Hibridni razsmernik za sončne celice: vrste, pregled najboljših modelov + značilnosti priključitve
Sistemi oskrbe z električno energijo, ki hkrati uporabljajo tradicionalno dobavo toka in sončno energijo, so ekonomsko utemeljena rešitev za zasebna stanovanjska poslopja, vikend naselja, počitniške hiške in proizvodne prostore.
Nepogrešljiv element sistema je hibridni razsmernik za sončne celice, ki določa načine dovajanja napetosti ter zagotavlja neprekinjeno in učinkovito delovanje sončnega sistema.
Da bi sistem deloval učinkovito, ni dovolj le izbrati optimalni model, treba ga je tudi pravilno priključiti. Kako to storiti – to bomo pojasnili v našem članku. Prav tako si bomo ogledali obstoječe vrste pretvornikov in najboljše ponudbe na trgu danes.
Vsebina članka:
Ocena zmogljivosti hibridnega razsmernika
Uporaba obnovljive sončne energije v kombinaciji s centraliziranim napajanjem prinaša številne prednosti. Normalno delovanje sončnega sistema zagotavlja usklajeno delovanje njegovih glavnih komponent: sončnih celic, krmilnika polnjenja, akumulatorja ter enega od ključnih elementov – razsmernika.
Razsmernik sončnega sistema je naprava za pretvorbo enosmernega toka (DC), ki prihaja iz fotonapetostnih panelov, v izmenični tok. Prav na tok z napetostjo 220 V delujejo gospodinjski aparati. Brez razsmernika je proizvodnja energije brez pomena.

Oceno zmogljivosti hibridnega modela je najbolje opraviti v primerjavi z značilnostmi delovanja njegovih najbližjih konkurentov – avtonomnih in omrežnih »pretvornikov«.
Omrežni tip razsmernika
Naprava deluje na breme skupnega električnega omrežja. Izhod pretvornika je priključen na porabnike električne energije, na omrežje AC.
Shema je preprosta, vendar ima nekaj omejitev:
- delovanje ob razpoložljivosti izmeničnega toka v omrežju;
- napetost električnega omrežja mora biti relativno stabilna in ustrezati delovnemu območju pretvornika.
Različica je iskana v zasebnih hišah z veljavno 'zeleno' tarifo za elektrifikacijo.

Avtonomni tip razsmernika
Naprava se napaja iz akumulatorja, ki se polni s sončnih panelov prek krmilnika MPPT. V sistemu se uporabljajo baterije različnih vrst, vključno z visokotehnološkimi litijevimi akumulatorji.
Pri največjem 'polnjenju' naprave za shranjevanje se presežek električne energije prenese na vhod razsmernika, katerega izhod je priključen na končne porabnike AC.
V primeru pomanjkanja sončne aktivnosti se energija jemlje iz akumulatorskih baterij in se 'pretvori' prek napetostnega razsmernika.
Značilnosti delovanja samostojne naprave:
- možnost neodvisnega delovanja ob odsotnosti omrežnega izmeničnega toka;
- nekatere naprave podpirajo način delovanja po 'zeleni' tarifi;
- Izkoristek naprav – 90-93%.
Za zagotovitev popolne samostojnosti objekta je potreben natančen izračun moči sončnih panelov in zadostna energetska zmogljivost akumulatorja.

Hibridni tip razsmernika
Model se od prej opisanih naprav razlikuje po posebni 'arhitekturi' izdelave. V notranjosti je posebna električna shema, ki omogoča, da v načinu pretvornika deluje vzporedno z virom toka (omrežjem, generatorjem).
Hkrati poteka napajanje bremena iz centralnega omrežja in sončnih baterij, pri čemer je funkcija prednosti dodeljena viru enosmernega toka.

