Сонячні панелі для автономного інвертора: підбір

Правильні сонячні панелі для автономного інвертора визначає його вікно PV-входу, а не напруга акумулятора чи потужність AC. Кожен автономний інвертор-зарядник має максимальну напругу PV (від 145 до 500 В залежно від моделі), робочий діапазон MPPT та максимальну потужність PV-масиву — і стрінг панелей повинен залишатися в межах усіх трьох лімітів за температурних екстремумів вашої локації.

Автономні інвертори на ринку поділяються на три PV-архітектури. Клас визначає, скільки стандартних домашніх панелей (400–460 Вт, напруга холостого ходу близько 39 В) можна з'єднати послідовно:

Один бренд часто продає всі три класи поруч під майже однаковими назвами. Growatt SPF 5000 ES приймає стрінги до 450 В, тоді як SPF 5000TL HVM — щонайбільше 145 В: стрінг, звичний для одного, знищить інший. Завжди визначайте клас за даташитом, а не за назвою моделі чи ціною.

Автономні інвертори називають за шиною акумулятора: 12, 24 або 48 В. Звідси спокуса зробити висновок, що «48-вольтовому інвертору» потрібні «48-вольтові панелі». Це не так: шина акумулятора та PV-вхід — окремі кола, з'єднані MPPT-контролером заряду, який перетворює будь-яку напругу панелей до рівня заряджання батареї.

Саме тому дві 48-вольтові машини можуть мати кардинально різні PV-вікна: Growatt SPF 3000TL LVM-48P приймає від панелей щонайбільше 145 В, а EASUN SMG II 6.2KW-48V — стрінги до 500 В. Самі житлові панелі стандартизовані: сучасний модуль на 54 комірки має близько 39 В холостого ходу та 32–33 В у робочій точці незалежно від потужності — «домашніх панелей на 48 В» на масовому ринку просто не існує.

Напруга акумулятора важлива для загальної потужності: шина 24 В обмежує струм заряджання, тому моделі на 24 В мають невеликі ліміти потужності PV. Але кількість панелей у послідовному з'єднанні — питання напруги, яке вирішують лише параметри PV-входу.

Знайдіть у даташиті інвертора таблицю з назвою «PV input», «Solar charger» або «PV module array». Усе вирішують п'ять чисел:

1. Макс. напруга PV-входу (ліміт Voc)

   Абсолютна стеля. Напруга холостого ходу вашого стрінга найхолоднішого ранку року має залишатися нижчою за неї — перевищення пошкоджує зарядний пристрій і позбавляє гарантії.

2. Діапазон напруги MPPT

   Де трекер реально може працювати під час заряджання. Робоча напруга стрінга (Vmp) має бути в цьому вікні в літню спеку і, в ідеалі, в зимовий мороз теж.

3. Стартова напруга

   Мінімальна напруга, за якої зарядний пристрій прокидається вранці; зазвичай трохи вища за мінімум MPPT.

4. Макс. потужність PV-масиву

   Найбільший масив, який зарядний пристрій реально використає. В автономних моделях цей ліміт часто нижчий за потужність AC — пастка, про яку йдеться нижче.

5. Макс. вхідний струм PV

   Стеля струму на кожен MPPT-вхід. Сучасні великоформатні панелі видають до 14 А — більше, ніж приймають деякі бюджетні моделі.

Напруга панелі зростає, коли температура падає. Voc на етикетці вказано для температури комірок 25 °C; ясного зимового ранку комірки холодні, як повітря, і напруга піднімається на величину температурного коефіцієнта — близько −0.25 %/°C для TOPCon-панелей — за кожен градус нижче 25 °C.

Візьмімо типову панель 430 Вт: Voc = 39.1 В, TC_Voc = −0.25 %/°C. Морозного ранку при −25 °C:

Перевіримо це на низьковольтному Growatt SPF 3000TL LVM-48P (макс. PV 145 В, MPPT 60–115 В): три панелі дають 3 × 44.0 = 132.0 В — під стелею 145 В. Четверта панель неможлива: 4 × 39.1 = 156.4 В перевищує ліміт уже при +25 °C, ще до будь-якого зростання на морозі. Жорсткий максимум — 3 панелі послідовно.

