Cum funcționează un aparat de aer condiționat solar? PV, invertorul DC și puterea hibridă explicate

Ce se întâmplă de fapt când soarele lovește panoul

Un aparat de aer condiționat solar nu folosește lumina soarelui pentru a răci agentul frigorific direct și nu are nevoie de un banc de baterii pentru a începe să funcționeze. Preia curent continuu de la o rețea fotovoltaică, îl transformă în mișcare rotativă controlată în interiorul unui compresor cu viteză variabilă și ajustează acea mișcare de mai multe ori pe secundă, astfel încât ieșirea de răcire să urmărească lumina soarelui disponibilă în acel moment. Controlerul, puntea invertorului, supapa electronică de expansiune și ventilatorul exterior există toate pentru a sprijini acel transfer de energie.

Trei fapte explică majoritatea comportamentului pe care îl vei observa în teren. În primul rând, modulele fotovoltaice produc DC, iar un compresor DC inverter este o sarcină DC, astfel încât etapa intermediară de conversie pe care o efectuează o unitate convențională alimentată de la rețea este parțial eliminat. În al doilea rând, compresorul este singura componentă care consumă cea mai mare parte a puterii; ventilatoarele și plăcile de control, împreună, aduc, de obicei, mai puțin de 10 la sută din intrarea nominală, motiv pentru care arhitectura compresorului decide comportamentul întregului sistem. În al treilea rând, lumina soarelui este intermitentă, astfel încât fiecare design practic are fie o a doua sursă de energie, un tampon de stocare, fie o strategie de masă termică pentru a acoperi norii și orele de seară.

Când un nor acoperă matricea, producția fotovoltaică poate scădea cu 60 la sută sau mai mult în câteva secunde. O unitate care funcționa la 2,8 kW de capacitate de răcire s-ar putea găsi cu doar 40 la sută din intrarea sa nominală de curent continuu. Ceea ce se întâmplă în continuare separă un design matur de un prototip de laborator: un controler bine adaptat reduce fără probleme frecvența compresorului, menținând evaporatorul deasupra nivelului de îngheț și încăperea confortabilă, în loc să declanșeze subtensiune și să repornească.

Consecința practică este că un aparat de aer condiționat solar se comportă mai mult ca o lampă reglabilă decât ca un comutator pornit-oprit. Ieșirea se scalează cu energia disponibilă, mai degrabă decât între puterea maximă și nimic, tocmai de aceea tehnologia a devenit viabilă odată ce controlul invertorului a devenit suficient de ieftin pentru a fi încorporat într-o unitate exterioară rezidențială.

Calea de putere în patru etape, etapă cu etapă

Urmăriți energia de la o matrice de 6 kW pe acoperiș până la o unitate interioară de 12.000 BTU și veți trece patru etape distincte. Fiecare etapă are propria sa pierdere de eficiență și propria sa semnătură de defecțiune, motiv pentru care tehnicienii de service ar trebui să fie capabili să identifice care etapă are performanțe slabe numai din simptome.

Rețineți unde ar sta bateria dacă ar fi folosită una: după etapa 2, pe magistrala DC. Scoaterea bateriei nu înlătură necesitatea de a gestiona magistrala respectivă, motiv pentru care controlerul dintr-o unitate hibridă fără baterie poartă mai multă responsabilitate decât un controler de încărcare într-un sistem de alimentare în afara rețelei.

DC, AC și hibrid: trei arhitecturi comparate

Aparat de aer condiționat solar hibrid fără baterii montat pe perete Sistem split montat pe perete fără baterie, cu amplificator MPPT și invertor încorporat, care combină energia solară și a rețelei pentru răcirea și încălzirea cu invertor de curent continuu. Vizualizare produs →

Cumpărătorii combină frecvent trei produse diferite sub un singur nume. Nu sunt interschimbabile, iar specificarea celui greșit este cea mai scumpă greșeală din această categorie.

Categoria hibridă ACDC este locul unde se află acum cea mai mare cerere rezidențială, deoarece răspunde la o întrebare pe care și-o pun de fapt cumpărătorii: ce se întâmplă noaptea sau în timpul unei săptămâni de nor musonic? Răspunsul este că unitatea funcționează pe rețea cu aceeași eficiență ca un aparat de aer condiționat convențional cu invertor, apoi revine la prioritatea solară în momentul în care tensiunea matricei își revine. Nu există schimbare manuală și nicio intervenție din partea ocupantului.