Konkurenčne prednosti so v večnamenskosti hibridnih razsmernikov:
- Omrežje – nekakšen prostoren akumulator z izkoristkom 100 %. Vse presežke, proizvedene s fotovoltaičnimi ploščami, je mogoče preusmeriti v centralno omrežje po 'zeleni' tarifi.
- Zagotavljanje neprekinjenega napajanja. Ob izpadu glavnega električnega napajanja sistem preklopi v avtonomni način ter ščiti vse porabnike pred «napetostnimi sunki».
- Povečanje omejitve moči omrežja pri konicah obremenitve z dodajanjem energije iz baterijsko-invertorskega kompleksa.
Ko poraba pade, sončni kompleks preklopi v način polnjenja in je čez čas spet pripravljen za uporabo. Funkcija podvojene moči je lahko označena kot: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.
Dodajanje moči poteka po naslednjih načelih:
- če je uporabljena moč nižja od mejne porabe omrežja, se poleg napajanja bremena izvaja polnjenje akumulatorske baterije;
- v odsotnosti napetosti v omrežju se porablja električna energija, pridobljena iz baterije in pretvorjena z inverterjem;
- če obremenitev presega mejno vrednost moči omrežja, se pomanjkanje nadomesti z akumulirano električno energijo iz sončne baterije.
Našteti načini delovanja lahko podpirajo hibridne modele s polnilnikom.

Vrste razsmernikov
Pri izbiri »srca« avtonomnega sistema oskrbe z električno energijo je treba pravilno uskladiti naloge, ki jih nalagamo opremi, z njenimi potencialnimi zmogljivostmi.
Glavni znaki klasifikacije hibridnih invertorjev so: algoritem spreminjanja delovnih načinov, oblika izhodne napetosti in možnost oskrbe enofaznega ali trifaznega omrežja.
Primerjava BBP in hibridne naprave
Nekatera podjetja nehote zavajajo potrošnika, saj imenujejo brezprekinitveni napajalnik (BPN) hibridni invertor. Zdi se, da obe napravi opravljata podobne naloge, vendar obstaja bistvena razlika.
BPN je invertor s polnilno napravo. Modul najprej zagotavlja porabo energije iz fotonapetostne naprave, ob njenem pomanjkanju pa preklopi na odjem iz omrežja.

Delovanje sistema v »trzanem« načinu povzroča dodatno cikliranje akumulatorja in pospešuje njegovo obrabo. Pri večini poceni BPN je mejna napetost nastavljena brez možnosti uravnavanja.
Pri modelih hibridnih invertorjev za sončne baterije so takšni skoki izključeni – agregat se prilagaja zahtevani moči in deluje hkrati z različnimi viri toka.
Prednostni odjem lahko izberemo sami. Praviloma se poudarek daje porabi energije iz sončnih baterij. Pri nekaterih hibridnih agregatih je predvidena možnost omejitve moči, ki prihaja iz mestnega omrežja.

Vrste glede na obliko signala razsmernika
Tokovni pretvorniki sončnih baterij se klasificirajo po vrsti izhodnega signala.
Ločimo:
- čisti sinusni val;
- modificirani sinus (kvazi-sinusni val);
- meander.
Zadnja možnost se v praksi skoraj ne uporablja, ker nenadna sprememba polaritete povzroča motnje v delovanju opreme.

Kaj je čista sinusoida?
Pretvornik oddaja visokokakovosten signal, ki presega obliko omrežnega toka. To je optimalna izbira, ki zagotavlja delovanje 'občutljive' opreme: ogrevalnih kotlov, kompresorjev, elektromotorjev, medicinske tehnike in naprav na osnovi transformatorskih napajalnikov.

Značilnosti kvazi-sinusa
Prenos energije signala v obliki modificirane sinusoide lahko zmanjša učinkovitost delovanja nekaterih naprav, povzroči pojav šumov, motnje ali privede do okvare opreme.
Pri napajanju nizkofrekvenčnih transformatorjev, asinhronih in sinhronih motorjev se opazi izguba moči za 20-30%. Ta 'pomanjkljivost' se pretvori v toplotno energijo, pri čemer naprave prekomerno segreva.
Inverterji s psevdo-sinusoidnim signalom se odlikujejo po kompaktnosti in sprejemljivi ceni. Njihova uporaba je smiselna za napajanje naprav brez induktivnih obremenitev, ki so zasnovane za porabo aktivnih komponent električne moči.
V to skupino spadajo: toplotni električni grelci, žarnice z žarilno nitko v razsvetljavnih sistemih in druge uporovne konstrukcije.

