Enciklopedijski uvod u solarne pretvarače

Inverter , također poznat kao regulator snage i regulator snage, bitan je dio fotonaponskog sustava. Glavna funkcija fotonaponskog pretvarača je pretvaranje istosmjerne struje koju generiraju solarni paneli u izmjeničnu struju koju koriste kućanski uređaji. Svu električnu energiju koju generiraju solarni paneli mora obraditi inverter prije nego što se može poslati u vanjski svijet. [1] Preko sklopa punog mosta, SPWM procesor se općenito koristi za modulaciju, filtriranje, povećanje napona itd. kako bi se dobila sinusoidalna izmjenična snaga koja odgovara frekvenciji rasvjetnog opterećenja, nazivnom naponu itd. za krajnje korisnike sustava. S inverterom, DC baterija se može koristiti za napajanje uređaja izmjeničnom strujom.

Uvod:

Solarni sustav za proizvodnju izmjenične struje sastoji se od solarnih panela, regulatora punjenja, pretvarača i baterije; solarni istosmjerni sustav za proizvodnju električne energije ne uključuje pretvarač. Proces pretvaranja izmjenične struje u istosmjernu zove se ispravljanje, krug koji dovršava funkciju ispravljanja naziva se ispravljački krug, a uređaj koji provodi proces ispravljanja naziva se ispravljački uređaj ili ispravljač. Sukladno tome, proces pretvaranja istosmjerne energije u izmjeničnu struju naziva se inverter, krug koji upotpunjuje funkciju invertera naziva se inverterski krug, a uređaj koji provodi inverterski proces naziva se inverterska oprema ili inverter.

Jezgra inverterskog uređaja je inverterski prekidački krug, koji se naziva inverterski krug. Ovaj krug dovršava funkciju pretvarača uključivanjem i isključivanjem elektroničke sklopke napajanja. Prebacivanje energetskih elektroničkih sklopnih uređaja zahtijeva određene pogonske impulse, a ti se impulsi mogu prilagoditi promjenom naponskog signala. Krug koji generira i regulira impulse često se naziva kontrolni krug ili upravljačka petlja. Osnovna struktura inverterskog uređaja uključuje, osim gore spomenutog inverterskog kruga i upravljačkog kruga, zaštitni krug, izlazni krug, ulazni krug, izlazni krug itd.

Značajke:

Zbog raznolikosti zgrada, neizbježno će dovesti do raznolikosti instalacija solarnih panela. Kako bismo maksimalno povećali učinkovitost pretvorbe solarne energije, uzimajući u obzir prekrasan izgled zgrade, to zahtijeva diverzifikaciju naših pretvarača kako bismo postigli najbolji način solarne energije. Pretvoriti.

Centralizirana inverzija

Centralizirani pretvarač se općenito koristi u sustavima velikih fotonaponskih elektrana (>10kW). Mnogi paralelni fotonaponski nizovi spojeni su na DC ulaz istog centraliziranog pretvarača. Općenito, trofazni IGBT moduli napajanja koriste se za veliku snagu. Manji koriste tranzistore s efektom polja i koriste kontrolere DSP pretvorbe za poboljšanje kvalitete generirane energije tako da je vrlo blizu sinusne struje. Najveća značajka je velika snaga i niska cijena sustava. Međutim, na učinkovitost i kapacitet proizvodnje električne energije cijelog fotonaponskog sustava utječe usklađivanje fotonaponskih nizova i djelomično zasjenjenje. U isto vrijeme, na pouzdanost proizvodnje električne energije cijelog fotonaponskog sustava utječe loše radno stanje određene grupe fotonaponskih jedinica. Najnoviji pravci istraživanja su korištenje kontrole prostorne vektorske modulacije i razvoj novih veza topologije pretvarača za postizanje visoke učinkovitosti u uvjetima djelomičnog opterećenja. Na centralizirani pretvarač SolarMax može se priključiti fotonaponska kutija sučelja za nadzor svakog niza fotonaponskih panela. Ako jedan od nizova ne radi ispravno, sustav će Informacije se prenose na daljinski upravljač, a ovaj niz se može zaustaviti daljinskim upravljačem, tako da kvar jednog fotonaponskog niza neće smanjiti ili utjecati na rad i izlaznu energiju. cjelokupnog fotonaponskog sustava.

