Z artykułu, aby zrozumieć zasadę pracy falowników fotowoltaicznych!

Zasada pracy i charakterystyka pracy: Rdzeniem urządzenia falownika jest obwód przełączania falownika, zwany obwodem falownika. Ten obwód uzupełnia funkcję falownika, włączając i wyłączając elektroniczny przełącznik mocy. Cechy: (1) Wymagana jest wysoka wydajność. Ze względu na wysoką cenę ogniw słonecznych, aby zmaksymalizować stosowanie ogniw słonecznych i poprawić wydajność systemu, musimy próbować poprawić wydajność falownika. (2) Wymagana jest wysoka niezawodność. Obecnie systemy elektrowni fotowoltaicznej są wykorzystywane głównie w odległych obszarach. Wiele stacji energetycznych jest bez opieki i utrzymywanych. Wymaga to od falowników posiadania rozsądnej struktury obwodu, ścisłego wyboru komponentów i wymaganie od falowników posiadających różne funkcje ochrony, takie jak: wejściowa ochrona odwrotnej polaryzacji DC, ochrona zwarcia wyjściowego AC, przegrzanie, ochrona przed przeciążeniem itp. (3) Wymagane jest napięcie wejściowe, aby mieć szeroki zakres adaptacji. Ponieważ napięcie końcowe ogniwa słonecznego zmienia się wraz z obciążeniem i intensywność światła słonecznego. Zwłaszcza gdy bateria się starzeje, jego napięcie zaciskowe jest bardzo zróżnicowane. Na przykład napięcie zaciskowe akumulatora 12 V może wahać się od 10 V do 16 V, co wymaga od falownika, aby zapewnić normalne działanie w większym zakresie napięcia wejściowego DC.

Klasyfikacja falownika fotowoltaicznego Istnieje wiele metod klasyfikacji falownika, na przykład: zgodnie z liczbą faz napięcia prądu powierzchniowego falownika można ją podzielić na jednofazowe falowniki i falowniki trójfazowe; Według urządzeń półprzewodnikowych stosowanych w falowniku różne typy można podzielić na falowniki tranzystorowe, falowniki tyrystorowe i falowniki z tyłu. Zgodnie z zasadą obwodu falownika można go podzielić na samozwańczy falownik oscylacyjny, falownika o superpozycji fali i falowniku modulacji szerokości impulsu. Zgodnie z aplikacją w systemie podłączonym do siatki lub systemie poza siecią można go podzielić na falownika podłączone do sieci i falowniku poza siecią. Aby ułatwić wybór falowników dla użytkowników fotowoltaicznych, klasyfikacja opiera się tylko na różnych przypadkach falowników.

1. Scentralizowana technologia falownika scentralizowana jest to, że kilka równoległych ciągów fotowoltaicznych jest podłączonych do końca wejściowego DC tego samego scentralizowanego falownika. Zasadniczo trójfazowe moduły mocy IGBT są używane do dużej mocy, a zastosowanie tranzystora efektu o niskiej mocy, przy użyciu kontrolera konwersji DSP w celu poprawy jakości generowanej energii elektrycznej, dzięki czemu jest bardzo blisko prądu fali sinusoidalnej, zwykle stosowanej w systemie dużych mocy fotowoltaicznych (> 10 kW). Największą cechą jest wysoka moc i niski koszt systemu. Ponieważ jednak napięcie wyjściowe i prąd różnych strun fotowoltaicznych często nie są całkowicie dopasowane (szczególnie gdy struny fotowoltaiczne są częściowo zacienione z powodu pochmurnego, cienia, plam itp.), Przyjmuje się scentralizowaną inwersję. Metoda zmiany doprowadzi do zmniejszenia wydajności procesu falownika i zmniejszenia energii użytkowników energii elektrycznej. Jednocześnie na niezawodność wytwarzania energii całego systemu fotowoltaicznego wpływa słaby status roboczy grupy jednostek fotowoltaicznych. Najnowszym kierunkiem badań jest zastosowanie kontroli modulacji wektora przestrzeni i opracowywanie nowych połączeń topologii falownika w celu uzyskania wysokiej wydajności w częściowych warunkach obciążenia.

