Войти
Солнечный микроинвертор. A Солнечный микроинвертор или просто микроинвертор, представляет собой устройство plug-and-play, используемое в фотогальванике, которое преобразует постоянный ток (DC), генерируемый одним солнечным модулем, в переменный ток (переменный ток). Микроинверторы контрастируют с обычными струнными и центральными солнечными инверторами, в которых один инвертор подключен к нескольким солнечным панелям. Выходной сигнал нескольких микроинверторов может быть объединен и часто подается в электрическую сеть ..
Микроинверторы имеют несколько преимуществ перед обычными инверторами. Основное преимущество состоит в том, что они электрически изолируют панели друг от друга, поэтому небольшое количество затенения, мусора или линий снега на любом одном солнечном модуле или даже полный отказ модуля не приводят к непропорциональному снижению выходной мощности весь массив. Каждый микроинвертор собирает оптимальную мощность, выполняя отслеживание точки максимальной мощности (MPPT) для своего подключенного модуля. Простота конструкции системы, провода с меньшим током, упрощенное управление запасами и повышенная безопасность - это другие факторы, представленные в решении с микроинвертором.
Основные недостатки микроинвертора включают более высокую начальную стоимость оборудования на пиковый ватт, чем эквивалентная мощность центрального инвертора, поскольку каждый инвертор необходимо устанавливать рядом с панелью (обычно на крыша). Это также затрудняет их обслуживание и делает их более дорогостоящими для удаления и замены. Некоторые производители решили эти проблемы с панелями со встроенными микроинверторами. Микроинвертор часто имеет более длительный срок службы, чем центральный инвертор, который потребует замены в течение срока службы солнечных панелей. Таким образом, финансовый недостаток на первых порах может стать преимуществом в долгосрочной перспективе.
A оптимизатор мощности - это технология, аналогичная микроинвертору, которая также отслеживает точку максимальной мощности на уровне панели, но не преобразует ее в переменный ток для каждого модуля.
Панели солнечных батарей вырабатывают постоянный ток с напряжением, которое зависит от конструкции модуля и условий освещения. Современные модули, использующие 6-дюймовые ячейки, обычно содержат 60 ячеек и выдают номинальное напряжение 24-30 В. (поэтому инверторы готовы к работе на 24-50 В).
Для преобразования в переменный ток панели могут быть соединены последовательно, чтобы создать массив, который фактически представляет собой одну большую панель с номинальным напряжением от 300 до 600 В постоянного тока. Затем питание подается на инвертор, который преобразует его в стандартное переменное напряжение, обычно 230 В переменного тока / 50 Гц или 240 В переменного тока / 60 Гц.
Основная проблема с подходом «струнный инвертор» - это цепочка панелей. действует так, как если бы это была одна большая панель с максимальным номинальным током, эквивалентным самому низкому исполнителю в строке. Например, если одна панель в цепочке имеет на 5% большее сопротивление из-за незначительного производственного дефекта, вся цепочка страдает 5% -ной потерей производительности. Эта ситуация динамичная. Если панель закрашена, ее вывод резко падает, что влияет на вывод строки, даже если другие панели не затенены. Таким образом, даже незначительные изменения ориентации могут вызвать потерю вывода. В промышленности это известно как «эффект рождественских огней», относящийся к тому, как целая цепочка последовательно соединенных рождественских елок выйдет из строя, если выйдет из строя одна лампочка. Однако этот эффект не совсем точен и игнорирует сложное взаимодействие между отслеживанием точки максимальной мощности современного струнного инвертора и даже шунтирующими диодами модуля. Исследования оттенков, проведенные крупными компаниями, производящими микроинверторы и оптимизаторы постоянного тока, показывают небольшой ежегодный прирост в светлых, средних и тяжелых затененных условиях - 2%, 5% и 8% соответственно - по сравнению с более старым струнным инвертором.
