معرفی دایره المعارف اینورترهای خورشیدی

معکوس کننده که به عنوان تنظیم کننده قدرت و تنظیم کننده قدرت نیز شناخته می شود، بخشی ضروری از سیستم فتوولتائیک است. وظیفه اصلی اینورتر فتوولتائیک تبدیل برق DC تولید شده توسط پنل های خورشیدی به برق AC مورد استفاده در لوازم خانگی است. تمام الکتریسیته تولید شده توسط پنل های خورشیدی باید توسط اینورتر پردازش شود تا بتوان آن را به دنیای خارج خروجی داد. [1] از طریق مدار تمام پل، پردازنده SPWM به طور کلی برای مدولاسیون، فیلتر کردن، افزایش ولتاژ و غیره برای به دست آوردن توان AC سینوسی که با فرکانس بار روشنایی، ولتاژ نامی و غیره برای کاربران نهایی سیستم مطابقت دارد، استفاده می‌شود. با یک اینورتر، می توان از یک باتری DC برای تامین برق AC برای وسایل برقی استفاده کرد.

معرفی:

سیستم تولید برق AC خورشیدی از پانل های خورشیدی، کنترل کننده شارژ، اینورتر و باتری تشکیل شده است. سیستم تولید برق DC خورشیدی شامل اینورتر نمی شود. فرآیند تبدیل برق متناوب به برق DC را یکسوسازی، مداری که عملکرد یکسوسازی را تکمیل می‌کند مدار یکسوکننده و دستگاهی که فرآیند یکسوسازی را اجرا می‌کند دستگاه یکسو کننده یا یکسو کننده نامیده می‌شود. به همین ترتیب، فرآیند تبدیل برق DC به برق متناوب، اینورتر، مداری که عملکرد اینورتر را تکمیل می کند، مدار اینورتر و دستگاهی که فرآیند اینورتر را پیاده سازی می کند، تجهیزات اینورتر یا اینورتر نامیده می شود.

هسته دستگاه اینورتر مدار سوئیچ اینورتر است که به آن مدار اینورتر می گویند. این مدار با روشن و خاموش کردن کلید الکترونیکی پاور، عملکرد اینورتر را تکمیل می کند. سوئیچینگ دستگاه های سوئیچینگ الکترونیکی قدرت به پالس های محرک خاصی نیاز دارد و این پالس ها ممکن است با تغییر سیگنال ولتاژ تنظیم شوند. مداری که پالس ها را تولید و تنظیم می کند اغلب مدار کنترل یا حلقه کنترل نامیده می شود. ساختار اصلی دستگاه اینورتر علاوه بر مدار و مدار کنترل اینورتر فوق الذکر، مدار حفاظتی، مدار خروجی، مدار ورودی، مدار خروجی و غیره را شامل می شود.

امکانات:

با توجه به تنوع ساختمان ها، ناگزیر به تنوع نصب پنل های خورشیدی منجر می شود. به منظور به حداکثر رساندن راندمان تبدیل انرژی خورشیدی و در عین حال در نظر گرفتن ظاهر زیبای ساختمان، این امر مستلزم تنوع اینورترهای ما برای دستیابی به بهترین روش انرژی خورشیدی است. تبدیل.

وارونگی متمرکز

اینورتر متمرکز به طور کلی در سیستم های نیروگاه های فتوولتائیک بزرگ (> 10 کیلو وات) استفاده می شود. بسیاری از رشته های فتوولتائیک موازی به ورودی DC همان اینورتر متمرکز متصل می شوند. به طور کلی برای توان بالا از ماژول های برق سه فاز IGBT استفاده می شود. کوچکترها از ترانزیستورهای اثر میدانی استفاده می کنند و از کنترل کننده های تبدیل DSP برای بهبود کیفیت توان تولیدی استفاده می کنند به طوری که به جریان موج سینوسی بسیار نزدیک است. بزرگترین ویژگی قدرت بالا و هزینه کم سیستم است. با این حال، کارایی و ظرفیت تولید الکتریکی کل سیستم فتوولتائیک تحت تأثیر تطبیق رشته‌های فتوولتائیک و سایه‌زنی جزئی قرار می‌گیرد. در عین حال، قابلیت اطمینان تولید برق کل سیستم فتوولتائیک تحت تأثیر وضعیت کار ضعیف یک گروه واحد فتوولتائیک خاص است. آخرین جهت های تحقیقاتی استفاده از کنترل مدولاسیون برداری فضا و توسعه اتصالات توپولوژی اینورتر جدید برای به دست آوردن راندمان بالا در شرایط بار جزئی است. در اینورتر متمرکز SolarMax، یک جعبه رابط آرایه فتوولتائیک را می توان برای نظارت بر هر رشته از پانل های بادبان فتوولتائیک متصل کرد. اگر یکی از رشته ها به درستی کار نکند، سیستم اطلاعات به کنترل از راه دور منتقل می شود و می توان این رشته را از طریق کنترل از راه دور متوقف کرد، به طوری که خرابی یک رشته فتوولتائیک باعث کاهش یا تأثیری بر کار و انرژی خروجی نمی شود. کل سیستم فتوولتائیک

اینورتر رشته

اینورترهای رشته ای به محبوب ترین اینورترها در بازار بین المللی تبدیل شده اند. اینورتر رشته ای بر اساس مفهوم مدولار است. هر رشته فتوولتائیک (1kW-5kW) از یک اینورتر عبور می‌کند، حداکثر ردیابی پیک توان را در انتهای DC دارد، و به صورت موازی به شبکه در انتهای AC متصل می‌شود. بسیاری از نیروگاه های فتوولتائیک بزرگ از اینورترهای رشته ای استفاده می کنند. مزیت این است که تحت تأثیر تفاوت ماژول ها و سایه های بین رشته ها قرار نمی گیرد و در عین حال نقطه عملکرد بهینه ماژول های فتوولتائیک را کاهش می دهد.

