Розрахунок потужності інвертора для сонячних батарей: як вибрати відповідний інвертор?

Інвертор — це серце сонячної електростанції, і саме від його правильного підбору залежить, чи принесе сонячна електростанція обіцяну віддачу. Неправильно підібраний інвертор не тільки погіршує виробництво, але й може призвести до гарантійних претензій, незадоволення замовника та зменшення прибутку. У цій статті ми розглянемо, на що слід звернути увагу під час підбору інвертора для сонячної електростанції, щоб забезпечити передбачуваний результат у кожному проекті.

Спочатку з'ясуємо, чому важливий правильний розмір інвертора для сонячних панелей, потім розглянемо, як відбувається підбір розміру ланцюгів у різних виробників, і на основі чого варто вибирати виробника інвертора з-поміж пропозицій. Після цього ми розглянемо, які дані вам потрібні для підбору розміру, і яке оптимальне співвідношення DC/AC у запланованій системі.

Ми покажемо, як співвідносяться між собою потужність інвертора та сонячних панелей, на що слід звертати увагу при реалізації проектів для приватних будинків, і коли варто залучати окремого інженера-проектувальника. Наприкінці підсумок та розділ «Часті запитання» допоможуть вам впевнено підходити до розрахунку потужності в кожному проекті.

Чому важливий розмір інвертора для сонячних панелей?

Розмір інвертора для сонячних панелей є ключовим питанням, оскільки саме інвертор перетворює постійний струм, що генерується панелями, на корисний змінний струм — від нього значною мірою залежить ефективність всієї системи. Якщо розмір обрано неправильно, це призведе до втрат енергії, зниження продуктивності системи та зайвих витрат, що безпосередньо позначиться на задоволеності клієнтів та окупності.

Помилитися можна у двох напрямках. Якщо інвертор замалий порівняно з панелями, він обрізає надлишкову потужність у південний пік — це так зване «кліпінг»: панелі генерують більше постійного струму, ніж інвертор може обробити, що призводить до втрат. Якщо ж він занадто великий, то при слабкому освітленні працює менш ефективно і дорожче. Саме тому правильний підбір потужності інвертора — це не технічна формальність: він безпосередньо визначає, скільки виробляє встановлена сонячна система і як швидко окупиться інвестиція.

Розміри струн залежно від виробника

Розміри ланцюга визначають, скільки панелей можна з'єднати послідовно в один ланцюг так, щоб напруга ланцюга залишалася в межах діапазону MPPT інвертора. Це означає одночасно чотири умови: напруга холостого ходу, підвищена через холод, не може перевищувати максимальну вхідну напругу постійного струму інвертора, напруга робочої точки повинна потрапляти в вікно MPPT, а струм не може перевищувати максимальне вхідне значення. Якщо напруга ланцюга виходить за межі робочого діапазону інвертора, це може серйозно погіршити продуктивність, а в гіршому випадку — вивести інвертор з ладу.

Тут ключове значення має підхід до розміру ланцюга залежно від виробника: кожен виробник інверторів вказує різні діапазони напруги MPPT та максимальний вхідний струм, тому завжди плануйте на основі конкретного технічного паспорта виробника, а не загальної категорії інверторів.

Критерії вибору виробника інвертора

Декілька критеріїв, які слід враховувати дистриб'ютору або монтажнику при оцінці кожного виробника інверторів. Щодо ККД, ефективність сучасних інверторів зазвичай коливається від 96 до 99% — чим вищий показник, тим менше енергії втрачається і тим сильніший аргумент на користь покупки. Що стосується гарантії, більшість брендів пропонують базову гарантію від 5 до 12 років, а деякі — з можливістю продовження до 12–20 років, що знижує ризик рекламацій. Що стосується сервісного обслуговування, провідні виробники надсилають запасні пристрої протягом декількох робочих днів, що скорочує час простою системи. Нарешті, можливість розширення: якщо клієнт планує пізніше встановити накопичувач енергії, доцільно вибрати інвертор, який з самого початку готовий до цього. 

Рекомендовані виробники інверторів для сонячних батарей

В асортименті SOLARKIT B2B ви можете вибрати з чотирьох перевірених виробників інверторів для сонячних батарей, як правило, з наявності: Deye, Huawei, SolaX та FoxESS. Huawei очолює глобальний рейтинг виробників інверторів у незалежному галузевому рейтингу. На інвертори серії Deye SUN надається 10-річна гарантія на дефекти матеріалів та основні компоненти, а для моделей SolaX 5-річна базова гарантія автоматично подовжується до 10 років при підключенні до SolaX Cloud. У сегменті для приватних споживачів популярні інтелектуальні гібридні продукти FoxESS, які можна розширити за допомогою акумулятора. Переглядаючи асортимент інверторів FoxESS як партнер, ви можете вибрати найкращий варіант для конкретного проекту, виходячи з продуктивності та функцій окремих моделей. 

