Инверторы - обзор конструкций

Часть 1. Введение

Инверторы, это электронные устройства, преобразующие постоянное низкое напряжение от аккумуляторов в переменное напряжение 220 В. В аккумуляторы энергия закачивается заранее, или тем же инвертором от сети, или, например, с помощью бортовой сети автомобиля.

Инвертор это сердце автономной или резервной системы электроснабжения. Именно поэтому при подборе системы автономной или резервной системы электроснабжения так важно уделить выбору инвертора особое внимание.

Цена и возможности инверторов могут сильно отличаться, хотя выходная мощность будет одинаковой.

Существуют несколько основных вариантов применения инверторов.

1). Инверторы применяют для обеспечения бесперебойного электропитания, при пропадании в сети 220 В. Обычно такая система из инвертора и аккумуляторов ставится в загородном доме, или на ответственных промышленных объёктах.

2). Тоже самое, но ещё и с возможностью приоритетного использования энергии солнца (и/или ветра) вместо энергии от сети. Это может заметно сократить счёта за электричество, но и первоначальные вложения в систему относительно большие.

3). При проживании в полной автономии от промышленных электросетей.

4). Для походных условий, например, для длительных путешествий в автомобиле, фургоне, автобусе, яхте.

Инверторы выпускаются самые разные –

с модифицированным синусом и с чистым синусом;

сделанные по высокочастотной или по низкочастотной технологии;

с возможностью заряда аккумуляторов и без встроенного зарядного устройства;

подключаемые к аккумуляторам напряжением 12 или 24 или 48 В;

с богатыми функциональными возможностями и без таковых.

А среди низкочастотных, выпускаются инверторы на обычных трансформаторах и продвинутые модели на трансформаторах, выполненных в форме бублика, а точнее сказать в форме тора.

Некоторые инверторы встречаются со встроенной функцией стабилизатора напряжения, в других бывают установлены солнечные контроллеры.

Кроме того, бывают инверторы сетевые и гибридные. Самые высококлассные модели инверторов имеют программное обеспечение позволяющее видеть графики всех событий на экране компьютера, а так же отправлять СМС по событиям или запросу.

Мы коротко рассмотрим все эти варианты конструкций инверторов. И даже заглянем некоторым во внутрь.

Модифицированный синус и чистый синус

Для начала, давайте посмотрим на разницу в форме выходного переменного напряжения 220 В у инверторов с модифицированным синусом и у инверторов с чистым синусом.

Вот эти прямоугольники – модифицированный синус, а эта гладкая кривая – чистый синус.

В промышленной сети, мы увидим тоже относительно гладкий чистый синус.

Посмотрите вот такой кривоватый синус в сети нашего здания.

От модифицированного синуса, некоторые приборы (двигатели, насосы, светодиодные лампы, холодильники и СВЧ-печи) будут работать менее эффективно, т.е. эти приборы будут больше греться, сильнее гудеть и работать с меньшей мощностью. Бывают даже устройства, которые не смогут работать от модифицированного синуса, например отопительные котлы.

Почему же до сих пор выпускают инверторы с модифицированным синусом? Потому что они значительно дешевле инверторов с чистым синусом, и есть нагрузки, которым не важна форма питающего напряжения 220 В. Это, прежде всего, электроинструмент, компьютеры и другое оборудование.

Но сегодня вряд ли кто будет покупать инвертор в расчете только на определённую нагрузку.

Ведь если его установить в доме и применять при аварии в электросетях или для приоритетного использования солнечной энергии, то ограничивать своё потребление, думать как будет работать тот или иной электроприбор от модифицированного синуса, это как-то не соответствует жизни в 21 веке… Только чистый синус обеспечит работу 100% устройств.

Как говорится – «Чистота, - залог здоровья»… и не только физического.

Наш совет – используйте инверторы с чистым синусом.

Часть 2. Высокочастотные и низкочастотные инверторы

Высокочастотные инверторы

Бывают маломощные инверторы для мало потребляющих устройств, таких как ноутбук, маленький пылесос, дрель небольшой мощности и другие.

Такие устройства обычно называют автомобильные инверторы. Они сделаны по высокочастотной технологии.

Преимущество высокочастотных инверторов – это малый размер и вес (обычно от 1 до 5 килограммов), и соответственно, цена.

Преобразование напряжения от аккумуляторов они производят на высокой частоте (обычно 20000 - 30000 Гц), поэтому требуется маленький трансформатор, маленькие конденсаторы.

Но, как говорится, «у каждой медали, есть и оборотная сторона». Высокочастотные инверторы больше «фонят», излучают больше электромагнитных помех. У них редко встречается встроенное зарядное устройство, потому что в сети низкая частота, а низкочастотного трансформатора в них нет. В некоторых таких инверторах можно встретить зарядное устройство, однако его мощность обычно мала.

Высокочастотные инверторы становятся ненадёжны, при больших мощностях нагрузки. Их стандартный модельный ряд находится в диапазоне мощностей 100 – 1500 Вт.

Вот этот инвертор, хорошо иллюстрирует вышесказанное. Чтобы получить мощность всего лишь 4,5 кВт, его разработчики соединили 3 инвертора в 1, просто запараллелив их входы и выходы.

С дрелью мощностью 300 Вт, большинство моделей таких высокочастотных инверторов ещё могут работать, а например, с холодильником смогут справиться уже только старшие модели.

Здесь мы сделаем небольшое отступление и поясним, почему к примеру, холодильник может запустить относительно мощный инвертор, хотя холодильник потребляет всего 150 Вт.

Важно! Что такое пусковая мощность

Существует понятие пусковой мощности. Для некоторых электроприборов, пусковая мощность не отличается от номинальной рабочей мощности. Таковы, например, электрообогреватели. При их включении броска тока мы не видим, они сразу начинают потреблять ровно столько, сколько и написано на их шильдике.