Pretvarač žica

String pretvarači postali su najpopularniji pretvarači na međunarodnom tržištu. String inverter se temelji na modularnom konceptu. Svaki fotonaponski niz (1kW-5kW) prolazi kroz pretvarač, ima praćenje maksimalne vršne snage na DC kraju i spojen je paralelno na mrežu na AC kraju. Mnoge velike fotonaponske elektrane koriste string invertere. Prednost je što na njega ne utječu razlike u modulima i sjene između nizova, a ujedno se smanjuje optimalna radna točka fotonaponskih modula.

Neusklađenost s pretvaračem, čime se povećava proizvodnja električne energije. Ove tehničke prednosti ne samo da smanjuju troškove sustava, već i povećavaju pouzdanost sustava. U isto vrijeme, uvodi se koncept "master-slave" između nizova, tako da kada snaga jednog niza u sustavu ne može omogućiti rad jednog pretvarača, nekoliko grupa fotonaponskih nizova može se spojiti zajedno kako bi se omogućio jedan ili nekoliko njih na posao. , čime se proizvodi više električne energije. Najnoviji koncept je da nekoliko pretvarača međusobno formiraju "tim" kako bi zamijenili koncept "master-slave", čineći sustav pouzdanijim.

Pretvarač s više žica

Multi-string inverter koristi prednosti centraliziranog pretvarača i string invertera, izbjegava njihove nedostatke i može se primijeniti na fotonaponske elektrane s nekoliko kilovata. U pretvaraču s više žica uključeni su različiti individualni uređaji za praćenje vršne snage i DC-to-DC pretvarači. Istosmjerna struja se pretvara u izmjeničnu struju putem zajedničkog pretvarača istosmjerne struje u izmjeničnu struju i spaja na mrežu. Različite snage fotonaponskih nizova (npr. različita nazivna snaga, različit broj modula po nizu, različiti proizvođači modula itd.), različite veličine ili različite tehnologije fotonaponskih modula, različite orijentacije nizova (npr.: istok, jug i zapad) , različiti kutovi nagiba ili sjenčanje, mogu se spojiti na zajednički pretvarač, sa svakim nizom koji radi na svojoj maksimalnoj vršnoj snazi. U isto vrijeme, duljina DC kabela je smanjena, minimizirajući učinak zasjenjenja između žica i gubitak uzrokovan razlikama između žica.

Inverter komponenti

Modul inverter povezuje svaki fotonaponski modul s inverterom, a svaki modul ima neovisno praćenje maksimalne vršne snage, tako da modul i inverter bolje surađuju. Obično se koristi u fotonaponskim elektranama od 50 W do 400 W, a ukupna učinkovitost niža je od one kod string invertera. Budući da su paralelno povezani na AC strani, to povećava složenost ožičenja na AC strani i otežava održavanje. Još jedna stvar koju treba riješiti je kako se učinkovitije spojiti na mrežu. Jednostavan način je izravno spajanje na mrežu putem običnih AC utičnica, što može smanjiti troškove i ugradnju opreme, ali često sigurnosni standardi električne mreže na raznim mjestima to ne dopuštaju. Pritom se elektroprivreda može usprotiviti izravnom spajanju generatora na običnu kućnu utičnicu. Drugi čimbenik povezan sa sigurnošću je je li potreban izolacijski transformator (visokofrekventni ili niskofrekventni) ili je dopušten pretvarač bez transformatora. Ovaj pretvarač se najčešće koristi u staklenim zavjesama.

Učinkovitost solarnog pretvarača

Učinkovitost solarnih pretvarača odnosi se na rastuće tržište solarnih pretvarača (fotonaponskih pretvarača) zbog potražnje za obnovljivom energijom. A ovi pretvarači zahtijevaju izuzetno visoku učinkovitost i pouzdanost. Strujni krugovi koji se koriste u ovim pretvaračima su ispitani i preporučeni su najbolji izbori za sklopne i ispravljačke uređaje. Opća struktura fotonaponskog pretvarača prikazana je na slici 1. Postoje tri različita pretvarača na izbor. Sunčeva svjetlost obasjava solarne module povezane u seriju, a svaki modul sadrži skup jedinica solarnih ćelija povezanih u seriju. Napon istosmjerne struje (DC) koji generiraju solarni moduli je reda veličine nekoliko stotina volti, ovisno o uvjetima osvjetljenja niza modula, temperaturi ćelija i broju serijski spojenih modula.