Кроме того, эффективность мощность панели сильно зависит от нагрузки, которую инвертор возлагает на нее. Чтобы максимизировать производительность, инверторы используют метод, называемый отслеживание точки максимальной мощности, чтобы обеспечить оптимальный сбор энергии за счет регулировки приложенной нагрузки. Однако те же проблемы, которые приводят к изменению вывода от панели к панели, влияют на правильную нагрузку, которую должна применять система MPPT. Если одна панель работает в другой точке, инвертор струны может видеть только общее изменение и перемещает точку MPPT для соответствия. Это приводит к потерям не только на затененной панели, но и на других панелях. Затенение всего 9% поверхности массива может в некоторых случаях снизить энергопотребление всей системы на 54%. Однако, как указано выше, эти ежегодные потери урожайности относительно невелики, и новые технологии позволяют некоторым струнным инверторам значительно уменьшить эффекты частичного затенения.
Другая проблема, хотя и незначительная, заключается в том, что струнные инверторы доступны в ограниченном количестве подбор номиналов мощности. Это означает, что данный массив обычно увеличивает размер инвертора до следующей по величине модели по сравнению с номиналом массива панелей. Например, 10-панельный массив мощностью 2300 Вт может использовать инвертор мощностью 2500 или даже 3000 Вт, заплатив за возможность преобразования, которую он не может использовать. Эта же проблема затрудняет изменение размера массива с течением времени, добавляя мощности при наличии средств (модульность). Если клиент изначально приобрел инвертор мощностью 2500 Вт для своих панелей мощностью 2300 Вт, он не может добавить даже одну панель без перегрузки инвертора. Тем не менее, это завышение размеров считается обычной практикой в современной промышленности (иногда на 20% выше номинальной, указанной на паспортной табличке инвертора), чтобы учесть деградацию модуля, более высокую производительность в зимние месяцы или более высокую отдачу от продажи энергокомпании.
Другие проблемы, связанные с централизованными инверторами, включают пространство, необходимое для размещения устройства, а также требования к рассеиванию тепла. Большие центральные инверторы обычно активно охлаждаются. Вентиляторы охлаждения издают шум, поэтому необходимо учитывать расположение инвертора относительно офисов и жилых помещений. А поскольку вентиляторы имеют движущиеся части, грязь, пыль и влага могут со временем отрицательно сказаться на их производительности. Струнные инверторы работают тише, но могут издавать жужжащий шум ближе к вечеру, когда мощность инвертора низкая.
Микроинверторы - это небольшие инверторы, рассчитанные на обработку выходного сигнала одной панели или пары панелей. Сетевые панели обычно имеют номинальную мощность от 225 до 275 Вт, но на практике это редко получается, поэтому микроинверторы обычно рассчитаны на мощность от 190 до 220 Вт (иногда 100 Вт). Поскольку он работает на этой более низкой точке мощности, многие конструктивные проблемы, присущие более крупным проектам, просто исчезают; необходимость в большом трансформаторе обычно устраняется, большие электролитические конденсаторы могут быть заменены более надежными тонкопленочными конденсаторами, а охлаждающая нагрузка снижается, поэтому вентиляторы не требуются. Средняя наработка на отказ (MTBF) исчисляется сотнями лет.
Микроинвертор, подключенный к одной панели, позволяет ему изолировать и настраивать выход этой панели. Любая недостаточно эффективная панель не влияет на панели вокруг нее. В этом случае массив в целом производит на 5% больше энергии, чем при использовании строкового инвертора. При учете затенения, если оно присутствует, этот выигрыш может стать значительным: производители обычно заявляют, что производительность лучше как минимум на 5%, а в некоторых случаях - на 25%. Кроме того, одну модель можно использовать с широким спектром панелей, новые панели можно добавлять в массив в любое время, и они не обязательно должны иметь такой же рейтинг, как существующие панели.
Микроинверторы вырабатывают согласованное с сетью питание переменного тока непосредственно на задней стороне каждой солнечной панели. Массивы панелей подключаются параллельно друг другу, а затем в сетку. Это имеет главное преимущество в том, что одна неисправная панель или инвертор не может отключить всю цепочку. В сочетании с более низкой мощностью и тепловыми нагрузками и улучшенным MTBF некоторые предполагают, что общая надежность массива системы на основе микроинвертора значительно выше, чем у системы на основе струнного инвертора. Это утверждение подтверждается более длительными гарантиями, обычно от 15 до 25 лет, по сравнению с 5 или 10-летними гарантиями, которые более типичны для цепных инверторов. Кроме того, при возникновении ошибок их можно определить по одной точке, а не по всей строке. Это не только упрощает локализацию сбоев, но и выявляет мелкие проблемы, которые в противном случае не могли бы стать видимыми - одна недостаточно эффективная панель может не повлиять на вывод длинной строки настолько, чтобы ее можно было заметить.