Які дані необхідні для розрахунку потужності інвертора?

Правильний підбір інвертора базується на даних, а не на припущеннях, а вхідними даними є технічні характеристики сонячної панелі, технічні характеристики інвертора, а також дані про споживання клієнта. Необхідні дані щодо панелі: загальна потужність постійного струму (кількість панелей × номінальна потужність однієї панелі), а також напруга в робочій точці (Vmp), напруга холостого ходу (Voc), значення струму (Imp, Isc), що вказані в технічному паспорті панелі, а також температурний коефіцієнт напруги. До цього додаються найнижча та найвища температури, що очікуються в місці встановлення, оскільки в холодну погоду напруга холостого ходу може підвищитися навіть на 20–30% порівняно зі значенням STC.

З боку інвертора визначальними є максимальна вхідна напруга постійного струму, діапазон напруги MPPT та максимальний вхідний струм, а при остаточному рішенні завжди враховується технічний паспорт конкретного виробника. У клієнта слід дізнатися про річне споживання електроенергії: це найкраще визначити на основі рахунків за електроенергію за останні 12 місяців або детальних даних про споживання.

Оптимальне співвідношення DC/AC

Одним з найважливіших показників при розрахунку є саме це співвідношення: частка загальної потужності DC сонячного поля до номінальної потужності AC інвертора. У професійній практиці для побутових систем ідеальним є значення від 1,15 до 1,25, а для комерційних систем — від 1,20 до 1,30. Свідоме, помірне перерозмірювання панелей виправдане тим, що сонячні панелі в реальності рідко видають свою номінальну потужність за умов STC — через тепло, розсіяне світло та забруднення фактична вихідна потужність зазвичай становить 75–85 % від STC. Таким чином, інвертор більшу частину часу працює наближено до своєї ефективної номінальної потужності і лише зрізає рідкісні піки виробництва. Практичний приклад: поле потужністю 6 кВтп з інвертором на 5 кВт дає коефіцієнт 1,2, що є гарною відправною точкою для більшості сонячних систем. 

Співвідношення потужності інвертора та потужності сонячних панелей

Це співвідношення, по суті, виражає, як співвідносяться між собою потужності інвертора та сонячних панелей: яка номінальна потужність інвертора в змінному струмі (AC) порівняно із сумарною потужністю поля панелей у постійному струмі (DC). Відповідний розмір завжди залежить від потужності панелей та цілей споживання клієнта, оскільки недо- або перевищення розміру впливає на все: від інвестиційних витрат до довгострокового енергетичного виходу. Загальноприйняте правило, що потужність інвертора в змінному струмі повинна становити приблизно 80–90% від потужності сонячного поля в постійному струмі — це забезпечує збалансованість системи. Дві крайності — занадто малий і занадто великий інвертор — однаково коштують грошей, просто по-різному. 

Занадто малий інвертор: які проблеми це може спричинити?

Якщо інвертор занадто малий порівняно з масивом панелей, у пікові години на півдні він не зможе обробити весь обсяг виробленої енергії. У цьому випадку виникає кліпінг: якщо, наприклад, панелі потужністю 6 кВт виробляють на повну потужність, але інвертор потужністю 4 кВт досягає своєї межі, 2 кВт вже виробленої та оплаченої енергії втрачаються. Незначний кліпінг є нормальним і прийнятним, проте надмірне обмеження призводить до відчутних втрат енергії та нижчої окупності — у референтному проєкті цього варто уникати, особливо в сонячних регіонах за умови високого рівня виробництва. 

Занадто великий інвертор: коли це не вигідно?

Занадто великий інвертор рідко спричиняє технічні проблеми, але з економічної точки зору часто є невигідним і погіршує конкурентоспроможність вашої пропозиції. З одного боку, гірший ККД при частковому навантаженні: інвертори найефективніші при 80–95% від номінальної потужності, тоді як надмірно великий пристрій більшу частину дня працює при навантаженні 40–60%, до того ж вночі він споживає 10–30 Вт на власне функціонування. З іншого боку, придбання більшого пристрою є дорожчим, що спричиняє зайві додаткові витрати. Інвертор більшої потужності, як правило, виправданий лише тоді, коли клієнт точно планує подальше розширення системи, таким чином заощаджуючи на заміні інвертора, яка стане необхідною під час розширення панелей. 