Есть устройства, у которых пусковая мощность не очень сильно превышает рабочую, это например электроинструмент.

Ну и есть такие, у которых пуск в разы превышает рабочую мощность. Это холодильники (превышение в 10 раз), кондиционеры, глубинные насосы, асинхронные двигатели, компрессоры, СВЧ-печи и др.

Сейчас, для наглядности, мы покажем мощность потребляемую холодильником в процессе работы измеренную специальными клещами.

Посмотрите – при работе он потребляет всего 0,1 кВт.

Теперь мы отключим холодильник от сети и заново подключим. Эти измерительные клещи имеют функцию запоминания максимального значения мощности. Посмотрите - 1,15 кВт, Т.е. превышение более чем в 10 раз.

Поэтому для пуска холодильника необходим инвертор способный хотя бы кратковременно выдать 1,2 – 1,5 кВт, а для скважинного насоса – способный кратковременно обеспечить до 7 кВт!!!

Но вернёмся к разговору о высокочастотных инверторах.

Сейчас выпускаются и более мощные высокочастотные инверторы, мощностью до 4 кВт.

Например, вот этот, что на фото выше инвертор, позиционируется уже не как автомобильный, причём завозят и продают его в России под совершенно разными названиями Expert, Stark, Combi, Аxpert, PIP. Он, хотя и высокочастотный, но предназначен, для резервирования электропитания в доме. Давайте посмотрим, что у него внутри.

Как видно трансформатор небольшой. Этот инвертор сделан не на трёх запаралленных инверторах меньшей мощности, как показанный ранее. Всё устройство лёгкое, и относительно не так уж дорого. Однако, если его использовать на мощностях близких к его максимуму (а самая мощная старшая его модификация имеет мощность всего лишь 4 кВт), его надёжность в целом будет меньше чем у низкочастотных инверторов. А запараллеливание таких инверторов удваивает цену.

К сожалению, КПД этого устройства, как впрочем, и у большинства высокочастотных инверторов, низкое - всего 85%.

Надо отдать должное разработчикам этого инвертора. Хоть он и высокочастотный, зарядное устройство у него относительно мощное. К тому же, они постарались установить в него и солнечный контроллер. Впрочем, об этом позже.

Низкочастотные инверторы

Расскажем о плюсах и минусах низкочастотных инверторов. Забегая вперёд, сразу отметим, что они во многом противоположны высокочастотным инверторам.

В низкочастотных инверторах используется, разумеется, низкая частота преобразования энергии от аккумуляторов, а именно частота 50 Гц. Эта частота соответствует частоте промышленной сети, в которой тоже 50 Гц. На такой частоте работают относительно большие и тяжёлые трансформаторы. Подобный трансформатор как бы является промежуточным буфером между электроникой инвертора и нагрузкой, что увеличивает надёжность устройства.

Инвертор TrippLite APSX6048VR 6 кВт внутри (вид сбоку, стандартный трансформатор справа):

Инвертор МАП HYBRID 4,5 кВт внутри (вид сверху, трансформатор тор слева):

Легко заметить огромные трансформаторы, занимающие почти половину корпуса приборов.

Плюсы данного решения очевидны – возможность построения надёжных мощных систем (даже на десятки тысяч ватт) и наличие по умолчанию мощного быстрого заряда аккумуляторов от сети. Ведь в сети 50 Гц, а значит, энергию от сети можно напрямую подать на тот же самый мощный трансформатор, который электроника заставит работать в обратную сторону.

У низкочастотных инверторов есть недостатки. Это размер, вес и, как следствие, цена.

На следующем рисунке показаны некоторые низкочастотные и высокочастотные инверторы с указанием их мощности и веса.

А вот этот инвертор даже поднять одному уже затруднительно. При номинальной мощности 12 кВт (макс. мощн. 18 кВт) он имеет и рекордный вес 56 кг.

Понятно, что большой вес (обычно от 12 до 56 кг, что в среднем, в 5 - 8 раз больше за единицу мощности, чем у высокочастотных инверторов) образуется не за счёт того, что инвертор набили камнями.

Это дорогая медь в трансформаторах и алюминий в больших радиаторах. Отсюда вытекает и цена.

И если бы высокочастотные инверторы могли бы сравниться по параметрам и надёжности с низкочастотными, то последние просто давно бы «вымерли как мамонты».

Наш совет.
1. Если суммарные мощности потребления будут до 1000 Вт (очень важно учесть и пусковые токи подключаемых электроустройств) и мощного заряда не нужно, покупайте высокочастотные инверторы. Наиболее характерный пример – инвертор для автомобиля.
2. Если суммарное потребление всех электроприборов , с учётом пусковых мощностей более 3000 Вт, лучше остановить свой выбор на инверторе сделанном по низкочастотной технологии. Характерный пример – инвертор для загородного дома или предприятия.
3. Если нагрузки находятся в промежуточной зоне, т.е. между 1000 и 3000 Вт, то выбор больше зависит от предпочтении покупателя и конкретных условий эксплуатации. Например, важна низкая стоимость или же необходима высокая надёжность, отдаётся предпочтение малому весу, или нужно пониженное излучение помех, необходимость наличия зарядного устройства или оно не нужно. В зависимости от всей совокупности факторов и необходимо принимать решение.

Часть 3. Низкочастотные инверторы с обычным трансформатором и с трансформатором в виде тора

Посмотрите ещё раз на обычный низкочастотный трансформатор в инверторе с номинальной мощностью 6 кВт (справа), и на инвертор аналогичной мощности, но на трансформаторе в виде тора (слева).