Oblika izhodnega signala je navedena v podatkovnem listu inverterja ali brezprekinitvenega napajanja. Možne oznake: »Back« – zagotovilo odsotnosti čistega sinusa, »Smart« – verjetnost kakovostnega toka na izhodu.
Nekateri proizvajalci v spremnem dokumentu navedejo koeficient harmonikov (indeks nelinearnih popačenj). Če je parameter manjši od 8%, enota oddaja skoraj idealen sinus.
Enofazni in trifazni modeli
Enofazni inverterji se večinoma vgrajujejo v vezje fotovoltaičnega sistema za gospodinjsko uporabo s standardno napetostjo 220V.
Razpon izhodne napetosti pri priključitvi na eno fazo se pri različnih modelih giblje med 210-240V, izhodna frekvenca med 47-55 Hz, moč pa med 300-5000 W.
Enofazni inverterji se proizvajajo za standardne vrednosti napetosti akumulatorskih baterij: 12, 24 in 48 V. Da pretvornik ne deluje na meji zmogljivosti, je treba uskladiti moč 'pretvornika' z napetostjo sončne baterije ali akumulatorja.

Trifazni razsmerniki se uporabljajo za dovajanje trifaznega toka, ki oskrbuje elektromotorje. Prednostna uporaba – proizvodnja, delavnice, komercialni nameni.
Trifazni razsmerniki se odlikujejo po visoki moči (3–30 kW) in širokem območju izhodne izmenične napetosti (220 V/400 V).
Na trgu so na voljo tudi kombinirani modeli. Mednje sodijo enofazni razsmerniki z možnostjo sinhronizacije izhodov pretvornika s faznim zamikom – to omogoča napajanje trifaznih bremen. Vse vrste naprav za pretvorbo toka iz sončnih baterij smo obravnavali v drugem našem članku.
Parametri izbire razsmernika za sončne celice
Učinkovitost delovanja pretvornika in celotnega elektrooskrbovalnega sistema je v veliki meri odvisna od pravilne izbire parametrov opreme.
Poleg zgoraj opisanih značilnosti je treba oceniti:
- izhodno moč;
- vrsto zaščite;
- delovno temperaturo;
- dimenzije naprave;
- izkoristek;
- prisotnost dodatnih funkcij.
V nadaljevanju si bomo podrobneje ogledali vse te značilnosti.
Kriterij #1 – moč naprave
Nazivna vrednost »sončnega« razsmernika se izbere glede na največjo obremenitev omrežja in predviden čas avtonomnega delovanja. V zagonskem načinu lahko pretvornik začasno poveča moč ob priključitvi kapacitivnih bremen.
Takšno obdobje je značilno pri vklopu pomivalnih strojev, pralnih strojev ali hladilnikov.
Pri uporabi svetlobnih sijalk in televizije zadostuje razsmernik z močjo 500–1000 W. Praviloma je potreben izračun skupne moči uporabljene opreme. Zahtevana vrednost je navedena neposredno na ohišju naprave ali v spremnem dokumentu.

Kriterij #2 – stopnja zaščite
Kakovosten sončni razsmernik mora imeti več stopenj zaščite. Možne možnosti: sistem prisilnega hlajenja, preprečevanje kratkega stika, zaščita pred padci in sunki napetosti v omrežju.
Pomembno je tudi, da ima tesno utrjeno ohišje, ki preprečuje vdor prašnih delcev in vlage. Indeks zaščite električne opreme je normiran v skladu s standardom IEC-952.

