Inversor híbrido para painéis solares: tipos, análise dos melhores modelos + recursos de conexão

Os sistemas de fornecimento de energia com a utilização simultânea da corrente tradicional e da eletricidade solar são uma solução economicamente viável para residências particulares, chalés e aldeamentos turísticos e instalações industriais.

Um elemento indispensável do complexo é um inversor híbrido para painéis solares, que determina os modos de alimentação de tensão, garantindo o funcionamento ininterrupto e eficiente do sistema solar.

Para que o sistema funcione de forma eficaz, você não precisa apenas escolher o modelo ideal, mas também conectá-lo corretamente. E veremos como fazer isso em nosso artigo. Consideraremos também os tipos de conversores existentes e as melhores ofertas do mercado atualmente.

Avaliando as capacidades de um inversor híbrido

O uso de energia solar renovável em combinação com o fornecimento de energia centralizado oferece uma série de vantagens. O normal funcionamento do sistema solar é assegurado pelo funcionamento coordenado dos seus principais modelos: painéis solares, controlador de carga, bateria, bem como um dos elementos-chave - o inversor.

O inversor do sistema solar é um dispositivo para converter corrente contínua (DC) proveniente de painéis fotovoltaicos em eletricidade alternada. É com uma corrente de 220 V que funcionam os eletrodomésticos. Sem um inversor, a geração de energia não tem sentido.

Diagrama de operação do sistema: 1 – módulos solares, 2 – controlador de carga, 3 – bateria, 4 – conversor de tensão (inversor) com alimentação de corrente alternada (CA)

É melhor avaliar as capacidades de um modelo híbrido em comparação com as características operacionais de seus concorrentes mais próximos - “conversores” autônomos e em rede.

Conversor de tipo de rede

O dispositivo opera com carga da rede elétrica geral. A saída do conversor é conectada aos consumidores de eletricidade, a rede AC.

O esquema é simples, mas tem várias limitações:

• operabilidade quando a energia CA está disponível na rede;
• A tensão da rede deve ser relativamente estável e dentro da faixa operacional do conversor.

Esta variedade é procurada em residências particulares com uma tarifa “verde” atual para eletrificação.

Durante o dia, com consumo mínimo de energia, a corrente gerada é fornecida à rede com tarifas “verdes”, da noite à manhã o edifício é “alimentado” pelo fornecimento centralizado de energia elétrica

Versão autônoma do dispositivo

O dispositivo é alimentado por bateria, que recebe carga de painéis solares por meio de um controlador MPPT.O sistema utiliza diferentes tipos de baterias, incluindo baterias de lítio de alta tecnologia.

No “enchimento” máximo do dispositivo de armazenamento, o excesso de eletricidade é transferido para a entrada do inversor, cuja saída é conectada aos consumidores finais da CA.

Em caso de atividade solar insuficiente, a energia é retirada das baterias e sofre “conversão” através de um inversor de tensão.

Características da instalação autônoma:

• possibilidade de operação independente na ausência de corrente alternada da rede;
• alguns modelos suportam a tarifa feed-in;
• A eficiência das instalações é de 90-93%.

Para garantir a autonomia absoluta de um objeto, cálculo de energia do painel solar e capacidade suficiente da bateria.

Uma opção para usar o inversor de forma independente, sem incluir uma conexão de rede centralizada no sistema. Um conversor autônomo é procurado em áreas com total ausência ou baixa qualidade de fornecimento de eletricidade

Tipo de inversor híbrido

O modelo difere dos dispositivos descritos acima em sua “arquitetura” especial de fabricação. No seu interior é fornecido um circuito elétrico especial que permite operar em paralelo com uma fonte de corrente (rede, gerador) em modo conversor.

Ao mesmo tempo, a carga é alimentada pela rede central e painéis solares, com prioridade dada ao fornecedor DC.

