Должен ли я выбрать автономный или гибридный солнечный инвертор для своего проекта?

Для завода, фермы, холодильного склада, телекоммуникационной станции или удаленного коммерческого проекта выбор инвертора зависит не только от эффективности преобразования солнечной энергии. Он определяет, что происходит, когда напряжение в сети падает, запускается насос, батарея достигает низкого уровня заряда или генератору необходимо включиться.

Вот почему выбор между автономной системой солнечного инвертора и гибридным инвертором следует начинать с места установки. Участок с надежным доступом к сети и полезными экспортными кредитами имеет совсем другие приоритеты, чем сельский источник питания, который отключается несколько раз в неделю, или место, вообще не имеющее подключения к сети.

В этом руководстве две архитектуры сравниваются с точки зрения проектирования и стоимости проекта, уделяя особое внимание пусковому току двигателя, зависимости от батареи, интеграции генератора, правилам экспорта в сеть и размерам системы для приложений в Латинской Америке.

Энергетическая безопасность и нестабильность сетей в Латинской Америке

Качество электроэнергии сильно различается в Латинской Америке. Промышленные коридоры могут столкнуться с кратковременными перепадами напряжения и перебоями в электроснабжении, в то время как сельские и отдаленные объекты могут зависеть от длинных распределительных линий или работать без коммунальных услуг. Для автоматизированного производственного, холодильного, насосного и коммуникационного оборудования даже кратковременный перерыв может привести к гораздо более длительному периоду восстановления работоспособности.

В одном отраслевом отчете о промышленных коридорах Мексики говорится, что 91% опрошенных операторов промышленных парков сталкивались с перебоями в электроснабжении, при этом провалы напряжения влияли на время безотказной работы машин в периоды высокого спроса.

Стоимость электроэнергии является другой стороной решения. В соответствии с тарифами Мексики на среднее напряжение, такими как GDMTO и GDMTH, сборы, связанные со спросом, привязаны к измеренному пиковому спросу. Поэтому для коммерческих пользователей контроль кратковременного пика мощности может иметь почти такое же значение, как и снижение общего потребления кВтч.

На удаленных объектах дизельное топливо создает другую структуру затрат. Цена на топливо – это только один компонент; транспортировка, хранение, техническое обслуживание, замена масла, износ двигателя и затрудненный доступ — все это увеличивает стоимость поставляемой электроэнергии. Первоначальный источник использовал приведенный диапазон дизель-электричества в размере 0,35–0,65 доллара США за кВтч для удаленных применений.

Таким образом, практический вопрос прост: нужно ли проекту оставаться подключенным к коммунальному предприятию и использовать его как часть энергетической стратегии, или ему необходимо работать как собственная энергосистема?

Солнечный инвертор вне сети против гибридных систем

Что определяет автономную солнечную инверторную систему?

Автономный инвертор действует как источник напряжения для местной системы переменного тока. Вместо того, чтобы ждать, пока появится сигнал от сети, он создает напряжение и частоту переменного тока, которые используют нагрузки. В большинстве латиноамериканских проектов это означает обеспечение стабильной выходной частоты 50 Гц или 60 Гц от фотоэлектрических систем и аккумуляторов, а также генератора или вспомогательного источника переменного тока, доступного при необходимости.

Автономный источник напряжения в сравнении с синхронной работой в сети

Обычный сетевой инвертор синхронизируется с сетью. Он измеряет напряжение и фазу сети, а затем подает ток в существующую форму сигнала. Если сеть пропадает, защита от изолирования отключает инвертор, чтобы он не подавал питание на линию, которая должна быть обесточена. Такие стандарты, как UL 1741 и IEEE 1547, рассматривают такое поведение интерактивного оборудования с сетью.

Автономный инвертор работает по-другому. Он должен сохранять форму сигнала переменного тока при изменении нагрузки. Это особенно важно для насосов, холодильных компрессоров, преобразователей частоты, ПЛК, коммуникационного оборудования и других нагрузок, не терпящих нестабильного напряжения. Для чувствительного оборудования покупатели должны проверять заявленный производителем общий коэффициент гармонических искажений (THD), а не полагаться только на фразу «чистая синусоидальная волна».

