Предисловие
Инверторы играют решающую роль в основных компонентах солнечных фотоэлектрических систем. Они не только преобразуют постоянный ток (DC), генерируемый солнечными панелями, в переменный ток (AC), но и выполняют множество функций, таких как мониторинг системы, управление энергопотреблением и защита. Однако многие пользователи и даже специалисты отрасли, готовящиеся к установке солнечных систем, испытывают затруднения в классификации и выборе инверторов. Особенно это касается гибридных инверторов и сетевых инверторов: многие не могут отличить их друг от друга или сделать правильный выбор, исходя из своих обстоятельств. Выбор неправильного типа инвертора может не только ограничить функциональность системы, но и привести к избыточным инвестициям или несоответствию фактическим потребностям использования, что потенциально может привести к убыткам в десятки тысяч юаней. В этой статье будет проведено систематическое сравнение различий между гибридными инверторами и сетевыми инверторами по нескольким параметрам, включая принципы работы, функциональные различия, сценарии применения и ключевые моменты выбора, чтобы помочь читателям выбрать правильный тип системы и избежать ненужных потерь.
I. Основные понятия и принципы работы углубленного сравнения
Прежде чем начать, необходимо прояснить несколько основных понятий. Солнечный инвертор — это основное устройство преобразования энергии в солнечной фотоэлектрической системе. Он преобразует постоянный ток (DC), генерируемый солнечными панелями, в переменный ток (AC) для использования бытовым или промышленным оборудованием. В зависимости от того, подключена ли она к электросети, солнечные системы можно разделить на две основные категории: системы, подключенные к сети, и автономные системы. Инверторы, таким образом, классифицируются на три основных типа: сетевые инверторы, автономные инверторы и гибридные инверторы.
Инвертор, подключенный к сети, — это инвертор, специально разработанный для систем, подключенных к сети. Его основная функция заключается в преобразовании постоянного тока (DC) в переменный ток (AC) и подаче его в сеть. В системе, подключенной к сети, солнечная система и сеть дополняют друг друга: когда выработка солнечной энергии достаточна, система продает электроэнергию в сеть; когда выработка солнечной энергии недостаточна (например, ночью или в пасмурные дни), система покупает электроэнергию у сети. В этом режиме пользователи по-прежнему полагаются на сеть как на «виртуальную батарею» и не нуждаются в установке физических устройств хранения энергии. Принцип работы инвертора, подключенного к сети, относительно прост. Он должен в режиме реального времени определять напряжение, частоту и фазу сети, синхронизировать выходную мощность переменного тока с сетью и обеспечивать безопасную и надежную подачу электроэнергии в сеть. Инверторы, подключенные к сети, как правило, не имеют возможностей хранения энергии и не могут подавать питание на нагрузку во время отключений электроэнергии.
Гибридные инверторы — это быстро развивающийся тип инверторов в последние годы. Они объединяют в себе функции подключения к сети и автономной работы, что позволяет им работать как подключенными к сети, так и независимо от нее. Основываясь на сетевых инверторах, гибридные инверторы добавляют интерфейс для аккумуляторных батарей и систему управления батареями, обеспечивая зарядку, разрядку и управление накоплением энергии. Когда солнечной энергии достаточно, гибридный инвертор накапливает энергию в своих батареях, а затем подает избыток энергии обратно в сеть или обеспечивает питание нагрузки. Когда солнечной энергии недостаточно, гибридный инвертор разряжает батареи для удовлетворения потребностей нагрузки. В случае отключения электроэнергии гибридный инвертор может переключиться в автономный режим для обеспечения резервного питания дома. Основное преимущество гибридных инверторов заключается в их гибкости, позволяя пользователям наслаждаться как удобством подключения к сети, так и независимостью автономной работы.
С точки зрения технической архитектуры, сетевые инверторы обычно используют одноступенчатую или двухступенчатую структуру преобразования. Постоянный ток (DC) преобразуется в переменный ток (AC) через инверторный мост, а затем напрямую подключается к сети, что приводит к относительно простой структуре. Гибридные инверторы, с другой стороны, используют более сложную топологию, требующую одновременного управления несколькими путями передачи энергии, включая солнечную энергию, зарядку и разрядку аккумуляторов, взаимодействие с сетью и выходную мощность нагрузки. Это предъявляет более высокие требования к системе управления. Следовательно, гибридные инверторы обычно стоят на 30–50% дороже, чем сетевые инверторы той же мощности, но получаемые функциональные улучшения несравнимы с сетевыми инверторами.
II. Комплексное сравнение функциональных различий
Гибридные инверторы и сетевые инверторы существенно различаются по своим функциям, и эти различия напрямую определяют сценарии их применения и удобство использования.
