Enzyklopädie-Einführung in Solarwechselrichter

Wandler , auch Leistungsregler oder Leistungsregler genannt, ist ein wesentlicher Bestandteil der Photovoltaikanlage. Die Hauptfunktion des Photovoltaik-Wechselrichters besteht darin, den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom für Haushaltsgeräte umzuwandeln. Der gesamte von den Solarmodulen erzeugte Strom muss vom Wechselrichter verarbeitet werden, bevor er an die Außenwelt abgegeben werden kann. [1] Über die Vollbrückenschaltung wird der SPWM-Prozessor im Allgemeinen verwendet, um Modulation, Filterung, Spannungserhöhung usw. durchzuführen, um sinusförmigen Wechselstrom zu erhalten, der der Beleuchtungslastfrequenz, der Nennspannung usw. für Endbenutzer des Systems entspricht. Mit einem Wechselrichter kann eine Gleichstrombatterie verwendet werden, um Geräte mit Wechselstrom zu versorgen.

Einführung:

Das Solar-Wechselstrom-Stromerzeugungssystem besteht aus Solarmodulen, Laderegler, Wechselrichter und Batterie; Das Solar-Gleichstromerzeugungssystem enthält keinen Wechselrichter. Der Prozess der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom wird Gleichrichtung genannt, die Schaltung, die die Gleichrichtungsfunktion vervollständigt, wird Gleichrichterschaltung genannt, und das Gerät, das den Gleichrichtungsprozess implementiert, wird Gleichrichtergerät oder Gleichrichter genannt. Dementsprechend wird der Prozess der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom als Wechselrichter bezeichnet, die Schaltung, die die Wechselrichterfunktion vervollständigt, wird als Wechselrichterschaltung bezeichnet und das Gerät, das den Wechselrichterprozess implementiert, wird als Wechselrichterausrüstung oder Wechselrichter bezeichnet.

Der Kern des Wechselrichtergeräts ist der Wechselrichterschaltkreis, der als Wechselrichterschaltkreis bezeichnet wird. Diese Schaltung vervollständigt die Wechselrichterfunktion durch Ein- und Ausschalten des leistungselektronischen Schalters. Das Schalten leistungselektronischer Schaltgeräte erfordert bestimmte Ansteuerimpulse, die durch Änderung eines Spannungssignals eingestellt werden können. Der Stromkreis, der Impulse erzeugt und regelt, wird oft als Regelkreis oder Regelkreis bezeichnet. Der Grundaufbau der Wechselrichtervorrichtung umfasst neben der oben erwähnten Wechselrichterschaltung und Steuerschaltung eine Schutzschaltung, eine Ausgangsschaltung, eine Eingangsschaltung, eine Ausgangsschaltung usw.

Merkmale:

Aufgrund der Vielfalt an Gebäuden wird dies unweigerlich zu einer Vielfalt an Solarmodulinstallationen führen. Um die Umwandlungseffizienz der Solarenergie zu maximieren und gleichzeitig das schöne Erscheinungsbild des Gebäudes zu berücksichtigen, ist die Diversifizierung unserer Wechselrichter erforderlich, um die beste Art der Solarenergie zu erreichen. Konvertieren.

Zentralisierte Inversion

Zentralisierte Wechselrichter werden im Allgemeinen in Systemen großer Photovoltaikkraftwerke (>10 kW) eingesetzt. Viele parallele Photovoltaikstränge sind an den Gleichstromeingang desselben Zentralwechselrichters angeschlossen. Im Allgemeinen werden für hohe Leistungen dreiphasige IGBT-Leistungsmodule verwendet. Die kleineren Modelle verwenden Feldeffekttransistoren und DSP-Umwandlungscontroller, um die Qualität der erzeugten Leistung so zu verbessern, dass sie einem Sinuswellenstrom sehr nahe kommt. Das größte Merkmal ist die hohe Leistung und die niedrigen Kosten des Systems. Allerdings werden Effizienz und Stromproduktionskapazität der gesamten Photovoltaikanlage durch die Abstimmung von Photovoltaik-Strings und Teilverschattung beeinflusst. Gleichzeitig wird die Zuverlässigkeit der Stromerzeugung der gesamten Photovoltaikanlage durch den schlechten Betriebszustand einer bestimmten Photovoltaik-Einheitsgruppe beeinträchtigt. Die neuesten Forschungsrichtungen sind der Einsatz der Raumzeigermodulationssteuerung und die Entwicklung neuer Wechselrichtertopologieverbindungen, um einen hohen Wirkungsgrad unter Teillastbedingungen zu erzielen. Am SolarMax-Zentralwechselrichter kann eine Photovoltaik-Array-Schnittstellenbox angebracht werden, um jede Reihe von Photovoltaik-Segelpaneelen zu überwachen. Wenn einer der Strings nicht ordnungsgemäß funktioniert, wird das System die Informationen an die Fernbedienung übertragen und dieser String kann per Fernbedienung gestoppt werden, sodass der Ausfall eines Photovoltaik-Strangs die Arbeit und die Energieabgabe nicht verringert oder beeinträchtigt der gesamten Photovoltaikanlage.

String-Wechselrichter

Stringwechselrichter sind zu den beliebtesten Wechselrichtern auf dem internationalen Markt geworden. Der Stringwechselrichter basiert auf dem modularen Konzept. Jeder Photovoltaikstrang (1 kW–5 kW) durchläuft einen Wechselrichter, verfügt über eine maximale Leistungsspitzenverfolgung am DC-Ende und ist am AC-Ende parallel zum Netz angeschlossen. Viele große Photovoltaikkraftwerke nutzen Stringwechselrichter. Der Vorteil besteht darin, dass es nicht durch Modulunterschiede und Verschattungen zwischen Strings beeinflusst wird und gleichzeitig den optimalen Arbeitspunkt von Photovoltaikmodulen senkt.