Logica de comutare merită analizată în timpul specificației. Un design robust monitorizează împreună tensiunea magistralei de curent continuu, curentul matricei și cererea compresorului, apoi decide dacă se combină sursele sau dacă trebuie să facă tranziția completă. Unitățile care pur și simplu scad la AC ori de câte ori DC scade sub un prag fix vor oscila între surse în zilele parțial înnorate, iar fiecare tranziție stresează contactoarele și puntea invertorului. Solicitați banda de histerezis și timpul minim de așteptare înainte de schimbarea sursei, deoarece acele două numere prezic fiabilitatea pe termen lung mai precis decât pretinde orice broșură.

Dimensionarea circuitului de rezervă AC este simplă, dar adesea neglijată. Dacă unitatea consumă 1,6 kW la răcirea nominală pe rețea, circuitul trebuie dimensionat pentru acea sarcină continuă plus toleranța de pornire, nu pentru consumul mediu mai scăzut pe care aportul solar îl face posibil în timpul zilei. Subdimensionarea alimentării AC deoarece „soarele face cea mai mare parte a muncii” produce călătorii neplăcute în sezonul ploios.

De ce compresorul este întreaga poveste

Două compresoare cu cilindree identică se pot comporta complet diferit pe un autobuz solar. Diferența constă în modul în care este condus motorul.

Un compresor convențional cu viteză fixă ​​pornește pe linie, consumând de cinci până la șapte ori curentul său de funcționare pentru o fracțiune de secundă. Pe o matrice fotovoltaică cu curent de scurtcircuit limitat, acea pornire reduce tensiunea magistralei și unitatea se declanșează. În schimb, un compresor cu invertor de curent continuu rampă, pornind aproape de 15 Hz și urcând doar atât de repede cât permite puterea disponibilă. Aceasta nu este o rafinament; este condiția de activare pentru răcirea solară fără baterie.

Schema de control contează la capătul inferior al intervalului de viteză. Cu comutația de undă sinusoidală de 180 de grade, curentul în fiecare fază urmează o sinusoidă netedă, astfel încât fluxul de aer se rotește uniform și cuplul rămâne aproape constant în fiecare ciclu electric. Schemele mai vechi de 120 de grade lasă faza neenergizată plutind timp de 60 de grade, producând scăderi de cuplu care se manifestă ca vibrații la 20 până la 30 Hz, exact acolo unde o unitate solară își petrece cea mai mare parte din viața sa de funcționare. Vibrația accelerează uzura rulmenților și slăbește îmbinările tuburilor, astfel încât detaliul de control are o consecință directă de întreținere.

Măsurătorile de câmp de la funcționarea cu sarcină mică ilustrează acest lucru. O unitate hibridă de 12.000 BTU, care funcționează la 22 Hz, cu o putere de ieșire de 900 W, a furnizat aproximativ 1,1 kW de răcire cu o temperatură de condensare cu doar 6 °C peste mediul ambiant. Aceeași unitate care trece la 60 Hz pe rețea a furnizat o răcire de 3,4 kW cu o temperatură de condensare cu 14 °C peste temperatura ambiantă. Coborârea ridicării la viteză mică nu este un truc al măsurătorilor; este recompensa termodinamică pentru potrivirea capacității de încărcare.

Comportamentul de protecție completează imaginea. Domină trei limite: o tensiune minimă de magistrală de curent continuu sub care convertizorul nu mai modulează, o temperatură maximă de descărcare care forțează reducerea frecvenței și o frecvență minimă de retur a uleiului care împiedică compresorul să funcționeze prea lent pentru prea mult timp. Firmware-ul bine conceput le echilibrează pe toate trei, motiv pentru care același hardware poate fi neted sau neregulat, în funcție de cine a scris logica de control.

Dimensiune: Cât de mult PV are cu adevărat nevoie un aparat de aer condiționat solar

Începeți cu puterea nominală de intrare, nu cu capacitatea nominală de răcire. O unitate hibridă de 12.000 BTU consumă de obicei între 1,0 și 1,4 kW în condiții nominale. Împărțiți-l la un randament realist al modulului și apoi adăugați o marjă pentru cele două pierderi pe care nimeni nu vrea să le discute: temperatură ridicată a modulului și înclinare neideală.

O cifră de planificare viabilă pentru majoritatea latitudinilor este de 75 până la 80 la sută din capacitatea matricei plăcuțe de identificare ca rezultat real la amiază. Deci, o sarcină de 1,2 kW are nevoie de aproximativ 1,5 până la 1,6 kWp de matrice pentru a funcționa continuu la viteză maximă în jurul prânzului solar. Deoarece unitatea modulează, o matrice mai mică încă produce o răcire utilă pentru mai multe ore din zi.