Наиболее существенное различие заключается в возможностях хранения энергии. Инверторы, подключенные к сети, не имеют встроенного накопителя энергии. Если пользователи хотят установить систему хранения энергии на основе батарей, им необходимо приобрести отдельное оборудование для хранения энергии (например, батарейные шкафы и BMS) и заказать его интеграцию в систему у специалистов. Это не только увеличивает затраты, но и добавляет сложности и потенциальных точек отказа. Гибридные инверторы, с другой стороны, имеют встроенные возможности управления батареями. Пользователям нужно только приобрести и подключить батарейные модули, что обеспечивает более высокую степень интеграции системы и стабильность. Для пользователей, которым необходимо использовать разницу между пиковыми и спадовыми нагрузками, которые не хотят зависеть от стабильности сети или которые хотят поддерживать электроснабжение во время крупных отключений электроэнергии, гибридные инверторы являются единственным жизнеспособным вариантом.
Что касается возможности работы в условиях отключения электроэнергии, то инверторы, подключенные к сети, автоматически прекращают работу при отключении электросети. Это обязательное требование безопасности — если инвертор продолжает вырабатывать электроэнергию во время отключения электроэнергии, это может представлять опасность поражения электрическим током для рабочих, занимающихся ремонтом сети. Однако это также означает, что пользователи систем, подключенных к сети, также потеряют солнечную энергию во время отключения электроэнергии; даже если солнечные панели вырабатывают электроэнергию в течение дня, система будет непригодна для использования. Гибридные инверторы, с другой стороны, могут переключаться в автономный режим, чтобы продолжать подавать электроэнергию в дома во время отключения сети. Эта функция имеет решающее значение в районах с нестабильными сетями (например, в некоторых частях Юго-Восточной Азии и Африки) или в местах с высокими требованиями к непрерывности электроснабжения (например, больницы, центры обработки данных и фермы). Некоторые высококачественные гибридные инверторы могут переключаться в течение 10 миллисекунд после отключения сети, обеспечивая действительно бесперебойное электроснабжение.
С точки зрения управления энергией, сетевые инверторы относительно просты, их основная цель — максимизировать выходную мощность солнечных панелей и подавать как можно больше электроэнергии в сеть. Как правило, им не хватает возможности оптимизировать распределение энергии в зависимости от цен на электроэнергию и условий нагрузки. Гибридные инверторы, напротив, могут внедрять более интеллектуальные стратегии управления энергией. Например, они могут отдавать приоритет покупке электроэнергии из сети для зарядки аккумулятора в непиковые часы и приоритетному использованию аккумулятора для выработки электроэнергии или продаже электроэнергии обратно в сеть в пиковые часы; или они могут прогнозировать выработку солнечной энергии на основе прогнозов погоды и исторических данных и заранее корректировать стратегии зарядки и разрядки аккумулятора. В регионах с политикой ценообразования в зависимости от времени суток такое интеллектуальное управление энергией может значительно снизить затраты на электроэнергию.
С точки зрения масштабируемости системы, системы, подключенные к сети, в основном расширяются за счет добавления солнечных панелей и инверторов, но это ограничено пропускной способностью сети. Если пропускная способность местной сети ограничена, может оказаться невозможным подать заявку на установку системы большей мощности. Гибридные системы позволяют расширить емкость накопителей энергии за счет увеличения емкости батарей, одновременно снижая зависимость от сети. Если пользователи хотят постепенно снизить свою зависимость от сети и расширить свободу использования электроэнергии, гибридные системы предлагают лучший путь расширения. Пользователи могут начать с установки системы меньшего размера и постепенно увеличивать емкость батарей и масштаб солнечных панелей по мере увеличения бюджета и роста спроса.
Что касается мониторинга системы, современные гибридные инверторы, как правило, оснащены более комплексными функциями мониторинга. Помимо базового мониторинга выработки электроэнергии и выходной мощности, они также могут отслеживать такие параметры, как уровень заряда батареи, количество циклов заряда/разряда, время автономной работы и поток энергии, а также поддерживают удаленный просмотр и управление через мобильное приложение или веб-интерфейс. Некоторые марки гибридных инверторов также поддерживают интеграцию с системами «умного дома» для реализации более сложных сценариев управления энергией. Сетевые инверторы имеют относительно базовые функции мониторинга, в основном ориентированные на статистику выработки электроэнергии и базовую диагностику неисправностей.
III. Применимые сценарии и рекомендации по выбору
После ознакомления с функциональными различиями между гибридными инверторами и сетевыми инверторами, необходимо выбрать подходящий тип инвертора в зависимости от конкретной ситуации.