Основным недостатком концепции микроинвертора до недавнего времени была стоимость. Поскольку каждый микроинвертор должен дублировать большую часть сложности струнного инвертора, но распределять это по меньшей номинальной мощности, затраты на ватт больше. Это сводит на нет любое преимущество в плане упрощения отдельных компонентов. По состоянию на февраль 2018 года центральный инвертор стоит примерно 0,13 доллара за ватт, тогда как микроинвертор стоит примерно 0,34 доллара за ватт. Как и в случае струнных инверторов, экономические соображения вынуждают производителей ограничивать количество выпускаемых ими моделей. Большинство из них выпускают одну модель, размер которой может быть больше или меньше, когда он сочетается с определенной панелью.
Во многих случаях упаковка может существенно повлиять на цену. С центральным инвертором у вас может быть только один набор панельных соединений для десятков панелей, один выход переменного тока и одна коробка. Для установок с микроинверторами размером более 15 панелей может также потребоваться установленный на крыше блок выключателя «комбайнер». Это может увеличить общую цену за ватт.
Для дальнейшего снижения затрат некоторые модели управляют двумя или тремя панелями от инвертора, что сокращает упаковку и связанные с этим затраты. Некоторые системы помещают два целых микросхемы в одну коробку, в то время как другие дублируют только секцию MPPT системы и используют один каскад постоянного тока в переменный для дальнейшего снижения затрат. Некоторые предполагают, что такой подход сделает микроинверторы сопоставимыми по стоимости с теми, которые используют струнные инверторы. При неуклонно снижающихся ценах, внедрении двойных микроинверторов и появлении более широкого выбора моделей для более точного соответствия мощности фотоэлектрических модулей стоимость становится меньшим препятствием.
Микроинверторы стали обычным явлением там, где размеры массивов невелики, и повышение производительности каждой панели является проблемой. В этих случаях разница в цене за ватт сводится к минимуму из-за небольшого количества панелей и мало влияет на общую стоимость системы. Улучшение сбора энергии при использовании массива фиксированного размера может компенсировать эту разницу в стоимости. По этой причине микроинверторы были наиболее успешными на рынке жилой недвижимости, где ограниченное пространство для панелей ограничивает размер массива, а затемнение от ближайших деревьев или других объектов часто является проблемой. Производители микроинверторов перечисляют множество установок, некоторые из которых имеют размер одной панели, а большинство - менее 50.
Недостатком микроинверторов, который часто упускают из виду, являются связанные с ними будущие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. Хотя с годами технология совершенствовалась, факт остается фактом: устройства в конечном итоге либо выйдут из строя, либо изнашиваются. Установщик должен уравновесить эти затраты на замену (около 400 долларов за рулон грузовика), повышенные риски для безопасности персонала, оборудования и стеллажа модулей с размером прибыли для установки. Для домовладельцев возможный износ или преждевременный выход из строя устройства могут привести к потенциальному повреждению черепицы или черепицы, материальному ущербу и другим неприятностям.
Хотя микроинверторы обычно имеют более низкий КПД, чем струнные инверторы, общий КПД повышается за счет того, что каждый инвертор / блок панели действует независимо. В строковой конфигурации, когда панель на ряду затенена, вывод всей строки панелей сокращается до вывода самой низкой производящей панели. Это не относится к микро инверторам.
Еще одно преимущество заключается в качестве вывода на панель. Номинальная производительность любых двух панелей в одном производственном цикле может отличаться на 10% и более. Это смягчается конфигурацией микроинвертора, но не строковой конфигурацией. Результатом является получение максимальной мощности от массива микроинверторов.
Мониторинг и обслуживание также стали проще, поскольку многие производители микроинверторов предоставляют приложения или веб-сайты для контроля выходной мощности своих устройств. Во многих случаях они являются собственностью; Тем не менее, это не всегда так. После закрытия Enecsys и последующего закрытия их сайта; Появился ряд частных сайтов, таких как Enecsys-Monitoring, чтобы позволить владельцам продолжать контролировать свои системы.