Интегрированное отслеживание MPPT и связь по управлению батареями

Блоки Current «все в одном» часто объединяют в одном корпусе инверторный каскад, контроллер солнечного заряда MPPT, зарядное устройство переменного тока и функции передачи. Это уменьшает количество внешних проводов, но также делает детали спецификации более важными, поскольку входное окно фотоэлектрических модулей, ток заряда, протокол батареи и режим передачи переменного тока привязаны к одной и той же платформе.

Контроллер MPPT постоянно регулирует рабочую точку фотоэлектрической батареи, чтобы массив мог обеспечивать доступную мощность при изменении освещенности и температуры. Например, низкочастотный солнечный инвертор SNADI NKM (1–6 кВт) указан со встроенным контроллером MPPT на 100 А и опциями связи с аккумулятором. В системах с литий-железо-фосфатом (LiFePO4) связь RS485 или CAN может позволить инвертору и BMS обмениваться информацией о состоянии заряда, напряжении, температуре и защите.

Пять технических и финансовых отличий, которые должны оценить покупатели солнечной энергии

1. Взаимодействие с сетью, правила экспорта и реальность чистого измерения

Основное коммерческое преимущество гибридного инвертора заключается в том, что он может оставаться частью энергосистемы, подключенной к сети. В зависимости от местных правил и сертификации инвертора излишки фотоэлектрической энергии можно экспортировать, батареи можно заряжать и разряжать в течение тарифных периодов, а критические нагрузки можно резервировать во время отключений электроэнергии.

Эта экономика зависит от регулирования. По данным Управления энергетической информации США со ссылкой на данные ANEEL, объем рынка распределенной солнечной энергии в Бразилии к 2025 году превысит 40 ГВт. Закон Бразилии 14,300/2022 также ввел основу, которая поэтапно взимает плату за экспортируемую энергию распределенной генерации до 2029 года.

Для владельца проекта это означает, что стоимость экспорта не должна рассматриваться как постоянная. Если собственное потребление стоит больше, чем экспортный кредит, хранение и планирование загрузки становятся более важными.

Мексика также требует одобрения на подключение систем экспорта энергосистем. Сроки реализации проекта зависят от технологического процесса, размера системы, местоположения и документации. Если объект не может экспортировать энергию или проект должен работать независимо от общественной сети, автономная архитектура позволяет избежать разработки экономического обоснования экспорта энергии. Однако это не отменяет местных разрешений на электрооборудование или требований к установке.

2. Зависимость от аккумулятора и механика аварийного запуска

Для выделенной автономной системы обычно требуется батарея, поскольку фотоэлектрическая мощность может меняться быстрее, чем нагрузка. Край облака, запуск компрессора или запуск насоса могут создать кратковременный дисбаланс мощности, который поглощается аккумулятором. Некоторые инверторы поддерживают работу без батарей в дневное время, но этот режим не следует рассматривать как эквивалент системы с батарейным питанием для промышленных или коммерческих нагрузок.

Возможность черного старта имеет значение после глубокой разрядки или полного отключения. Инвертор должен иметь возможность перезапустить свои элементы управления и восстановить шины постоянного и переменного тока, используя доступный источник энергии. В удаленном проекте точно подтвердите, как перезапускается модель: от фотоэлектрической батареи, от батареи, от генератора переменного тока или от определенной комбинации этих источников.

Гибридная платформа может быть более гибкой, если сеть надежна. Некоторые системы могут быть сначала установлены как фотоэлектрические, подключенные к сети, а затем расширены за счет батарей. Это может распределить капитальные затраты по этапам, но перед первой покупкой следует проверить интерфейс батареи и пределы расширения.