عدم تطابق با اینورتر، در نتیجه افزایش تولید برق. این مزایای فنی نه تنها هزینه های سیستم را کاهش می دهد، بلکه قابلیت اطمینان سیستم را نیز افزایش می دهد. در عین حال، مفهوم "ارباب-برده" بین رشته ها معرفی می شود، به طوری که وقتی توان یک رشته واحد در سیستم نمی تواند یک اینورتر واحد را کار کند، می توان چندین گروه از رشته های فتوولتائیک را به یکدیگر متصل کرد تا یک یا چند تا از آنها به کار ، در نتیجه انرژی الکتریکی بیشتری تولید می شود. آخرین مفهوم این است که چندین اینورتر یک "تیم" را با یکدیگر تشکیل می دهند تا جایگزین مفهوم "master-slave" شوند و سیستم را قابل اعتمادتر کنند.

اینورتر چند رشته ای

اینورتر چند رشته ای از مزایای اینورتر متمرکز و اینورتر رشته ای استفاده می کند، از معایب آنها جلوگیری می کند و می تواند برای نیروگاه های فتوولتائیک با چندین کیلووات استفاده شود. در اینورتر چند رشته ای، ردیابی پیک توان فردی مختلف و مبدل های DC به DC گنجانده شده است. DC از طریق یک اینورتر DC به AC مشترک به برق AC تبدیل می شود و به شبکه متصل می شود. درجه بندی های مختلف رشته های فتوولتائیک (به عنوان مثال توان نامی متفاوت، تعداد ماژول های مختلف در هر رشته، تولید کنندگان مختلف ماژول ها، و غیره)، اندازه های مختلف یا فناوری های مختلف ماژول های فتوولتائیک، جهت گیری های مختلف رشته ها (به عنوان مثال: شرق، جنوب و غرب) ، زوایای شیب یا سایه های مختلف را می توان به یک اینورتر مشترک متصل کرد که هر رشته در حداکثر حداکثر توان مربوطه خود کار می کند. در عین حال، طول کابل DC کاهش می یابد و اثر سایه بین رشته ها و تلفات ناشی از تفاوت بین رشته ها به حداقل می رسد.

اینورتر کامپوننت

اینورتر ماژول هر ماژول فتوولتائیک را به یک اینورتر متصل می کند و هر ماژول دارای حداکثر پیک ردیابی توان مستقل است، به طوری که ماژول و اینورتر بهتر با هم همکاری می کنند. معمولاً در نیروگاه های فتوولتائیک 50 وات تا 400 وات استفاده می شود، راندمان کل کمتر از اینورترهای رشته ای است. از آنجایی که آنها به صورت موازی در سمت AC متصل می شوند، این پیچیدگی سیم کشی در سمت AC را افزایش می دهد و تعمیر و نگهداری را دشوار می کند. یکی دیگر از مواردی که باید حل شود نحوه اتصال موثرتر به شبکه است. راه ساده اتصال مستقیم به شبکه از طریق پریزهای معمولی AC است که می تواند هزینه ها و نصب تجهیزات را کاهش دهد، اما اغلب استانداردهای ایمنی شبکه برق در مکان های مختلف ممکن است این اجازه را ندهد. در انجام این کار، شرکت برق ممکن است به اتصال مستقیم دستگاه تولید کننده به یک پریز معمولی خانگی اعتراض کند. یکی دیگر از عوامل مرتبط با ایمنی این است که آیا ترانسفورماتور ایزوله (فرکانس بالا یا فرکانس پایین) مورد نیاز است یا اینکه آیا اینورتر بدون ترانسفورماتور مجاز است. این اینورتر بیشترین کاربرد را در دیوارهای پرده شیشه ای دارد.

راندمان اینورتر خورشیدی

کارایی اینورترهای خورشیدی به بازار رو به رشد اینورترهای خورشیدی (اینورترهای فتوولتائیک) به دلیل تقاضا برای انرژی های تجدید پذیر اشاره دارد. و این اینورترها به راندمان و قابلیت اطمینان بسیار بالایی نیاز دارند. مدارهای برق مورد استفاده در این اینورترها بررسی شده و بهترین انتخاب ها برای دستگاه های سوئیچینگ و یکسو کننده توصیه می شود. ساختار کلی یک اینورتر فتوولتائیک در شکل 1 نشان داده شده است. سه اینورتر مختلف برای انتخاب وجود دارد. نور خورشید به ماژول های خورشیدی متصل به صورت سری می تابد و هر ماژول شامل مجموعه ای از واحدهای سلول خورشیدی است که به صورت سری به هم متصل شده اند. ولتاژ جریان مستقیم (DC) تولید شده توسط ماژول های خورشیدی، بسته به شرایط روشنایی آرایه ماژول، دمای سلول ها و تعداد ماژول های متصل به صورت سری، حدود چند صد ولت است.

وظیفه اصلی این نوع اینورتر تبدیل ولتاژ DC ورودی به یک مقدار پایدار است. این عملکرد از طریق مبدل تقویت کننده اجرا می شود و به یک سوئیچ تقویت کننده و یک دیود تقویت کننده نیاز دارد. در معماری اول، مرحله تقویت توسط یک مبدل تمام پل جدا شده دنبال می شود. هدف از ترانسفورماتور پل کامل، ایجاد ایزوله است. دومین مبدل پل کامل روی خروجی برای تبدیل DC از مبدل پل کامل مرحله اول به ولتاژ جریان متناوب (AC) استفاده می شود. خروجی آن قبل از اتصال به شبکه شبکه AC از طریق یک سوئیچ رله دو کنتاکت اضافی فیلتر می شود تا در صورت بروز خطا و ایزوله شدن از شبکه تغذیه در شب، ایزولاسیون ایمن ایجاد شود. ساختار دوم یک طرح غیر ایزوله است. در میان آنها، ولتاژ AC به طور مستقیم توسط ولتاژ خروجی DC توسط مرحله تقویت تولید می شود. ساختار سوم از توپولوژی نوآورانه ای از کلیدهای برق و دیودهای قدرت برای ادغام عملکرد قطعات تقویت کننده و تولید AC در یک توپولوژی اختصاصی استفاده می کند و اینورتر را با وجود بازده تبدیل بسیار پایین پنل خورشیدی تا حد ممکن کارآمد می کند. نزدیک به 100٪ اما بسیار مهم است. در آلمان، یک ماژول سری 3 کیلووات نصب شده بر روی یک سقف رو به جنوب انتظار می رود که 2550 کیلووات ساعت در سال تولید کند. اگر راندمان اینورتر از 95% به 96% افزایش یابد، می توان هر سال 25 کیلووات ساعت برق اضافی تولید کرد. هزینه استفاده از ماژول های خورشیدی اضافی برای تولید این 25 کیلووات ساعت معادل اضافه کردن یک اینورتر است. از آنجایی که افزایش راندمان از 95% به 96% هزینه اینورتر را دو برابر نمی کند، سرمایه گذاری در یک اینورتر کارآمدتر یک انتخاب اجتناب ناپذیر است. برای طرح های نوظهور، افزایش راندمان اینورتر به مقرون به صرفه ترین روش یک معیار کلیدی طراحی است. در مورد قابلیت اطمینان و هزینه اینورتر، آنها دو معیار دیگر طراحی هستند. راندمان بالاتر نوسانات دما را در طول چرخه بار کاهش می دهد و در نتیجه قابلیت اطمینان را بهبود می بخشد، بنابراین این دستورالعمل ها در واقع مرتبط هستند. استفاده از ماژول ها نیز قابلیت اطمینان را افزایش می دهد.