Протилежна проблема тихіша. Влітку температура комірок сягає 60–70 °C, і робоча напруга (Vmp) просідає на 10–12 %. Якщо напруга стрінга опускається нижче мінімуму MPPT, зарядний пристрій припиняє відстеження і вироблення обвалюється: панелі справні, проводка справна, але генерація зникає в найкращі години дня.

Наша панель 430 Вт має Vmp = 32.4 В. За температури комірок 65 °C вона видає близько 32.4 × 0.88 = 28.5 В. На Deye SUN-5K-OG (MPPT 150–425 В) п'ять панелей дають 5 × 28.5 = 142.5 В — нижче мінімуму 150 В, тож заряджання зупиняється саме тоді, коли сонце найсильніше. Реальний мінімум — шість панелей (171 В у спеку), хоча на папері при 25 °C п'ять виглядають нормально: 5 × 32.4 = 162 В.

Стартова напруга додає ранкове обмеження: тому самому Deye потрібно 125 В лише для того, щоб зарядний пристрій увімкнувся. Стрінги, підібрані впритул до мінімуму MPPT, до того ж щодня пізно стартують і рано «засинають». Якщо даташит наводить рекомендований діапазон — цільтеся в його середину.

У мережевих інверторів PV-масив звично перевищує потужність AC на 20–50 %. Автономні моделі ламають це очікування: сонячний зарядний пристрій розрахований на заряджання батареї, а не на повну передачу в AC — і ліміт PV часто нижчий за вихідну потужність AC. Три реальні приклади з нашої бази:

12-кіловатний Growatt може передати навантаженню 12 кВт від батарей чи генератора, але два його MPPT-зарядні пристрої разом приймають щонайбільше 7 кВт панелей. Плануйте масив від ліміту PV — число AC нічого не каже про сонячну частину.

Наш калькулятор сумісності допускає співвідношення DC/AC до 2.0 для автономних моделей (проти 1.5 для мережевих стрінгових інверторів), бо надлишкова потужність DC заряджає батарею, а не зрізається. Але максимальна потужність PV-масиву з даташита залишається жорстким лімітом, який завжди сильніший за будь-яке правило співвідношення.

Автономні конструкції поділяються на дві філософії струму. Високовольтні моделі беруть один послідовний стрінг на MPPT і приймають помірний струм — типово 13–27 А. Низьковольтна класика розрахована на кілька коротких паралельних стрінгів і «ковтає» 50–120 А (Growatt SPF 3000TL LVM-24P: 50 А; SPF 6000T HVM-G2: 120 А) — ціною товстої міді між дахом та інвертором.

Тиха пастка ховається на високовольтному боці: сучасні панелі 420–460 Вт на комірках 182 мм мають струм короткого замикання близько 14 А. Зарядний пристрій із лімітом 13 А на вхід (серія Anern AZURE) просто працюватиме з такою панеллю на власній стелі — без пошкоджень у грамотно спроєктованому пристрої, але кожна панель цілий рік поводитиметься як трохи слабша. Деякі даташити додатково вказують максимальний струм короткого замикання, який не можна перевищувати взагалі.

Паралельні стрінги множать струм, а не напругу: два стрінги панелей на 14 А подають 28 А в один вхід. Для низьковольтної моделі на 80 А це нормально, а для високовольтної на 27 А — за межами дозволеного. Саме тому даташити високовольтних автономних інверторів зазвичай вимагають один стрінг на трекер.

Найдешевші інвертори-зарядники та багато старших моделей використовують PWM-контролер заряду замість MPPT. PWM не перетворює напругу — він з'єднує панель майже напряму з акумулятором, стягуючи робочу точку панелі до напруги батареї.