Za uporabo na prostem so primerne naprave z indeksom »IP65« – trdnost in zanesljivost pretvornika omogočata njegovo uporabo v zunanjem okolju.
Kriterij #3 – delovna temperatura in dimenzije
Širok razpon vrednosti je pokazatelj kakovostne izdelave pretvornika. Velikost tega parametra je še posebej pomembna pri namestitvi pretvornika v neogrevanem prostoru.
Teža je posreden pokazatelj kakovosti pretvornika. Obstaja mnenje, da težji kot je pretvornik, močnejši je. To je posledica prisotnosti transformatorja v visokozmogljivi opremi.
Pri »lažjih« modelih lahko odsotnost transformatorja povzroči okvaro pretvornika ob dovajanju visokega zagonskega toka.

Kriterij #4 – izkoristek
Strokovnjaki priporočajo nakup »pretvornikov« toka z izkoristkom od 90% naprej. Le s takim parametrom bo delovanje sončnega sistema učinkovito in njegova namestitev smiselna. Izguba 10% sončne energije je nedopusten »luksuz«.
Dodatna funkcionalnost. Razširjene možnosti vplivajo na ceno opreme in niso vedno zaželene. Vendar nekatere opcije upravičijo vložena sredstva.
Med koristne in potrebne »naprave« spadajo:
- samodejno dodajanje moči pretvornika k električni energiji omrežja;
- uravnavanje obdobja polnjenja akumulatorske baterije;
- izbira prednostnega vira toka;
- podpora delovanju z različnimi tipi baterij (alkalnimi, litij-železo-fosfatnimi, gelovimi, AGM, kislinimi);
- možnost kombiniranega delovanja z omrežnim pretvornikom;
- nastavitev vrednosti napetosti – preprečevanje »sunkov« omrežne napetosti;
- možnost nadgradnje pretvornika s posodobitvijo vdelane programske opreme.
Sodobni pretvorniki se lahko povežejo z osebnim računalnikom za programiranje in spremljanje.

Pregled priljubljenih hibridnih razsmernikov
Med potrošniki so dobre ocene prejeli pretvorniki tujih podjetij: Xtender (Švica), Prosolar (Kitajska), Victor Energy (Nizozemska), SMA (Nemčija) in Xantrex (Kanada). Domači predstavnik je MAP Sine.
Paleta večnamenskih razsmernikov Xtender
Hibridni pretvornik Studer podjetja Xtender – utelešenje švicarskega standarda kakovosti v močnostni elektroniki. Sončni invertorji serije Xtender se odlikujejo po izjemnih trdnostnih lastnostih in obsežni funkcionalnosti.
Raznolikost modelov: XTS – nizkomočni predstavniki, XTM – modeli srednje moči, XTN – visokomočni invertorji.

Vsaka serija hibridnih pretvornikov Xtender ima naslednje značilnosti in možnosti:
- čisti sinusni potek napajanja;
- dodajanje moči omrežju iz baterije;
- ob znižanju omrežne napetosti se poraba iz centralnega električnega omrežja zmanjša;
- dva načina izbire prioritete: prvi – »mehki« z dodatnim napajanjem iz omrežja do 10 %, drugi – popoln preklop na baterijo;
- raznolikost nastavitev za monterje;
- upravljanje delovanja rezervnega generatorja;
- pripravljenostni način s širokim območjem regulacije;
- daljinsko spremljanje parametrov sistema.
V vseh modifikacijah je funkcija Smart Boost – priključitev na različne »dobavitelje« napajanja (generatorska enota, omrežni invertor) in Power Shaving – zagotovljeno pokrivanje koničnih obremenitev.
Optimalni razsmerniki Prosolar Hybrid
Model kitajske proizvodnje ima dobre lastnosti in sprejemljivo ceno (okoli 1200 u.e.). Pretvornik optimizira delovanje sončnih celic, pri čemer neporabljeno energijo shranjuje v bateriji.

Posebne značilnosti:
- sledenje točki mejne moči sončne baterije;
- informacijski LCD-zaslon s prikazom delovnih parametrov sistema;
- 3-stopenjski polnilnik baterije;
- regulacija največjega toka do 25 A;
- komunikativnost invertorja.
Pretvornik se poveže z osebnim računalnikom prek programske opreme (priložena je v kompletu). Obstaja možnost nadgradnje invertorja z inovativnim posodabljanjem vgrajene programske opreme.
Sinusni razsmerniki Phoenix Inverter
Invertorji Phoenix izpolnjujejo visoke zahteve in so primerni za industrijsko uporabo. Serija Phoenix Inverter je izdana brez vgrajenega polnilnika.
Pretvorniki so opremljeni z informacijskim vodilom VE.Bus in omogočajo delovanje v vzporednih ali trifaznih konfiguracijah.
Obseg moči serije modelov – 1,2–5 kW, izkoristek – 95 %, vrsta napetosti – sinusna.