O conversor híbrido permite consumir energia solar da forma mais eficiente possível, sem desligar a fonte de alimentação da estação central ou gerador

As vantagens competitivas residem na versatilidade dos inversores híbridos:

1. Líquido - uma espécie de bateria espaçosa com eficiência de 100%.Todo o excedente gerado pelas placas fotovoltaicas pode ser redirecionado para a rede central com tarifa “verde”.
2. Garantindo fornecimento de energia ininterrupto. Quando a alimentação principal é desligada, o sistema passa para o modo autônomo, protegendo todos os consumidores de picos de tensão.
3. Aumentando o limite de energia da rede durante picos de carga adicionando energia do complexo inversor-bateria.

Quando o consumo diminui, o complexo solar muda para o modo de carregamento e após algum tempo está novamente pronto para uso. A função de dupla potência pode ser designada: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

A adição de poder ocorre de acordo com os seguintes princípios:

• se a potência utilizada estiver abaixo do consumo máximo da rede, além de alimentar a carga, a bateria de armazenamento é carregada;
• na ausência de tensão na rede, é consumida a eletricidade recebida da bateria e convertida pelo inversor;
• se a carga exceder o valor limite da potência da rede, a deficiência será preenchida com eletricidade acumulada da bateria solar.

Os modos de operação listados são capazes de suportar modelos híbridos com carregador.

Alguns inversores multifuncionais são projetados para conectar várias linhas CA simultaneamente para fornecer backup automático.Modelos de alta tecnologia regulam de forma independente a carga da bateria

Tipos de conversores de corrente

Ao escolher o “coração” de um sistema de alimentação autônomo, deve-se comparar corretamente as tarefas atribuídas ao equipamento com suas capacidades potenciais.

As principais características da classificação dos inversores híbridos são: algoritmo para alteração dos modos de operação, formato da tensão de saída e capacidade de atender uma rede monofásica ou trifásica.

Comparação de PSU e instalação híbrida

Algumas empresas enganam involuntariamente os consumidores ao chamar uma unidade de fonte de alimentação ininterrupta (UPS) de inversor híbrido. Parece que ambos os dispositivos realizam tarefas semelhantes, mas há uma diferença significativa.

O BPS é um inversor com carregador. O módulo garante principalmente o consumo de energia da instalação fotovoltaica e, caso não haja energia suficiente, passa para o consumo da rede.

O UPS não é capaz de realizar a função de “misturar” a eletricidade acumulada das baterias com a rede. O consumo prioritário da fonte DC é realizado desconectando-se da rede e mudando para operação com bateria

O funcionamento do sistema em modo “espasmódico” provoca ciclos adicionais da bateria e acelera seu desgaste. Na maioria das fontes de alimentação baratas, a tensão limite é definida sem possibilidade de regulação.

Nos modelos de inversores híbridos para painéis solares, tais saltos estão excluídos - a unidade se adapta à potência necessária e funciona simultaneamente com diferentes fontes de corrente.

Você mesmo pode escolher seu consumo prioritário. Normalmente, a ênfase está no consumo de energia dos painéis solares.Algumas unidades híbridas têm a opção de limitar a energia fornecida pela rede municipal.

Comparação das funções de modificações populares de “conversores” híbridos e BPS. A série de modelos Victron oferece a capacidade de aumentar a potência do inversor devido à rede

Variedades de acordo com o formato do sinal do inversor

Os conversores de corrente de células solares são classificados pelo tipo de sinal de saída.

Há:

• onda senoidal pura;
• senoidal modificada (onda quase senoidal);
• meandro.

Esta última opção praticamente não é utilizada na prática, pois uma mudança brusca de polaridade provoca mau funcionamento do equipamento.

Um inversor que fornece um sinal “em forma de U” não será capaz de proteger os dispositivos contra picos de tensão. Além disso, a maioria dos eletrodomésticos não aceita corrente sinuosa

O que é uma onda senoidal pura?