Nichtübereinstimmung mit dem Wechselrichter, wodurch die Stromerzeugung erhöht wird. Diese technischen Vorteile senken nicht nur die Systemkosten, sondern erhöhen auch die Systemzuverlässigkeit. Gleichzeitig wird das Konzept des „Master-Slave“ zwischen Strings eingeführt, sodass mehrere Gruppen von Photovoltaik-Strings miteinander verbunden werden können, um einen einzelnen Wechselrichter zu ermöglichen, wenn die Leistung eines einzelnen Strings im System einen einzelnen Wechselrichter nicht zum Laufen bringen kann mehrere von ihnen arbeiten. , wodurch mehr elektrische Energie erzeugt wird. Das neueste Konzept besteht darin, dass mehrere Wechselrichter ein „Team“ bilden, um das „Master-Slave“-Konzept zu ersetzen und das System zuverlässiger zu machen.

Wechselrichter mit mehreren Strings

Multi-String-Wechselrichter nutzen die Vorteile von Zentralwechselrichtern und String-Wechselrichtern, vermeiden deren Nachteile und können auf Photovoltaikkraftwerke mit mehreren Kilowatt angewendet werden. Im Multi-String-Wechselrichter sind verschiedene individuelle Leistungsspitzenverfolgungs- und DC-DC-Wandler enthalten. Der Gleichstrom wird über einen gemeinsamen DC-zu-AC-Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und an das Netz angeschlossen. Unterschiedliche Nennleistungen von Photovoltaik-Strings (z. B. unterschiedliche Nennleistung, unterschiedliche Anzahl von Modulen pro String, unterschiedliche Modulhersteller usw.), unterschiedliche Größen oder unterschiedliche Technologien von Photovoltaik-Modulen, unterschiedliche Ausrichtung der Strings (z. B.: Ost, Süd und West) B. unterschiedliche Neigungswinkel oder Verschattungen, können an einen gemeinsamen Wechselrichter angeschlossen werden, wobei jeder String mit seiner jeweiligen maximalen Leistungsspitze arbeitet. Gleichzeitig wird die Länge des Gleichstromkabels reduziert, wodurch der Schatteneffekt zwischen den Strings und der durch Unterschiede zwischen den Strings verursachte Verlust minimiert werden.

Komponentenwechselrichter

Der Modulwechselrichter verbindet jedes Photovoltaikmodul mit einem Wechselrichter, und jedes Modul verfügt über eine unabhängige Maximalleistungsspitzenverfolgung, sodass Modul und Wechselrichter besser zusammenarbeiten. Normalerweise in Photovoltaik-Kraftwerken mit 50 bis 400 W eingesetzt, ist der Gesamtwirkungsgrad geringer als der von String-Wechselrichtern. Da sie auf der AC-Seite parallel geschaltet sind, erhöht dies den Aufwand für die Verkabelung auf der AC-Seite und erschwert die Wartung. Ein weiterer Punkt, der gelöst werden muss, ist die Frage, wie eine effektivere Anbindung an das Stromnetz erreicht werden kann. Die einfache Möglichkeit besteht darin, den Anschluss an das Stromnetz direkt über gewöhnliche Wechselstromsteckdosen vorzunehmen, was die Kosten und die Installation von Geräten reduzieren kann, die Sicherheitsstandards des Stromnetzes an verschiedenen Orten erlauben dies jedoch häufig nicht. Dabei kann das Energieversorgungsunternehmen dem direkten Anschluss des Erzeugungsgeräts an eine gewöhnliche Haushaltssteckdose widersprechen. Ein weiterer sicherheitsrelevanter Faktor ist, ob ein Trenntransformator (Hochfrequenz oder Niederfrequenz) erforderlich ist oder ob ein transformatorloser Wechselrichter zulässig ist. Dieser Wechselrichter wird am häufigsten in Glasfassaden eingesetzt.

Effizienz des Solarwechselrichters

Der Wirkungsgrad von Solarwechselrichtern bezieht sich auf den wachsenden Markt für Solarwechselrichter (Photovoltaik-Wechselrichter) aufgrund der Nachfrage nach erneuerbarer Energie. Und diese Wechselrichter erfordern eine extrem hohe Effizienz und Zuverlässigkeit. Die in diesen Wechselrichtern verwendeten Stromkreise werden untersucht und die beste Wahl für Schalt- und Gleichrichtergeräte empfohlen. Der allgemeine Aufbau eines Photovoltaik-Wechselrichters ist in Abbildung 1 dargestellt. Es stehen drei verschiedene Wechselrichter zur Auswahl. Sonnenlicht scheint auf in Reihe geschaltete Solarmodule, und jedes Modul enthält einen Satz in Reihe geschalteter Solarzelleneinheiten. Die von Solarmodulen erzeugte Gleichspannung (DC) liegt in der Größenordnung von mehreren hundert Volt, abhängig von den Lichtverhältnissen des Modulfeldes, der Temperatur der Zellen und der Anzahl der in Reihe geschalteten Module.

Die Hauptfunktion dieses Wechselrichtertyps besteht darin, die Eingangsgleichspannung in einen stabilen Wert umzuwandeln. Diese Funktion wird durch einen Aufwärtswandler implementiert und erfordert einen Aufwärtsschalter und eine Aufwärtsdiode. In der ersten Architektur folgt auf die Boost-Stufe ein isolierter Vollbrückenwandler. Der Zweck des Vollbrückentransformators besteht in der Isolierung. Der zweite Vollbrückenwandler am Ausgang dient zur Umwandlung des Gleichstroms vom Vollbrückenwandler der ersten Stufe in Wechselspannung (AC). Sein Ausgang wird gefiltert, bevor er über einen zusätzlichen Doppelkontakt-Relaisschalter an das Wechselstromnetz angeschlossen wird, um eine sichere Trennung im Fehlerfall und eine Trennung vom Versorgungsnetz in der Nacht zu gewährleisten. Die zweite Struktur ist ein nicht isoliertes Schema. Dabei wird die Wechselspannung direkt durch die von der Boost-Stufe ausgegebene Gleichspannung erzeugt. Die dritte Struktur nutzt eine innovative Topologie aus Leistungsschaltern und Leistungsdioden, um die Funktionen der Boost- und AC-Erzeugungsteile in einer dedizierten Topologie zu integrieren und den Wechselrichter trotz der sehr geringen Umwandlungseffizienz des Solarpanels so effizient wie möglich zu machen. Nahezu 100 %, aber sehr wichtig. In Deutschland wird ein 3-kW-Serienmodul, das auf einem Süddach installiert wird, voraussichtlich 2550 kWh pro Jahr erzeugen. Wird der Wirkungsgrad des Wechselrichters von 95 % auf 96 % gesteigert, können pro Jahr zusätzlich 25 kWh Strom erzeugt werden. Die Kosten für den Einsatz zusätzlicher Solarmodule zur Erzeugung dieser 25 kWh entsprechen dem Einsatz eines Wechselrichters. Da eine Erhöhung des Wirkungsgrads von 95 % auf 96 % die Kosten des Wechselrichters nicht verdoppelt, ist die Investition in einen effizienteren Wechselrichter eine unumgängliche Entscheidung. Bei neuen Designs ist die möglichst kostengünstige Steigerung der Wechselrichtereffizienz ein wichtiges Designkriterium. Was die Zuverlässigkeit und die Kosten des Wechselrichters betrifft, sind dies zwei weitere Designkriterien. Ein höherer Wirkungsgrad reduziert Temperaturschwankungen während des Lastzyklus und verbessert dadurch die Zuverlässigkeit, sodass diese Richtlinien tatsächlich zusammenhängen. Durch den Einsatz von Modulen wird auch die Zuverlässigkeit erhöht.