سوئیچ تقویت کننده و دیود

همه توپولوژی های نشان داده شده نیاز به کلیدهای برق سوئیچینگ سریع دارند. مرحله تقویت و تبدیل پل کامل نیاز به دیودهای سوئیچینگ سریع دارد. علاوه بر این، سوئیچ های بهینه شده برای سوئیچینگ فرکانس پایین (100 هرتز) نیز برای این توپولوژی ها مفید هستند. برای هر فناوری سیلیکونی معین، سوئیچ های بهینه شده برای سوئیچینگ سریع نسبت به سوئیچ هایی که برای کاربردهای سوئیچینگ فرکانس پایین بهینه شده اند، تلفات رسانایی بیشتری خواهند داشت.

مرحله تقویت به طور کلی به عنوان یک مبدل حالت جریان پیوسته طراحی شده است. بسته به تعداد ماژول های خورشیدی در آرایه مورد استفاده در اینورتر، می توانید انتخاب کنید که از دستگاه های 600 ولت یا 1200 ولت استفاده کنید. دو گزینه برای سوئیچ های برق، ماسفت ها و IGBT ها هستند. به طور کلی، ماسفت ها می توانند در فرکانس های سوئیچینگ بالاتری نسبت به IGBT کار کنند. علاوه بر این، تأثیر دیود بدنه همیشه باید در نظر گرفته شود: در مورد مرحله تقویت، این مشکلی نیست زیرا دیود بدنه در حالت عملکرد عادی هدایت نمی‌شود. تلفات رسانایی ماسفت را می توان از روی مقاومت روی RDS(ON) محاسبه کرد که متناسب با سطح قالب موثر برای یک خانواده ماسفت معین است. هنگامی که ولتاژ نامی از 600 ولت به 1200 ولت تغییر می کند، تلفات هدایت ماسفت به شدت افزایش می یابد. بنابراین، حتی اگر امتیاز RDS(ON) معادل باشد، ماسفت 1200 ولت در دسترس نیست یا قیمت آن خیلی بالاست.

برای سوئیچ های تقویت کننده با ولتاژ 600 ولت، می توان از ماسفت های سوپرجانکشن استفاده کرد. برای کاربردهای سوئیچینگ فرکانس بالا، این فناوری بهترین تلفات هدایت را دارد. ماسفت های با مقادیر RDS(ON) زیر 100 میلی اهم در بسته های TO-220 و ماسفت های با مقادیر RDS(ON) زیر 50 میلی اهم در بسته های TO-247. برای اینورترهای خورشیدی که نیاز به سوئیچینگ برق 1200 ولت دارند، IGBT انتخاب مناسبی است. فناوری‌های پیشرفته‌تر IGBT، مانند NPT Trench و NPT Field Stop، برای کاهش تلفات هدایت بهینه‌سازی شده‌اند، اما به قیمت تلفات سوئیچینگ بالاتر، که آنها را برای برنامه‌های تقویتی در فرکانس‌های بالا مناسب‌تر نمی‌کند.

بر اساس فناوری قدیمی NPT مسطح، یک دستگاه FGL40N120AND توسعه یافته است که می تواند کارایی مدار بوست را با فرکانس سوئیچینگ بالا بهبود بخشد. دارای EOFF 43uJ/A. در مقایسه با دستگاه های با تکنولوژی پیشرفته تر، EOFF 80uJ/A است، اما باید به دست آید این نوع عملکرد بسیار دشوار است. نقطه ضعف دستگاه FGL40N120AND این است که افت ولتاژ اشباع VCE(SAT) (3.0 ولت در مقابل 2.1 ولت در دمای 125 درجه سانتیگراد) زیاد است، اما تلفات سوئیچینگ پایین آن در فرکانس های سوئیچینگ بوست بالا بیش از این است که این افت را جبران کند. این دستگاه همچنین دارای یک دیود ضد موازی است. تحت عملکرد بوست معمولی، این دیود هدایت نمی شود. با این حال، در هنگام راه اندازی یا در شرایط گذرا، ممکن است مدار تقویت کننده به حالت فعال هدایت شود، در این صورت دیود ضد موازی هدایت می شود. از آنجایی که خود IGBT دیود بدنه ذاتی ندارد، این دیود بسته بندی شده برای اطمینان از عملکرد قابل اطمینان مورد نیاز است. برای دیودهای تقویت کننده، دیودهای بازیابی سریع مانند Stealth™ یا دیودهای سیلیکون کربنی مورد نیاز هستند. دیودهای کربن-سیلیکون دارای ولتاژ و تلفات بسیار پایینی هستند. هنگام انتخاب یک دیود تقویت کننده، باید تأثیر جریان بازیابی معکوس (یا ظرفیت اتصال دیود کربن-سیلیکون) روی سوئیچ تقویت کننده در نظر گرفته شود، زیرا این امر منجر به تلفات اضافی می شود. در اینجا، دیود Stealth II FFP08S60S که به تازگی راه اندازی شده است می تواند عملکرد بالاتری را ارائه دهد. وقتی VDD=390V، ID=8A، di/dt=200A/us، و دمای کیس 100 درجه سانتیگراد باشد، تلفات سوئیچینگ محاسبه شده کمتر از پارامتر FFP08S60S 205mJ است. با استفاده از دیود مخفی ISL9R860P2 این مقدار به 225mJ می رسد. بنابراین، این کار راندمان اینورتر را در فرکانس های سوئیچینگ بالا نیز بهبود می بخشد.