O conversor produz um sinal de alta qualidade superior à forma de onda da corrente da rede elétrica. Esta é a melhor opção para garantir o funcionamento de equipamentos “sensíveis”: caldeiras de aquecimento, compressores, motores elétricos, equipamentos médicos e dispositivos baseados em fontes de alimentação de transformadores.

Desvantagens dos inversores de onda senoidal: alto custo e grandes dimensões. Comprar um conversor com onda senoidal pura custará o dobro de um modelo com onda quase senoidal com indicadores de potência total iguais

Características de quase-seno

A transmissão da energia do sinal na forma de onda senoidal modificada pode reduzir a eficiência de alguns dispositivos, provocar o aparecimento de ruídos, causar interferências ou levar à falha do equipamento.

Ao alimentar transformadores de baixa frequência, motores assíncronos e síncronos, é visível uma perda de potência de 20-30%.Essa “falha” é convertida em energia térmica, aquecendo excessivamente os aparelhos.

Os inversores com sinal de onda pseudo-senoidal são compactos e acessíveis. Seu uso é aconselhável para alimentação de dispositivos sem cargas indutivas, projetados para consumir componentes ativos de energia elétrica.

Este grupo inclui: aquecedores termoelétricos, lâmpadas incandescentes para sistemas de iluminação e outras estruturas resistivas.

Opções de seno modificado: 1 – forma complicada de meandro com pausa, 2 – aproximando-se de um seno puro aumentando o número de transições

A forma do sinal de saída está indicada no passaporte do inversor ou fonte de alimentação ininterrupta. Designações possíveis: “Back” – garantia da ausência de onda senoidal pura, “Smart” – probabilidade de receber corrente de alta qualidade na saída.

Alguns fabricantes anotam o fator de distorção harmônica (índice de distorção não linear) no documento que acompanha. Se o parâmetro for inferior a 8%, a unidade produz um seno quase perfeito.

Modelos monofásicos e trifásicos

Os inversores monofásicos são principalmente integrados ao circuito de um sistema fotovoltaico residencial com tensão padrão de 220V.

A faixa de tensão de saída quando conectada a uma fase em diferentes modelos varia de 210-240V, frequência de saída - 47-55 Hz, potência - 300-5000 W.

Os inversores monofásicos são produzidos para tensões padrão de bateria: 12, 24 e 48 V. Para garantir que o conversor não opere em sua capacidade máxima, é necessário adequar a potência do “conversor” à tensão da bateria solar ou bateria.

Faixa de dependência das características da bateria (tensão - V) e conversor solar (potência nominal - W): 12 V - dentro de 600 W, 24 V - até 1,5 kW, 48 V - acima de 1,5 kW

Inversores trifásicos são usados ​​para fornecer corrente trifásica para alimentar motores elétricos. Uso primário: produção, oficinas, fins comerciais.

Os inversores trifásicos se distinguem pela alta potência (3-30 kW), uma ampla faixa de tensão alternada de saída (220V/400V).

Modelos combinados também estão disponíveis no mercado. Isso inclui inversores monofásicos com a capacidade de sincronizar as saídas do conversor com mudança de fase - isso permite alimentar cargas trifásicas. Revisamos todos os tipos de equipamentos para conversão de corrente de painéis solares em nosso outro artigo.

Parâmetros de seleção do inversor solar

A eficiência do conversor e de todo o sistema de alimentação depende em grande parte da escolha correta dos parâmetros do equipamento.

Além das características descritas acima, você deverá avaliar:

• potência de saída;
• tipo de proteção;
• Temperatura de operação;
• dimensões de instalação;
• eficiência;
• disponibilidade de funções adicionais.

Consideremos a seguir todas essas características com mais detalhes.

Critério nº 1 – potência do dispositivo

A classificação do inversor solar é selecionada com base na carga máxima da rede e na vida útil esperada da bateria. No modo de inicialização, o conversor é capaz de fornecer um aumento de potência de curto prazo no momento do comissionamento de cargas capacitivas.