Konkurenčne prednosti:
- tehnologija «SinusMax» podpira zagon «težkih bremen»;
- dva načina varčevanja z energijo – možnost iskanja obremenitve in zmanjšanje toka v prostem teku;
- prisotnost signalnega releja – obveščanje o pregrevanju, prenizki napetosti baterije itd.;
- nastavitev programirljivih parametrov prek osebnega računalnika.
Za doseganje visoke moči je možna vzporedna priključitev do šestih pretvornikov na fazo. Na primer, kombinacija šestih naprav z nazivno močjo 48/5000 lahko zagotovi izhodno moč – 48 kW/30 kVA.
Domače naprave MAP Gibrid in Dominator
Podjetje MAP »Energija« je razvilo dve modifikaciji hibridnega pretvornika: Gibrid in Dominator.
Razpon moči opreme je 1,3–20 kW, časovni interval za preklop med načini – do 4 ms, predvidena je možnost »dopolnjevanja« električne energije v mestno omrežje.

Splošne značilnosti napetostnih pretvornikov Gibrid in Dominator:
- transformator na osnovi toroida;
- stabilizacija vhodne napetosti ni prisotna;
- način «dopolnjevanja» moči;
- izhod – čisti sinus;
- generacija presežka energije v omrežje;
- omejitev toka porabe na vhodu AC;
- stopnja zaščite IP21;
- poraba v »spečem« načinu – 2–5 W.
Izkoristek pretvornikov dosega 93–96 %. Naprave so uspešno prestale preizkuse uporabe pri izredno nizkih temperaturah (mejna vrednost –25 °C, dovoljeno je kratkotrajno znižanje do –50 °C).
Možne sheme priključitve
Pri gradnji fotovoltaičnega sistema, kombiniranega z osrednjim omrežjem, obstajajo različne možnosti priključitve inverterja.
Možnost #1 – shema s krmilnikom polnjenja DC
Najbolj priljubljena možnost, kjer se polnjenje akumulatorske baterije izvaja prek solarnega krmilnika MPPT (analiza točke največje moči).

Značilnosti rešitve:
- učinkovita uporaba obnovljive energije ob prisotnosti/izklopu omrežja;
- možnost aktivacije delovanja iz sončnega sistema po praznjenju akumulatorja.
Prav tako je še ena rešitev nekoliko povečane izgube pri pretvorbi energije na odseku »krmilnik–akumulator–inverter«.
Možnost #2 – shema s hibridnim in omrežnim razsmernikom
Omrežni pretvornik na izhodu baterijskega inverterja. V skladu s shemo sta dva pretvornika priključena na različne sončne baterije.
Hibridni pretvornik je priključen na opcijsko fotovoltaično ploščo za polnjenje baterije, omrežni pretvornik pa je povezan z glavnim solarnim modulom.