Primarna funkcija ovog tipa pretvarača je pretvaranje ulaznog istosmjernog napona u stabilnu vrijednost. Ova se funkcija provodi putem pretvarača pojačanja i zahtijeva prekidač za pojačanje i diodu za pojačanje. U prvoj arhitekturi, nakon stupnja pojačanja slijedi izolirani pretvarač punog mosta. Svrha transformatora punog mosta je osigurati izolaciju. Drugi premosni pretvarač na izlazu koristi se za pretvaranje istosmjerne struje iz premosnog pretvarača prvog stupnja u napon izmjenične struje (AC). Njegov se izlaz filtrira prije spajanja na AC mrežnu mrežu preko dodatnog relejnog prekidača s dvostrukim kontaktom, kako bi se osigurala sigurna izolacija u slučaju kvara i izolacija od opskrbne mreže noću. Druga struktura je neizolirana shema. Među njima, izmjenični napon se izravno generira izlazom istosmjernog napona u stupnju pojačanja. Treća struktura koristi inovativnu topologiju prekidača napajanja i energetskih dioda za integraciju funkcija dijelova za pojačanje i generiranje izmjenične struje u namjensku topologiju, čineći pretvarač što je moguće učinkovitijim unatoč vrlo niskoj učinkovitosti pretvorbe solarnog panela. Blizu 100%, ali vrlo važno. U Njemačkoj se očekuje da će serijski modul od 3 kW instaliran na krovu okrenutom prema jugu generirati 2550 kWh godišnje. Ako se učinkovitost pretvarača poveća s 95% na 96%, može se proizvesti dodatnih 25kWh električne energije svake godine. Trošak korištenja dodatnih solarnih modula za generiranje ovih 25kWh jednak je dodavanju pretvarača. Budući da povećanje učinkovitosti s 95% na 96% neće udvostručiti trošak pretvarača, ulaganje u učinkovitiji pretvarač je neizbježan izbor. Za dizajne u nastajanju, povećanje učinkovitosti pretvarača na najisplativiji način ključni je kriterij dizajna. Što se tiče pouzdanosti i cijene pretvarača, to su dva druga kriterija dizajna. Veća učinkovitost smanjuje fluktuacije temperature tijekom ciklusa opterećenja, čime se poboljšava pouzdanost, tako da su ove smjernice zapravo povezane. Korištenje modula također će povećati pouzdanost.

Boost prekidač i dioda

Sve prikazane topologije zahtijevaju brze prekidače napajanja. Stupanj pojačanja i stupanj pretvorbe punog mosta zahtijevaju brze sklopne diode. Osim toga, sklopke optimizirane za niskofrekventne (100Hz) sklopke također su korisne za ove topologije. Za bilo koju tehnologiju silicija, sklopke optimizirane za brzo prebacivanje imat će veće gubitke vodljivosti nego sklopke optimizirane za aplikacije niskofrekventnih sklopki.

Stupanj pojačanja općenito je dizajniran kao pretvarač kontinuiranog strujnog moda. Ovisno o broju solarnih modula u nizu koji se koristi u pretvaraču, možete odabrati hoćete li koristiti uređaje od 600V ili 1200V. Dva izbora za sklopke snage su MOSFET i IGBT. Općenito govoreći, MOSFET-ovi mogu raditi na višim sklopnim frekvencijama nego IGBT-ovi. Osim toga, uvijek se mora uzeti u obzir utjecaj kućišta diode: u slučaju stupnja pojačanja to nije problem jer dioda tijela ne provodi u normalnom načinu rada. Gubici vodljivosti MOSFET-a mogu se izračunati iz otpora uključenog RDS(ON), koji je proporcionalan efektivnoj površini matrice za danu obitelj MOSFET-a. Kada se nazivni napon promijeni sa 600 V na 1200 V, gubici vodljivosti MOSFET-a će se znatno povećati. Stoga, čak i ako je nazivni RDS(ON) ekvivalentan, MOSFET od 1200 V nije dostupan ili je cijena previsoka.

Za prekidače za pojačanje ocijenjene na 600 V, mogu se koristiti superjunkcijski MOSFET-ovi. Za visokofrekventne komutacijske aplikacije, ova tehnologija ima najbolje gubitke vodljivosti. MOSFET-ovi s RDS(ON) vrijednostima ispod 100 miliohma u TO-220 paketima i MOSFET-ovi s RDS(ON) vrijednostima ispod 50 miliohma u TO-247 paketima. Za solarne invertere koji zahtijevaju 1200V napajanje, IGBT je odgovarajući izbor. Naprednije IGBT tehnologije, kao što su NPT Trench i NPT Field Stop, optimizirane su za smanjenje gubitaka vodljivosti, ali nauštrb većih gubitaka pri prebacivanju, što ih čini manje prikladnima za primjene pojačanja na visokim frekvencijama.