Boost-Schalter und Diode

Alle gezeigten Topologien erfordern schnell schaltende Leistungsschalter. Die Boost-Stufe und die Vollbrücken-Umwandlungsstufe erfordern schnell schaltende Dioden. Darüber hinaus sind für diese Topologien auch Schalter nützlich, die für das Schalten bei niedriger Frequenz (100 Hz) optimiert sind. Für jede gegebene Siliziumtechnologie weisen Schalter, die für schnelles Schalten optimiert sind, höhere Leitungsverluste auf als Schalter, die für Niederfrequenz-Schaltanwendungen optimiert sind.

Die Boost-Stufe ist im Allgemeinen als Konverter für den Dauerstrommodus ausgelegt. Abhängig von der Anzahl der Solarmodule im Array, die im Wechselrichter verwendet werden, können Sie wählen, ob Sie 600-V- oder 1200-V-Geräte verwenden. Zwei Möglichkeiten für Leistungsschalter sind MOSFETs und IGBTs. Im Allgemeinen können MOSFETs mit höheren Schaltfrequenzen betrieben werden als IGBTs. Darüber hinaus muss immer der Einfluss der Body-Diode berücksichtigt werden: Bei der Boost-Stufe stellt dies kein Problem dar, da die Body-Diode im normalen Betriebsmodus nicht leitet. MOSFET-Leitungsverluste können aus dem Einschaltwiderstand RDS(ON) berechnet werden, der proportional zur effektiven Chipfläche für eine bestimmte MOSFET-Familie ist. Wenn sich die Nennspannung von 600 V auf 1200 V ändert, steigen die Leitungsverluste des MOSFET stark an. Daher ist der 1200-V-MOSFET nicht verfügbar oder der Preis ist zu hoch, selbst wenn der Nenn-RDS(ON) gleichwertig ist.

Für Boost-Schalter mit einer Nennspannung von 600 V können Superjunction-MOSFETs verwendet werden. Für Hochfrequenz-Schaltanwendungen weist diese Technologie die besten Leitungsverluste auf. MOSFETs mit RDS(ON)-Werten unter 100 Milliohm in TO-220-Gehäusen und MOSFETs mit RDS(ON)-Werten unter 50 Milliohm in TO-247-Gehäusen. Für Solarwechselrichter, die eine 1200-V-Leistungsschaltung erfordern, ist IGBT die geeignete Wahl. Fortschrittlichere IGBT-Technologien wie NPT Trench und NPT Field Stop sind für die Reduzierung von Leitungsverlusten optimiert, allerdings auf Kosten höherer Schaltverluste, wodurch sie für Boost-Anwendungen bei hohen Frequenzen weniger geeignet sind.

Basierend auf der alten NPT-Planartechnologie wurde ein Gerät FGL40N120AND entwickelt, das die Effizienz der Boost-Schaltung bei hoher Schaltfrequenz verbessern kann. Es hat einen EOFF von 43uJ/A. Im Vergleich zu Geräten mit fortschrittlicherer Technologie beträgt der EOFF 80uJ/A, aber es ist sehr schwierig, diese Art von Leistung zu erreichen. Der Nachteil des FGL40N120AND-Geräts besteht darin, dass der Sättigungsspannungsabfall VCE(SAT) (3,0 V gegenüber 2,1 V bei 125 °C) hoch ist, die geringen Schaltverluste bei hohen Boost-Schaltfrequenzen dies jedoch mehr als wettmachen. Das Gerät integriert außerdem eine antiparallele Diode. Im normalen Boost-Betrieb leitet diese Diode nicht. Allerdings ist es möglich, dass die Boost-Schaltung während des Startvorgangs oder während Übergangsbedingungen in den aktiven Modus geschaltet wird. In diesem Fall leitet die antiparallele Diode. Da der IGBT selbst keine inhärente Body-Diode besitzt, ist diese mitgepackte Diode erforderlich, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Für Boost-Dioden sind Fast-Recovery-Dioden wie Stealth™ oder Kohlenstoff-Silizium-Dioden erforderlich. Kohlenstoff-Silizium-Dioden haben eine sehr niedrige Durchlassspannung und Verluste. Bei der Auswahl einer Boost-Diode muss die Auswirkung des Sperrverzögerungsstroms (oder der Sperrschichtkapazität einer Kohlenstoff-Silizium-Diode) auf den Boost-Schalter berücksichtigt werden, da dies zu zusätzlichen Verlusten führt. Hier kann die neu eingeführte Stealth-II-Diode FFP08S60S für eine höhere Leistung sorgen. Wenn VDD = 390 V, ID = 8 A, di/dt = 200 A/us und die Gehäusetemperatur 100 °C beträgt, ist der berechnete Schaltverlust niedriger als der FFP08S60S-Parameter von 205 mJ. Mit der Stealth-Diode ISL9R860P2 erreicht dieser Wert 225 mJ. Dadurch wird auch der Wirkungsgrad des Wechselrichters bei hohen Schaltfrequenzen verbessert.

