Мова піде про гібридні інвертори, що парцюють з фотомодулями та акумуляторними батареями. Ці інвертори перетворюють згенеровану фотомодулями напругу в звичну для нас напругу змінного струму. Вони компенсують власне споживання на об’єкті, а також можуть віддавати в мережу надлишки генерації. Використання акумуляторних батарей дозволяє створювати власне електроживлення під час блекаутів.
Всі інвертори, що вміють працювати з акумуляторними батареями можна поділити на два класи:
- низковольтні
- високовольтні.
Низьковольтними будемо називати інвертори, в котрих використовується акумуляторна батарея, зібрана в групи по “12”, “24” або “48В”. Це номінальні значення напруги, бо реальні значення напруг залежать від типу батареї (літій-іонна або свинцево-кислотна) та рівня заряду в ній.
Яким чином визначається вибір номінальної напруги?
Все залежить від потужності інвертора. Чим менша потужність інвертора, тим меншою буде напруга на акумуляторній батареї. Наприклад, в інверторах до 1кВт найчастіше використовується напруга “12В”. Якщо інвертор буде 2кВт і більше, то , скоріше за все, там потрібна буде акумлуторна батарея з більшою напругою в “24В”. Чому так?
Для забезпечення живлення навантаження в автономному режимі (під час блекауту), інвертор бере живлення з акумуляторної батареї. При цьому з батареї протікає електричний струм. А величина цього струму залежить від потужності і напруги
Ібат = Рінв/Uбат
Якщо у нас буде мала напруга на батареї, то струм буде великий. Наприклад
1000Вт/12В = 83А для однокіловатного інвертора. Для двокіловатного інвертора це значення буде вдвічі білльше 166А. Для таких великих струмів потрібний кабель з великою площею поперечного перерізу (35мм2 і більше, також в залежності від довжини кабелю). Також потрібні комутуючі плавкі запобіжники великих розмірів і номіналів. Це все створює складнощі для монтажу та обслуговування. Зменшити значення струмів, що протікають в колі акумуляторної батареї, можна збільшивши її напругу.
Збільшення напруги на акумуляторній батареї також покращує ефективність перетворення електроенергії. Чим більша напруга на акумуляторі тим простіше зробити з неї “220В” змінного струму.
Найбільш поширені моделі інверторів в побуті мають потужності від 5 до 15кВт. В цих інверторах використана напруга “48В”. Що буде, якщо таку напругу на батареї залишити в більш потужних системах на 20квт і більше? Це призведе до суттєвого зростання товщини кабелів. Спробуємо порахувати: 20000Вт/48В =416А. Вже для 20кВт станції потрібен провід з площею поперечного перерізу 150мм2. Звісно, з таким товстим кабелем вкрай складно працювати. Такий провід буде складати значну частину бюджету будівництва станції, але це не основна складність. Великі струми вимагають дуже якісного контактного з’єднання всіх ділянок електричного кола. Якщо з часом контактні з’єднання ослабнуть це призведе до збільшення опору, що, в свою чергу, призведе до нагрівання (з усіма можливими негативними наслідками).
З іншого боку, сама акумуляторна батарея має витримувати великі струми розряду. Якщо акумуляторний блок не розрахований на великий струм розряду, тоді потрібно збільшувати ємність всієї групи, роблячи декілька груп, з’єднаних послідовно.
уникнути всіх вищезгаданих складностей дозволяє високовольна шина акумуляторної батареї. Слід враховувати, що в системі обидна компоненти мають бути розраховані на роботу з високовольтною шиною: інвертор та акумулторна батарея.
Якщо для високовольтного інвертора потрібно використати літій-іонну акумулторну батарею, тоді потрібно особливу увагу приділити не лише виробнику батарей, але й правильно підібрати тип останнього.
