybridního měniče: Gibrid a Dominator.

Rozsah výkonů zařízení je 1,3-20 kW, časový interval pro přepínání mezi režimy – až 4 ms, je zajištěna možnost «přetékání» elektrické energie do městské sítě.

Srovnávací tabulka možností měničů. Oba typy mohou pracovat v režimu EKO, každý model se «spojuje» s webovým serverem pro vzdálený monitoring a úpravy.

Obecné charakteristiky napěťových měničů Gibrid a Dominator:

• transformátor na bázi toroidu;
• stabilizace vstupního napětí chybí;
• režim «přetékání» výkonu;
• výstup – čistý sinus;
• generace přebytku energie do sítě;
• omezení odběrového proudu na vstupu AC;
• třída krytí IP21;
• spotřeba v «spícím» režimu – 2-5 W.

Účinnost měničů dosahuje 93-96%. Přístroje úspěšně prošly testy na použití při extrémně nízkých teplotách (mezní hodnota -25 °C, povoleno krátkodobé snížení až na -50 °C).

Možné schémata zapojení

Při budování fotovoltaického systému kombinovaného s centrální sítí existují různé možnosti připojení invertoru.

Varianta #1 – schéma s DC regulátorem nabíjení

Nejoblíbenější varianta, kde nabíjení akumulátorové baterie probíhá přes solární regulátor MPPT (analýza bodu maximálního výkonu).

Ve schématu je použit měnič podporující přenos elektřiny do sítě nebo zátěže, pokud napětí akumulátoru překročí uživatelem nastavený parametr

Vlastnosti řešení:

• efektivní využití obnovitelné energie při přítomnosti/výpadku sítě;
• možnost aktivace provozu ze solárního systému po vybití akumulátoru.

Dalším řešením jsou také mírně zvýšené ztráty při přeměně energie v úseku «regulátor-baterie-měnič».

Varianta #2 – schéma s hybridním a síťovým střídačem

Síťový měnič na výstupu bateriového měniče. Podle schématu jsou dva konvertory připojeny k různým solárním panelům.

Hybridní měnič je připojen k volitelnému fotovoltaickému panelu pro dobíjení baterie, síťový měnič je spojen s hlavním solárním modulem.

Za normálních podmínek (přítomnost síťového proudu) síťový měnič napájí rezervovanou zátěž, účinnost přeměny je asi 95 %. Přebytek energie jde do baterie a po jejím naplnění do veřejné sítě.

Charakteristiky systému:

• nepřerušovaný provoz bez ohledu na přítomnost centrálního síťového napětí;
• vysoká účinnost a minimalizace ztrát na straně DC díky dostatečné úrovni napětí solárního panelu;
• baterie pracují téměř vždy v nárazníkovém režimu, což prodlužuje jejich životnost;
• použití hybridních měničů navržených pro nabíjení baterie z výstupu;
• nutnost regulace provozu síťového měniče.

Celkový výkon síťového měniče nesmí překročit výkon hybridního «konvertoru» – to umožňuje využít energii solárních panelů v případě vybití baterie nebo výpadku sítě.

Bez ohledu na zvolené schéma je třeba při připojení měniče zohlednit řadu nuancí:

1. Drátová spojení pro DC by neměla být dlouhá. Měnič je vhodné umístit blízko (do 3 m) od solárních panelů a poté «prodlužovat» vedení AC.
2. Měnič je nepřípustné montovat na konstrukce z hořlavých materiálů.
3. Nástěnný měnič se umisťuje ve výši očí pro snadné čtení informací z displeje.

Na připojení modelů s výkonem vyšším než 500 W jsou kladeny zvláštní požadavky. Spojení musí být pevné se spolehlivým kontaktem mezi svorkami zařízení a vodiči.

Na našich webových stránkách jsou také další články o solární energetice a připojování jednotlivých součástí a modulů při sestavování autonomního systému.

Doporučujeme k seznámení následující materiály:

• Schéma zapojení solárních panelů: k regulátoru, k akumulátoru a napájeným systémům
• Solární nabíječka: konstrukce a princip fungování nabíjení ze slunce
• Jak vyrobit solární baterii svépomocí: způsoby sestavení a instalace solárního panelu

Závěry a užitečné video k tématu

Pojem «hybridního měniče», jeho zařízení, funkce a varianty provedení:

Přehled možností, provozních režimů a efektivity použití multifunkčního měniče InfiniSolar o výkonu 3 kW:

Návrh solárního systému napájení je složitý a zodpovědný úkol. Výpočet potřebných parametrů, výběr součástí solárního komplexu, připojení a uvedení do provozu je lepší svěřit odborníkům.

Chyby mohou vést k poruchám systému a neefektivnímu využití drahého zařízení.

Vyberete optimální typ měniče pro provoz autonomního solárního systému? Máte otázky, které jsme v tomto článku nezmínili? Zeptejte se v komentářích níže – pokusíme se vám pomoci.

Nebo jste si všimli nepřesností nebo nesrovnalostí v uvedeném materiálu? Nebo chcete doplnit teorii praktickými doporučeními na základě vlastních zkušeností? Napište nám o tom, podělte se o svůj názor.