Заметно, что тор немного меньше по размерам. Это потому что тор имеет большее КПД.

Кроме того, тор даёт меньше наводок, т.к. всё электромагнитное поле концентрируется вокруг этого «бублика». Обычный же трансформатор излучает помехи перпендикулярно обмоткам.

Трансформатор в виде тора имеет меньшее потребление энергии на холостом ходу.

Сравним эти параметры у двух показанных инверторов.

У американского инвертора TrippLite 6 кВт с обычным трансформатором потребление энергии на холостом ходу 72 Вт, а у российского инвертора МАП SIN аналогичной мощности с трансформатором в виде тора - 20 Вт. КПД первого 89%, КПД второго 96%. Вес TrippLite 55 кг, а МАП SIN 41 кг.

Единственный недостаток торообразного трансформатора – большая цена, т.к. в изготовлении он заметно сложнее.

Однако, самые именитые и дорогие мировые бренды, из-за непревзойдённых параметров торов, используют в своих инверторах только низкочастотные трансформаторы в виде тора.

Тор в инверторе Xtender XTH 6000-48 (мощность 5 кВт, потребление на ХХ 22 Вт, КПД 96%, вес 42 кг, цена около 6000 долл)

Наш совет.
Если имеется достаточно средств, то лучше предпочесть низкочастотный инвертор с трансформатором в виде тора.

Часть 4. Выбор напряжения инвертора по аккумуляторному входу – на чём остановиться? На 12-и вольтовой системе, или на 24-х или 48-и вольтовой?

Аккумуляторы бывают разные и на разное напряжение. Например на 2 В, или 6 В или 12 В. И соединять их можно последовательно и параллельно, увеличивая их общее напряжение.

Обычно выпускаются инверторы рассчитанные на 12 В или на 24 В или на 48 В. Очень редко можно встретить модели на 96 В, т.к. такое напряжение уже считается опасным.

12 В можно встретить в бортовой сети автомобиля, 24 В - в автобусах и на яхтах.

Конечно, любое из этих напряжений может использоваться с инвертором, для бесперебойного питания части электрооборудования дома, или всего дома.

Однако низкое напряжение не позволяет технически получить большую мощность. Так, например, из 12-и вольт невозможно получить мощность более 3-х кВт, из 24 –х вольт – более 9 кВт, а из 48-и В – более 18 кВт.

Понятно, что высокочастотные инверторы обычно делаются на 12 В и мощностью до 3-х кВт (и рассчитаны они на применение в автомобилях), а мощные низкочастотные инверторы обычно представлены моделями на 24 или 48 В с мощностью от 3 кВт и выше (и рассчитаны они на применение в доме или здании).

Это в среднем. Но бывают и исключения, когда например, высокочастотные инверторы, прежде всего за счёт своей низкой цены, пытаются занять свою нишу в домашнем сегменте. Например, вот этот с номинальной мощностью 4 кВт и рассчитанный на напряжение аккумуляторов 48 В.

Или, например, вот этот инвертор,

сделанный по низкочастотной технологии с тором мощностью всего 900 Вт, имеющий относительно большой вес и цену, пытается занять нишу в сегменте высокочастотных инверторов за счёт таких своих качеств, как надёжность, мощные зарядные возможности и широкий функционал.

Наш совет.
Если инвертор нужен для автомобиля или для походных условий, или в доме, но планируемая нагрузка очень мала (допустим только резервирование отопительного котла, или общая средняя мощность не превышает 2 кВт) – выбирайте инверторы с входным напряжением 12 В. Во всех остальных случаях, при средней нагрузке до 4-5 кВт лучше использовать как инвертор на 24 В, так и инвертор на 48 В. При нагрузке 5 кВт и выше – лучше ориентироваться на инверторы 48 В.

Часть 5. Поговорим немного о инверторах со встроенной функцией стабилизатора и о инверторах со встроенным солнечным контроллером

О встроенной функции стабилизатора

Что такое стабилизатор напряжения? Обычно это отдельное устройство, позволяющее в широком диапазоне, и с хорошей точностью, выравнивать напряжение промышленной сети, если оно очень низкое или высокое.

Например, качественный стабилизатор, позволяет поднять до 220 В сетевое напряжение, даже если в сети всего 120 В. Или наоборот, понизить сетевое напряжение, допустим с 270 В, до тех же 220 В. Качественные стабилизаторы выполнены на долговечных и быстродействующих симисторах, имеют минимум 8 переключающихся порогов.

Ну а теперь посмотрите на характеристики встроенной в инвертор функции стабилизатора. Обычно это только 2 или 3 порога, используются не симисторы, а реле. В итоге, малая долговечность и узкий диапазон выравнивая сетевого напряжения.

И есть ещё одна неприятная особенность у инверторов со встроенным стабилизатором. Они мало подходят для использования в условиях автономии, то есть там, где нет сети вообще. Ведь даже имея хорошее встроенное зарядное устройство, они не могут заряжать аккумуляторы от большинства обычных бензо/дизель генераторов.

Почему? Потому, что именно из-за встроенного стабилизатора, они требуют очень качественного и устойчивого напряжения на своём сетевом входе. Т.е. генератор должен быть дорогим и с большим запасом мощности (а такой стоит в несколько раз дороже обычных генераторов).

Посмотрите на этого эквилибриста - ему трудно устоять на месте. Нужны изрядные тренировки и ловкость, чтобы удерживаться какое-то время на двух подвижных опорах.

Почему же встроенный в инверторе стабилизатор так повышает его требования к качеству и мощности бензо/дизель или газо генератора?

Посудите сами. Генератор при увеличении нагрузки, чтобы удержать напряжение в районе 220 В, автоматически прибавляет обороты. При снижении нагрузки – снижает обороты по той же причине. Теперь рассмотрим цепочку генератор – стабилизатор – инвертор - меняющаяся нагрузка. Допустим, что-то включили, например электрочайник мощностью 2 кВт.