2 Każdy ciąg fotowoltaiczny (1-5 kW) przechodzi przez falownik i ma maksymalne śledzenie piku mocy na końcu DC. Połączenie równoległe i siatki stało się najpopularniejszym falownikiem na rynku międzynarodowym. Wiele dużych elektrowni fotowoltaicznych używa falowników strunowych. Zaletą jest to, że nie mają wpływu różnice modułów i cienie między strunami, a jednocześnie zmniejsza niedopasowanie między optymalnym punktem pracy modułu fotowoltaicznego a falownikiem, zwiększając w ten sposób wytwarzanie energii. Te zalety techniczne nie tylko obniżają koszty systemu, ale także zwiększają niezawodność systemu. Jednocześnie wprowadza się koncepcja „mistrza niewolnika” między strunami, co sprawia, że system łączy kilka ciągów PV i pozwala jednemu lub kilka z nich działać, gdy jeden ciąg energii elektrycznej nie może sprawić, by jeden falownik działał. , Aby wyprodukować więcej energii elektrycznej. Najnowsza koncepcja polega na tym, że kilka falowników tworzy „zespół”, który zastąpił koncepcję „mistrza niewolnika”, co czyni niezawodność systemu o krok dalej. Obecnie bezkształcone falowniki smyczkowe przejęły prowadzenie.

3. Mikro-inwerter w tradycyjnym systemie PV, termin wejściowy DC każdego falownika smyczkowego zostanie połączony szeregowo przez około 10 paneli fotowoltaicznych. Gdy jeden z 10 paneli połączonych szeregowo nie działa dobrze, wpłynie to na ten ciąg. Jeśli falownik używa tego samego MPPT dla wielu wejść, wpłynie to również na każde wejście, znacznie zmniejszając wydajność wytwarzania energii. W praktycznych zastosowaniach różne czynniki schronienia, takie jak chmury, drzewa, kominy, zwierzęta, kurz, lód i śnieg, spowodują powyższe czynniki, a sytuacja jest bardzo powszechna. W systemie fotowoltaicznym mikroinwertera każdy panel jest podłączony do mikro-inwertera. Gdy jeden z paneli nie działa dobrze, wpłynie to tylko na ten. Wszystkie inne panele fotowoltaiczne będą działać w najlepszym stanie, dzięki czemu ogólny system jest bardziej wydajny i generując większą moc. W praktycznych zastosowaniach, jeśli falownik strunowy się nie powiedzie, spowoduje to, że panele kilku kilowatów nie będą działać, a wpływ awarii mikroinwertera jest dość mały.

4. Optymalizator mocy Instalacja optymalizatora mocy (optymalizator) w systemie wytwarzania energii słonecznej może znacznie poprawić wydajność konwersji i uprościć funkcję falownika (falownika) w celu zmniejszenia kosztów. Aby zrealizować inteligentny system wytwarzania energii słonecznej, optymalizator zasilania urządzenia może zapewnić, że każde ogniwo słoneczne wywiera najlepszą wydajność i monitoruje status zużycia baterii w dowolnym momencie. Optymalizator mocy to urządzenie między systemem wytwarzania energii a falownikiem. Głównym zadaniem jest zastąpienie oryginalnej funkcji śledzenia Najlepszego Point Power Punktu falownika. Optymalizator mocy wykorzystuje analogię do wykonywania niezwykle szybkiego najlepszego skanowania śledzenia punktów mocy, upraszczając obwód, a pojedyncze ogniwo słoneczne odpowiada optymalizatorowi mocy, aby każde ogniwo słoneczne rzeczywiście mogło uzyskać najlepsze śledzenie punktów mocy, możesz również monitorować status baterii w dowolnym czasie i gdziekolwiek, poprzez wkładanie układu komunikacyjnego, zgłoszenia problemów w czasie rzeczywistym i umożliwić odpowiedniego personelu do naprawy. Funkcja falownika fotowoltaicznego falownika ma nie tylko funkcję konwersji bezpośredniej na AC, ale także funkcja maksymalizacji wydajności ogniwa słonecznego i funkcji ochrony awarii systemu. Podsumowując, istnieją funkcje automatycznego działania i wyłączania, funkcja kontroli maksymalnej śledzenia mocy, funkcja operacji anty-single (dla systemu podłączonego do siatki), funkcja automatycznego regulacji napięcia (dla systemu podłączonego do sieci), funkcja wykrywania prądu stałego (dla systemu połączonego z siatką), funkcja wykrywania uziemienia DC (dla systemu połączonego siły). Oto krótkie wprowadzenie do funkcji automatycznych operacji i wyłączania oraz funkcji kontroli maksymalnej śledzenia mocy.