Розрахунок потужності інвертора для приватних будинків

Розрахунок потужності для житлових проектів на практиці є відносно простим, але варто врахувати кілька факторів.  Для однофазних будинків зазвичай вибирають інвертор потужністю до 2,5 кВт, оскільки з 2023 року максимальна дозволена потужність інверторів, підключених до мережі, на одній фазі обмежена 2,5 кВт, а для трифазної мережі вона може досягати 15 кВт. Також завжди слід перевіряти можливі обмеження на введення електроенергії, встановлені енергопостачальником.

На практиці для середньої сонячної електростанції потужністю приблизно 4 кВт найкраще підходить інвертор потужністю 3,5–4 кВт, оскільки в пікові години він працює з коефіцієнтом використання близько 90% у найефективнішому діапазоні. Для будинків з більшим споживанням — у разі наявності кондиціонера, теплового насоса, басейну або електромобіля — реалістичнішим є діапазон 6–10 кВт. Якщо клієнт планує також зберігати сонячну енергію, рекомендуйте гібридний інвертор, який одночасно керує виробництвом сонячної енергії та заряджанням акумулятора — це також хороша можливість для додаткового продажу. У випадку частково затіненого даху може бути дуже корисним оптимізатор інвертора, який оптимізує вихідну потужність на рівні панелей, перш ніж постійний струм потрапляє до центрального струнгового інвертора.

Коли варто довірити вибір інвертора фахівцю?

Як досвідчений монтажник, ви впевнено виконуєте більшу частину розрахунків, проте в деяких випадках варто залучити окремого інженера-проектувальника або фахівця, або, що ще краще, використовувати проектне програмне забезпечення, яке виробники надають безкоштовно. Для проектування будь-якої сонячної системи справедливо наступне: для проектів установки потужністю понад 10 кВт у багатьох місцях необхідне інженерне затвердження та статичні розрахунки, а для підключення до мережі — угода про подачу електроенергії з енергопостачальником. Підключення до електромережі в будь-якому випадку має виконувати кваліфікований електрик. У складних проектах із накопичувачами енергії вибір ємності накопичувача та гібридної топології також вимагає ретельного планування — для цього хорошим початком є наш аналіз під назвою «Порівняння накопичувачів енергії ».

Якщо ви зіткнетеся з труднощами, технічна підтримка та експертні послуги SOLARKIT допоможуть вам у розрахунках та проектуванні, щоб кожна передана система приносила передбачувані результати.

Поширені запитання 

Який інвертор рекомендується для середнього односімейного будинку?

Для середнього сонячного поля потужністю приблизно 4 кВт зазвичай підходить інвертор потужністю 3,5–4 кВт, оскільки в пікові години він працює в найефективнішому діапазоні з коефіцієнтом використання близько 90%. Для однофазної мережі зазвичай вибирають інвертор потужністю до 2,5 кВт, для трифазної — до 15 кВт.

Що відбувається, якщо інвертор замалий?

Якщо потужність інвертора менша за потужність панелей, у південний пік виникає кліпінг. У цьому випадку інвертор відсікає надлишок, і частина вже виробленої енергії втрачається. Незначне відсікання є прийнятним, але надмірне помітно погіршує окупність.

На скільки загальна потужність сонячних панелей повинна перевищувати потужність інвертора?

Згідно з перевіреним практичним правилом, потужність інвертора в режимі змінного струму повинна становити приблизно 80–90 % від потужності сонячної батареї в режимі постійного струму. Для побутових систем ідеальним вважається співвідношення постійного та змінного струму в діапазоні 1,15–1,25.

Чи впливає холодна погода на розміри інвертора?

Так, і навіть суттєво. У холодну пору року напруга панелей у холостому режимі може зрости навіть на 20–30 % порівняно зі значенням STC, тому ланцюг слід розраховувати на найнижчу очікувану температуру, щоб напруга не перевищила максимальне вхідне значення інвертора.

Коли варто залучати окремого інженера-проектувальника?

Базове проектування ви виконуєте на практиці, але в кожному випадку необхідне інженерне затвердження та статичні розрахунки. Підключення до мережі має виконувати кваліфікований електрик, а підключення до мережі пов'язане з угодою про постачання електроенергії.