Brückenschalter und Dioden

Nach der MOSFET-Vollbrückenfilterung erzeugt die Ausgangsbrücke ein sinusförmiges Spannungs- und Stromsignal mit 50 Hz. Eine gängige Implementierung ist die Verwendung einer standardmäßigen Vollbrückenarchitektur (Abbildung 2). Wenn in der Abbildung die Schalter oben links und unten rechts eingeschaltet sind, wird eine positive Spannung zwischen den linken und rechten Anschlüssen angelegt; Wenn die Schalter oben rechts und unten links eingeschaltet sind, liegt eine negative Spannung zwischen dem linken und dem rechten Anschluss an. Bei dieser Anwendung ist während eines bestimmten Zeitraums nur ein Schalter eingeschaltet. Ein Schalter kann auf PWM-Hochfrequenz und der andere Schalter auf Niederfrequenz 50 Hz umgeschaltet werden. Da die Bootstrap-Schaltung auf der Konvertierung von Low-End-Geräten basiert, werden die Low-End-Geräte auf die PWM-Hochfrequenz umgeschaltet, während die High-End-Geräte auf die 50-Hz-Niederfrequenz umgeschaltet werden. Diese Anwendung verwendet einen 600-V-Leistungsschalter, sodass der 600-V-Superjunction-MOSFET für dieses Hochgeschwindigkeitsschaltgerät sehr gut geeignet ist. Da diese Schaltgeräte dem vollständigen Rückstrom anderer Geräte standhalten, wenn der Schalter eingeschaltet ist, sind Superjunction-Geräte mit schneller Wiederherstellung wie der 600-V-FCH47N60F die ideale Wahl. Sein RDS(ON) beträgt 73 Milliohm und sein Leitungsverlust ist im Vergleich zu anderen ähnlichen Geräten mit schneller Wiederherstellung sehr gering. Wenn dieses Gerät mit 50 Hz konvertiert, ist die Verwendung der Schnellwiederherstellungsfunktion nicht erforderlich. Diese Geräte verfügen über hervorragende dv/dt- und di/dt-Eigenschaften, was die Systemzuverlässigkeit im Vergleich zu Standard-Superjunction-MOSFETs verbessert.

Eine weitere Option, die es wert ist, untersucht zu werden, ist die Verwendung des FGH30N60LSD-Geräts. Es handelt sich um einen 30A/600V IGBT mit einer Sättigungsspannung VCE(SAT) von nur 1,1V. Sein Ausschaltverlust EOFF ist sehr hoch und erreicht 10 mJ, sodass er nur für die Niederfrequenzumwandlung geeignet ist. Ein 50-Milliohm-MOSFET hat bei Betriebstemperatur einen Einschaltwiderstand RDS(ON) von 100 Milliohm. Daher hat er bei 11 A den gleichen VDS wie der VCE(SAT) des IGBT. Da dieser IGBT auf einer älteren Durchbruchtechnologie basiert, ändert sich VCE(SAT) nicht wesentlich mit der Temperatur. Dieser IGBT reduziert somit die Gesamtverluste in der Ausgangsbrücke und erhöht so den Gesamtwirkungsgrad des Wechselrichters. Nützlich ist auch die Tatsache, dass der FGH30N60LSD IGBT in jedem Halbzyklus von einer Stromumwandlungstechnologie zu einer anderen dedizierten Topologie wechselt. Als topologische Schalter werden hier IGBTs eingesetzt. Für schnelleres Schalten werden konventionelle und Fast-Recovery-Superjunction-Geräte verwendet. Für eine dedizierte 1200-V-Topologie und eine Vollbrückenstruktur ist der oben genannte FGL40N120AND ein Schalter, der sich sehr gut für neue Hochfrequenz-Solarwechselrichter eignet. Wenn spezielle Technologien Dioden erfordern, sind Stealth II-, Hyperfast™ II-Dioden und Kohlenstoff-Silizium-Dioden hervorragende Lösungen.

Funktion:

Der Wechselrichter hat nicht nur die Funktion der Gleichstrom-Wechselstrom-Umwandlung, sondern auch die Funktion, die Leistung von Solarzellen zu maximieren und die Funktion des Systemfehlerschutzes. Zusammenfassend gibt es automatische Betriebs- und Abschaltfunktionen, eine Funktion zur Steuerung der Maximalleistungsverfolgung, eine Funktion zur Verhinderung des unabhängigen Betriebs (für netzgekoppelte Systeme), eine Funktion zur automatischen Spannungsanpassung (für netzgekoppelte Systeme) und eine DC-Erkennungsfunktion (für netzgekoppelte Systeme). ) und DC-Erdungserkennung. Funktion (für netzgekoppelte Systeme). Hier finden Sie eine kurze Einführung in die automatischen Lauf- und Abschaltfunktionen sowie die Funktion zur Steuerung der Maximalleistungsverfolgung.

Automatische Betriebs- und Abschaltfunktion: Nach Sonnenaufgang am Morgen nimmt die Intensität der Sonneneinstrahlung allmählich zu und auch die Leistung der Solarzelle steigt. Wenn die für den Wechselrichterbetrieb erforderliche Ausgangsleistung erreicht ist, startet der Wechselrichter automatisch den Betrieb. Nach Inbetriebnahme überwacht der Wechselrichter jederzeit die Leistung der Solarzellenmodule. Solange die Ausgangsleistung der Solarzellenmodule größer ist als die für die Wechselrichteraufgabe erforderliche Ausgangsleistung, läuft der Wechselrichter weiter; es bleibt bis zum Sonnenuntergang stehen, auch wenn der Wechselrichter auch an regnerischen Tagen betrieben werden kann. Wenn die Leistung des Solarmoduls kleiner wird und die Leistung des Wechselrichters gegen 0 geht, geht der Wechselrichter in den Standby-Zustand.

Maximalleistungs-Tracking-Kontrollfunktion: Die Leistung des Solarzellenmoduls ändert sich mit der Intensität der Sonneneinstrahlung und der Temperatur des Solarzellenmoduls selbst (Chiptemperatur). Da Solarzellenmodule außerdem die Eigenschaft haben, dass die Spannung mit steigendem Strom abnimmt, gibt es einen optimalen Betriebspunkt, an dem maximale Leistung erzielt werden kann. Die Intensität der Sonneneinstrahlung verändert sich und natürlich verändert sich auch der optimale Arbeitspunkt. Im Zusammenhang mit diesen Änderungen wird der Arbeitspunkt des Solarzellenmoduls immer auf dem maximalen Leistungspunkt gehalten und das System erhält immer die maximale Leistungsabgabe vom Solarzellenmodul. Bei dieser Art der Steuerung handelt es sich um eine Maximum-Power-Tracking-Steuerung. Das größte Merkmal von Wechselrichtern, die in Solarstromerzeugungssystemen verwendet werden, ist, dass sie über die Funktion „Maximum Power Point Tracking“ (MPPT) verfügen.