Нагрузка подастся на 220 В, проходящее через стабилизатор, от работающего генератора. Напряжение в первую долю секунды начнёт проваливаться. Как Вы думаете - кто среагирует первым стабилизатор или генератор? Правильно, стабилизатор, так как генератор более инерционен, обороты мгновенно не поднимешь.

Итак, стабилизатор переключится на повышающую обмотку, чтобы компенсировать провал. Но затем этот провал всё же доходит и до генератора. Генератор со своей стороны тоже повысит напряжение. На это повышение снова среагирует стабилизатор и понизит порог, на стабилизатор опять среагирует генератор и т.д.

Возникнет колебательный процесс, который может пойти в разнос. И тогда одно из двух - система будет аварийно отключаться, или, этот колебательный процесс быстро затухнет и всё войдёт в норму. Так вот всё почти мгновенно «устаканивается», в том случае, если генератор качественный и имеет большой запас мощности. Тогда он на чайник 2 кВт будет реагировать как на «муху залетевшую в окно», потому что тогда чайник не сможет раскачать его обороты. Но стоят такие генераторы слишком дорого.

О встроенном солнечном контроллере

Теперь посмотрим насколько правильно встраивать солнечный контроллер внутрь инвертора.

Вообще, солнечный контроллер необходим чтобы можно было солнечные панели (некоторые называют их солнечными батареями) подключить к аккумуляторам, к тем самым, к которым подключён инвертор. Солнечный контроллер преобразует энергию от высокого напряжения солнечных панелей в более низкое напряжение аккумуляторов.

Таких инверторов со встроенным солнечным контроллером не много. Но у такого решения есть плюсы - ведь цена такого решения несколько ниже и, кроме того, проводов подключения будет чуть меньше.

Теперь посмотрим на минусы такого решения. Высококачественные и мощные солнечные контроллеры (имеющие КПД 98%, высокое входное напряжение и управление внешними нагрузками) довольно большие и внутрь инвертора их не вставишь. Посмотрите на разобранный солнечный контроллер КЭС Dominator 200/100.

Поэтому встроенные инверторы, как и встроенные стабилизаторы, несколько урезаны по своим возможностям.

Сравните на фото инвертор со встроенным солнечным контроллером (слева) и два нормальных отдельных солнечных контроллера. Отдельный контроллер по размеру это почти половина инвертора.

Разница в функционале и параметрах у них тоже заметна (подробно, параметры и возможности солнечных контроллеров разбираются в статье здесь).

Другой минус - в случае порчи солнечного контроллера, придётся отдавать в ремонт всё устройство, т.е. лишаться и инвертора. Равно как и в случае порчи инвертора, лишаться и контроллера.

В общем, самые дорогие и качественные брендовые инверторы никогда не содержат в себе ни стабилизаторов, ни солнечных контроллеров. Поэтому, само их наличие в инверторе, говорит о уровне изделия. Говорит о том, что ради рекламы присутствия эфемерных преимуществ или вроде бы как бы более низкой цены (по сумме якобы двух продуктов в одном), производитель готов идти на некий компромисс с реальной целесообразностью. Особенно это касается встроенного стабилизатора.

Наш совет.
Приобретать инверторы с встроенным стабилизатором или со встроенным солнечным контроллером, можно при стеснении в средствах, и при условии их использования не в полной автономии, а как резервной системы.

Часть 6. Сетевые инверторы (по другому грид (grid-tie) инверотры) в сравнении с гибридными инверторами (HYBRID)

Сетевой инвертор

Сетевой инвертор - это одновременно и инвертор и солнечный контроллер с технологией МРРТ.

Но у сетевого инвертора совсем другая идеология, нежели чем у рассмотренного нами выше обычного, подключаемого к аккумуляторным батареям, высокочастотного инвертора со встроенным солнечным контроллером. Он отличается принципиально. Эта идеология имеет свои истоки от других условий стран Евро-зоны, США и др.

Вот так выглядит, например, сетевой инвертор мощностью 500 Вт. На первый взгляд ничего необычного. Только удивляет отсутствие клемм для подключения аккумуляторов.

Идеология сетевого инвертора – энергию, полученную от солнечных панелей (соединённых на ВЫСОКОЕ напряжение, обычно в диапазоне 200 – 600 В), преобразовать сразу в переменное ВЫСОКОЕ напряжение 220 В и сразу подавать её в промышленную сеть, синхронизируясь с ней.

Так как, напряжение на входе и на выходе высокое, можно обойтись без трансформаторов, что должно удешевлять сетевые инвертора (хотя они почему-то стоят раза в 2 дороже обычных батарейных инверторов).

Кроме того, сетевой инвертор обходится и без аккумуляторных батарей! Иначе пришлось бы их, подсоединять к очень высокому напряжению (на линию между узлом солнечного контроллера и узлом инвертора), что весьма опасно.

Как используют сетевые инверторы за рубежом? Если нагрузка в доме большая, а солнечной энергии поступает немного, то она вся уходит на домашнее потребление. Если же нагрузки почти нет, и солнце в зените – тогда эта не используемая владельцем энергия закачивается в промышленную энергосеть. Т.е. его счётчик крутится в обратную сторону, сматывая показания.

Получается, что вместо аккумуляторов задействуется огромная электросеть. В неё можно качать солнечную электроэнергию, выкручивая счётчик в большой минус, а потом, вечером, или гораздо позже, в зимний период, возвращать себе обратно то, что отдавали летом! Промышленная электросеть это гигантский неисчерпаемый аккумулятор, вечный и не имеющий потерь.