Na temelju stare NPT planarne tehnologije razvijen je uređaj FGL40N120AND koji može poboljšati učinkovitost kruga pojačanja s visokom frekvencijom prebacivanja. Ima EOFF od 43uJ/A. U usporedbi s uređajima s naprednijom tehnologijom, EOFF je 80uJ/A, ali ga je potrebno postići. Ova vrsta izvedbe je vrlo teška. Nedostatak uređaja FGL40N120AND je taj što je pad napona zasićenja VCE(SAT) (3,0 V naspram 2,1 V na 125ºC) visok, ali njegovi niski gubici pri prebacivanju na visokim frekvencijama uključivanja više nego nadoknađuju to. Uređaj također integrira antiparalelnu diodu. Pod normalnim radom pojačanja, ova dioda neće voditi. Međutim, tijekom pokretanja ili tijekom prijelaznih uvjeta, moguće je da se krug pojačanja prebaci u aktivni način rada, u kojem će slučaju antiparalelna dioda voditi. Budući da sam IGBT nema ugrađenu diodu, ova dioda u pakiranju je potrebna kako bi se osigurao pouzdan rad. Za pojačane diode potrebne su diode za brzi oporavak kao što su Stealth™ ili ugljično-silicijske diode. Ugljično-silicijske diode imaju vrlo nizak prednji napon i gubitke. Prilikom odabira boost diode, mora se uzeti u obzir učinak reverzne povratne struje (ili spojnog kapaciteta karbon-silicijske diode) na boost sklopku, jer će to rezultirati dodatnim gubicima. Ovdje novo lansirana Stealth II dioda FFP08S60S može pružiti bolje performanse. Kada je VDD=390V, ID=8A, di/dt=200A/us, a temperatura kućišta je 100ºC, izračunati prekidački gubitak manji je od parametra FFP08S60S od 205mJ. Korištenjem ISL9R860P2 Stealth diode, ova vrijednost doseže 225 mJ. Stoga se time također poboljšava učinkovitost pretvarača pri visokim frekvencijama prekidanja.

Mosne sklopke i diode

Nakon MOSFET punog mostnog filtriranja, izlazni most generira 50Hz sinusoidalni napon i strujni signal. Uobičajena implementacija je korištenje standardne arhitekture punog mosta (Slika 2). Na slici, ako su prekidači na gornjem lijevom i donjem desnom dijelu uključeni, pozitivni napon se učitava između lijevog i desnog terminala; ako su prekidači na gornjem desnom i donjem lijevom dijelu uključeni, negativni napon se puni između lijevog i desnog terminala. Za ovu aplikaciju samo je jedan prekidač uključen tijekom određenog vremenskog razdoblja. Jedan prekidač se može prebaciti na PWM visoku frekvenciju, a drugi prekidač na nisku frekvenciju 50Hz. Budući da se bootstrap krug oslanja na pretvorbu niskih uređaja, uređaji niske razine se prebacuju na PWM visoku frekvenciju, dok se uređaji visoke klase prebacuju na nisku frekvenciju od 50 Hz. Ova aplikacija koristi prekidač napajanja od 600 V, tako da je superspoj MOSFET od 600 V vrlo prikladan za ovaj brzi sklopni uređaj. Budući da će ovi preklopni uređaji izdržati potpunu obrnutu struju oporavka drugih uređaja kada je sklopka uključena, superspojni uređaji za brzi oporavak kao što je 600 V FCH47N60F idealan su izbor. Njegov RDS(ON) je 73 miliohma, a njegov gubitak vodljivosti je vrlo nizak u usporedbi s drugim sličnim uređajima za brzi oporavak. Kada ovaj uređaj pretvara na 50 Hz, nema potrebe za korištenjem značajke brzog oporavka. Ovi uređaji imaju izvrsne dv/dt i di/dt karakteristike, što poboljšava pouzdanost sustava u usporedbi sa standardnim superspojnim MOSFET-ovima.