کلیدهای پل و دیودها

پس از فیلتر کردن تمام پل ماسفت، پل خروجی یک سیگنال ولتاژ و جریان سینوسی 50 هرتز تولید می کند. یک پیاده سازی متداول استفاده از یک معماری تمام پل استاندارد است (شکل 2). در شکل، اگر سوئیچ های سمت چپ بالا و پایین سمت راست روشن باشند، یک ولتاژ مثبت بین پایانه های چپ و راست بارگذاری می شود. اگر سوئیچ های سمت راست بالا و پایین سمت چپ روشن باشند، یک ولتاژ منفی بین پایانه های چپ و راست بارگذاری می شود. برای این برنامه، تنها یک سوئیچ در مدت زمان مشخصی روشن است. یک سوئیچ را می توان به فرکانس بالا PWM و سوئیچ دیگر را به فرکانس پایین 50 هرتز تغییر داد. از آنجایی که مدار بوت استرپ به تبدیل دستگاه های رده پایین متکی است، دستگاه های پایین رده به فرکانس بالا PWM سوئیچ می شوند، در حالی که دستگاه های رده بالا به فرکانس پایین 50 هرتز سوئیچ می شوند. این نرم افزار از کلید برق 600 ولت استفاده می کند، بنابراین ماسفت 600 ولت سوپرجانکشن برای این دستگاه سوئیچینگ پرسرعت بسیار مناسب است. از آنجایی که این دستگاه های سوئیچینگ در هنگام روشن بودن سوئیچ، جریان بازیابی کامل معکوس دستگاه های دیگر را تحمل می کنند، دستگاه های فوق اتصال بازیابی سریع مانند 600 ولت FCH47N60F انتخاب های ایده آلی هستند. RDS(ON) آن 73 میلی اهم است و افت هدایت آن در مقایسه با سایر دستگاه های بازیابی سریع مشابه بسیار کم است. هنگامی که این دستگاه در فرکانس 50 هرتز تبدیل می شود، نیازی به استفاده از قابلیت بازیابی سریع نیست. این دستگاه ها دارای ویژگی های عالی dv/dt و di/dt هستند که قابلیت اطمینان سیستم را در مقایسه با ماسفت های superjunction استاندارد بهبود می بخشد.

گزینه دیگری که ارزش بررسی دارد استفاده از دستگاه FGH30N60LSD است. این یک IGBT 30A/600V با ولتاژ اشباع VCE (SAT) تنها 1.1 ولت است. اتلاف خاموش کردن EOFF آن بسیار زیاد است و به 10mJ می رسد، بنابراین فقط برای تبدیل فرکانس پایین مناسب است. یک ماسفت 50 میلی اهم دارای مقاومت روشن RDS(ON) 100 میلی اهم در دمای کارکرد است. بنابراین، در 11A، VDS مشابه VCE (SAT) IGBT دارد. از آنجایی که این IGBT مبتنی بر فناوری شکست قدیمی‌تر است، VCE (SAT) با دما تغییر چندانی نمی‌کند. بنابراین این IGBT تلفات کلی در پل خروجی را کاهش می دهد و در نتیجه بازده کلی اینورتر را افزایش می دهد. این واقعیت که FGH30N60LSD IGBT از یک فناوری تبدیل توان به توپولوژی اختصاصی دیگر در هر نیم سیکل تغییر می کند نیز مفید است. IGBT ها در اینجا به عنوان سوئیچ های توپولوژیکی استفاده می شوند. برای سوئیچینگ سریعتر، از دستگاه های مرسوم و سریع بازیابی سوپرجونشن استفاده می شود. برای توپولوژی اختصاصی 1200 ولت و ساختار تمام پل، FGL40N120AND فوق الذکر کلیدی است که برای اینورترهای جدید خورشیدی فرکانس بالا بسیار مناسب است. هنگامی که فناوری های تخصصی به دیود نیاز دارند، دیودهای Stealth II، Hyperfast™ II و دیودهای کربن-سیلیکون راه حل های عالی هستند.

تابع:

اینورتر نه تنها عملکرد تبدیل DC به AC را دارد، بلکه عملکرد حداکثر عملکرد سلول های خورشیدی و عملکرد محافظت از خطای سیستم را نیز دارد. به طور خلاصه، عملکردهای در حال اجرا و خاموش شدن خودکار، عملکرد کنترل ردیابی حداکثر توان، عملکرد مستقل پیشگیری از عملیات (برای سیستم های متصل به شبکه)، عملکرد تنظیم خودکار ولتاژ (برای سیستم های متصل به شبکه)، عملکرد تشخیص DC (برای سیستم های متصل به شبکه) وجود دارد. ) و تشخیص زمین DC. عملکرد (برای سیستم های متصل به شبکه). در اینجا به معرفی مختصری از عملکردهای در حال اجرا و خاموش شدن خودکار و عملکرد کنترل ردیابی حداکثر توان می پردازیم.

عملکرد خودکار و عملکرد خاموش: پس از طلوع آفتاب در صبح، شدت تابش خورشید به تدریج افزایش می یابد و خروجی سلول خورشیدی نیز افزایش می یابد. وقتی به توان خروجی مورد نیاز برای عملکرد اینورتر رسید، اینورتر به طور خودکار شروع به کار می کند. پس از وارد شدن به عملیات، اینورتر خروجی ماژول های سلول خورشیدی را همیشه کنترل می کند. تا زمانی که توان خروجی ماژول های سلول خورشیدی بیشتر از توان خروجی مورد نیاز برای کار اینورتر باشد، اینورتر به کار خود ادامه خواهد داد. تا غروب آفتاب متوقف می شود، حتی اگر اینورتر بتواند در روزهای بارانی نیز کار کند. هنگامی که خروجی ماژول خورشیدی کوچکتر می شود و خروجی اینورتر به 0 نزدیک می شود، اینورتر وارد حالت آماده به کار می شود.