(1) Automatyczna funkcja obsługi i wyłączania po wschodzie słońca rano intensywność promieniowania słonecznego stopniowo wzrasta, a wyjście baterii słonecznej również wzrasta. Po osiągnięciu mocy wyjściowej wymaganej przez falownik, falownik automatycznie zaczyna działać. Po wejściu falownik będzie zawsze monitorować wyjście komponentów ogniwa słonecznego przez cały czas. Tak długo, jak moc wyjściowa komponentów ogniwa słonecznego jest większa niż moc wyjściowa wymagana przez falownik, falownik będzie nadal działał; Zatrzymuje się do zachodu słońca, nawet jeśli jest pochmurno lub deszczowo. Falownik można również obsługiwać. Gdy wyjście modułu ogniwa słonecznego staje się mniejsze, a wyjście falownika zbliża się do 0, falownik wchodzi w stan rezerwowy.

(2) Maksymalna funkcja kontroli śledzenia mocy Wyjście modułu ogniwa słonecznego zmienia się w zależności od intensywności promieniowania słonecznego i temperatury samego modułu ogniwa słonecznego (temperatura ChIP). Ponadto, ponieważ moduł ogniwa słonecznego ma charakterystykę, że napięcie zmniejsza wraz ze wzrostem prądu, istnieje optymalny punkt pracy, który może uzyskać maksymalną moc. Intensywność promieniowania słonecznego zmienia się i oczywiście zmienia się również najlepszy punkt pracy. W stosunku do tych zmian punkt pracy modułu ogniwa słonecznego jest zawsze w maksymalnym punkcie mocy, a system zawsze uzyskuje maksymalną moc wyjściową z modułu ogniwa słonecznego. Ten rodzaj kontroli jest maksymalną kontrolą śledzenia mocy. Największą cechą falownika używanego w systemie wytwarzania energii słonecznej jest to, że zawiera funkcję maksymalnego śledzenia punktu mocy (MPPT).

Główne wskaźniki techniczne falowników fotowoltaicznych

1. Stabilność napięcia wyjściowego W systemie fotowoltaicznym, energia elektryczna wytwarzana przez ogniwo słoneczne jest najpierw przechowywana przez akumulator, a następnie przekształcana w prąd przemienny 220 V lub 380 V przez falownik. Jednak na baterię wpływa własne ładowanie i rozładowanie, a napięcie wyjściowe są bardzo zróżnicowane. Na przykład nominalna bateria 12V może wahać się od 10,8 do 14,4 V (przekraczanie tego zakresu może spowodować uszkodzenie baterii). W przypadku kwalifikowanego falownika, gdy zmienia się napięcie wejściowe w tym zakresie, zmiana napięcia wyjściowego w stanie ustalonym nie powinna przekraczać plusmn; 5% wartości znamionowej. W tym samym czasie, gdy obciążenie nagle się zmienia, jego odchylenie napięcia wyjściowego nie powinno przekraczać ± 10% wartości znamionowej.

2. Należy określić zniekształcenie fali napięcia wyjściowego dla falowników fali sinusoidalnej, należy określić maksymalne dopuszczalne zniekształcenie fali (lub zawartość harmoniczna). Zwykle wyrażane przez całkowite zniekształcenie przebiegu napięcia wyjściowego, jego wartość nie powinna przekraczać 5% (wyjście jednofazowe pozwala na L0%). Ponieważ wyjście prądu harmonicznego o wysokiej rzędu przez falownika spowoduje dodatkowe straty, takie jak prądy wiru na obciążeniu indukcyjnym, jeśli zniekształcenie fali falownika jest zbyt duże, spowoduje poważne ogrzewanie składników obciążenia, co nie jest sprzyjające bezpieczeństwu urządzeń elektrycznych i poważnie wpływa na wydajność operacyjną systemu. 2 Dlatego częstotliwość wyjściowa falownika powinna być stosunkowo stabilną wartością, zwykle 50 Hz, a jego odchylenie powinno być w granicach plusmn; l% w normalnych warunkach pracy.

4. Współczynnik mocy obciążenia reprezentuje zdolność falownika do przenoszenia obciążeń indukcyjnych lub pojemnościowych. Współczynnik mocy obciążenia falownika fali sinusoidalnej wynosi 0,7 do 0,9, a wartość znamionowa wynosi 0,9. W przypadku pewnej mocy obciążenia, jeśli współczynnik mocy falownika jest niski, zwiększy się pojemność wymaganego falownika. Z jednej strony koszt wzrośnie, a pozorna moc obwodu prądu przemiennego systemu fotowoltaicznego wzrośnie. Wraz ze wzrostem prądu straty nieuchronnie wzrosną, a wydajność systemu również spadnie.