Typ

Klassifizierung des Anwendungsbereichs

(1) Normaler Wechselrichter

DC 12V- oder 24V-Eingang, AC 220V, 50Hz-Ausgang, Leistung von 75W bis 5000W, einige Modelle verfügen über AC- und DC-Umwandlung, also USV-Funktion.

(2) All-in-One-Gerät mit Wechselrichter/Ladegerät

Bei diesem Wechselrichtertyp können Benutzer verschiedene Formen von Strom zur Versorgung von Wechselstromlasten nutzen: Wenn Wechselstrom vorhanden ist, wird der Wechselstrom zur Versorgung der Last über den Wechselrichter oder zum Laden der Batterie verwendet; Wenn kein Wechselstrom vorhanden ist, wird die Batterie zur Stromversorgung der Wechselstromlast verwendet. . Es kann in Verbindung mit verschiedenen Stromquellen verwendet werden: Batterien, Generatoren, Sonnenkollektoren und Windturbinen.

(3) Spezialwechselrichter für Post und Telekommunikation

Bereitstellung hochwertiger 48-V-Wechselrichter für Post- und Telekommunikationsdienste. Die Produkte sind von guter Qualität, mit hoher Zuverlässigkeit, modularen Wechselrichtern (Modul ist 1 kW), verfügen über eine N+1-Redundanzfunktion und können erweitert werden (Leistung von 2 kW auf 20 kW). ).

(4) Spezialwechselrichter für Luftfahrt und Militär

Dieser Wechselrichtertyp verfügt über einen 28-V-Gleichstromeingang und kann die folgenden Wechselstromausgänge liefern: 26 V Wechselstrom, 115 V Wechselstrom, 230 V Wechselstrom. Seine Ausgangsfrequenz kann 50 Hz, 60 Hz und 400 Hz betragen, und die Ausgangsleistung reicht von 30 VA bis 3500 VA. Es gibt auch DC-DC-Wandler und Frequenzumrichter speziell für die Luftfahrt.

Klassifizierung der Ausgangswellenform

(1) Rechteckwechselrichter

Die vom Rechteckwechselrichter ausgegebene Wechselspannungswellenform ist eine Rechteckwelle. Die von diesem Wechselrichtertyp verwendeten Wechselrichterschaltungen sind nicht genau gleich, aber das gemeinsame Merkmal besteht darin, dass die Schaltung relativ einfach ist und die Anzahl der verwendeten Leistungsschaltröhren gering ist. Die Auslegungsleistung liegt in der Regel zwischen einhundert Watt und einem Kilowatt. Die Vorteile des Rechteckwechselrichters sind: einfache Schaltung, günstiger Preis und einfache Wartung. Der Nachteil besteht darin, dass die Rechteckspannung viele Oberwellen höherer Ordnung enthält, die in Lastgeräten mit Induktivitäten oder Transformatoren mit Eisenkern zu zusätzlichen Verlusten führen und Störungen bei Funkgeräten und einigen Kommunikationsgeräten verursachen. Darüber hinaus weist dieser Wechselrichtertyp Nachteile wie einen unzureichenden Spannungsregelbereich, eine unvollständige Schutzfunktion und ein relativ hohes Rauschen auf.

(2) Stufenwellenwechselrichter

Die von diesem Wechselrichtertyp ausgegebene Wechselspannungswellenform ist eine Stufenwelle. Es gibt viele verschiedene Leitungen für den Wechselrichter, um die Stufenwellenausgabe zu realisieren, und die Anzahl der Schritte in der Ausgangswellenform variiert stark. Der Vorteil des Stufenwellenwechselrichters besteht darin, dass die Ausgangswellenform im Vergleich zur Rechteckwelle deutlich verbessert wird und der Gehalt an Oberwellen höherer Ordnung reduziert wird. Wenn die Schritte mehr als 17 erreichen, kann die Ausgangswellenform eine quasi-sinusförmige Welle erreichen. Bei transformatorlosem Ausgang ist der Gesamtwirkungsgrad sehr hoch. Der Nachteil besteht darin, dass die Leiterwellen-Überlagerungsschaltung viele Leistungsschaltröhren verwendet und einige der Schaltungsformen mehrere Sätze von Gleichstromeingängen erfordern. Dies führt zu Problemen bei der Gruppierung und Verkabelung von Solarzellenfeldern und beim ausgewogenen Laden von Batterien. Darüber hinaus verursacht die Treppenwellenspannung immer noch einige hochfrequente Störungen bei Radios und einigen Kommunikationsgeräten.

Sinus-Wechselrichter

Die vom Sinus-Wechselrichter ausgegebene Wechselspannungswellenform ist eine Sinuswelle. Die Vorteile des Sinus-Wechselrichters bestehen darin, dass er eine gute Ausgangswellenform, eine sehr geringe Verzerrung, geringe Störungen von Funkgeräten und Geräten sowie ein geringes Rauschen aufweist. Darüber hinaus verfügt es über vollständige Schutzfunktionen und einen hohen Gesamtwirkungsgrad. Die Nachteile sind: Die Schaltung ist relativ komplex, wartungsintensiv und teuer.

Die Klassifizierung der oben genannten drei Wechselrichtertypen ist für Planer und Nutzer von Photovoltaik- und Windkraftanlagen hilfreich bei der Identifizierung und Auswahl von Wechselrichtern. Tatsächlich weisen Wechselrichter mit derselben Wellenform immer noch große Unterschiede in den Schaltungsprinzipien, verwendeten Geräten, Steuerungsmethoden usw. auf.