Trei variabile ale site-ului modifică aceste numere mai mult decât orice foaie de specificații. Înclinarea și azimutul sunt cele mai mari: un acoperiș orientat la 40 de grade față de azimutul ideal poate pierde 10 până la 15 la sută din randamentul zilnic. Praful și murdăria costă între 3 și 8% în climatele uscate și considerabil mai mult în apropierea activității de construcție. Pierderile de cabluri și conectori adaugă încă 2 până la 3 procente dacă lungimea firului depășește 25 de metri.

Nu uitați de ventilatorul unității interioare, care continuă să funcționeze pe rețea în majoritatea modelelor hibride și consumă între 30 și 60 W. Este un număr mic, dar este motivul pentru care un sistem poate părea că „folosește puterea rețelei chiar și la prânz” pe un tablou de bord de monitorizare.

Citiți numerele de eficiență fără a vă lăsa păcăliți

Sistemele de adsorbție și desicare sunt o tehnologie cu adevărat diferită, care utilizează căldura solară mai degrabă decât electricitatea și aparțin unei conversații separate. Majoritatea covârșitoare a produselor vândute astăzi sunt unități fotovoltaice de compresie a vaporilor, evaluate pe aceleași valori ca orice aparat de aer condiționat.

Evaluările de eficiență sezonieră comprimă un an întreg de vreme într-un singur număr și induc în eroare exact condițiile în care funcționează unitățile solare. O evaluare sezonieră ridicată obținută în recipientele cu climă blândă vă spune puțin despre după-amiezii de 46 C, când pierderea de capacitate și curentul compresorului atinge vârful.

• Verificați capacitatea nominală la 43 C sau 46 C, nu numai la punctul de testare standard de 35 C. O reducere de 5 până la 10 la sută este normală; o reducere de 25 la sută semnalează un condensator subdimensionat.
• Comparați coeficientul de performanță la sarcină parțială. Majoritatea orelor solare sunt cheltuite între 30 și 70% din capacitate, așa că aceasta este regiunea de operare care merită optimizată.
• Confirmați agentul frigorific. R32 și R410A domină produsele hibride montate pe perete, în timp ce R290 apare în pompele de căldură monobloc cu limite stricte de încărcare. Alegerea agentului frigorific afectează logistica serviciului și disponibilitatea viitoare, nu doar eficiența.
• Solicitați intervalul de frecvență al compresorului și puterea minimă de răcire. O unitate care nu poate coborî sub 30 la sută din valoarea nominală va rula într-o după-amiază puțin încărcată, irosind avantajul solar.

Patru profiluri de instalare și ce solicită fiecare

Aparat de aer conditionat usor comercial cu caseta solara Unitate de casetă montată în tavan pentru spații comerciale ușoare, folosind energie solară și rețea cu compresor DC, flux de aer în patru căi și monitorizare Wi-Fi. Vizualizare produs →

Aceeași familie de produse se comportă diferit în funcție de locul în care este instalată. Aceste patru profiluri acoperă majoritatea întrebărilor care ajung la biroul tehnic al unui producător.

Aer condiționat solar hibrid AC/DC la temperatură joasă Aparat de aer condiționat solar hibrid R32 cu injecție îmbunătățită de vapori și comutare automată AC/DC, destinat încălzirii și răcirii fiabile în climate reci. Vizualizare produs →

În propria noastră istorie de producție, tranziția de la unitățile solare din a treia la a patra generație s-a redus pentru a controla firmware-ul mai degrabă decât hardware-ul. Dezvoltarea în 2007 a unui controler cu invertor DC cu undă sinusoidală de 180 de grade a oferit echipei de ingineri baza algoritmică care a permis ulterior combinarea intrării solare cu alimentarea de la rețea fără un tampon de baterie. Unitățile construite pe această platformă au fost livrate în peste 20 de țări din 2020, inclusiv piețe din Asia de Sud, Orientul Mijlociu și Australia, unde temperaturile ambientale depășesc în mod obișnuit 45 C.

Toleranța de fabricație devine vizibilă în această etapă. O variație de 2 procente în calibrarea modulului invertor între unități se traduce printr-un comportament vizibil diferit la lumină scăzută în câmp, motiv pentru care testarea la sfârșit de linie sub umbrire parțială simulată contează mai mult decât o cifră de toleranță de catalog. Detaliile despre procesul de producție și testare sunt documentate pe site-ul nostru pagina de profil a companiei .