3. Устойчивость к перенапряжению и управление индуктивной нагрузкой

Запуск двигателя является одной из наиболее распространенных причин, по которой инвертор, который на бумаге выглядит нормально, плохо работает в полевых условиях. Скважинные насосы, холодильные компрессоры, конвейеры, зерновые мельницы, инструменты для мастерских и оборудование для кондиционирования воздуха во время запуска могут потреблять в несколько раз больше своего рабочего тока.

Двигателю на короткое время может потребоваться мощность, превышающая его рабочую мощность примерно в 2,5–4 раза, в зависимости от типа двигателя, механической нагрузки, метода запуска, длины кабеля и напряжения. Вот почему постоянная мощность — это только половина задачи по выбору инвертора.

Конструкции высокочастотных инверторов компактны и эффективны, но характеристики импульсных помех сильно различаются в зависимости от производителя. Низкочастотные инверторы на базе трансформатора часто выбираются для проектов с тяжелыми индуктивными нагрузками, поскольку их трансформатор и силовая ступень лучше переносят кратковременные перегрузки. Низкочастотный инвертор SNADI FT (1–12 кВт) предназначен для такого типа применения. Покупателям следует проверить фактический процент и продолжительность перегрузки в технических характеристиках, а не предполагать, что каждая низкочастотная модель имеет одинаковую устойчивость к скачкам напряжения.

4. Сопряжение генератора через сухой контакт и резервные переключатели.

Для изолированных объектов генератор обычно является резервным, а не основным источником энергии. Поэтому полезный автономный инвертор должен делать больше, чем просто принимать переменный ток от генератора; он должен координировать запуск генератора, зарядку аккумулятора и остановку генератора.

Многие автономные инверторы оснащены программируемым реле с сухими контактами. Контакт можно настроить в зависимости от напряжения или уровня заряда аккумулятора, а затем подключить к контроллеру генератора или системе автоматического переключения. Как только напряжение и частота генератора стабилизируются, инвертор может подавать питание на нагрузку и использовать зарядное устройство для восстановления аккумуляторной батареи.

Точные пороговые значения запуска/останова должны соответствовать химическому составу батареи, ограничениям BMS, мощности генератора и желаемому резерву. Такая настройка, как 20% SoC, может подходить для одного проекта и быть слишком глубокой для другого, поэтому ее следует рассматривать как параметр ввода в эксплуатацию, а не универсальное правило.

5. Капитальные затраты в сравнении с долгосрочными эксплуатационными расходами

Цена инвертора занимает лишь одну строку в бюджете проекта. Емкость аккумулятора, размеры фотоэлектрических модулей, размер генератора, распределительное устройство, защитные устройства, трудозатраты на установку, связь и соблюдение местных требований могут изменить экономику больше, чем разница между двумя моделями инверторов.

Гибридная система может снизить затраты в первый день, если проект начинается с небольшим аккумулятором или вообще без него. В свою очередь, экономическое обоснование остается привязанным к доступности коммунальных услуг, тарифам, платежам за спрос и экспортной политике.

Автономная система на начальном этапе обычно требует большей емкости хранения, но она может заменить большую часть времени работы генератора, когда доставка и обслуживание дизельного топлива обходятся дорого. В исходной статье использовался диапазон окупаемости солнечной энергии и ее хранения в течение 2,5–4 лет по сравнению с дорогостоящей удаленной дизельной генерацией. Фактическая окупаемость должна рассчитываться на основе потребления топлива на объекте, стоимости поставленного топлива, ресурса солнечной энергии, предположений о замене батарей, технического обслуживания, финансирования и профиля нагрузки, а не рассматриваться как стандартный региональный показатель.

Сводная таблица сравнения финансовых и операционных рисков

Как подобрать автономный инвертор: формулы трех полей

Определение параметров автономной сети должно основываться на нагрузках, которые фактически работают вместе, а не на сумме данных на каждой табличке в здании. Цель состоит в том, чтобы покрыть непрерывный спрос, кратковременные скачки напряжения в двигателе и ограничения по эксплуатации батарей/фотоэлектрических систем без покупки ненужной мощности.