Andere Klassifizierungsmethoden

1. Entsprechend der Frequenz des Ausgangswechselstroms kann er in Leistungsfrequenzwechselrichter, Mittelfrequenzwechselrichter und Hochfrequenzwechselrichter unterteilt werden. Die Frequenz des Netzfrequenzumrichters beträgt 50 bis 60 Hz; Die Frequenz des Mittelfrequenzwechselrichters beträgt im Allgemeinen 400 Hz bis mehr als zehn kHz. Die Frequenz von Hochfrequenzwechselrichtern beträgt im Allgemeinen mehr als zehn kHz bis MHz.

2. Je nach Anzahl der vom Wechselrichter ausgegebenen Phasen kann er in Einphasen-Wechselrichter, Dreiphasen-Wechselrichter und Mehrphasen-Wechselrichter unterteilt werden.

3. Je nach Ziel der Ausgangsleistung des Wechselrichters kann dieser in aktiven Wechselrichter und passiven Wechselrichter unterteilt werden. Jeder Wechselrichter, der die vom Wechselrichter abgegebene elektrische Energie an das industrielle Stromnetz überträgt, wird als aktiver Wechselrichter bezeichnet. Jeder Wechselrichter, der die vom Wechselrichter abgegebene elektrische Energie an eine elektrische Last überträgt, wird als passiver Wechselrichter bezeichnet. Gerät.

4. Je nach Form des Wechselrichter-Hauptstromkreises kann er in Single-Ended-Wechselrichter, Push-Pull-Wechselrichter, Halbbrücken-Wechselrichter und Vollbrücken-Wechselrichter unterteilt werden.

5. Je nach Typ des Hauptschaltgeräts des Wechselrichters kann er in Thyristor-Wechselrichter, Transistor-Wechselrichter, Feldeffekt-Wechselrichter und Wechselrichter mit isoliertem Gate-Bipolartransistor (IGBT) unterteilt werden. Es kann in zwei Kategorien unterteilt werden: „halbgesteuerte“ Wechselrichter und „vollständig gesteuerte“ Wechselrichter. Ersteres verfügt nicht über die Fähigkeit zur Selbstabschaltung, und die Komponente verliert nach dem Einschalten ihre Steuerfunktion. Daher wird sie als „halbgesteuert“ bezeichnet und gewöhnliche Thyristoren fallen in diese Kategorie. Letzteres hat die Fähigkeit, sich selbst auszuschalten, d. h. es gibt kein Gerät. Das Ein- und Ausschalten kann durch die Steuerelektrode gesteuert werden, daher wird es als „vollständig gesteuerter Typ“ bezeichnet. Zu dieser Kategorie gehören Leistungs-Feldeffekttransistoren und Insulated-Gate-Bi-Power-Transistoren (IGBT).

6. Je nach Gleichstromversorgung kann sie in Spannungswechselrichter (VSI) und Stromwechselrichter (CSI) unterteilt werden. Im ersten Fall ist die Gleichspannung nahezu konstant und die Ausgangsspannung ist eine alternierende Rechteckwelle; Bei letzterem ist der Gleichstrom nahezu konstant und der Ausgangsstrom ist eine alternierende Rechteckwelle.

7. Je nach Wechselrichter-Steuerungsmethode kann er in Frequenzmodulations-Wechselrichter (PFM) und Pulsweitenmodulations-Wechselrichter (PWM) unterteilt werden.

8. Je nach Arbeitsmodus des Wechselrichterschaltkreises kann er in Resonanzwechselrichter, Hartschaltwechselrichter mit fester Frequenz und Weichschaltwechselrichter mit Festfrequenz unterteilt werden.

9. Je nach Kommutierungsmethode des Wechselrichters kann er in lastkommutierten Wechselrichter und selbstgeführten Wechselrichter unterteilt werden.

Leistungsparameter:

Es gibt viele Parameter und technische Bedingungen, die die Leistung eines Wechselrichters beschreiben. Wir geben hier nur eine kurze Erläuterung der technischen Parameter, die üblicherweise bei der Bewertung von Wechselrichtern verwendet werden.

1. Umgebungsbedingungen für den Einsatz des Wechselrichters. Normale Nutzungsbedingungen des Wechselrichters: Die Höhe übersteigt nicht 1000 m und die Lufttemperatur beträgt 0 bis +40 °C.

2. Bedingungen der DC-Eingangsstromversorgung, Schwankungsbereich der Eingangs-DC-Spannung: ±15 % des Nennspannungswerts des Akkus.

3. Die Nennausgangsspannung liegt innerhalb des angegebenen zulässigen Schwankungsbereichs der Eingangsgleichspannung und stellt den Nennspannungswert dar, den der Wechselrichter ausgeben kann. Für die stabile Genauigkeit des Ausgangsnennspannungswerts gelten im Allgemeinen die folgenden Bestimmungen:

(1) Im stationären Betrieb sollte der Spannungsschwankungsbereich begrenzt sein, beispielsweise sollte seine Abweichung ±3 % oder ±5 % des Nennwerts nicht überschreiten.

(2) In dynamischen Situationen, in denen sich die Last plötzlich ändert oder durch andere Störfaktoren beeinflusst wird, sollte die Abweichung der Ausgangsspannung ±8 % oder ±10 % des Nennwerts nicht überschreiten.

4. Nennausgangsfrequenz: Die Frequenz der Wechselrichter-Ausgangswechselspannung sollte einen relativ stabilen Wert haben, normalerweise die Netzfrequenz von 50 Hz. Die Abweichung sollte unter normalen Arbeitsbedingungen innerhalb von ±1 % liegen.

5. Der Nennausgangsstrom (oder die Nennausgangskapazität) gibt den Nennausgangsstrom des Wechselrichters innerhalb des angegebenen Lastleistungsfaktorbereichs an. Einige Wechselrichterprodukte geben die Nennausgangskapazität an, ausgedrückt in VA oder kVA. Die Nennkapazität des Wechselrichters beträgt, wenn der Ausgangsleistungsfaktor 1 beträgt (d. h. rein ohmsche Last). Die Nennausgangsspannung ist das Produkt des Nennausgangsstroms.

6. Nennleistungseffizienz. Der Wirkungsgrad des Wechselrichters ist das Verhältnis seiner Ausgangsleistung zur Eingangsleistung unter bestimmten Betriebsbedingungen, ausgedrückt in %. Der Wirkungsgrad des Wechselrichters bei Nennausgangskapazität ist der Volllastwirkungsgrad und der Wirkungsgrad bei 10 % der Nennausgangskapazität ist der Niedriglastwirkungsgrad.

