Інвертором називається пристрій для перетворення постійного струму змінний з постійними або регульованими значеннями вихідної напруги і частоти. Якщо інвертор працює на навантаження, яке не має другого джерела живлення, він називається автономним. Автономні інвертори (АІ) застосовуються живлення споживачів змінним струмом від акумуляторних батарей чи інших джерел постійного струму, для електроприводу з частотним регулюванням, у системах прямого перетворення енергії, наприклад від паливних елементів, МГД-генераторів тощо.
Автономні інвертори (АІ) – це перетворювачі постійного струму на змінний, котрі працюють на мережу, в якій немає інших джерел електроенергії. Перемикання вентилів у них здійснюються завдяки застосуванню повністю керованих вентилів або інших пристроїв штучної комутації. Водночас частота напруги на виході АІ, визначається частотою керування, а величина напруги – показниками навантаження і системою регулювання.
Інвертори, що працюють на навантаження, у якому немає інших генераторів, називають автономними. У них струм перемикається особливим пристроєм, частота вихідного струму (напруги) визначається частотою імпульсів керування. Галузі використання автономних інверторів:
– для живлення споживачів змінного струму в установках, де як основне або резервне джерело енергії застосовується акумуляторна або сонячна батарея;
– у частотному електроприводі змінного струму у складі перетворювача частоти з проміжною ланкою постійного струму;
– в електротехнології як джерело змінного струму підвищеної частоти;
– в електроенергетиці з особливими джерелами живлення як активні фільтри, компенсатори реактивної потужності та потужності викривлення.
Залежно від побудови схеми, розрізнюють однофазні, двофазні, трифазні і багатофазні інвертори, залежно від кількості рівнів напруги джерела постійного струму, дво- і багаторівневі інвертори.
Автономні інвертори (АІ) класифікуються за такими ознаками.
За видом вхідного струму або напруги АІ поділяються на:
– автономні інвертори струму (АІС).
– автономні інвертори напруги (АІН).
– резонансні (коливальні) автономні інвертори (РАІ).
За вентилями, що використовуються, АІ поділяються на:
– АІ на вентилях з неповним керуванням (звичайних тиристорах та симісторах);
– АІ на вентилях з повним керуванням (транзисторах і запірних тиристорах);
За способом комутації АІ на незапірних тиристорах поділяються на:
– АІ з одноступеневим перемиканням, в яких з’єднання здійснюється за допомогою комутувальних конденсаторів основними вентилями схеми без застосування додаткових тиристорів;
– АІ з двоступеневою комутацією, в яких для з’єднання застосовуються спеціальні комутувальні вентилі.
За місцем увімкнення комутувальних конденсаторів АІ з одноступеневим перемиканням поділяються на:
– паралельні АІ (комутувальні конденсатори увімкнені паралельно навантаженню);
– послідовні АІ (комутувальні конденсатори увімкнені послідовно з навантаженням).
Як вибрати правильний інвертор: мережевий, автономний чи гібридний?
Мережевий інвертор (on-grid) призначений для роботи з електромережею, тобто він підключений до мережі та покладається на неї для постачання електроенергії, коли сонячні батареї не виробляють достатньо енергії. Мережеві інвертори є найпоширенішим типом інверторів і ідеально підходять для людей, які хочуть зменшити свою залежність від електромережі, але не обов’язково повністю відключитися від неї.
З іншого боку, автономні інвертори (off-grid) розроблені для роботи без підключення до комунальної мережі. Зазвичай вони використовуються у віддалених районах, де неможливо підключитися до мережі, або для людей, які хочуть бути повністю самодостатніми. Мережеві інвертори працюють у поєднанні з батареями для зберігання надлишку енергії, виробленої сонячними батареями протягом дня, яку можна використовувати вночі або в той час, коли сонце не світить.
Гібридні інвертори – це комбінація мережевих і автономних інверторів. Вони можуть працювати з електромережею, але також мають можливість працювати незалежно, якщо мережа вийде з ладу. Гібридні інвертори також можна використовувати з батареями для зберігання надлишкової енергії для подальшого використання. Вони стають дедалі популярнішими, тому що пропонують найкраще з обох світів – можливість зменшити залежність від мережі, маючи при цьому можливість підключатися за потреби.
Автономні інвертори та джерела безперебійного живлення.