Для большинства городских домохозяйств, если местная электросеть стабильна, цены на электроэнергию не зависят от пиковых и непиковых периодов, нет опасений по поводу отключений электроэнергии, и пользователь просто хочет снизить счета за электроэнергию за счет солнечной энергии, то подключенная к сети система является экономически выгодным вариантом. Подключенные к сети системы имеют низкие первоначальные инвестиции, не требуют затрат на батареи, просты в установке и имеют относительно короткий срок окупаемости. Например, для подключенной к сети системы мощностью 5 кВт требуются первоначальные инвестиции в размере приблизительно от 30 000 до 50 000 юаней, она может генерировать около 7 000 кВт·ч электроэнергии в год, экономя около 3 500 юаней на счетах за электроэнергию, и имеет срок окупаемости около 8-10 лет.
Для следующих категорий пользователей гибридные инверторы являются лучшим выбором. Первая категория — это пользователи в районах с нестабильной электросетью. Если в вашем районе часто случаются отключения электроэнергии или значительные колебания напряжения в сети, гибридная система может обеспечить надежное резервное электропитание. Даже если несколько пасмурных дней подряд приводят к недостаточной выработке солнечной энергии, энергия, накопленная в батареях, может поддерживать работу основных нагрузок. Ценность гибридных систем особенно очевидна в районах с недостаточным покрытием электросетью, таких как острова Юго-Восточной Азии, отдаленные районы Африки и горные регионы Южной Америки.
Вторая категория — это пользователи, нуждающиеся в арбитраже пиковых и минимальных цен. Если в вашем регионе действует политика ценообразования в зависимости от времени суток, с существенной разницей между ценами на электроэнергию в непиковое и пиковое время, гибридная система может получать прибыль, заряжаясь по низким ценам ночью и разряжаясь по высоким ценам днем. Для батареи емкостью 10 кВт·ч, при условии разницы в ценах в 0,6 юаня в день, ежедневная прибыль составит приблизительно 6 юаней, что примерно равно 2200 юаням в год, а за десять лет совокупная прибыль превысит 20 000 юаней, чего достаточно для покрытия дополнительных инвестиций в батарею.
Третья категория включает пользователей с высокими требованиями к бесперебойному электроснабжению. Больницы, клиники, лаборатории, центры обработки данных, фермы, склады с холодильным оборудованием и подобные объекты предъявляют чрезвычайно высокие требования к непрерывному электроснабжению; отключение электроэнергии может привести к значительным убыткам. Для этих пользователей, даже если вероятность отключения электроэнергии низка, гибридная система является выгодным вложением в качестве страховки. Несколько часов резервного электропитания в критические моменты могут быть гораздо ценнее, чем дополнительные инвестиции в систему.
Четвертая категория — это пользователи, стремящиеся к энергетической независимости. В условиях глобального энергетического кризиса и роста цен на электроэнергию все больше людей хотят уменьшить свою зависимость от электросети и достичь определенной степени энергетической независимости. Гибридные системы в сочетании с достаточной емкостью аккумуляторов могут позволить пользователям достичь базовой самодостаточности в плане электроэнергии в течение дня, а в идеальных условиях — даже полного отключения от сети (так называемая система «солнечная энергия плюс хранилище»). Хотя полное отключение от сети требует значительных первоначальных инвестиций, в долгосрочной перспективе это может полностью исключить счета за электроэнергию и не зависит от колебаний цен на электроэнергию в сети.
Пятая категория включает пользователей, участвующих в проектах виртуальных электростанций или проектах управления спросом. В некоторых регионах энергетические компании запустили проекты виртуальных электростанций, позволяющие пользователям предоставлять услуги по сглаживанию пиковых нагрузок в сети с помощью гибридных аккумуляторных систем и получать субсидии или скидки на счета за электроэнергию. Обязательным условием для участия в этих проектах является способность гибридного инвертора принимать сигналы диспетчеризации сети и обеспечивать интеллектуальную зарядку и разрядку.
Что касается выбора мощности, то как сетевые, так и гибридные инверторы могут охватывать диапазон мощности от нескольких сотен ватт до нескольких сотен киловатт. Выбор должен соответствовать установленной мощности солнечных панелей. Как правило, рекомендуется, чтобы мощность инвертора составляла от 80% до 100% от общей мощности солнечных панелей. Это позволяет инвертору работать в более высоком диапазоне эффективности в большинстве ситуаций, обеспечивая при этом некоторую возможность избыточной генерации в периоды исключительно высокой солнечной активности. Например, если вы планируете установить солнечные панели мощностью 5 кВт, вы можете выбрать инвертор мощностью от 4 до 5 кВт. Следует отметить, что поскольку гибридные инверторы должны одновременно управлять зарядкой и разрядкой аккумуляторов, фактическая полезная выходная мощность может быть немного ниже номинального значения; поэтому при выборе модели следует учитывать определенный запас.
IV. Ключевые моменты выбора и руководство по предотвращению ошибок.
При выборе конкретного варианта следует учитывать следующие ключевые моменты, чтобы избежать распространенных ошибок.