Но, к сожалению, пока в России есть два фактора, которые сводят на нет все преимущества сетевых инверторов:

1. У нас не разрешено частным лицам что-либо закачивать в сеть. И таких счётчиков (которые позволяют вычитать обратную энергию) больше нет. Причём многие современные счётчики эту энергию (которая подаётся обратно в сеть) приплюсуют к потреблённой, и счета за электричества увеличатся!

2. Если в Европе электричество практически не отключают, и там зачастую можно не иметь резервную систему на аккумуляторах, то в России такие отключения и аварии не редкость.

Поэтому аккумуляторные батареи жизненно необходимы не только в случае полной автономии, но и для резерва, даже если сеть 220 В имеется.

Хотим обратить Ваше внимание, что в случае отключения промышленного 220 В, сетевой инвертор не будет выдавать свои 220 В даже если светит солнце и энергии как бы в избытке.

Его конструкция сделана так, что промышленное 220 В для него является опорным и ведущим. И, кроме того, по требованиям безопасности – чтобы когда ничего не подозревающий электрик отключит подачу сетевого 220 В и, допустим, приступит к ремонту сети голыми руками, - чтобы его не убило, сетевой инвертор не должен при этом продолжать генерировать 220 В.

Поэтому, если электричество в сети исчезнет, а будет установлен только сетевой инвертор с солнечными панелями, то вы останетесь без электричества. Большие деньги затрачены, а резервного электроснабжения не будет.

В известной пословице говорится «Что русскому хорошо, то немцу - смерть».

Сетевой инвертор доказывает нам правильность и обратного утверждения - Что немцу хорошо, - то русскому «смерть»!

И так будет, пока регламент электросетей не изменят, пока у нас аварии электроснабжения не прекратятся, пока электричество не перестанут планово отключать…

Гибридные инверторы

Что же такое гибридный инвертор (HYBRID)? Это вершина эволюции инверторов. Это и обычный, то есть батарейный, и сетевой инвертор, объединённые в один, то есть в гибрид!

Гибридный инвертор, как и сетевой инвертор, умеет синхронизироваться с промышленной сетью и подкачивать туда энергию как от аккумуляторов, так и от солнечных панелей с солнечным контроллером. Т.е. он умеет делать не только тоже, что и сетевой инвертор, но и больше. Например, «умощнять» сеть при перегрузках – при возникновении необходимости, он сможет приплюсовать к выделенной мощности сети мощность от аккумуляторов и/или от солнечного контроллера. Гибрид будет работать и при исчезновении в сети 220 В. Гибрид по вашему желанию может ограничить подкачку солнечной энергии только в домашнюю сеть или же и во внешнюю сеть. Т.е. проблема со счетчиками, плюсующими отданную энергию к счетам на оплату, снимается.

Гибрид накладывает свой синус на синус сети с чуть большей амплитудой и может перехватывать на себя всю нагрузку или часть нагрузки. Если в меню установлено разрешение подкачки пока напряжение на 1 аккумуляторе будет выше 12,7 В (что соответствует 100% заряда), то при отсутствии внешнего поступления энергии (например от Солнца), подкачка прекратится, и тогда далее всё будет питаться только от сети. Появится Солнце - снова продолжится подкачка, настолько, насколько позволит эта энергия солнца, или насколько израсходуют потребители.

Отметим, что аккумуляторы при наличии сетевого 220 В не расходуются и не портятся, хотя солнечная энергия подкачивается в сеть.

Но можно и разрешить небольшой разряд аккумуляторов – это позволит подкачивать накопленное и вечером, правда ресурс аккумуляторных батарей тогда будет в небольшой степени сокращаться.

Подкачка необходимой энергии непосредственно в домашнюю сеть - на порядок лучше, чем автоматическое переключение потребителей с сети, на 220 В получаемые от аккумуляторов и солнечных панелей, не только потому, что в последнем случае расходуются, а значит портятся аккумуляторы, но и потому что частые переключения ведут к ускоренному износу внутреннего реле в обычном инверторе.

Наличие аккумуляторов как резерва, позволяет гибридным инверторам работать и при исчезновении 220 В в сети.

Ещё один плюс гибридов – только они могут обеспечить трёхфазное автономное или резервное напряжение.

В этом случае используются три инвертора, каждый на свою фазу. Они связанны между собой дополнительными проводами для обеспечения синхронной работы со смещением фаз на 120 градусов.

Естественно возможна и генерация всех трёх фаз от аккумуляторов, либо регенерация одной или двух исчезнувших фаз.

А ведь если необходимо обеспечить питание трехфазных двигателей или трёхфазных насосов, без таких инверторов не обойтись.

Получается, что только гибридные инверторы это единственное идеальное решение для России.

Наш совет.
В России, для дома или офиса, правильней всего приобретать гибридные инверторы.
Исключение – мощные мегаваттные солнечные электростанции (в них используются сетевые инверторы).
Ещё сетевые инверторы могут быть востребованы промышленными предприятиями потребляющими энергию только днём, при условии, что им не нужно резервирование, и район очень солнечный.

Часть 7. Инверторы с широкими функциональными возможностями и без таковых.

«Зачем нужны какие-то возможности? – может подумать кто-то. - Мне нужно чтобы инвертор давал 220 В, всё остальное – напрасно потраченные деньги!»

Давайте, разберёмся напрасно или нет, судить, конечно, Вам…

О каких же функциональных возможностях речь?

Нам удобней показать все эти возможности на примере российского низкочастотного инвертора, сделанном на основе тора, модификации МАП HYBRID.