Шаг 1. Рассчитайте мощность непрерывной работы и пиковый импульс двигателя.

Начните с графика нагрузки. Отделите резистивные или электронные нагрузки от двигателей и компрессоров, а затем определите, какие нагрузки могут работать одновременно.

Размер непрерывного инвертора (Вт) = сумма одновременно работающих ватт x 1,25

Коэффициент 1,25 дает рабочий запас в 25 %, поэтому не ожидается, что инвертор будет постоянно поддерживать полную паспортную мощность. Для помещений с горячим оборудованием, большой высоты или ограниченной вентиляции требования производителя по снижению номинальных характеристик могут потребовать дополнительного запаса.

Номинальная мощность импульсного инвертора (Вт) = базовая рабочая мощность + максимальный пусковой импульс для одного двигателя

Практический пример на местах

· Освещение, сетевое оборудование и вентиляторы: 1200 Вт.

· Два охладителя молока: по 1500 Вт каждый, общая мощность 3000 Вт.

· Один глубинный насос мощностью 1,5 л.с.: рабочая мощность 1100 Вт; пример 3x стартовый коэффициент = 3300 Вт

Постоянная потребность = (1200 + 3000 + 1100) x 1,25 = 6625 Вт.

Пиковая пиковая нагрузка = (1200 + 3000) + 3300 = 7500 Вт.

Таким образом, низкочастотный преобразователь мощностью 8 или 10 кВт может быть разумной отправной точкой для этого примера, при условии, что номинальная мощность импульса выбранной модели покрывает пуск двигателя. Солнечный инвертор SNADI NKM мощностью 8–10 кВт является одним из образцов продукта для этого диапазона мощностей. Окончательный размер все равно следует сверить с его техническими данными и реальным пусковым током двигателя.

Шаг 2. Выберите архитектуру шины постоянного тока.

Напряжение шины аккумулятора напрямую влияет на ток, размер кабеля, защитное оборудование и резистивные потери.

P = V x I, следовательно, I = P / V

Потери мощности в проводнике = I² x R

Для нагрузки постоянного тока мощностью 5000 Вт идеализированный ток составляет примерно 416,7 А при 12 В, 208,3 А при 24 В и 104,2 А при 48 В. Реальный входной ток инвертора будет выше, поскольку преобразование не обеспечивает 100% эффективности.

Эта нынешняя разница является причиной того, что автономные системы с более высокой мощностью обычно переходят на архитектуры постоянного тока 48 В или выше. Меньший ток упрощает конструкцию кабелей и шин и снижает потери I²R. Размер кабеля по-прежнему следует выбирать с учетом фактического тока, длины участка, допустимого падения напряжения, номинальной температуры проводника и местных электротехнических норм.

Для проектов мощностью примерно 2 кВт автономный солнечный инвертор на 48 В с MPPT часто является более практичной отправной точкой, чем 12 В. Считайте это предпочтением конструкции, а не универсальным правилом; Конечное напряжение постоянного тока должно соответствовать выбранной платформе инвертора и батареи.

Шаг 3. Измерьте размер фотоэлектрического массива MPPT и проверьте Voc холодным утром

Холодная погода повышает напряжение холостого хода фотоэлектрической батареи. Это важно в высокогорьях Мексики, Андах и других местах, где утренняя температура может быть намного ниже стандартных условий испытаний 25°C, указанных на этикетках модулей.

Voc(холод) = Voc(STC) x [1 + (Delta T x gammaVoc / 100)]

· Дельта Т = Tmin - 25°C

· gammaVoc = температурный коэффициент Voc модуля

Совет инженера по солнечной энергии SNADI/SNAT:

Предположим, что каждый из шести модулей мощностью 550 Вт имеет STC Voc на 49,8 В. Номинальное напряжение серии Voc составляет 298,8 В. В холодных условиях это значение увеличивается. Если абсолютное максимальное входное фотоэлектрическое напряжение инвертора составляет всего 300 В, конструкция практически не имеет запаса на холодную погоду.