Este período é típico ao ligar máquinas de lavar louça, máquinas de lavar ou geladeiras.

Ao usar lâmpadas de iluminação e uma TV, um inversor de baixa potência de 500-1000 W é adequado.Via de regra, é necessário calcular a potência total do equipamento utilizado. O valor requerido está indicado diretamente no corpo do dispositivo ou no documento que o acompanha.

É aconselhável aumentar o valor resultante em 20-30% - esta será a potência de saída necessária do inversor. Por exemplo, a potência total do equipamento é de 500 W/h, a duração da bateria é de 5 horas. Cálculo: 500 W/h*5h*1,2=3000 W/h

Critério #2 – nível de proteção

Um inversor solar de alta qualidade deve ter vários estágios de proteção. Opções possíveis: sistema de refrigeração forçada, prevenção de curto-circuito, proteção contra quedas e surtos de tensão na rede.

Também é importante ter um invólucro vedado e reforçado que evite a entrada de partículas de poeira e umidade. O indicador de proteção dos equipamentos elétricos é padronizado de acordo com a padronização IEC-952.

O índice é designado IP AB, onde A é o nível de proteção contra a penetração de partículas estranhas no dispositivo, B é a resistência à umidade.

Para condições de operação externas, modelos com índice “IP65” são adequados - a resistência e confiabilidade do inversor permitem seu uso em ambiente externo.

Critério nº 3 - temperatura operacional e dimensões

Uma ampla gama de valores é um indicador da qualidade de construção decente do inversor. O valor do indicador é especialmente relevante ao colocar o conversor em uma sala sem aquecimento.

O peso é um indicador indireto da qualidade do inversor. Existe uma opinião: quanto mais pesado o conversor, mais poderoso ele é. Isso se explica pela presença de transformador em equipamentos de alta potência.

Nos modelos “leves”, a ausência de transformador pode causar a quebra do inversor quando for fornecida uma corrente de partida elevada.

De acordo com as observações, um quilograma de peso do inversor solar corresponde a uma potência de saída de 100 W. As dimensões do inversor determinam o método de sua instalação

Critério #4 – eficiência

Os especialistas recomendam a compra de “conversores” atuais com eficiência de 90% ou mais. Somente com este parâmetro o funcionamento do sistema solar será eficaz e seu arranjo conveniente. Perder 10% da energia solar é um luxo inaceitável.

Funcionalidade adicional. Capacidades avançadas afetam o custo do equipamento e nem sempre são procuradas. No entanto, algumas opções valem o dinheiro gasto.

“Dispositivos” úteis e necessários incluem:

• adição automática de potência do inversor à rede elétrica;
• ajustar o período de carregamento da bateria;
• seleção de fonte de corrente prioritária;
• manutenção do trabalho com diversos tipos de baterias (alcalinas, fosfato de ferro-lítio, hélio, AGM, ácidas);
• possibilidade de operação combinada com conversor de rede;
• configurar o indicador de tensão - evitando “saltos” na tensão da rede;
• possibilidade de atualizar o inversor atualizando o firmware.

Conversores modernos podem ser conectados a um PC para programação e monitoramento.

Os fabricantes oferecem software gratuito para monitorar o funcionamento dos equipamentos e redes elétricas da empresa. Uma opção interessante é a possibilidade de enviar notificações por SMS sobre o status do sistema mediante solicitação do usuário.

Revisão de conversores híbridos populares

Entre os consumidores, os inversores de empresas estrangeiras receberam boas críticas: Xtender (Suíça), Prosolar (China), Victor Energy (Holanda), SMA (Alemanha) e Xantrex (Canadá). Representante nacional - MAP Sine.

Gama Xtender de inversores multifuncionais

O conversor híbrido Studer da Xtender é a personificação do padrão de qualidade suíço em eletrônica de potência. Os inversores solares da série Xtender distinguem-se pelas suas impressionantes características de resistência e ampla funcionalidade.