Značilnosti sistema:
- neprekinjeno delovanje ne glede na prisotnost centralne omrežne napetosti;
- visok izkoristek in minimizacija izgub na DC strani zaradi zadostne ravni napetosti sončne baterije;
- baterije skoraj vedno delujejo v medpomnilniškem načinu, kar podaljšuje njihovo življenjsko dobo;
- uporaba hibridnih inverterjev, ki so zasnovani za polnjenje baterije z izhoda;
- potreba po prilagoditvi delovanja omrežnega inverterja.
Skupna moč omrežnega pretvornika ne sme presegati moči hibridnega »konverterja« – to omogoča izkoriščanje energije sončnih baterij v primeru izpraznitve baterije ali izpada omrežja.
Ne glede na izbrano shemo je treba pri priključitvi inverterja upoštevati številne podrobnosti:
- Žične povezave za DC ne smejo biti dolge. Inverter je priporočljivo postaviti v bližino (do 3 m) sončnih baterij, nato pa »podaljšati« glavno AC povezavo.
- Pretvornika ni dovoljeno montirati na konstrukcije iz gorljivih materialov.
- Stenski inverter je nameščen v višini oči za lažje branje informacij z zaslona.
Za priključitev modelov z močjo nad 500 W veljajo posebne zahteve. Povezava mora biti trdna z zanesljivim stikom med sponkami naprave in žicami.
Na naši spletni strani so tudi drugi članki o sončni energiji in priključitvi posameznih komponent in modulov pri sestavljanju avtonomnega sistema.
Priporočamo v branje naslednje materiale:
- Shema priključitve sončnih baterij: na regulator, na akumulator in na servisirane sisteme
- Polnilna naprava na sončnih baterijah: zgradba in princip delovanja polnjenja s soncem
- Kako sami izdelati sončno baterijo: načini sestavljanja in montaže sončne plošče
Zaključki in koristen video na to temo
Pojem »hibridnega inverterja«, njegova zgradba, funkcije in izvedbe:
Pregled možnosti, načinov delovanja in učinkovitosti uporabe večnamenskega pretvornika InfiniSolar z močjo 3 kW:
Načrtovanje sončnega sistema za oskrbo z električno energijo je zahtevna in odgovorna naloga. Izračun potrebnih parametrov, izbira sestavnih delov sončnega kompleksa, priključitev in zagon je bolje prepustiti strokovnjakom.
Napake lahko povzročijo motnje v sistemu in neučinkovito uporabo drage opreme.
Ali izbirate optimalno možnost pretvornika za delovanje avtonomnega sistema oskrbe z energijo na sončno energijo? Imate vprašanja, ki jih v tem članku nismo obravnavali? Zastavite jih v spodnjih komentarjih – poskušali vam bomo pomagati.
Ali ste morda opazili netočnosti ali neskladnosti v predstavljenem gradivu? Ali želite teorijo dopolniti s praktičnimi priporočili na podlagi lastnih izkušenj? Pišite nam o tem, delite svoje mnenje.

Pri izbiri pravilnega in kakovostnega pretvornika lahko celo zaslužite na svoji eko-hiši. Največja težava za Rusijo pri organizaciji popolnoma energetsko neodvisne hiše – je odsotnost “zelenega tarifa”, zahvaljujoč kateremu bi lahko prodajali odvečno energijo v omrežje. Sicer pa je koncept eko-hiše zelo privlačen za Daljni vzhod, kjer je zelo veliko sonca in neobdelanih ozemelj.
Kaj pa je problem? Sonca ni tako zelo veliko čez leto, lahko shranite energijo, da jo porabite pozneje. To sploh ni problem. Želite državo obtožiti za vse? Potem pa, na primer, če bi tak zakon obstajal, bi prodali vso elektriko v primeru potrebe, kaj pa potem pozimi ali kdaj drugič? To je tudi zelo sporna možnost. Druga stvar je, da na splošno močno zaostajamo. Vendar ni vredno pretiravati problemov povsod.
Pravzaprav je problem v tem, da “zeleni tarif” v Rusiji še ni bil sprejet na zakonodajni ravni. Že tretje leto aktivno razpravljajo o zakonskem predlogu, ki je, mimogrede, precej dobro premišljen.
Bistvo tega zakonskega predloga je, da vlada želi urediti proizvodnjo električne energije na objektih mikrogeneracije z močjo do 15 kW. Prav takšna moč je izbrana zato, ker priključitev takšnih postaj ne bo povzročila prevelikih obremenitev električnega omrežja.
Na primer, v sosednji Ukrajini že nekaj let prebivalci uživajo prednosti zelenega tarifa, s prodajo presežkov električne energije državi. To je še posebej aktualno v času največje proizvodnje sončnih panelov, od maja do avgusta, ko je res mogoče prodati presežke električne energije po zelenem tarifu.