Moduri de eșec, întreținere și greșeli care costă bani

Aparatele de aer condiționat solare nu dau greș în moduri noi. Ele eșuează în moduri obișnuite, accelerate de doi factori: intrare instabilă de curent continuu și instalatori care tratează partea PV ca pe o idee ulterioară.

1. Declanșare de subtensiune în timpul tranzitorii în nor. De obicei, cauzată de o matrice prea mică pentru tensiunea minimă de magistrală configurată sau de un cablu DC subdimensionat care adaugă cădere de tensiune. Remediu: recalculați tensiunea șirului la temperatura celulei de 70 C, nu în condiții standard de testare.
2. Comutare frecventă a sursei în zilele parțial înnorate. Simptomul este vibrația contactorului și repornirea scurtă a compresorului. Remediu: măriți banda de histerezis și impuneți un timp minim de așteptare în parametrii controlerului.
3. Răcire redusă cu un filtru curat și încărcare normală cu agent frigorific. Adesea, un condensator murdar combinat cu un mediu ridicat, împingând temperatura de descărcare peste pragul de reducere, astfel încât convertizorul să limiteze frecvența. Remediu: programul de curățare a bateriei și verificarea pasului palelor ventilatorului.
4. Zgomot la turația mică a compresorului. Frecvent urmărit la vibrațiile tubulaturii excitate de ondularea cuplului rezidual sau la un suport de montare care și-a pierdut colțurile de izolare. Remediu: verificați schema de control și inspectați clemele de țeavă.
5. Defecțiune prematură a conectorului pe acoperiș. Cauzat de metale diferite și cicluri termice la o joncțiune care nu a fost niciodată sertizat la cuplul corect.

Întreținerea preventivă pentru o unitate solară adaugă două sarcini la un program convențional. Curățarea matricei ar trebui să urmeze condițiile locale de murdărie, de obicei la fiecare două până la patru luni în regiunile cu praf și mai rar în cele temperate. Izolarea DC și verificarea cuplului conectorului aparțin unei vizite anuale, în mod ideal înainte de sezonul de răcire, mai degrabă decât în ​​timpul acestuia.

Întreținerea pe partea agentului frigorific este neschimbată: verificați supraîncălzirea și subrăcirea, confirmați că supapa de expansiune răspunde la schimbările de sarcină și verificați dacă încălzitorul carterului compresorului funcționează înainte de pornirea pe vreme rece. Singura adăugare specifică solară este o revizuire a datelor de frecvență înregistrate. Un compresor care nu depășește niciodată 45 Hz pe o vară completă sugerează că matricea este subdimensionată sau un șir are performanțe slabe, iar acest model este invizibil la o singură vizită de service.

Lista de verificare a specificațiilor înainte de a plasa o comandă

Șaisprezece puncte de date separă o specificație viabilă de una de speranță. Solicitați-le în scris, deoarece asigurările verbale despre „lucrarea cu solar” nu au conținut de inginerie.

Două întrebări comerciale aparțin aceleiași liste. Întrebați cum sunt stocate modulele invertoare de rezervă și plăcile de control pentru regiunea dvs. și întrebați cum arată calea de actualizare a firmware-ului. Un aparat de aer condiționat solar este un produs de electronică de putere la fel de mult ca un produs de refrigerare, iar modelul de suport ar trebui să reflecte acest lucru.

Întrebări frecvente

Un aparat de aer condiționat solar funcționează noaptea?

Da, dacă este un model hibrid sau conectat la rețea. După apusul soarelui, unitatea se alimentează de la rețea și funcționează exact ca un aparat de aer condiționat convențional cu inverter, cu același grad de eficiență. Modelele de curent continuu off-grid continuă doar în timp ce acumulatorul păstrează încărcarea, astfel încât funcționarea pe timp de noapte este o funcție mai degrabă a capacității bateriei decât a aparatului de aer condiționat în sine.

Pot funcționa un aparat de aer condiționat solar fără baterie?

Da. Funcționarea fără baterie este configurația standard pentru unitățile hibride ACDC. Compresorul își modulează viteza pentru a se potrivi cu puterea matricei disponibile, iar sursa de alimentare acoperă orice deficiență instantaneu. Compensația este că puterea de răcire urmează lumina soarelui, mai degrabă decât să rămână constantă, ceea ce este acceptabil pentru majoritatea încărcăturilor rezidențiale de zi, dar trebuie planificat în setările comerciale.