7. Der maximale Oberwellengehalt des Wechselrichters. Bei einem Sinus-Wechselrichter sollte der maximale Oberschwingungsgehalt der Ausgangsspannung unter ohmscher Last ≤10 % betragen.

8. Die Überlastfähigkeit des Wechselrichters bezieht sich auf die Fähigkeit des Wechselrichters, unter bestimmten Bedingungen in kurzer Zeit mehr als den Nennstromwert auszugeben. Die Überlastfähigkeit des Wechselrichters sollte unter dem angegebenen Lastleistungsfaktor bestimmte Anforderungen erfüllen.

9. Der Wirkungsgrad des Wechselrichters ist das Verhältnis der Ausgangswirkleistung des Wechselrichters zur Eingangswirkleistung (oder Gleichstromleistung) bei Nennausgangsspannung, Ausgangsstrom und spezifiziertem Lastleistungsfaktor.

10. Der Lastleistungsfaktor gibt die Fähigkeit des Wechselrichters an, induktive oder kapazitive Lasten zu tragen. Unter Sinuswellenbedingungen beträgt der Lastleistungsfaktor 0,7 bis 0,9 (Verzögerung) und der Nennwert beträgt 0,9.

11. Lastasymmetrie. Bei einer asymmetrischen Last von 10 % sollte die Asymmetrie der Ausgangsspannung eines dreiphasigen Wechselrichters mit fester Frequenz ≤ 10 % betragen.

12. Ungleichgewicht der Ausgangsspannung. Unter normalen Betriebsbedingungen sollte die vom Wechselrichter ausgegebene dreiphasige Spannungsunsymmetrie (Verhältnis der Gegensystemkomponente zur Mitsystemkomponente) einen bestimmten Wert, der im Allgemeinen in % ausgedrückt wird, nicht überschreiten, z. B. 5 % oder 8 %.

13. Starteigenschaften: Unter normalen Betriebsbedingungen sollte der Wechselrichter in der Lage sein, fünfmal hintereinander unter Volllast- und Leerlaufbedingungen normal zu starten.

14. Schutzfunktionen, der Wechselrichter sollte eingerichtet sein: Kurzschlussschutz, Überstromschutz, Übertemperaturschutz, Überspannungsschutz, Unterspannungsschutz und Phasenausfallschutz. Unter anderem bedeutet Überspannungsschutz, dass bei Wechselrichtern ohne Spannungsstabilisierungsmaßnahmen Ausgangsüberspannungsschutzmaßnahmen vorhanden sein sollten, um den Minuspol vor Schäden durch Ausgangsüberspannung zu schützen. Überstromschutz bezieht sich auf den Überstromschutz des Wechselrichters, der in der Lage sein sollte, rechtzeitig zu reagieren, wenn die Last kurzgeschlossen wird oder der Strom den zulässigen Wert überschreitet, um ihn vor Schäden durch Überstrom zu schützen.

15. Interferenz und Anti-Interferenz: Der Wechselrichter sollte elektromagnetischen Störungen in der allgemeinen Umgebung unter bestimmten normalen Arbeitsbedingungen standhalten können. Die Entstörungsleistung und die elektromagnetische Verträglichkeit des Wechselrichters sollten den einschlägigen Normen entsprechen.

16. Wechselrichter, die nicht häufig betrieben, überwacht und gewartet werden, sollten ≤95 dB haben; Wechselrichter, die häufig betrieben, überwacht und gewartet werden, sollten ≤80 dB sein.

17. Anzeige: Der Wechselrichter sollte mit einer Datenanzeige für Parameter wie AC-Ausgangsspannung, Ausgangsstrom und Ausgangsfrequenz sowie einer Signalanzeige für den Eingangsspannungs-, Spannungs- und Fehlerstatus ausgestattet sein.

18. Kommunikationsfunktion. Mit der Fernkommunikationsfunktion können Benutzer den Betriebsstatus der Maschine und die gespeicherten Daten überprüfen, ohne vor Ort sein zu müssen.

19. Die Wellenformverzerrung der Ausgangsspannung. Wenn die Ausgangsspannung des Wechselrichters sinusförmig ist, sollte die maximal zulässige Wellenformverzerrung (oder der Oberwellengehalt) angegeben werden. Dieser Wert wird üblicherweise als Gesamtwellenformverzerrung der Ausgangsspannung ausgedrückt und sollte 5 % nicht überschreiten (bei einphasigem Ausgang sind 10 % zulässig).

20. Anlaufeigenschaften, die die Anlauffähigkeit des Wechselrichters unter Last und seine Leistung im dynamischen Betrieb charakterisieren. Der Wechselrichter sollte einen zuverlässigen Start unter Nennlast gewährleisten.

21. Lärm. Transformatoren, Filterinduktivitäten, elektromagnetische Schalter, Lüfter und andere Komponenten in leistungselektronischen Geräten erzeugen Geräusche. Bei normalem Betrieb des Wechselrichters sollte sein Geräuschpegel 80 dB nicht überschreiten, und der Geräuschpegel eines kleinen Wechselrichters sollte 65 dB nicht überschreiten.

Batterieeigenschaften:

PV-Batterie

Um ein Solarwechselrichtersystem zu entwickeln, ist es wichtig, zunächst die unterschiedlichen Eigenschaften von Solarzellen (PV-Zellen) zu verstehen. Rp und Rs sind parasitäre Widerstände, die unter idealen Umständen unendlich bzw. Null sind.

Lichtintensität und Temperatur können die Betriebseigenschaften von PV-Zellen erheblich beeinflussen. Der Strom ist proportional zur Lichtintensität, Lichtänderungen haben jedoch kaum Auswirkungen auf die Betriebsspannung. Allerdings wird die Betriebsspannung von der Temperatur beeinflusst. Eine Erhöhung der Batterietemperatur verringert die Betriebsspannung, hat aber nur geringe Auswirkungen auf den erzeugten Strom. Die folgende Abbildung veranschaulicht die Auswirkungen von Temperatur und Licht auf PV-Module.