Автономний інвертор – це спеціалізоване обладнання, яке перетворює постійний струм на змінний і підіймає напругу, що приходить з сонячних панелей, до 220 вольт. Ці пристрої називаються off-grid. Їх основна особливість у тому, що вони не працюють з іншими джерелами живлення або зовнішньою електромережею. Вони виробляють електрику, яка витрачається виключно на потреби домогосподарства, причому вона може споживатися безпосередньо побутовою технікою або накопичуватися в акумуляторах.
Необхідно розуміти, що автономний інвертор для сонячних батарей і джерело безперебійного живлення – це різні прилади.
Перетворювач:
– Має кілька входів для підключення джерел енергії. Усі порти рівноправні між собою, і до них можна під’єднати пристрої з різними характеристиками.
– Може самостійно регулювати задані параметри, виставляючи необхідну напругу й частоту в умовах зміни навантажень.
– Дозволяє живити все електрообладнання, яке встановлене в будинку або квартирі. Для цього інвертор підключається до загальної мережі в будинку та поставляє до неї енергію.
Цей пристрій встановлюється між геліостанцією або окремим блоком сонячних панелей і вступним щитком.
Автономний сонячний інвертор за своїм устроєм схожий із джерелом безперебійного живлення, але при цьому в ньому є силовий комутатор з декількома входами, блок керування та формувач вихідного струму. За вхідною напругою пристрої поділяються на малопотужні (працюють з 12 вольт, мають потужність до 600 Вт), середньопотужні (24 вольти, до 1,5 кВт) і високої потужності (48 V, від 1500 Вт).
При виборі моделі необхідно обов’язково враховувати пікову й номінальну потужність. Зазвичай вибір робиться за максимальною, хоч це й не зовсім правильно. Також потрібно врахувати, що при ввімкненні потужного устаткування (кондиціонери, електрокотли, холодильники тощо) виникають високі пускові струми. Вони не повинні перевищувати пікові значення пристрою, навіть коли ввімкнення декількох приладів відбувається одночасно. Для того, щоб вирахувати показник пускової потужності, необхідно напругу (220 вольт) помножити на пусковий струм, зазначений в інструкції. Його розмір не повинен бути більше максимального, а в ідеалі – менше на 30-40% від потужності приладу.
За типом вихідного сигналу перетворювач може бути синусоїдальним та квазісинусоїдальним. Перший вважається найкращим. Він видає чистий, якісний сигнал у вигляді стабільної синусоїди з індексом нелінійних спотворень менше 8 відсотків. Подібні інвертори можна використовувати для підключення обладнання, чутливого до параметрів лінії: котлів опалення, компресорів, комп’ютерної та медичної техніки. Вони видають якісну синусоїду та повністю безпечні для електроприладів. Але при цьому мають велику вагу, значні габарити й високу вартість.
Квазісинусоїдальні системи видають нестабільний сигнал, який має нелінійні спотворення. За формою він більше схожий на трапецію або чотирикутник. При цьому в лінії спостерігаються перешкоди й різноманітні шуми, які впливають на працездатність приладів. До них не рекомендується підключати чутливе обладнання: котли, холодильники тощо. Вони підходять для електрочайників, прасок, ламп розжарювання та іншої електротехніки, а у складній викликають швидкий знос. До їх плюсів належать доступна ціна, компактні розміри та відносно невелика вага.
Сучасний перетворювач повинен мати такі типи захисту:
– Від перегріву. У сучасні моделі виробники встановлюють вентилятори, тому вони охолоджуються примусово. Швидкість обертання лопатей регулюється в залежності від того, яка температура у пристрою.
– Від перевантаження. Цей параметр негативно позначається на обладнанні, тому в нього встановлюють спеціальні запобіжники. При перевищенні потужності пристрій вимикається.
– Від короткого замикання. Якщо подібне станеться, то система вимкнеться і КЗ не зашкодить дорогому устаткуванню.
– Від низької або високої напруги на акумуляторній батареї. Якщо це значення падає або підіймається до заданого, то інвертор вимикається або здійснює якусь іншу запрограмовану дію, щоб захистити систему.
Коефіцієнт корисної дії в подібних пристроїв близький до 95%. Власнику геліосистеми необхідно прагнути якомога вище підняти ККД перетворювача.