De câte panouri solare am nevoie pentru o unitate de 1,5 tone?

Pentru o unitate hibridă de 12.000 BTU care consumă aproximativ 1,15 kW în condițiile nominale, planificați 1,5 kWp de matrice pentru funcționarea la viteză maximă la amiază solară sau aproximativ 1,0 kWp dacă acceptați o putere redusă în timpul celor mai calde ore. Patru module de 400 W acoperă de obicei primul caz, permițând înclinare, murdărie și pierderi de cablu.

Aparatul de aer condiționat încă funcționează în timpul unei întreruperi de rețea?

Doar dacă unitatea este un model DC off-grid sau dacă designul hibrid include un mod de izolare dedicat cu o ieșire independentă de curent alternativ. Unitățile hibride standard se sincronizează cu rețeaua și se vor opri când rețeaua dispare, deoarece calea lor de rezervă AC nu are nicio sursă. Cumpărătorii care au nevoie de rezistență la întrerupere ar trebui să specifice această cerință în mod explicit, în loc să o asume.

De ce întreținere are nevoie partea solară?

Curățarea modulului în funcție de murdăria locală, de obicei la fiecare două până la patru luni în zone cu climă prăfuită, plus o verificare anuală a conectorilor DC, a etanșării presetupei și a tensiunii șirului sub sarcină. Partea frigorifică urmează un program convențional: curățarea bateriei, verificarea încărcării agentului frigorific și verificarea cuplului conexiunii electrice.

Merită un aparat de aer condiționat solar în comparație cu o unitate convențională de înaltă eficiență?

Comparația depinde de profilul de încărcare pe timp de zi și de structura tarifului. O unitate solară își câștigă prima atunci când cererea de răcire coincide cu o iradiere puternică, ceea ce este exact atunci când unitățile convenționale impun cea mai mare rețea. Pe piețele cu tarife mari în timpul zilei și sezoane lungi de răcire, perioada de rambursare este de obicei mai scurtă decât pentru un sistem de stocare a bateriilor cu cost de capital echivalent și evită complet ciclurile de înlocuire a bateriilor.

Ce agent frigorific ar trebui să specific?

R32 este acum alegerea obișnuită pentru unitățile hibride montate pe perete, datorită potențialului său scăzut de încălzire globală și eficienței favorabile de încărcare. R410A rămâne disponibil pe scară largă și bine înțeles de către rețelele de servicii. R290 apare în produsele cu pompe de căldură monobloc unde limitele de încărcare pot fi respectate. Criteriul practic este capacitatea de service local, deoarece un agent frigorific pe care nimeni din apropiere nu îl poate gestiona devine o răspundere.

Cum se compară un aparat de aer condiționat solar cu un sistem solar de răcire termică?

Sunt tehnologii diferite. Răcirea termică solară utilizează procese de absorbție sau desicare conduse de căldură și este, în general, potrivită pentru instalațiile comerciale mari cu suprafețe substanțiale de colectare. Unitățile fotovoltaice de compresie a vaporilor folosesc componente de refrigerare standard, sunt disponibile în capacități rezidențiale și pot reveni la alimentarea de la rețea fără probleme. Pentru majoritatea clădirilor sub 500 m², traseul fotovoltaic este mai simplu de instalat și întreținut.

Ce se întâmplă într-o zi parțial înnorată?

Ieșirea matricei fluctuează rapid, iar compresorul răspunde prin reglarea frecvenței mai degrabă decât prin oprire. Un controler bine reglat aplică histerezis, astfel încât unitatea să nu schimbe sursele de alimentare la fiecare câteva secunde. Efectul observabil este o variație ușoară a puterii de răcire, nu o serie de opriri, cu condiția ca matricea să fie dimensionată corect și cablul de curent continuu să nu fie subdimensionat.

Un aparat de aer condiționat solar poate oferi și încălzire?

Da. Modelele hibride funcționează ca pompe de căldură cu ciclu invers, atrăgând energie solară pentru încălzire în sezonul rece și utilizând puterea de la rețea iarna. Variantele cu temperatură scăzută extind intervalul de funcționare la aproximativ -15 C cu injecție de agent frigorific și control îmbunătățit al dezghețării, ceea ce face ca aceeași unitate să fie utilă pe parcursul întregului an, mai degrabă decât pe un singur sezon.

Pentru cititorii care compară familiile de produse în profunzime, biblioteca tehnică acoperă cum funcționează diferite tipuri de aparate de aer condiționat solar , inclusiv ferestre, casete și configurații multi-split.