Variedade de modelos: XTS - representantes de baixa potência, XTM - modelos de média potência, XTN - inversores de alta potência.

Faixas de potência do Xtender: XTS - 0,9-1,4 kW, XTM - 1,5-4 kW, XTN - 3-8 kW. Tensão de saída – 230 W, frequência – 50 Hz

Cada série Xtender Hybrid oferece os seguintes recursos e opções:

• alimentação de onda senoidal pura;
• “adição” de energia à rede a partir da bateria;
• quando a tensão da rede diminui, o consumo da fonte de alimentação central é reduzido;
• dois modos de seleção de prioridade: o primeiro é “suave” com fonte de alimentação dentro de 10%, o segundo é uma troca completa para a bateria;
• variedade de configurações do instalador;
• gerenciamento do gerador de backup;
• modo de espera com ampla faixa de controle;
• monitoramento remoto dos parâmetros do sistema.

Todas as modificações possuem a função Smart Boost - conexão a diferentes fornecedores de energia (grupo gerador, inversor de rede) e Power Shaving - cobertura garantida de picos de carga.

Conversores híbridos Prosolar ideais

O modelo fabricado na China tem boas características e um custo aceitável (cerca de 1200 USD). O conversor otimiza o funcionamento dos painéis solares armazenando a energia não utilizada na bateria.

Características técnicas: forma de tensão - senoidal, eficiência de conversão - 90%, peso de instalação - 15,5 kg, umidade permitida - 90% sem condensação, temperatura -25°C - +60°C

Características distintas:

• opção de rastrear o ponto limite de potência de uma bateria solar;
• display LCD de informações exibindo os parâmetros operacionais do sistema;
• Carregador de bateria de 3 níveis;
• ajuste de corrente máxima até 25A;
• comunicação do inversor.

O conversor é conectado a um PC através de software (fornecido em kit). É possível modernizar o inversor através de flashing inovador.

Inversores de onda senoidal Phoenix Inverter

Os inversores Phoenix atendem a altas demandas e são adequados para aplicações industriais. A série Phoenix Inverter é lançada sem carregador integrado.

Os conversores estão equipados com o barramento de informação VE.Bus e permitem o funcionamento em configurações paralelas ou trifásicas.

A faixa de potência da linha de modelos é de 1,2 a 5 kW, a eficiência é de 95%, o tipo de tensão é senoidal.

A tabela mostra as características da modificação híbrida do inversor 48/5000 da Victron Energy. O custo estimado de um inversor Phoenix com potência de 5 kW é de 2.500 USD.

Vantagens competitivas:

• A tecnologia “SinusMax” suporta o lançamento de “cargas pesadas”;
• dois modos de economia de energia – opção de busca de carga e redução de corrente sem carga;
• presença de relé de alarme - notificação de superaquecimento, tensão insuficiente da bateria, etc.;
• configuração de parâmetros programáveis ​​via PC.

Para obter alta potência, até seis conversores podem ser conectados em paralelo a uma fase. Por exemplo, uma combinação de seis dispositivos com uma classificação de 48/5000 é capaz de fornecer uma potência de saída de 48 kW/30 kVA.

Dispositivos MAP domésticos híbridos e dominadores

A empresa MAP Energia desenvolveu duas modificações do conversor híbrido: Gibrid e Dominator.

A faixa de potência do equipamento é de 1,3 a 20 kW, o período de alternância entre os modos é de até 4 ms, é fornecida a possibilidade de “bombear” eletricidade para a rede da cidade.

Tabela comparativa de capacidades do conversor. Ambos os tipos são capazes de trabalhar no modo ECO; cada modelo “se conecta” a um servidor Web para monitoramento e ajuste remoto

Características gerais dos conversores de tensão Híbrido e Dominator:

• transformador baseado em toro;
• Não há estabilização da tensão de entrada;
• modo de “bombeamento” de potência;
• a saída é senoidal pura;
• geração de energia excedente na rede;
• limitação do consumo de corrente na entrada AC;
• classe IP21;
• o consumo no modo “sleep” é de 2-5W.