عملکرد کنترل ردیابی حداکثر توان: خروجی ماژول سلول خورشیدی با شدت تابش خورشیدی و دمای خود ماژول سلول خورشیدی (دمای تراشه) تغییر می کند. علاوه بر این، از آنجایی که ماژول های سلول خورشیدی این ویژگی را دارند که با افزایش جریان، ولتاژ کاهش می یابد، یک نقطه عملیاتی بهینه وجود دارد که می تواند حداکثر توان را به دست آورد. شدت تابش خورشیدی در حال تغییر است و بدیهی است که نقطه کار بهینه نیز در حال تغییر است. در رابطه با این تغییرات، نقطه کار ماژول سلول خورشیدی همیشه در نقطه حداکثر توان نگه داشته می شود و سیستم همیشه حداکثر توان خروجی را از ماژول سلول خورشیدی به دست می آورد. این نوع کنترل، کنترل ردیابی حداکثر توان است. بزرگترین ویژگی اینورترهای مورد استفاده در سیستم های تولید انرژی خورشیدی این است که دارای عملکرد ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) هستند.

نوع

طبقه بندی دامنه کاربرد

(1) اینورتر معمولی

ورودی DC 12 ولت یا 24 ولت، AC 220 ولت، خروجی 50 هرتز، توان از 75 وات تا 5000 وات، برخی از مدل ها دارای تبدیل AC و DC هستند، یعنی عملکرد UPS.

(2) دستگاه همه کاره اینورتر/شارژر

در این نوع اینورتر، کاربران می توانند از اشکال مختلف برق برای تغذیه بارهای متناوب استفاده کنند: زمانی که برق AC وجود دارد، برق AC برای تغذیه بار از طریق اینورتر یا برای شارژ باتری استفاده می شود. هنگامی که برق AC وجود ندارد، باتری برای تغذیه بار AC استفاده می شود. . می توان از آن در ارتباط با منابع مختلف برق استفاده کرد: باتری ها، ژنراتورها، پنل های خورشیدی و توربین های بادی.

(3) اینورتر ویژه پست و مخابرات

ارائه اینورترهای 48 ولتی با کیفیت بالا برای خدمات پستی و مخابراتی. محصولات دارای کیفیت خوب، قابلیت اطمینان بالا، اینورترهای مدولار (ماژول 1 کیلووات است) و دارای عملکرد افزونگی N+1 هستند و قابل افزایش هستند (قدرت از 2 کیلو وات به 20 کیلووات). ).

(4) اینورتر ویژه برای هوانوردی و نظامی

این نوع اینورتر دارای ورودی 28Vdc است و می تواند خروجی های AC زیر را ارائه دهد: 26Vac, 115Vac, 230Vac. فرکانس خروجی آن می تواند 50 هرتز، 60 هرتز و 400 هرتز باشد و توان خروجی آن از 30 VA تا 3500 VA است. همچنین مبدل های DC-DC و مبدل های فرکانس اختصاص داده شده به هوانوردی وجود دارد.

طبقه بندی شکل موج خروجی

(1) اینورتر موج مربعی

خروجی شکل موج ولتاژ AC توسط اینورتر موج مربعی یک موج مربعی است. مدارهای اینورتر استفاده شده توسط این نوع اینورترها دقیقاً یکسان نیستند، اما ویژگی مشترک این است که مدار نسبتاً ساده است و تعداد لوله های کلید برق مورد استفاده کم است. توان طراحی به طور کلی بین صد وات تا یک کیلووات است. مزایای اینورتر موج مربعی عبارتند از: مدار ساده، قیمت ارزان و نگهداری آسان. نقطه ضعف آن این است که ولتاژ موج مربعی حاوی تعداد زیادی هارمونیک با مرتبه بالا است که باعث تلفات اضافی در وسایل بار با سلف یا ترانسفورماتورهای هسته آهنی می شود و باعث تداخل در رادیوها و برخی تجهیزات ارتباطی می شود. علاوه بر این، این نوع اینورتر دارای کاستی هایی از جمله ناکافی بودن محدوده تنظیم ولتاژ، عملکرد حفاظتی ناقص و نویز نسبتا زیاد است.

(2) اینورتر موج استپ

خروجی شکل موج ولتاژ AC توسط این نوع اینورتر یک موج پله ای است. خطوط مختلفی برای اینورتر وجود دارد که خروجی موج گام را دریافت کند و تعداد مراحل در شکل موج خروجی بسیار متفاوت است. مزیت اینورتر موج استپ این است که شکل موج خروجی به طور قابل توجهی در مقایسه با موج مربعی بهبود یافته و محتوای هارمونیک مرتبه بالا کاهش می یابد. هنگامی که مراحل به بیش از 17 برسد، شکل موج خروجی می تواند به یک موج شبه سینوسی دست یابد. هنگامی که از خروجی بدون ترانسفورماتور استفاده می شود، راندمان کلی بسیار بالا است. نقطه ضعف آن این است که مدار برهم نهی موج نردبانی از لوله های سوئیچ قدرت زیادی استفاده می کند و برخی از اشکال مدار به مجموعه های متعددی از ورودی های برق DC نیاز دارند. این موضوع برای گروه بندی و سیم کشی آرایه های سلول خورشیدی و شارژ متعادل باتری ها مشکل ایجاد می کند. علاوه بر این، ولتاژ موج راه پله هنوز هم تداخل فرکانس بالایی با رادیوها و برخی تجهیزات ارتباطی دارد.

اینورتر موج سینوسی

شکل موج ولتاژ AC خروجی توسط اینورتر موج سینوسی یک موج سینوسی است. از مزایای اینورتر موج سینوسی می توان به شکل موج خروجی خوب، اعوجاج بسیار کم، تداخل کم با رادیو و تجهیزات و نویز کم اشاره کرد. علاوه بر این، عملکردهای حفاظتی کامل و راندمان کلی بالایی دارد. معایب آن عبارتند از: مدار نسبتاً پیچیده است، به فناوری تعمیر و نگهداری بالا نیاز دارد و گران است.

طبقه بندی سه نوع اینورتر فوق برای طراحان و کاربران سیستم های فتوولتائیک و سیستم های برق بادی برای شناسایی و انتخاب اینورترها مفید است. در واقع، اینورترهای با شکل موج یکسان هنوز در اصول مدار، دستگاه های مورد استفاده، روش های کنترل و غیره تفاوت های زیادی دارند.