Для эффективного преобразования энергии постоянного тока в переменный требуется, чтобы инвертор накапливал энергию от панели, пока напряжение переменного тока в сети близко к нулю, а затем снова отпускал ее при повышении. Это требует накопления значительного количества энергии в небольшом корпусе. Самый дешевый вариант для требуемого объема накопителя - это электролитический конденсатор, но у них относительно короткий срок службы, обычно измеряемый годами, и этот срок службы короче при работе в горячем состоянии, например, на солнечной панели на крыше. Это привело к значительным усилиям разработчиков микроинверторов, которые внедрили различные топологии преобразования с пониженными требованиями к памяти, в некоторых из которых используются гораздо менее функциональные, но гораздо более долговечные тонкопленочные конденсаторы где возможно.
Трехфазная электроэнергия представляет собой еще одно решение проблемы. В трехфазной цепи мощность не изменяется между (скажем) от +120 до -120 В между двумя линиями, а вместо этого изменяется от 60 до +120 или от -60 до -120 В, а периоды изменения намного короче.. Инверторы, предназначенные для работы в трехфазных системах, требуют гораздо меньше памяти. Трехфазный микроконтроллер, использующий переключение при нулевом напряжении, также может предложить более высокую плотность схемы и более дешевые компоненты, при этом повышая эффективность преобразования до более чем 98%, что лучше, чем у типичного однофазного пика около 96%.
Фазовые системы, однако, обычно встречаются только в промышленных и коммерческих условиях. На этих рынках обычно устанавливаются массивы большего размера, где чувствительность к цене наиболее высока. Использование трехфазных микросхем, несмотря на любые теоретические преимущества, оказывается очень низким.
Защита микроинверторов обычно включает: защиту от изолирования ; короткое замыкание ; обратная полярность ; низкое напряжение ; перенапряжение и перегрев.
Складную солнечную панель с микроинвертерами переменного тока можно использовать для зарядки ноутбуков и некоторых электромобилей.
Концепция микроинвертора используется в солнечной промышленности с момента ее создания. Однако неизменные затраты на производство, такие как стоимость трансформатора или корпуса, выгодно увеличивались с размером, и означало, что более крупные устройства были по своей сути менее дорогими с точки зрения цены за ватт. Небольшие инверторы были доступны от таких компаний, как ExelTech и другие, но это были просто небольшие версии более крупных конструкций с плохой ценой и были нацелены на нишевые рынки.
Выпущенный в 1993 году, Sunmaster 130S от Mastervolt был первым настоящим микроинвертором. 
Другой ранний микроинвертор, OK4E-100 - E для Европы 1995 года, 100 на 100 Вт. В 1991 году Американская компания Ascension Technology начала работу над уменьшенной версией традиционного инвертора, предназначенной для установки на панели для формирования панели переменного тока. Эта конструкция была основана на обычном линейном регуляторе, который не особенно эффективен и рассеивает значительное количество тепла. В 1994 году они отправили образец в Sandia Labs для тестирования. В 1997 году Ascension в партнерстве с американской компанией по производству панелей ASE Americas представила панель SunSine мощностью 300 Вт.
Дизайн того, что сегодня было бы признано «настоящим» микроинвертором, ведет свою историю от работ Вернера Кляйнкауфа в конце 1980-х годов. в ISET (Institut für Solare Energieversorgungstechnik), ныне Fraunhofer Институт ветроэнергетики и технологии энергетических систем. Эти конструкции были основаны на современной технологии высокочастотных импульсных источников питания, которая намного эффективнее. Его работа над «модульными интегрированными преобразователями» оказала большое влияние, особенно в Европе.
В 1993 году Mastervolt представила свой первый сетевой инвертор, Sunmaster 130S, основанный на совместных усилиях Shell Солнечная энергия, Ecofys и ECN. 130 был разработан для крепления непосредственно к задней части панели, соединяя линии переменного и постоянного тока с помощью компрессионных фитингов. В 2000 году модель 130 была заменена на Soladin 120, микроинвертор в виде адаптера переменного тока, который позволяет подключать панели, просто вставив их в любую розетку.
. Компания OKE-Services разработала новую высокочастотную версию с повышенной эффективностью, которая была коммерчески представлена как OK4-100 в 1995 году компанией NKF Kabel и переименована для продаж в США как Trace Microsine. Новая версия OK4All повысила эффективность и имела более широкий рабочий диапазон.