Справа в тому, що всередині літій-іонних акумуляторних батарей знаходить так званий блок БМС (bms – battery monitoring systems). Це мікропроцесорний силовий модуль, що контролює роботу блоку. Він завжди розрахований на роботу з певною напругою. Вони також поділяються на високовольтні та низьковольтні. Як правило, всі вони мають номінальну напругу “48” (точніше “51,2В”, але може відрізнятися в залежності від хімічного складу елементів та їх кількості). Для отримання високовольтної батареї такі збірки з’єднуються послідовно. Але не можна з’єднувати послідовно блоки, що розраховані лише на роботу в “48” системах. Потрібно вибирати лише такі “48В” блоки, котрі дозволяють послідовне з’єднання.
Як правило, високовольтні групи батарей додатково оснащуються ще одним керуючим блоком БМС. Конструктивно він має окремий корпус і підключається між інвертором та збіркою блоків. Всі частини акумуляторної батареї (Центральний контролер БМС та блоки АБ) з’єднані між собою не лише силовим кабелем, але й сигнальним кабелем, через котрий відбувається обмін інформацією між інвертором та управління роботою батареї. Всі блоки батареї передають інформацію про свій внутрішній стан (напругу на елементах, температуру всередині блоків, струми заряду/розряду). Центральний БМС керує струмом заряду та розряду, щоб він був в межах допустимих значень і призводив до руйнування внутрішньої структури БМС.
Хоча використання високовольтних батарей усуває небезпеки пов’язані з великими струмами, з іншого боку воно зобов’язує підвищену обережність в дотриманні електробезпеки. Безпечного рівня напруги не існує, тим паче, якщо мова йде про високовольтні батареї.
В інверторах Deye використовуються напруги на акумуляторній батареї до 800V d.c. Це потребує особливої уважності під час збірки та вводу в експлуатацію таких систем.
Потрібно ретельно вибирати провід кіл акумуляторної батареї. Він має бути розрахований на робочу напругу 1000В d.c. Найпоширеніший провід типу ПВ-3 не підійде, оскільки останній розрахований на напруги до 600В. Провід високовольтних батарей повинен мати достатню площе поперчного перерізу, а також подвійну ізоляцію. Тому краще купувати такий кабель в комплекті разом з акумуляторною батареєю.
Повний комплект акумуляторної збірки, включаючи центральний контролер БМС, всі необхідні кабельні перемички та аксесуари може надати офіційний представник заводу-виробника. Такий представник повинен мати не лише широкий асортимент продукції, але й достатню кількість аксесуарів та комплектуючих для правильного та надійного монтажу.
При монтажі та експлуатації високовольтних систем також слід дотримуватись інших правил поводження з електроустановками і пам’ятати про небезпеку враження електричним струмом.
Як ми вже раніше підрахували, при потужності в 20кВт в низьковольтних системах потрібен буде кабель 150мм2. Що буде, якщо ми побудуємо станцію такої ж потужності на високовольтному інверторі?
Візьмемо систему з 20кВт інвертором і АБ із запасом потужності в 20кВтгод.Нехай акумуляторна батарея буде високовольтною. Це значить, що всі блоки будуть з’єднані послідовно. Загальна номінальна напруга на всій групі АБ буде складати 51.2*4=205В d.c.. При максимальній потужності навантаження на інверторі в автономному режимі через АБ буде протікати струм 107А (при врахуванні коефіцієнта корисної дії перетворювача). Для забезпечення протікання такого струму достатньо проводу з площею поперечного переізу лише 25мм2.
Звісно, що довготривалий струм в 100А для більшості виробників АБ не бажаний і для довготривалого навантаження в 20кВт потрібно буде використати ємність більшу. Дана ємність була вибрана лише для демонстрації доцільності використання високовольтних інверторів.
Отже, як ми побачили з прикладу, високовольтні інвертори дають суттєву перевагу при потужностях станцій від 20кВт. І хоча низьковольтні інвертори дозволяють паралельну роботу для нарощування потужності, в системах 50кВт і більше буде вкрай ускладнене балансування потужності на шинах “48В”.
Саме тому виробник Deye розробив потужні інвертори з високовольтними шинами акумуляторних батарей.