سایر روش های طبقه بندی

1. با توجه به فرکانس برق AC خروجی، می توان آن را به اینورتر فرکانس قدرت، اینورتر فرکانس متوسط ​​و اینورتر فرکانس بالا تقسیم کرد. فرکانس اینورتر فرکانس قدرت 50 تا 60 هرتز است. فرکانس اینورتر فرکانس متوسط ​​معمولاً 400 هرتز تا بیش از ده کیلوهرتز است. فرکانس اینورتر فرکانس بالا به طور کلی بیش از ده کیلوهرتز به مگاهرتز است.

2. با توجه به تعداد فازهای خروجی توسط اینورتر، می توان آن را به اینورتر تک فاز، اینورتر سه فاز و اینورتر چند فاز تقسیم کرد.

3. با توجه به مقصد قدرت خروجی اینورتر، می توان آن را به اینورتر فعال و اینورتر غیرفعال تقسیم کرد. هر اینورتر که انرژی الکتریکی خروجی را توسط اینورتر به شبکه برق صنعتی منتقل کند، اینورتر فعال نامیده می شود. هر اینورتر که انرژی الکتریکی خروجی را توسط اینورتر به مقداری بار الکتریکی منتقل کند، اینورتر غیرفعال نامیده می شود. دستگاه

4. با توجه به شکل مدار اصلی اینورتر، می توان آن را به اینورتر تک سر، اینورتر فشار کش، اینورتر نیم پل و اینورتر پل کامل تقسیم کرد.

5. با توجه به نوع دستگاه سوئیچینگ اصلی اینورتر می توان آن را به اینورتر تریستور، اینورتر ترانزیستور، اینورتر اثر میدانی و اینورتر ترانزیستور دوقطبی گیت عایق (IGBT) تقسیم کرد. می توان آن را به دو دسته اینورتر «نیمه کنترل» و اینورتر «کاملاً کنترل شده» تقسیم کرد. اولی قابلیت خود خاموش شدن را ندارد و قطعه پس از روشن شدن عملکرد کنترلی خود را از دست می دهد، بنابراین به آن "نیمه کنترل" می گویند و تریستورهای معمولی در این دسته قرار می گیرند. دومی توانایی خود خاموش شدن را دارد، یعنی دستگاهی وجود ندارد روشن و خاموش شدن را می توان توسط الکترود کنترل کنترل کرد، بنابراین به آن "نوع کاملاً کنترل شده" می گویند. ترانزیستورهای اثر میدان قدرت و ترانزیستورهای دو توان گیت عایق (IGBT) همگی به این دسته تعلق دارند.

6. با توجه به منبع تغذیه DC، می توان آن را به اینورتر منبع ولتاژ (VSI) و اینورتر منبع جریان (CSI) تقسیم کرد. در حالت اول، ولتاژ DC تقریباً ثابت است و ولتاژ خروجی یک موج مربع متناوب است. در حالت دوم، جریان DC تقریباً ثابت است و جریان خروجی یک موج مربع متناوب است.

7. با توجه به روش کنترل اینورتر، می توان آن را به مدولاسیون فرکانس (PFM) اینورتر و مدولاسیون عرض پالس (PWM) اینورتر تقسیم کرد.

8. با توجه به حالت کار مدار سوئیچینگ اینورتر، می توان آن را به اینورتر رزونانس، اینورتر سوئیچینگ فرکانس ثابت و اینورتر سوئیچینگ نرم فرکانس ثابت تقسیم کرد.

9. با توجه به روش کموتاسیون اینورتر، می توان آن را به اینورتر کموتاسیون بار و اینورتر خود کموتاسیون تقسیم کرد.

پارامترهای عملکرد:

پارامترها و شرایط فنی زیادی وجود دارد که عملکرد یک اینورتر را توصیف می کند. در اینجا ما فقط توضیح مختصری از پارامترهای فنی که معمولاً هنگام ارزیابی اینورترها استفاده می شود، ارائه می دهیم.

1. شرایط محیطی برای استفاده از اینورتر. شرایط استفاده عادی از اینورتر: ارتفاع از 1000 متر تجاوز نمی کند و دمای هوا 0 ~ + 40 درجه سانتیگراد است.

2. شرایط منبع تغذیه ورودی DC، محدوده نوسان ولتاژ DC ورودی: ± 15٪ از مقدار ولتاژ نامی بسته باتری.

3. ولتاژ خروجی نامی، در محدوده نوسان مجاز مشخص شده ولتاژ DC ورودی، نشان دهنده مقدار ولتاژ نامی است که اینورتر باید قادر به خروجی باشد. دقت پایدار مقدار ولتاژ نامی خروجی به طور کلی دارای مقررات زیر است:

(1) در طول عملیات حالت پایدار، محدوده نوسان ولتاژ باید محدود شود، به عنوان مثال، انحراف آن نباید از 3±٪ یا 5±٪ از مقدار نامی تجاوز کند.

(2) در شرایط دینامیکی که بار به طور ناگهانی تغییر می کند یا تحت تأثیر سایر عوامل تداخل قرار می گیرد، انحراف ولتاژ خروجی نباید از ± 8٪ یا ± 10٪ از مقدار نامی تجاوز کند.

4. فرکانس خروجی نامی، فرکانس ولتاژ AC خروجی اینورتر باید یک مقدار نسبتاً پایدار باشد، معمولا فرکانس قدرت 50 هرتز. انحراف باید در شرایط کاری عادی در حدود 1% باشد.

5. جریان خروجی نامی (یا ظرفیت خروجی نامی) جریان نامی خروجی اینورتر را در محدوده ضریب توان بار مشخص شده نشان می دهد. برخی از محصولات اینورتر ظرفیت خروجی نامی را ارائه می دهند که بر حسب VA یا kVA بیان می شود. ظرفیت نامی اینورتر زمانی است که ضریب توان خروجی 1 باشد (یعنی بار کاملاً مقاومتی)، ولتاژ نامی خروجی حاصل ضرب جریان نامی خروجی است.