1. Режим поддержки сети или генератора, то есть автоматическое добавление мощности инвертора с аккумуляторами, к мощности сети или генератора

Например, если на дом (или на одну фазу) выделено только 5 кВт мощности, то используя, например, МАП HYBRID 12,0 кВт с аккумуляторами, можно выставить в его меню ограничение потребления от сети 5 кВт. Тогда прибор будет сам увеличить мощность на своём выходе вплоть до 11 кВт, добавляя к имеющейся сетевой, необходимую мощность от аккумуляторов.

Эта возможность может быть полезна и при использовании генератора. Ведь генератор, например, всего 2 кВт, с помощью инвертора гибрида, сможет вытягивать большие пусковые мощности.

2. Установка периодов времени заряда аккумуляторов и приоритета аккумуляторов

Если установлен двухтарифный счётчик, то можно, для экономии, разрешить инвертору заряжать аккумуляторы от сети только в ночное время.

Ещё есть возможность использования двухтарифного режима ЭКО, то есть приоритетная зарядка аккумуляторов в ночное время и приоритетная генерация от аккумуляторов в дневное время, вместо использования сети.

Реализована и возможность приоритетной генерации от аккумуляторов днём, запасённой ночью энергии. Однако на сегодня это не выгодно, т.к. один цикл расхода аккумулятора пока дороже выигрыша от перекидывания ночного тарифа на день.

Но времена меняются – аккумуляторы ведь медленно, но дешевеют, а тарифы за электроэнергию растут. Рано или поздно наступит день, когда и эта возможность будет востребована.

3. Возможность работы с аккумуляторами любого типа (кислотные, гелевые, AGM, щелочные и литий железо-фосфатные)

У хорошего инвертора должна быть возможность обеспечить качественный, интеллектуальный четырёхстадийный заряд с температурной компенсацией и доступностью любых регулировок.

Для работы с литий железо-фосфатными аккумуляторами, предусмотрен автоматически отключаемый выход на BMS. Это особые самые передовые и перспективные аккумуляторы. Они имеют рекордный срок службы, до 30-и лет, но и стоят дороже обычных и требуют особого управления зарядом с помощью специальных устройств - BMS.

4. Возможность совместной работы с сетевыми инверторами (автоматическое управление ими)

Мы рассказали ранее о сетевых инверторах. Но у них есть ещё одно возможное применение.

В случае подключения сетевого инвертора к выходу 220 В продвинутого инвертора, последний будет являться опорным источником напряжения для сетевого инвертора (в том числе при пропадании 220 В в сети).

При наличии излишков энергии от солнечных панелей, инвертор будет направлять их в аккумуляторы. Однако, если не будет нагрузки, а аккумуляторы окажутся заряженными, то для прекращения заряда, надо временно отключить выработку энергии сетевым инвертором.

В соответствии с заложенными в сетевой инвертор возможностями, это достигается изменением частоты выходного напряжения на которое он «опирается» 220В с 50 Гц до 52 Гц (и последующем возвратом к 50 Гц, когда напряжение на аккумуляторах снова упадёт). Отметим, что мало какие инверторы обладают функцией изменения частоты на своём выходе в зависимости от состояния аккумуляторов (т.е. умеют управлять сетевыми инверторами).

Чтобы это происходило автоматически, используя сетевой инвертор, необходимо соответственно запрограммировать в меню гибридного инвертора, например, МАП HYBRID, отметив соответствующую опцию в ПО Монитор МАП.

Подчеркнём, что эта возможность больше заложена на будущее. Использовать сетевой инвертор вместо солнечного контроллера, это более дорогое решение и заряжает он не так плавно, и многих важных функций солнечного контроллера в нём нет.

К тому же, это решение не годится для России, если речь идёт не об автономии, а о подкачке в сеть. Потому что гибридный инвертор только собственное 220 умеет не подкачивать во внешнюю сеть. А ограничивать от этого сетевой инвертор он не умеет. Напомним, что выше шла речь об ограничении заряда аккумуляторов.

Тем не менее, если в России разрешат отдачу в сеть свободной энергии потребителей, это решение может стать востребованным.

5. Возможность прямого подключения к компьютеру для мониторинга и программирования

У серьёзных инверторов должно быть доступно бесплатное ПО для мониторинга электросетей и оборудования, в том числе дистанционно. В том числе весьма полезной может быть возможность отправки СМС по событиям или по запросу, и накопление статистических данных по всем меняющимся параметрам.

Для инвертора МАП SIN создано уже четыре варианта разного программного обеспечения (в том числе независимыми разработчиками), с немного разным функционалом и под разные операционные системы, включая Андроид.

6. Возможность выбора напряжений защиты от выбросов или провалов напряжения в сети

Защита от выбросов и провалов напряжения в сети может обеспечиваться переходом на аккумуляторы, при выходе напряжения во входной сети за указанные рамки, в большую или в меньшую сторону. Транслируемый со входа на выход диапазон допустимого входного напряжения (без перехода на аккумуляторные батареи, по умолчанию 175В - 250В), настраивается пользователем. Диапазон может быть сужен, что обеспечивает дополнительную защиту потребляющей аппаратуры.

7. Возможность модернизации (апгрейда) самого инвертора, и/или модернизации с помощью новых прошивок

Некоторые новые возможности современного инвертора могут получить пользователи, купившие инвертор ранее, с помощью простой его перепрошивки на новую версию ПО.

Так, например, за последнее время, покупатели купившие инвертор МАП SIN и обновившие прошивку, получили следующие новые важные возможности инвертора:

1. Появился заряд новейших литий-железо фосфатных аккумуляторов и работа с BMS.

2. Добавилось управление внешним реле, в том числе на включение генератора.

3. Добавилась совместная работа инвертора с солнечным контроллером по шине I2C.

Наш совет.
Функциональные возможности позволяют более полноценно использовать инвертор, и лишними они бывают редко. Приобретать инверторы без них можно для совсем простых задач, типа 220 В в автомобиле или в походных условиях.