Još jedna opcija koju vrijedi istražiti je korištenje uređaja FGH30N60LSD. To je 30A/600V IGBT s naponom zasićenja VCE(SAT) od samo 1,1V. Njegov gubitak pri isključivanju EOFF je vrlo visok, doseže 10 mJ, tako da je prikladan samo za niskofrekventnu pretvorbu. MOSFET od 50 miliohma ima otpor RDS(ON) od 100 miliohma na radnoj temperaturi. Stoga, na 11A, ima isti VDS kao VCE(SAT) IGBT-a. Budući da se ovaj IGBT temelji na starijoj tehnologiji kvara, VCE(SAT) se ne mijenja mnogo s temperaturom. Ovaj IGBT stoga smanjuje ukupne gubitke u izlaznom mostu, čime se povećava ukupna učinkovitost pretvarača. Korisna je i činjenica da se FGH30N60LSD IGBT prebacuje s jedne tehnologije pretvorbe energije na drugu namjensku topologiju svakih pola ciklusa. IGBT se ovdje koriste kao topološki prekidači. Za brže prebacivanje koriste se konvencionalni superspojni uređaji i uređaji za brzi oporavak. Za namjensku topologiju od 1200 V i strukturu punog mosta, gore spomenuti FGL40N120AND je prekidač koji je vrlo prikladan za nove visokofrekventne solarne pretvarače. Kada specijalizirane tehnologije zahtijevaju diode, Stealth II, Hyperfast™ II diode i ugljikovo-silicijske diode odlična su rješenja.

funkcija:

Inverter ne samo da ima funkciju pretvorbe istosmjerne struje u izmjeničnu, već također ima funkciju maksimiziranja performansi solarnih ćelija i funkciju zaštite sustava od grešaka. Ukratko, postoje funkcije automatskog rada i isključivanja, funkcija kontrole praćenja maksimalne snage, funkcija sprječavanja neovisnog rada (za sustave spojene na mrežu), funkcija automatskog podešavanja napona (za sustave spojene na mrežu), funkcija detekcije istosmjerne struje (za sustave spojene na mrežu ), i DC otkrivanje uzemljenja. Funkcija (za sustave spojene na mrežu). Ovdje je kratki uvod u funkcije automatskog pokretanja i isključivanja te funkciju kontrole praćenja maksimalne snage.

Automatski rad i funkcija isključivanja: Nakon izlaska sunca ujutro, intenzitet sunčevog zračenja postupno se povećava, a povećava se i snaga solarne ćelije. Kada se postigne izlazna snaga potrebna za rad pretvarača, pretvarač automatski počinje raditi. Nakon ulaska u rad, pretvarač će cijelo vrijeme pratiti izlaz modula solarnih ćelija. Sve dok je izlazna snaga modula solarnih ćelija veća od izlazne snage potrebne za zadatak pretvarača, pretvarač će nastaviti raditi; zaustavit će se do zalaska sunca, čak i ako pretvarač može raditi i kišnih dana. Kada izlaz solarnog modula postane manji i izlaz pretvarača se približi 0, pretvarač ulazi u stanje pripravnosti.

Kontrolna funkcija praćenja maksimalne snage: Izlaz modula solarne ćelije mijenja se s intenzitetom sunčevog zračenja i temperaturom samog modula solarne ćelije (temperatura čipa). Osim toga, budući da moduli solarnih ćelija imaju karakteristiku da se napon smanjuje kako struja raste, postoji optimalna radna točka koja može postići maksimalnu snagu. Mijenja se intenzitet sunčevog zračenja, a očito se mijenja i optimalna radna točka. Povezano s ovim promjenama, radna točka modula solarnih ćelija uvijek se održava na točki maksimalne snage, a sustav uvijek dobiva maksimalnu izlaznu snagu iz modula solarnih ćelija. Ova vrsta kontrole je kontrola praćenja maksimalne snage. Najveća značajka pretvarača koji se koriste u sustavima za proizvodnju solarne energije je da uključuju funkciju praćenja maksimalne snage (MPPT).

tip

Klasifikacija opsega primjene

(1) Obični pretvarač

DC 12V ili 24V ulaz, AC 220V, 50Hz izlaz, snaga od 75W do 5000W, neki modeli imaju AC i DC konverziju, odnosno UPS funkciju.

(2) Inverter/punjač sve-u-jednom stroj

U ovoj vrsti pretvarača korisnici mogu koristiti različite oblike napajanja za napajanje izmjeničnog napajanja: kada postoji izmjenično napajanje, izmjenično napajanje se koristi za napajanje opterećenja kroz pretvarač ili za punjenje baterije; kada nema izmjeničnog napajanja, baterija se koristi za napajanje izmjeničnog opterećenja. . Može se koristiti u kombinaciji s različitim izvorima energije: baterijama, generatorima, solarnim panelima i vjetroturbinama.