6. راندمان خروجی رتبه بندی شده. راندمان اینورتر عبارت است از نسبت توان خروجی آن به توان ورودی در شرایط کاری مشخص که بر حسب درصد بیان می شود. راندمان اینورتر در ظرفیت خروجی نامی راندمان بار کامل است و راندمان در 10 درصد ظرفیت خروجی نامی راندمان بار کم است.

7. حداکثر محتوای هارمونیک اینورتر. برای یک اینورتر موج سینوسی، تحت بار مقاومتی، حداکثر محتوای هارمونیک ولتاژ خروجی باید ≤10٪ باشد.

8. ظرفیت اضافه بار اینورتر به توانایی اینورتر برای خروجی بیشتر از مقدار جریان نامی در مدت زمان کوتاه در شرایط مشخص اشاره دارد. ظرفیت اضافه بار اینورتر باید الزامات خاصی را تحت ضریب توان بار مشخص شده برآورده کند.

9. راندمان اینورتر نسبت توان اکتیو خروجی اینورتر به توان اکتیو ورودی (یا توان DC) تحت ولتاژ نامی خروجی، جریان خروجی و ضریب توان بار مشخص است.

10. ضریب توان بار بیانگر توانایی اینورتر برای حمل بارهای القایی یا خازنی است. در شرایط موج سینوسی، ضریب توان بار 0.7 تا 0.9 (تأخیر)، و مقدار نامی 0.9 است.

11. عدم تقارن بار. تحت یک بار نامتقارن 10٪، عدم تقارن ولتاژ خروجی یک اینورتر سه فاز فرکانس ثابت باید ≤10٪ باشد.

12. عدم تعادل ولتاژ خروجی. در شرایط عملیاتی معمولی، عدم تعادل ولتاژ سه فاز (نسبت مولفه توالی معکوس به جزء توالی مثبت) خروجی توسط اینورتر نباید از یک مقدار مشخص شده تجاوز کند که عموماً در درصد بیان می‌شود، مانند 5٪ یا 8٪.

13. مشخصه های راه اندازی: در شرایط عملیاتی عادی، اینورتر باید بتواند 5 بار متوالی در شرایط کارکرد بار کامل و بدون بار به طور معمول راه اندازی شود.

14. توابع حفاظتی، اینورتر باید راه اندازی شود: حفاظت از اتصال کوتاه، حفاظت از جریان اضافه، حفاظت از دمای بیش از حد، حفاظت از ولتاژ اضافه، حفاظت از ولتاژ پایین و حفاظت از افت فاز. در میان آنها، حفاظت از اضافه ولتاژ به این معنی است که برای اینورترهای بدون اقدامات تثبیت ولتاژ، باید اقدامات حفاظتی در برابر اضافه ولتاژ خروجی وجود داشته باشد تا ترمینال منفی را از آسیب ناشی از اضافه ولتاژ خروجی محافظت کند. حفاظت از اضافه جریان به حفاظت از اضافه جریان اینورتر اشاره دارد، که باید بتواند در هنگام اتصال کوتاه بار یا جریان بیش از حد مجاز، از عملکرد به موقع آن اطمینان حاصل کند تا از آسیب ناشی از جریان نوسانی محافظت کند.

15. تداخل و ضد تداخل، اینورتر باید قادر به مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی در محیط عمومی تحت شرایط کاری عادی مشخص باشد. عملکرد ضد تداخل و سازگاری الکترومغناطیسی اینورتر باید با استانداردهای مربوطه مطابقت داشته باشد.

16. اینورترهایی که مرتباً کار، نظارت و نگهداری نمی شوند باید ≤95db باشند. اینورترهایی که مرتباً کار می کنند، نظارت می شوند و نگهداری می شوند باید ≤80db باشند.

17. صفحه نمایش، اینورتر باید مجهز به نمایش داده پارامترهایی مانند ولتاژ خروجی AC، جریان خروجی و فرکانس خروجی و نمایش سیگنال ورودی، وضعیت برق و خطا باشد.

18. عملکرد ارتباطی. عملکرد ارتباط از راه دور به کاربران اجازه می دهد تا وضعیت عملکرد دستگاه و داده های ذخیره شده را بدون مراجعه به سایت بررسی کنند.

19. اعوجاج شکل موج ولتاژ خروجی. هنگامی که ولتاژ خروجی اینورتر سینوسی است، حداکثر اعوجاج شکل موج مجاز (یا محتوای هارمونیک) باید مشخص شود. معمولاً به عنوان کل اعوجاج شکل موج ولتاژ خروجی بیان می شود، مقدار آن نباید از 5٪ تجاوز کند (10٪ برای خروجی تک فاز مجاز است).

20. مشخصه های راه اندازی، که مشخص کننده توانایی اینورتر برای راه اندازی با بار و عملکرد آن در طول عملیات دینامیکی است. اینورتر باید از راه اندازی مطمئن تحت بار نامی اطمینان حاصل کند.

21. سر و صدا. ترانسفورماتورها، سلف های فیلتر، سوئیچ های الکترومغناطیسی، فن ها و سایر اجزای تجهیزات الکترونیکی قدرت همگی نویز تولید می کنند. هنگامی که اینورتر به طور معمول کار می کند، نویز آن نباید از 80dB تجاوز کند و صدای یک اینورتر کوچک نباید از 65dB تجاوز کند.

مشخصات باتری:

باتری PV

برای توسعه یک سیستم اینورتر خورشیدی، ابتدا مهم است که ویژگی های مختلف سلول های خورشیدی (سلول های PV) را درک کنیم. Rp و Rs مقاومت های انگلی هستند که در شرایط ایده آل به ترتیب بی نهایت و صفر هستند.

شدت نور و دما می تواند به طور قابل توجهی بر ویژگی های عملکرد سلول های PV تأثیر بگذارد. جریان متناسب با شدت نور است، اما تغییرات در نور تأثیر کمی بر ولتاژ عملیاتی دارد. با این حال، ولتاژ عملیاتی تحت تأثیر دما است. افزایش دمای باتری باعث کاهش ولتاژ کار می شود اما تاثیر کمی بر جریان تولید شده دارد. شکل زیر تاثیر دما و نور بر روی ماژول های PV را نشان می دهد.