5. Wydajność falownika Wydajność falownika odnosi się do stosunku jego mocy wyjściowej do jego mocy wejściowej w określonych warunkach pracy, wyrażonej jako procent. Ogólnie rzecz biorąc, nominalna wydajność falownika fotowoltaicznego odnosi się do obciążenia czysto rezystancyjnego. , Wydajność przy obciążeniu 80%. Ponieważ całkowity koszt systemu fotowoltaicznego jest stosunkowo wysoki, wydajność falownika fotowoltaicznego powinna zostać zmaksymalizowana, koszt systemu należy obniżyć, a wydajność kosztów systemu fotowoltaicznego powinna zostać ulepszona. Obecnie nominalna wydajność falowników głównego nurtu wynosi od 80%do 95%, a wydajność falowników o niskiej mocy jest wymagana, aby nie mniejsza niż 85%. W faktycznym procesie projektowania systemu fotowoltaicznego nie tylko należy wybrać falownik o wysokiej wydajności, ale należy również przyjąć rozsądną konfigurację systemu, aby obciążenie systemu fotowoltaicznego działało w pobliżu najlepszego punktu wydajności.

6. znamionowy prąd wyjściowy (lub pojemność wyjściowa)

Wskazuje znamionowy prąd wyjściowy falownika w określonym zakresie współczynnika mocy obciążenia. Niektóre produkty falownika dają znamionową pojemność wyjściową, a urządzenie wyraża się w VA lub KVA. Znamiona pojemność falownika ma miejsce, gdy współczynnik mocy wyjściowej wynosi 1 (tj. Pure rezystancyjne obciążenie), znamionowe napięcie wyjściowe jest iloczynem znamionowego prądu wyjściowego. 7. Środki ochrony falownika o doskonałej wydajności powinny również mieć pełne funkcje ochrony lub środki, aby poradzić sobie z różnymi nieprawidłowymi sytuacjami podczas faktycznego użytkowania, aby chronić sam falownik i inne elementy systemu przed uszkodzeniem. (1) Ochrona podnośnika wejściowego: Gdy napięcie wejściowe jest niższe niż 85% napięcia znamionowego, falownik powinien być chroniony i wyświetlany. (2) Ochraniacz przepięcia wejściowego: Gdy napięcie wejściowe jest wyższe niż 130% napięcia znamionowego, falownik powinien być chroniony i wyświetlany. (3) Ochrona nadprądu: Ochrona nadprądowej falownika powinna być w stanie zapewnić terminowe działanie, gdy obciążenie jest zwarte lub prąd przekracza dopuszczalną wartość w celu ochrony przed uszkodzeniem prądu. Gdy prąd roboczy przekracza 150% znamionowej, falownik powinien być w stanie automatycznie chronić. (4) Czas działania ochrony zwarcia falownika w obwodzie wyjściowym obwodu zwarcia nie powinna przekraczać 0,5S. (5) Wejście Ochrona odwrotnego połączenia: Gdy dodatnie i ujemne zaciski wejściowe są podłączone odwrotnie, falownik powinien mieć funkcję ochrony i wyświetlanie. (6) Ochrona błyskawicy: falownik powinien mieć ochronę pioruna.

(7) Ochrona nad nadmierną temperaturą itp. Ponadto w przypadku falowników bez środków stabilizacji napięcia falownik powinien również mieć środki ochrony nadmiernego napięcia w celu ochrony obciążenia przed uszkodzeniem przepięcia. 8. Charakterystyka początkowa reprezentuje zdolność falownika do rozpoczęcia od obciążenia i jego wydajność podczas pracy dynamicznej. Falownik powinien być gwarantowany niezawodnie za obciążenie znamionowe. 9. Hałas: Transformatory, induktory filtra, przełączniki elektromagnetyczne, wentylatory i inne komponenty w urządzeniach elektronicznych wygenerują hałas. Gdy falownik jest w normalnej pracy, jego szum nie powinien przekraczać 80dB, a szum małego falownika nie powinien przekraczać 65dB. Umiejętności wyboru Wybór falowników musi najpierw rozważyć posiadanie wystarczającej mocy znamionowej, aby spełnić wymagania sprzętu do energii elektrycznej pod maksymalnym obciążeniem. W przypadku falownika z jednym urządzeniem jako obciążeniem wybór jego pojemności znamionowej jest stosunkowo prosty. Gdy urządzenie elektryczne jest czystym obciążeniem rezystancyjnym lub współczynnik mocy jest większy niż 0,9, pojemność znamionowa falownika jest wybierana jako 1,1 do 1,15 razy większa niż pojemność sprzętu elektrycznego. Jednocześnie falownik powinien również mieć możliwość oporu wpływu obciążeń pojemnościowych i indukcyjnych. W przypadku ogólnych obciążeń indukcyjnych, takich jak silniki, lodówki, klimatyzatory, pralki, pompy wodne o dużej mocy itp., Podczas uruchamiania natychmiastowej mocy może być 5-6 razy większa niż moc znamionowa. W tej chwili falownik będzie znosić dużą chwilową moc. wzrost. W przypadku takich systemów znamionowa pojemność falownika powinna mieć wystarczający margines, aby upewnić się, że obciążenie można uruchomić niezawodnie, a wysokowydajny falownik można uruchomić z pełnym obciążeniem przez wiele razy bez uszkodzenia urządzeń zasilających. Dla własnego bezpieczeństwa małe falowniki czasami muszą używać miękkiego startu lub prądu. Instalacja środków ostrożności i konserwacji