Заключение

Разумеется, всем понятно, что быть здоровым и богатым, конечно лучше, чем бедным и больным.

Но не всегда наши возможности совпадают с нашими желаниями. Грамотный выбор, позволяет найти оптимальное решение проблемы.

Для задач попроще, например, использование в автомобиле, в походных условиях, или при серьёзных затруднениях в деньгах, можно остановить выбор на высокочастотных моделях инверторов или упрощённых низкочастотных, с обычным трансформатором, без широких функциональных возможностей (приводится цена при курсе 1 долл = 51 руб, указаны номинальные мощности).

Это инверторы:

- высокочастотные автомобильные с модифицированным синусом фирмы Mobilen SP (1,5 кВт без зарядного устройства за 220 долл), и др.

---

- высокочастотные синусные автомобильные компании Meanwell TS (1,5 кВт за 500 долл), и др.

---

- высокочастотные со встроенным солнечным контроллером (типа MPPT) для стационарного применения, одинаковые, но продающиеся под множеством названий:

Expert, Stark, Combi, Аxpert, PIP (с встроенным солнечным контроллером, 1,6 кВт за 550 долл; 2,4 кВт за 670 долл; 4 кВт за 1200 долл)

---

- низкочастотные на обычном трансформаторе и с простым функционалом:

PowerStar W7 (6 кВт за 1050 долл)

---

CyberPower CPS PRO (с встроенным стабилизатором, 2,5 кВт за 1180 долл; 5 кВт за 2400 долл)

---

Tripp Lite APSX (со встроенным стабилизатором, 3 кВт за 1300 долл; 6 кВт за 2000 долл)

---

Для серьёзных задач, таких как резервное энергообечение домов, предприятий, тем более для автономного электроснабжения и/или использования солнечных панелей для уменьшения потребления от сети нужны серьёзные инверторы. А именно:
- с чистым синусом на выходе;
- разработанные по низкочастотной технологии (лучше с трансформатором в виде тора);
- с возможностью быстрого заряда любых типов аккумуляторов;
- с богатыми функциональными возможностями (и с программным обеспечением);
- при наличии сети 220 В и планируемых (пусть даже в перспективе) солнечных панелях, необходимы только гибридные инверторы.

Ниже перечислены низкочастотные гибридные инверторы с трансформатором в виде тора (приводится цена при курсе 1 долл = 51 руб, указаны номинальные мощности):

SMA Sunny Island (5 кВт за 4500 долл)

---

OutBack GVFX (3 кВА за 3000 долл)

---

Xtender XTH (5 кВА за 6000 долл)

---

Xantrex XW (CONEXT XW) (4,5 кВт за 3600 долл)

---

МАП HYBRID (1,4 кВт за 750 долл; 6 кВт за 2000 долл; 12 кВт за 3300 долл)

---

Victron Quattro (если активирована подкачка, то он всегда подкачивает во внешнюю сеть, что не годится для России; 10 кВА за 5400 долл)