Прежде всего, четко определите свои потребности, прежде чем выбирать систему; не тратьте деньги на «многофункциональные» возможности. Если после оценки вы подтвердите, что вам не требуется хранение энергии или резервное питание, что ваша местная электросеть очень стабильна и что нет пиковых и спадовых цен на электроэнергию, то системы, подключенной к сети, будет достаточно. Дополнительные функции гибридной системы окажутся для вас бесполезными. Рационально оцените свои реальные потребности и избегайте переплаты за функции, которые вам не нужны.
Во-вторых, следует сосредоточиться на эффективности инвертора, а не только на максимальной эффективности. Кривые эффективности инвертора обычно изменяются в диапазоне от 20% до 100% нагрузки, при этом максимальная эффективность обычно достигается при нагрузке от 50% до 80%. Более практично согласовывать мощность инвертора с мощностью солнечной панели, обеспечивая работу инвертора в диапазоне высокой эффективности большую часть времени, чем стремиться к более высокой максимальной эффективности. Также следует обратить внимание на европейский рейтинг эффективности, который представляет собой средневзвешенную эффективность инвертора в различных типичных условиях эксплуатации, что обеспечивает более точное отражение реальной производительности.
В-третьих, подтвердите совместимость инвертора и батареи. Гибридные инверторы обычно требуют использования батарей определенных марок или протоколов. Перед покупкой убедитесь в поддержке инвертором типов батарей (литий-железо-фосфатные, тройные литиевые и т. д.), диапазона напряжения и протоколов связи. Некоторые марки гибридных инверторов поддерживают только свои собственные батареи, что приводит к относительно закрытой системе, которая может повлиять на гибкость будущих обновлений и обслуживания. Выбор инвертора, поддерживающего распространенные открытые протоколы (такие как CAN, RS485 и т. д.), облегчит совместимость с батареями других марок в будущем.
В-четвертых, уделите первостепенное внимание послепродажному и гарантийному обслуживанию. Инверторы относятся к компонентам с относительно высоким процентом отказов в солнечных энергетических системах, поэтому отличное послепродажное обслуживание имеет решающее значение. Выбор бренда с развитой местной сервисной сетью, длительным гарантийным сроком (например, от 5 до 10 лет) и наличием резервного источника питания может значительно снизить количество проблем. Перед покупкой изучите репутацию бренда и возможности его обслуживания, ознакомившись с отзывами пользователей и проконсультировавшись с коллегами по отрасли.
В-пятых, проверьте профессионализм монтажа и обслуживания. Независимо от того, подключена ли система к сети или это гибридная система, монтаж должен выполняться квалифицированными специалистами, имеющими лицензию электрика. Гибридные системы, включающие батареи и сочетание высоковольтного и низковольтного переменного/постоянного тока, предъявляют еще более высокие требования к монтажу. Выберите квалифицированную и опытную монтажную бригаду, изучите их предыдущие проекты и убедитесь в качестве и безопасности работ.
В-шестых, необходимо понимать местную политику и требования к электросети. В разных регионах действуют разные требования к системам, подключенным к сети, и системам хранения энергии. Перед покупкой необходимо ознакомиться с процедурами и требованиями местной энергетической компании к заявкам на подключение к сети, наличием субсидий и правилами регулирования систем хранения энергии, чтобы избежать последующих проблем с соблюдением требований. В некоторых регионах существуют ограничения на системы, подключенные к сети, превышающие определенную мощность, или требуется установка дополнительных устройств предотвращения обратного потока; это необходимо спланировать заранее.
Заключение
Гибридные инверторы и сетевые инверторы имеют свои характеристики и сценарии применения. Абсолютного превосходства или неполноценности нет, есть только пригодность. Сетевые системы, благодаря своей более низкой стоимости и более простой конструкции, подходят для городских домохозяйств со стабильными сетями, равномерными ценами на электроэнергию и без необходимости резервного питания. Гибридные системы, благодаря своей высокой функциональной гибкости, подходят для пользователей в районах с нестабильными сетями, для тех, кому необходимо использовать пиковые нагрузки, для тех, кому требуется бесперебойное электроснабжение, и для тех, кто хочет достичь энергетической независимости.
Выбор правильного типа инвертора — первый шаг к предотвращению потерь. Прежде чем принимать решение, тщательно проанализируйте свои реальные потребности, оцените местные условия и политику, разберитесь в преимуществах и недостатках различных вариантов и при необходимости проконсультируйтесь со специалистами. Солнечная энергосистема — это инвестиция, которая прослужит от двух до трех десятилетий; тщательный выбор обеспечит долгосрочную выгоду.
Пожалуйста, свяжитесь с Саймоном как можно скорее, чтобы обсудить ваш проект:
• WeChat: TY530643572
• Телефон: +86 137 1166 0041