Используйте фактический температурный коэффициент модуля и минимальную расчетную температуру проекта. Поддерживайте скорректированную строку Voc ниже абсолютного максимального входного напряжения инвертора с дополнительным расчетным запасом, если этого требуют инструкции производителя или местная инженерная практика. Важным моментом является не номер примера; дело в том, что одного STC Voc недостаточно для проектирования струн.

Практическое применение в Латинской Америке

Сельскохозяйственные насосы и холодильные склады в сельских регионах

Сельскохозяйственные объекты часто сочетают в себе два сложных типа нагрузки: двигатели и охлаждение. Длинные сельские фидеры также могут привести к увеличению падения напряжения, особенно во время запуска двигателя. Там, где качество сети низкое, автономная или независимая от сети система хранения солнечной энергии может дать насосам и холодильным камерам более контролируемый источник энергии.

Проектирование следует начинать с пускового тока насоса, цикла работы компрессора, графика орошения, ночной нагрузки и количества дней с низким содержанием солнечной энергии, которые должна обеспечить батарея. Во многих проектах сокращение количества одновременных запусков двигателей может более эффективно снизить требования к инвертору и аккумулятору, чем простая покупка инвертора большей мощности.

Коммерческая непрерывность в пригородных промышленных парках

Для электростанций в таких городах, как Монтеррей, Керетаро, Сан-Паулу или Медельин, сеть может быть доступна большую часть времени, но все равно будет дорогой или несовершенной. Именно здесь гибридная система обычно более актуальна, чем полностью изолированная архитектура.

Аккумулятор можно заряжать от полуденной солнечной энергии и разряжать в периоды высоких затрат или высокого спроса. Снижение пиковых значений полезно, когда тариф включает в себя компоненты спроса, поскольку цель состоит в том, чтобы сократить интервал измерения максимальной мощности, а не только общее ежемесячное потребление энергии. Функции резервного копирования также могут быть назначены панели критической нагрузки, а не всему объекту, что часто предъявляет более практичные требования к хранению.

Островные и автономные объекты гостеприимства

Удаленные отели и гостиничные комплексы вызывают дополнительную озабоченность: шум генератора и доставка топлива являются частью впечатлений гостей, а также операционного бюджета. Солнечная энергия плюс аккумуляторная батарея могут перевести генератор с непрерывного режима работы на резервный, если фотоэлектрическая батарея и батарея подобраны правильно.

Не оценивайте эти системы только по количеству комнат. Разнообразие систем кондиционирования, нагрузка на кухню, подача воды, оборудование для стирки, охлаждение, характер занятости и сезонный солнечный ресурс — все это влияет на результат. Мощность зарядки генератора также должна быть согласована с допустимой скоростью зарядки аккумулятора, чтобы время автономной работы не превышало необходимого.

Выбор правильной архитектуры для вашего проекта

Выбирайте архитектуру исходя из эксплуатационных ограничений сайта.

Если коммунальное предприятие достаточно надежно, чтобы оставаться частью энергетической стратегии, и проект получает выгоду от собственного потребления, управления спросом или одобренного экспорта, гибридный инвертор обычно обеспечивает большую гибкость.

Если на объекте нет сети, ненадежный сельский источник питания или тяжелые индуктивные нагрузки, которые должны продолжать работать без поддержки со стороны коммунальных служб, часто лучше подходит выделенная автономная система. В этом случае обратите пристальное внимание на перенапряжение двигателя, автономность аккумулятора, управление генератором, пределы входной фотоэлектрической энергии и конструкцию шины постоянного тока.

Самым важным различием является не «более новая» инверторная технология от «старой». Вопрос в том, должна ли система следовать за энергосистемой или создать собственную стабильную энергосистему. Как только это станет ясно, остальная часть работы по определению размера станет намного проще.

✉️ Электронная почта : marketing@snadi.com.cn

Веб-сайт :

www.snatsolar.com

www.snadisolar.com

☎️ WhatsApp/WeChat : +86 1803929353