З 12-вольтовим акумулятором, що заряджається при приблизно 14 В, стандартна домашня панель, створена працювати при 32–33 В, видає на PWM менше половини своєї номінальної потужності. Саме тому існують «12-вольтові панелі»: модулі на 36 комірок із Vmp близько 18 В, зроблені в пару до PWM-контролерів. На MPPT, навпаки, стандартна панель не втрачає нічого — трекер перетворює 33 В у 14 В майже без втрат потужності.

Усі моделі, названі в цій статті, використовують MPPT. Але серед оголошень «сонячних інверторів» на маркетплейсах досі трапляються PWM-пристрої: якщо в характеристиках напруга PV ледь вища за напругу батареї, а MPPT не згадується — вважайте це PWM і купуйте панелі на 36 комірок або обирайте інший інвертор.

Ось повна перевірка в порядку, який найшвидше відсіює невдалі варіанти:

1. Випишіть блок PV-входу

   З даташита інвертора: макс. напруга PV, діапазон MPPT, стартова напруга, макс. потужність PV-масиву, макс. вхідний струм. З даташита панелі: Voc, Vmp, Isc і температурний коефіцієнт Voc.

2. Обмежте стрінг холодним Voc

   Порахуйте Voc_cold для рекордно низької температури вашої локації. Максимум панелей послідовно = макс. напруга PV ÷ Voc_cold, округлено вниз.

3. Задайте мінімум гарячим Vmp

   Порахуйте Vmp за температури комірок 65 °C. Мінімум панелей послідовно = мінімум MPPT ÷ Vmp_hot, округлено вгору. Якщо мінімум перевищує максимум, пара неможлива — змініть панель або інвертор.

4. Перевірте потужність і струм

   Кількість панелей × номінальна потужність не повинна перевищувати макс. потужність PV-масиву, а Isc панелі (помножений на кількість паралельних стрінгів, якщо вони є) — макс. вхідний струм.

5. Цільтеся в середину вікна

   Серед допустимих кількостей оберіть ту, що ставить Vmp стрінга ближче до середини діапазону MPPT: система стартує раніше, зупиняється пізніше і має запас на просідання напруги в похмурі дні.

Історії про відмови, які ми чуємо, повторюють ту саму жменьку помилок:

1. Підбір панелей під напругу акумулятора

   «Інвертор 48-вольтовий, отже потрібно 48 В панелей» — вирішує вікно PV-входу, а не шина акумулятора. 48-вольтова машина може вимагати від даху від 60 до 500 В.

2. Розрахунок Voc при 25 °C

   Стрінг, що вміщається в жовтні, може перевищити стелю ясного січневого ранку. Завжди розраховуйте з Voc_cold для рекордно низької температури.

3. Замало панелей для високовольтного зарядного пристрою

   Дві панелі на зарядному пристрої з мінімумом MPPT 120–150 В ніколи його не розбудять. Високовольтні автономні моделі створені для стрінгів від 5 панелей.

4. Ігнорування ліміту потужності PV

   Звичка ставити більше панелей, ніж потужність інвертора, перенесена з гібридів, тут не працює: багато автономних моделей приймають менше потужності PV, ніж видають в AC, і панелі понад ліміт не заробляють нічого.

5. Один MPPT на два схили даху

   Більшість автономних моделей до 8 кВт мають один трекер. Східні й західні панелі на одному трекері ганяються за двома максимумами потужності одночасно і втрачають 10–25 %. Якщо дах змушує до двох орієнтацій — беріть модель із двома трекерами (Growatt SPF 6000 ES Plus, EASUN SMG II 11KW, Deye SUN-6K-OG).

У нашій базі 279 автономних інверторів-зарядників — Growatt SPF, EASUN, Anern, Anenji, Must, PowMr, Deye SUN-OG та інші — з PV-вікнами, лімітами потужності та струму, заповненими з офіційних даташитів. Калькулятор сумісності виконує перевірки холодного Voc, вікна MPPT, струму та співвідношення DC/AC для будь-якої пари панелі й інвертора за тими самими формулами, що й ця стаття.

Панелі вже є, а інвертор ще обираєте? Розверніть пошук: підбирач відфільтрує інвертори, які приймають саме вашу панель у потрібній кількості.