Änderungen der Lichtintensität haben einen größeren Einfluss auf die Batterieausgangsleistung als Änderungen der Temperatur. Dies gilt für alle gängigen PV-Materialien. Eine wichtige Konsequenz der Kombination dieser beiden Effekte ist, dass die Leistung einer PV-Zelle mit abnehmender Lichtintensität und/oder steigender Temperatur abnimmt.

Maximaler Leistungspunkt (MPP)

Solarzellen können in einem weiten Spannungs- und Strombereich betrieben werden. Der MPP wird bestimmt, indem die Widerstandslast der beleuchteten Zelle kontinuierlich von Null (Kurzschlussereignis) auf einen sehr hohen Wert (Leerlaufereignis) erhöht wird. MPP ist der Arbeitspunkt, bei dem V x I seinen Maximalwert erreicht und bei dieser Beleuchtungsintensität die maximale Leistung erreicht werden kann. Die Ausgangsleistung beträgt Null, wenn ein Kurzschluss (PV-Spannung gleich Null) oder ein offener Stromkreis (PV-Strom gleich Null) auftritt.

Hochwertige monokristalline Silizium-Solarzellen erzeugen bei einer Temperatur von 25 °C eine Leerlaufspannung von 0,60 Volt. Bei voller Sonneneinstrahlung und einer Lufttemperatur von 25 °C kann die Temperatur einer bestimmten Zelle nahe bei 45 °C liegen, wodurch die Leerlaufspannung auf etwa 0,55 V sinkt. Wenn die Temperatur steigt, sinkt die Leerlaufspannung weiter, bis es zum Kurzschluss des PV-Moduls kommt.

Die maximale Leistung bei einer Batterietemperatur von 45 °C wird typischerweise bei 80 % Leerlaufspannung und 90 % Kurzschlussstrom erzeugt. Der Kurzschlussstrom der Batterie ist nahezu proportional zur Beleuchtung und die Leerlaufspannung darf bei einer Reduzierung der Beleuchtung um 80 % nur um 10 % sinken. Bei Batterien geringerer Qualität sinkt die Spannung schneller, wenn der Strom ansteigt, und verringert dadurch die verfügbare Leistung. Die Leistung sank von 70 % auf 50 % oder sogar nur auf 25 %.

Der Solar-Mikrowechselrichter muss sicherstellen, dass die PV-Module zu jedem Zeitpunkt im MPP-Bereich betrieben werden, damit die maximale Energie aus den PV-Modulen gewonnen werden kann. Dies kann mithilfe eines Maximum Power Point-Regelkreises erreicht werden, der auch als Maximum Power Point Tracker (MPPT) bezeichnet wird. Um ein hohes MPP-Tracking-Verhältnis zu erreichen, muss außerdem die Welligkeit der PV-Ausgangsspannung klein genug sein, damit sich der PV-Strom beim Betrieb in der Nähe des maximalen Leistungspunkts nicht zu stark ändert.

Der MPP-Spannungsbereich von PV-Modulen lässt sich üblicherweise im Bereich von 25V bis 45V definieren, mit einer Leistungserzeugung von ca. 250W und einer Leerlaufspannung unter 50V.

Nutzung und Wartung:

verwenden

1. Schließen Sie das Gerät an und installieren Sie es strikt gemäß den Anforderungen der Betriebs- und Wartungsanleitung des Wechselrichters. Bei der Installation sollten Sie sorgfältig prüfen: ob der Drahtdurchmesser den Anforderungen entspricht; ob die Komponenten und Anschlüsse während des Transports locker sind; ob die isolierten Teile gut isoliert sind; ob die Erdung der Anlage den Vorschriften entspricht.

2. Der Wechselrichter sollte streng gemäß der Gebrauchs- und Wartungsanleitung betrieben und verwendet werden. Insbesondere: Bevor Sie die Maschine einschalten, achten Sie darauf, ob die Eingangsspannung normal ist; Achten Sie während des Betriebs darauf, ob die Reihenfolge beim Ein- und Ausschalten der Maschine korrekt ist und ob die Anzeigen der einzelnen Messgeräte und Kontrollleuchten normal sind.

3. Wechselrichter verfügen im Allgemeinen über einen automatischen Schutz gegen Stromkreisunterbrechung, Überstrom, Überspannung, Überhitzung und andere Probleme. Wenn diese Phänomene auftreten, ist eine manuelle Abschaltung nicht erforderlich. Die Schutzpunkte des automatischen Schutzes werden im Allgemeinen werkseitig eingestellt und müssen nicht erneut angepasst werden.

4. Im Wechselrichterschrank liegt Hochspannung an. Bedienern ist es im Allgemeinen nicht gestattet, die Schranktür zu öffnen, und die Schranktür sollte zu normalen Zeiten verschlossen sein.

5. Wenn die Raumtemperatur 30 °C überschreitet, sollten Wärmeableitungs- und Kühlmaßnahmen ergriffen werden, um Geräteausfälle zu verhindern und die Lebensdauer der Geräte zu verlängern.

Wartung und Inspektion

1. Überprüfen Sie regelmäßig, ob die Verkabelung jedes Teils des Wechselrichters fest sitzt und ob sie locker ist. Insbesondere der Lüfter, das Leistungsmodul, die Eingangsklemme, die Ausgangsklemme und die Erdung sollten sorgfältig überprüft werden.

2. Sobald der Alarm ausgeschaltet ist, darf er nicht sofort wieder eingeschaltet werden. Vor der Inbetriebnahme sollte die Ursache ermittelt und behoben werden. Die Inspektion sollte streng nach den im Wechselrichter-Wartungshandbuch angegebenen Schritten durchgeführt werden.

3. Das Bedienpersonal muss eine spezielle Schulung erhalten und in der Lage sein, die Ursachen allgemeiner Störungen zu ermitteln und diese zu beheben, beispielsweise durch den fachgerechten Austausch von Sicherungen, Bauteilen und beschädigten Leiterplatten. Die Bedienung des Gerätes durch ungeschultes Personal ist nicht gestattet.

4. Kommt es zu einem schwer zu beseitigenden Unfall oder ist die Unfallursache unklar, sollten detaillierte Aufzeichnungen über den Unfall geführt und der Wechselrichterhersteller rechtzeitig zur Lösung benachrichtigt werden.