Сравнение возможностей лучших инверторов мира

Лучшие инверторы мира

Марка Инвертора	МАП SINE (Россия)			Outback (США)	Xantrex (Канада)	Schneider Electric (Франция)	Victron Energy (Голандия)	Studer Xtender (Швейцария)			Rich Electric (Тайвань)	SMA (Германия)
Модель Инвертора	PRO	Hybrid	DOMINATOR	FX и VFX	XW	Conext SW	Phoenix / Quattro	XTH	XTM	XTS	Combi Super	Sunny Island
Фото
Диапазон мощностей модельного ряда инверторов (номинал), кВт	Номинал: 0,8–13,5 Максимал (20 минут): 1.3-20		Номинал: 2–13,5 Максимал (20 минут): 3-20	2,0-3,0	3-6	2,5-4	3-15	3-8	1.5-4	0,9-1,4	1,5-6	2-8
Низкочастотная технология / трансформатор на основе тора	да / да			да / да	да / да	да / да	да / да	да / да	да / да	да / да	да / нет	да / да
Перегрузочная способность, *Pном 5 сек	2,5			2	2	2	2	3	3	3	2	2,5
Стабилизация входного напряжения	нет			нет	нет	нет	нет	нет	нет	нет	нет	нет
Количество ступеней заряда АКБ	4			5	4	3	4	4	4	4	4	4
Режим добавления мощности	нет	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть
Ограничение тока потребления по входу АС	есть			есть	нет	есть	есть	есть	есть	есть	нет	есть
Управление автоматическим запуском генератора	нет	нет	Встроенная система, Управ- ляющее реле 2 шт	Инвертор может управлять встроенным реле с сухими контактами, которое выдает сигнал на запуск генератора по различным событиям	Необходим, доп. модуль Xanbus	нет	до 4-х реле и 2 аналоговых входа/выхода	Встроен- ная система, Управ- ляющее реле 2 шт	Встроен- ная система, Управ- ляющее реле 2 шт	Встроен- ная система, Управ- ляющее реле 2 шт	Нет, необходимо доп. устройство.	есть
Количество входов переменного тока	1	1	2	1	2	1	1/2 (в зависимо- сти от модели)	1	1	1	1	2
Синусоидальное напряжение на выходе	есть			есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть
Напряжение на аккумуляторе, В	12/24/48			12/24/48	24/48	24	12/24/48	12/24/48	12/24/48	12/24	12/24/48	24/48
Приоритет использования возобновляемых источников для питания нагрузки	нет	есть	есть	нет	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть
Генерация излишков энергии от аккумуляторов в сеть	нет	есть	есть	нет	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть
Заряд аккумуляторов от источника, подключенного к выходу переменного тока	есть			нет	нет	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть
Поставка излишков энергии от источника, подключенного к выходу переменного тока, в сеть	есть			нет	нет	нет	есть	есть	есть	есть	есть	есть
Максимальное количество соединенных параллельно инверторов в однофазной системе	1	1	10	10 (до 30кВт 220В, с помощью доп. устройства HUB)	3	2	6	3	3	3	5 (доп. модуль CP-PX)	3
Максимальное количество инверторов в трехфазной системе	нет	3	30	9 (до 9кВт, с помощью доп. устройства HUB)	3	нет	18	9	9	9	12 (доп. модуль CP-PX)	До 120 кВт 380В, Требует применения SMA Multicluster Box
Наличие "спящего" режима	есть			есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть	есть
Потребление в "спящем" режиме, Вт	2-5			2-6	8	<8	4-10	2-4	2-4	2-4	8-18	4
Потребление без нагрузки при генерации 220 В, Вт	9,6-25			20-23	28	40	15-35	10-34	10-34	10-34	12-36	21-25
Типичное время переключения сеть/инвертор, мс	2–4 мс			20 мс	8 мс	16.7 мс	Нет информации	16 мс	16 мс	16 мс	10 мс	Нет достоверной информации
Степень герметичности корпуса - класс IP.	Нет, ip21			Зависит от модели, ip66 / ip20	Нет, ip20	нет	Нет, ip21	Нет, ip20	Нет, ip20	ip54	Нет, ip20	ip54
Гарантия	2 года			5 (при монтаже от компании)	5 (при монтаже от компании)	1	2	5 (при монтаже от компа- нии)	5 (при монтаже от компа- нии)	5 (при монтаже от компа- нии)	3 (при монтаже от компании)	5
Встроенный микрокомпьютер	нет	нет	Есть. Микро- компьютер Raspberry Pi 3. Опера- ционная система Linux или Windows 10	нет	нет	нет	Нет. Предла- гается внешняя панель Color Control GX	Нет. Опциональный выносной блок RCM: Удаленное включение/выключение инвертора (управляется сухими контактами между терминалами 5 и 6, с мостом между терминалами 3 и 4 или постоянным или переменным напряжением до 60В между терминалами 4 и 5: Опционально: Устройство для связи X-Com LAN / GSM			Нет. Предла- гаются: 1. Выносной контроллер (RCP-4) 2. Выносной блок для програм- мирования и монито- ринга (PPU-CP)	Нет. Предла- гаются: • Внешний модуль управления Sunny Remote Control SRC-20. Только SD карта-снятие данных. • Дистан- ционный блок Sunny Home Manager- подклю- чается через роутер к инвертору.
Контрольная панель	встроенная			Системный контроллер MATE	встроенная XW-SCP	встроенная XW-SCP	Встроенная VE.Bus	RCC-2/3	RCC-2/3	RCC-2/3	встроенная	встроенная
Рабочий диапазон температур	-25 до +50			-40 до +60 / -25 до +60	-25 до +70	-20 до +60	-40 до +65	-20 до +55	-20 до 55°С	-20 до 55°С	-20 до 70	–25 °C … +60 °C
КПД,%	92-96			90-93	94-95,6	90-92	92-95	91-94	93-96	93	82-89	95.8
Диапазон рабочих частот на выходе,Гц	50/60			50/60	50/60	50/60	50/60	50/60	50/60	50/60	50/60	50/60
Встроенный солнечный контроллер ММРТ	нет			нет	нет	нет	нет	нет	нет	нет	нет	нет
Функция монитор АКБ	нет	нет	есть	нет	нет	нет	вычисление сос- тояния заряда батареи (SOC)	Необходимо допол- нительное внешнее устройство "Battery Status Processor BSP"	Необходимо допол- нительное внешнее устройство "Battery Status Processor BSP"	нет	нет	Отслежи- вание полных характе- ристик АКБ по системе Sunny Home Manager
Ориентировачная стоимость в Москве на сентябрь 2016 года	МАП SINE PRO 20кВт (номи- нал 13.5кВт), 2300 USD	МАП SINE HYB- RID 20кВт (номи- нал 13.5кВт), 2900 USD	МАП SINE DOMI- NATOR 20кВт (номи- нал 13.5кВт), 3500 USD	Outback 3кВт,3700 USD	Xantrex XW 6кВт,4200 USD	Schneider Electric Conext SW 4кВт, 2100 USD	Victron Energy Phoenix 1.2кВт, 800 USD	Studer Xtender XTH 8кВт, 8500 USD	Studer Xtender XTM 4кВт,3800 USD	Studer Xtender XTS 1.4кВт, 1500 USD	Combi Super 3 кВт, 3100 USD	SMA Sunny Island 8 кВт, 5700 USD

---

Итак, мы рассмотрели разные варианты конструкций инверторов. Мы надеемся, что помогли сделать Ваш выбор более осмысленным.

Кратко о выборе солнечных контроллеров

Позже, мы подготовим подробный обзор по конструкциям солнечных контроллеров. А пока упомянем несколько самых важных критериев по их выбору.

Хороший солнечный контроллер должен:

- быть сделан по технологии МРРТ;

- уметь выдерживать высокое напряжение со стороны солнечных панелей (минимум 150 В, но лучше 200 В или выше);

- иметь табло для настройки параметров;

- не использовать вентиляторов для охлаждения;

- работать с любыми типами аккумуляторов, соединённых на любое напряжение;

- иметь датчик тока потребляемого инвертором;

- иметь встроенные реле управления внешними нагрузками

Подробности первого в России теста солнечных контроллеров премиум-класса, вы можете посмотреть на сайте www.invertor.ru/mppt.php

Желаем Вам правильного и удачного выбора!