تغییرات شدت نور نسبت به تغییرات دما تأثیر بیشتری بر توان خروجی باتری دارد. این برای همه مواد PV که معمولاً استفاده می شود صادق است. یک پیامد مهم ترکیب این دو اثر این است که قدرت یک سلول PV با کاهش شدت نور و/یا افزایش دما کاهش می‌یابد.

حداکثر نقطه توان (MPP)

سلول های خورشیدی می توانند در طیف وسیعی از ولتاژها و جریان ها کار کنند. MPP با افزایش مداوم بار مقاومتی روی سلول روشن از صفر (رویداد اتصال کوتاه) به مقدار بسیار بالا (رویداد مدار باز) تعیین می شود. MPP نقطه عملیاتی است که در آن V x I به حداکثر مقدار خود می رسد و در این شدت روشنایی می توان به حداکثر توان دست یافت. توان خروجی هنگامی که یک رویداد اتصال کوتاه (ولتاژ PV برابر با صفر) یا مدار باز (جریان PV برابر با صفر) رخ می دهد، صفر است.

سلول های خورشیدی سیلیکونی تک کریستالی با کیفیت بالا ولتاژ مدار باز 0.60 ولت در دمای 25 درجه سانتی گراد تولید می کنند. با نور کامل خورشید و دمای هوا 25 درجه سانتیگراد، دمای یک سلول مشخص ممکن است نزدیک به 45 درجه سانتیگراد باشد که ولتاژ مدار باز را به حدود 0.55 ولت کاهش می دهد. با افزایش دما، ولتاژ مدار باز تا زمان اتصال کوتاه ماژول PV کاهش می یابد.

حداکثر توان در دمای باتری 45 درجه سانتیگراد معمولاً در ولتاژ مدار باز 80 درصد و جریان اتصال کوتاه 90 درصد تولید می شود. جریان اتصال کوتاه باتری تقریباً متناسب با روشنایی است، و ولتاژ مدار باز ممکن است تنها 10٪ کاهش یابد که روشنایی 80٪ کاهش یابد. باتری‌های با کیفیت پایین‌تر با افزایش جریان، ولتاژ را سریع‌تر کاهش می‌دهند و در نتیجه توان موجود را کاهش می‌دهند. خروجی از 70% به 50% یا حتی فقط 25% کاهش یافت.

میکرواینورتر خورشیدی باید اطمینان حاصل کند که ماژول های PV در هر زمان معین در MPP کار می کنند تا بتوان حداکثر انرژی را از ماژول های PV به دست آورد. این را می توان با استفاده از یک حلقه کنترل حداکثر توان، که به عنوان ردیاب حداکثر توان نقطه (MPPT) نیز شناخته می شود، به دست آورد. دستیابی به نسبت بالای ردیابی MPP همچنین مستلزم آن است که ریپل ولتاژ خروجی PV به اندازه کافی کوچک باشد تا جریان PV هنگام کار در نزدیکی نقطه حداکثر توان تغییر زیادی نکند.

محدوده ولتاژ MPP ماژول های PV را معمولاً می توان در محدوده 25 ولت تا 45 ولت با تولید برق تقریباً 250 وات و ولتاژ مدار باز زیر 50 ولت تعریف کرد.

استفاده و نگهداری:

استفاده کنید

1. تجهیزات را کاملاً مطابق با الزامات دستورالعمل های عملکرد و تعمیر و نگهداری اینورتر متصل و نصب کنید. در حین نصب، باید به دقت بررسی کنید: آیا قطر سیم الزامات را برآورده می کند. آیا قطعات و پایانه ها در طول حمل و نقل شل هستند یا خیر. آیا قطعات عایق شده به خوبی عایق بندی شده اند. آیا اتصال زمین سیستم با مقررات مطابقت دارد یا خیر.

2. اینورتر باید کاملاً مطابق با دستورالعمل استفاده و نگهداری کار و استفاده شود. به ویژه: قبل از روشن کردن دستگاه، توجه کنید که آیا ولتاژ ورودی نرمال است یا خیر. در حین کار، توجه داشته باشید که آیا ترتیب روشن و خاموش کردن دستگاه صحیح است یا خیر و آیا نشانه های هر متر و چراغ نشانگر عادی است یا خیر.

3. اینورترها به طور کلی دارای حفاظت خودکار برای قطع شدن مدار، جریان اضافه، ولتاژ بیش از حد، گرمای بیش از حد و موارد دیگر هستند، بنابراین هنگامی که این پدیده ها رخ می دهند، نیازی به خاموش کردن دستی نیست. نقاط حفاظتی حفاظت خودکار عموماً در کارخانه تنظیم می شوند و نیازی به تنظیم مجدد نیست.

4. ولتاژ بالا در کابینت اینورتر وجود دارد. اپراتورها معمولاً مجاز به باز کردن درب کابینت نیستند و درب کابینت باید در مواقع عادی قفل شود.

5. هنگامی که دمای اتاق از 30 درجه سانتیگراد فراتر رفت، برای جلوگیری از خرابی تجهیزات و افزایش طول عمر تجهیزات باید اقدامات اتلاف حرارت و خنک کننده انجام شود.

تعمیر و نگهداری و بازرسی

1. به طور مرتب بررسی کنید که آیا سیم کشی هر قسمت از اینورتر محکم است و آیا شلی وجود دارد یا خیر. به طور خاص، فن، ماژول برق، ترمینال ورودی، ترمینال خروجی و زمین باید به دقت بررسی شوند.

2. پس از خاموش شدن آلارم، اجازه راه اندازی بلافاصله وجود ندارد. قبل از راه اندازی باید علت را کشف و تعمیر کرد. بازرسی باید دقیقاً مطابق با مراحل مشخص شده در دفترچه راهنمای تعمیر و نگهداری اینورتر انجام شود.

3. اپراتورها باید آموزش های ویژه ای ببینند و بتوانند علل عیوب عمومی را تعیین کرده و آنها را برطرف کنند، مانند تعویض ماهرانه فیوزها، قطعات و بردهای مدار آسیب دیده. پرسنل آموزش ندیده مجاز به کار با تجهیزات نیستند.

4. اگر حادثه ای رخ دهد که رفع آن مشکل است یا علت حادثه نامشخص است، باید سوابق دقیق حادثه نگهداری شود و به موقع به سازنده اینورتر برای رفع مشکل اطلاع داده شود.