Несмотря на это многообещающее начало, к 2003 году большинство этих проектов было завершено. Ascension Technology была куплена Applied Power Corporation, крупным интегратором. APC, в свою очередь, была куплена Schott в 2002 году, и производство SunSine было прекращено в пользу существующих разработок Schott. Компания NKF прекратила производство серии OK4 в 2003 году, когда закончилась программа субсидирования. Mastervolt перешел на линейку «мини-инверторов», сочетающих простоту использования 120 в системе, предназначенной для поддержки до 600 Вт панелей.
После краха Telecoms в 2001 году Мартин Форнаж из Cerent Corporation искал новые проекты. Когда он увидел низкую производительность струнного инвертора для солнечной батареи на своем ранчо, он нашел проект, который искал. В 2006 году он сформировал Enphase Energy вместе с другим инженером Cerent, Рагху Белуром, и они провели следующий год, применяя свой опыт проектирования телекоммуникаций для решения проблемы инвертора.
Выпущенная в 2008 году модель Enphase M175 был первым коммерчески успешным микроинвертором. Его преемник, M190, был представлен в 2009 году, а последняя модель, M215, - в 2011 году. При поддержке частного капитала в размере 100 миллионов долларов Enphase быстро выросла до 13% рынка к середине 2010 года, нацелившись на 20% к концу года.. В начале 2011 года они отгрузили свой 500-тысячный инвертор, а в сентябре того же года - 1000000-й. В начале 2011 года они объявили, что Siemens будет продавать измененные версии новой конструкции напрямую подрядчикам по электроснабжению для широкого распространения.
Enphase подписала соглашение с EnergyAustralia, чтобы продать свою технологию микро-инверторов.
Успех Enphase не остался незамеченным, и с 2010 года появилось множество конкурентов, которые в значительной степени покинули рынок. Многие продукты были идентичны M190 по характеристикам и даже по корпусу и деталям крепления. Некоторые выделяются, конкурируя лицом к лицу с Enphase по цене или производительности, в то время как другие атакуют нишевые рынки.
Более крупные фирмы также вышли на рынок: SMA и.
OKE-Services обновили продукт OK4-All недавно был куплен SMA и выпущен как SunnyBoy 240 после длительного периода созревания, в то время как Power-One представила AURORA 250 и 300. Другое Среди основных игроков были и SolarBridge, особенно за пределами североамериканского рынка. Единственный производимый в США микроинвертор производится компанией Chilicon Power. С 2009 года несколько компаний от Европы до Китая, в том числе крупные центральные производители инверторов, запустили микроинверторы, подтвердив, что микроинвертор является признанной технологией и одним из крупнейших технологических сдвигов в фотоэлектрической отрасли за последние годы.
APsystems маркетинговые инверторы для четырех солнечных модулей и микроинверторы, включая трехфазный YP1000 с выходной мощностью переменного тока до 900 Вт.
Количество производителей с годами сократилось как из-за истощения, так и за счет консолидации. В 2019 году в число немногих оставшихся входят Enphase, которая приобрела Solarbridge, и Omnik Solar.
В мире растет список известных фотоэлектрических компаний, которые сотрудничают с компаниями, производящими микроинверторы, для производства и продавать солнечные панели переменного тока, в том числе Siemens, Trina Solar, BenQ, LG, Canadian Solar, Suntech, SunPower, NESL, Hanwha SolarOne, Sharp и другие, которые только присоединяются.
Период в период с 2009 по 2012 год наблюдалось беспрецедентное снижение цен на фотоэлектрическом рынке. В начале этого периода оптовые цены на панели, как правило, составляли от 2,00 до 2,50 долларов США за Вт, а на инверторы - от 50 до 65 центов за Вт. К концу 2012 года панели были широко доступны оптом по цене от 65 до 70 центов, а струнные инверторы по цене от 30 до 35 центов / Вт. Для сравнения, микроинверторы оказались относительно невосприимчивыми к подобным видам снижения цен: с 65 центов / Вт до 50-55 с учетом кабельной разводки. Это может привести к увеличению потерь, поскольку поставщики пытаются оставаться конкурентоспособными.
Портал возобновляемых источников энергии 
Портал энергии 