1. Przed instalacją sprawdź, czy falownik jest uszkodzony podczas transportu.

2. Przy wyborze miejsca instalacji należy upewnić się, że nie ma zakłóceń z żadnego innego sprzętu elektronicznego w okolicy.

3. Przed wykonaniem połączeń elektrycznych należy użyć nieprzezroczystych materiałów do pokrycia paneli fotowoltaicznych lub odłączania wyłącznika bocznego DC. Ekspozycja na światło słoneczne, tablice fotowoltaiczne wygenerują niebezpieczne napięcia.

4. Wszystkie operacje instalacyjne muszą zostać zakończone wyłącznie przez personel zawodowy i techniczny.

5. Kable używane w systemie wytwarzania energii systemu fotowoltaicznego muszą być mocno połączone, dobrze izolowane i odpowiednich specyfikacji. Trend rozwojowy dla falowników słonecznych, poprawa wydajności konwersji władzy jest tematem wiecznym, ale gdy wydajność systemu staje się coraz wyższa, prawie zbliżając się do 100%, dalszą poprawę wydajności będzie towarzyszyć niższe wyniki kosztów. Dlatego ważnym tematem będzie utrzymanie wysokiej wydajności i utrzymać dobrą konkurencyjność cenową. W porównaniu z wysiłkami na rzecz poprawy wydajności falowników, sposób poprawy wydajności całego systemu falownika stopniowo staje się kolejnym ważnym problemem dla systemów energii słonecznej. W układu słonecznym, gdy pojawi się częściowy cień 2 ~ 3% obszaru, dla falownika z funkcją MPPT, gdy moc wyjściowa systemu jest zła, będzie nawet spadek mocy o około 20%! Aby lepiej dostosować się do takich sytuacji, bardzo skuteczne jest stosowanie MPPT jeden do jednego lub wielu funkcji sterowania MPPT dla pojedynczych lub częściowych modułów słonecznych. Ponieważ system falownika znajduje się w stanie operacji połączonej przez siatkę, wyciek systemu na ziemię spowoduje poważne problemy bezpieczeństwa; Ponadto, aby poprawić wydajność systemu, większość układów słonecznych jest połączona szeregowo, tworząc wysokie napięcie wyjściowe DC; Ze względu na występowanie nieprawidłowych warunków między elektrodami łatwo jest wytworzyć łuk DC. Z powodu wysokiego napięcia DC bardzo trudno jest zgasić łuk i niezwykle łatwo jest wywołać pożar. Wraz z powszechnym przyjęciem systemów falarnych słonecznych problemy bezpieczeństwa systemu będą również ważną częścią technologii falownika. Ponadto system zasilania wprowadza inteligentne。

Szybki rozwój i popularyzacja technologii siatki mocy. Duża liczba słonecznych i innych nowych systemów energii energetycznej jest podłączona do siatki, co stanowi nowe wyzwania techniczne dla stabilności Smart Grid System. Projektowanie systemu falownika, który może być szybciej, dokładnie i inteligentnie kompatybilny z inteligentnymi sieciami, stanie się niezbędnym warunkiem dla systemów falowników słonecznych w przyszłości.

Ogólnie rzecz biorąc, rozwój technologii falownika jest opracowywany wraz z rozwojem technologii elektroniki energetycznej, technologii mikroelektronicznej i nowoczesnej teorii kontroli. Wraz z upływem czasu technologia falownika rozwija się w kierunku wyższej częstotliwości, większej mocy, wyższej wydajności i mniejszej objętości.