Инвертор и контроллер MPPT: два блока или один

Инвертор контроллер - что обычно имеют в виду

Когда в поиске пишут «инвертор контроллер», под этим скрываются три разных технических решения, и путаница возникает именно из-за того, что все три продаются как «оборудование для солнечных панелей».

Первый вариант - раздельная связка: отдельный контроллер заряда (PWM или MPPT) плюс отдельный инвертор 12/24/48 В в 220 В. Контроллер регулирует заряд аккумулятора от PV-модулей, инвертор преобразует постоянный ток от аккумулятора или панелей в переменный ток для приборов. Это два физически разных устройства, соединённых проводами и общей батареей.

Второй вариант - гибридный инвертор со встроенным MPPT. Здесь трекер максимальной точки мощности встроен внутрь корпуса инвертора, и в большинстве современных установок именно так и происходит: MPPT физически находится внутри инвертора, а не в виде отдельной коробки. Такой гибридный контроллер для солнечных батарей одновременно заряжает аккумулятор от массива панелей и отдаёт переменный ток нагрузке.

Третий вариант - обычный инвертор «12 В в 220 В» без входа для панелей и без трекера вообще. Такой прибор просто преобразует напряжение аккумулятора в бытовую розетку и никак не участвует в заряде от солнца - для панелей ему в любом случае нужен отдельный контроллер.

Сравнение трёх вариантов в одной таблице:

Если в паспорте устройства нет строки про PV-вход, MPPT voltage range или число трекеров - это третий вариант, и без внешнего контроллера панели к нему подключать нельзя.

MPPT внутри гибрида

Гибридный инвертор mppt отличается от простого преобразователя тем, что внутри него стоит алгоритм, который меняет рабочее напряжение массива панелей, чтобы извлекать максимум энергии при текущей освещённости. Это и есть трекер максимальной точки мощности - MPPT.

В документации на гибридные инверторы производители всегда указывают несколько параметров, которые определяют, влезет ли конкретный набор панелей в конкретное устройство:

• диапазон рабочих напряжений MPPT (MPPT voltage range);
• число независимых MPPT-трекеров и число строк панелей на каждый трекер;
• максимальный входной ток на строку;
• максимальный ток короткого замыкания строки (Isc).

Эти четыре цифры - не формальность. Они определяют, сколько панелей можно соединить последовательно (это задаёт напряжение), сколько строк можно завести параллельно на один трекер (это задаёт ток) и можно ли разносить панели на разные ориентации крыши - для этого нужен не один, а два и более независимых трекера MPPT.

Если у гибрида один трекер MPPT, а панели на крыше смотрят в разные стороны (например, часть на юг, часть на запад), система будет работать по худшему из двух массивов - алгоритм не может одновременно искать оптимум для двух разных кривых освещённости на одном входе. Здесь разница между «просто гибридный инвертор» и «гибридный инвертор с двумя MPPT» становится практической, а не бумажной.

Подробный разбор того, чем принципиально отличается MPPT-алгоритм от более простого PWM-регулирования и в каких случаях разница в КПД действительно ощутима, - в материале про подбор панели под контроллер MPPT или PWM. Здесь теорию не повторяем и сосредоточимся на практике согласования узлов.

Когда отдельный контроллер всё ещё нужен

Встроенный MPPT решает задачу далеко не всегда. Есть три ситуации, где отдельный контроллер для солнечных панелей остаётся обязательным элементом схемы, а не архаизмом.

Старый автономный инвертор без PV-входа. Если в доме уже стоит рабочий инвертор, который просто преобразует напряжение аккумулятора в 220 В и не имеет входа для панелей, менять его только ради солнца экономически не всегда оправдано. В этом случае к тому же аккумулятору параллельно подключают отдельный MPPT- или PWM-контроллер, который заряжает батарею от панелей независимо от инвертора. Инвертор продолжает делать свою работу - отдаёт переменный ток нагрузке, а контроллер занимается только зарядом.

Портативные станции. Большинство портативных электростанций имеют собственный вход для солнечных панелей, но диапазон напряжения и ток этого входа обычно узкие и жёстко ограничены производителем станции. Роль контроллера здесь частично уже встроена в станцию, но её параметры нельзя расширить - если панелей больше, чем позволяет вход, требуется либо менять станцию, либо ставить внешний контроллер с последующей раздачей заряда.

Маленький контур 12 В. В дачных и гаражных системах, где всего одна-две панели заряжают один аккумулятор 12 В без цели получить переменный ток (только зарядка телефона, лампочка, насос на 12 В), инвертор в принципе не нужен - там работает только контроллер заряда, который может быть как PWM, так и MPPT, в зависимости от бюджета и разницы напряжений между панелью и батареей.

Во всех трёх случаях объединяющий признак - устройство, которое либо физически не умеет заряжать от панелей, либо умеет это в очень узких рамках. Если сомневаетесь, к какому из трёх случаев относится ваша ситуация, проще свериться с паспортом уже установленного инвертора: наличие или отсутствие строки PV input с указанием MPPT voltage range снимает вопрос сразу.

Типовые ошибки Voc и тока

Большинство проблем с гибридным контроллером заряда и встроенным MPPT возникают не из-за поломки оборудования, а из-за арифметики на этапе подбора панелей. Три повторяющихся сценария.

Ошибка «зимой напряжение выросло». Максимальное напряжение холостого хода Vocmax панели - паспортная цифра, измеренная при стандартной температуре 25°C. При более низких температурах Voc растёт за счёт температурного коэффициента, и это нужно учитывать при расчёте, сколько панелей можно соединить последовательно в одну строку. Массив, который летом укладывался в допустимый предел MPPT-контроллера, зимой в морозное ясное утро может превысить максимально допустимое PV-напряжение конкретной модели - и контроллер отключится с ошибкой перенапряжения, прекратив заряд до тех пор, пока напряжение не упадёт.

Ошибка «две строки без проверки тока». Когда к одному MPPT-трекеру параллельно подключают две строки панелей, суммарный ток короткого замыкания Isc складывается, и если он превышает максимальный входной ток на строку или трекер, контроллер либо ограничивает мощность, либо переходит в защитный режим. Проверять нужно не только суммарную мощность в ваттах, но и раздельно напряжение (Voc последовательной цепочки) и ток (Isc параллельных строк) - это два разных предела, и «влезло по ваттам» не гарантирует, что влезло и по обоим лимитам одновременно.

Ошибка «влезло по ваттам, но не по диапазону MPPT». Мощность в ваттах, указанная производителем инвертора как максимальная для PV-входа, - верхняя граница, а не единственный параметр. Реальная точка максимальной мощности массива при определённой температуре может оказаться за пределами рабочего диапазона MPPT voltage range, и тогда трекер работает не в оптимальной точке, теряя часть потенциальной генерации, хотя формально ватты панелей соответствуют паспорту инвертора.

Подробный алгоритм проверки совместимости конкретных панелей с конкретным контроллером по Voc, Isc и диапазону MPPT разобран отдельно и здесь не повторяется. Если панели уже куплены и нужно понять, какой контроллер под них подходит по параметрам, - это отдельная задача, которую стоит решать в привязке к паспорту конкретного оборудования, а не к его маркетинговому названию.

Если расчёт кажется сложным, разумнее не гадать по документации разных производителей, а сразу запросить расчёт комплекта под конкретное количество панелей и параметры дома - инженер проверит совместимость Voc, Isc и диапазона MPPT до того, как оборудование будет куплено. Актуальный подбор инверторов и панелей с нужными параметрами PV-входа можно посмотреть в каталоге оборудования.

База знаний →