A eficiência dos conversores chega a 93-96%. Os dispositivos passaram com sucesso nos testes para uso em temperaturas ultrabaixas (valor limite -25°, redução de curto prazo para -50 °C é aceitável).

Possíveis diagramas de conexão

Na construção de um complexo fotovoltaico aliado a uma rede central, existem diferentes opções de ligação de um inversor.

Opção nº 1 - circuito com controlador de carga DC

A opção mais popular é onde a bateria é carregada através de um controlador solar MPPT (análise de ponto de potência de pico).

O circuito utiliza um conversor que suporta a transferência de eletricidade para a rede ou carga se a tensão da bateria exceder um parâmetro especificado pelo usuário

Características da solução:

• uso eficiente de energia renovável quando a rede está ligada/desligada;
• a capacidade de ativar a operação do sistema solar depois que a bateria estiver descarregada.

E outra solução é aumentar ligeiramente as perdas para conversão de energia na seção “controlador-bateria-inversor”.

Opção nº 2 - esquema com conversor híbrido e de rede

Conversor de rede na saída do inversor de bateria. De acordo com o diagrama, dois conversores estão conectados a diferentes painéis solares.

O conversor híbrido é conectado ao painel fotovoltaico opcional para recarregar a bateria, e o conversor de rede é conectado ao módulo solar principal.

Em condições normais (presença de corrente de rede), o conversor de rede alimenta a carga redundante, a eficiência de conversão é de cerca de 95%. O excesso de energia vai para a bateria e, quando ela está cheia, vai para a rede geral

Características do sistema:

• operação ininterrupta independentemente da presença de tensão de rede central;
• alta eficiência e minimização de perdas no lado CC devido a um nível de tensão suficiente da bateria solar;
• as baterias quase sempre operam em modo buffer, o que aumenta sua vida útil;
• a utilização de inversores híbridos projetados para carregar a bateria desde a saída;
• a necessidade de ajustar o funcionamento do inversor de rede.

A potência total do conversor de rede não deve exceder a potência do “conversor” híbrido - isso permite utilizar a energia dos painéis solares em caso de descarga da bateria ou interrupção da rede.

Independentemente do circuito escolhido, uma série de nuances devem ser levadas em consideração ao conectar o inversor:

1. As conexões de fio para CC não precisam ser longas. É aconselhável colocar o inversor próximo (até 3 m) de painéis solares e depois “construir” a linha principal com CA.
2. O conversor não deve ser montado em estruturas feitas de materiais inflamáveis.
3. O inversor de parede está localizado ao nível dos olhos para facilitar a leitura das informações do display.

Existem requisitos especiais para conectar modelos com potência superior a 500 W. A conexão deve ser rígida com contato confiável entre os terminais do dispositivo e os fios.

Também em nosso site encontram-se outros artigos sobre energia solar e conexão de componentes e módulos individuais na montagem de um sistema autônomo.

Recomendamos que você leia os seguintes materiais:

• Diagrama de conexão para painéis solares: ao controlador, à bateria e aos sistemas atendidos
• Carregador de bateria solar: dispositivo e princípio de funcionamento do carregamento solar
• Como fazer uma bateria solar com as próprias mãos: métodos de montagem e instalação de um painel solar

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O conceito de “inversor híbrido”, sua estrutura, funções e opções:

Visão geral das capacidades, modos de operação e eficiência do uso do conversor multifuncional InfiniSolar de 3 kW:

Projetar um sistema de fornecimento de energia solar é uma tarefa complexa e responsável. É melhor confiar o cálculo dos parâmetros necessários, a seleção dos componentes do complexo solar, a conexão e o comissionamento a profissionais.

Erros cometidos podem levar a falhas no sistema e ao uso ineficaz de equipamentos caros.

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