(3) Specijalni pretvarač za poštu i telekomunikacije

Osigurajte visokokvalitetne 48V pretvarače za poštanske i telekomunikacijske usluge. Proizvodi su kvalitetni, visoke pouzdanosti, modularni (modul je 1KW) pretvarači, imaju N+1 redundantnu funkciju i mogu se proširivati ​​(snaga od 2KW do 20KW). ).

(4) Specijalni pretvarač za zrakoplovstvo i vojsku

Ova vrsta pretvarača ima 28Vdc ulaz i može pružiti sljedeće AC izlaze: 26Vac, 115Vac, 230Vac. Njegova izlazna frekvencija može biti: 50Hz, 60Hz i 400Hz, a izlazna snaga se kreće od 30VA do 3500VA. Tu su i DC-DC pretvarači i frekvencijski pretvarači namijenjeni zrakoplovstvu.

Klasifikacija izlaznog valnog oblika

(1) Izmjenjivač pravokutnog vala

Izlazni oblik valnog oblika izmjeničnog napona pretvarača kvadratnog vala je kvadratni val. Inverterski krugovi koje koristi ova vrsta pretvarača nisu potpuno isti, ali zajednička značajka je da je krug relativno jednostavan i da je broj korištenih cijevi prekidača snage mali. Projektirana snaga je općenito između sto vata i jednog kilovata. Prednosti pravokutnog pretvarača su: jednostavan sklop, niska cijena i jednostavno održavanje. Nedostatak je taj što pravokutni napon sadrži velik broj harmonika visokog reda, koji će proizvesti dodatne gubitke u uređajima za opterećenje s induktorima ili transformatorima sa željeznom jezgrom, uzrokujući smetnje radiju i nekoj komunikacijskoj opremi. Osim toga, ovaj tip pretvarača ima nedostatke kao što su nedovoljan raspon regulacije napona, nepotpuna zaštitna funkcija i relativno visok šum.

(2) Izmjenjivač stupnjevitog vala

Valni oblik izmjeničnog napona ove vrste pretvarača je koračni val. Postoji mnogo različitih linija za izmjenjivač kako bi se ostvario izlazni valni korak, a broj koraka u obliku izlaznog vala uvelike varira. Prednost invertora sa koračnim valom je u tome što je izlazni valni oblik značajno poboljšan u usporedbi s kvadratnim valom, a sadržaj harmonika visokog reda je smanjen. Kada koraci dosegnu više od 17, izlazni valni oblik može postići kvazi-sinusoidalni val. Kada se koristi izlaz bez transformatora, ukupna učinkovitost je vrlo visoka. Nedostatak je u tome što krug superpozicije ljestvičastog vala koristi mnogo cijevi sklopke za napajanje, a neki od oblika sklopa zahtijevaju višestruke ulaze istosmjerne struje. To dovodi do problema s grupiranjem i ožičenjem nizova solarnih ćelija i uravnoteženim punjenjem baterija. Osim toga, valni napon stubišta još uvijek ima neke visokofrekventne smetnje za radio i neku komunikacijsku opremu.

Inverter sinusnog vala

Valni oblik izmjeničnog napona iz pretvarača sinusnog vala je sinusni val. Prednosti pretvarača sinusnog vala su da ima dobar izlazni valni oblik, vrlo nisko izobličenje, male smetnje radiju i opremi te nisku razinu buke. Osim toga, ima potpune zaštitne funkcije i visoku ukupnu učinkovitost. Nedostaci su: krug je relativno složen, zahtijeva visoku tehnologiju održavanja i skup je.

Klasifikacija gornje tri vrste pretvarača korisna je dizajnerima i korisnicima fotonaponskih sustava i sustava vjetroelektrana za prepoznavanje i odabir pretvarača. Zapravo, pretvarači s istim valnim oblikom i dalje imaju velike razlike u načelima strujnog kruga, korištenim uređajima, metodama upravljanja itd.

Ostale metode klasifikacije

1. Prema frekvenciji izlazne izmjenične struje, može se podijeliti na pretvarač električne frekvencije, pretvarač srednje frekvencije i pretvarač visoke frekvencije. Frekvencija pretvarača frekvencije snage je 50 do 60Hz; frekvencija pretvarača srednje frekvencije općenito je 400Hz do više od deset kHz; frekvencija visokofrekventnog pretvarača općenito je veća od deset kHz do MHz.

2. Prema broju faza koje emitira pretvarač, može se podijeliti na jednofazni pretvarač, trofazni pretvarač i višefazni pretvarač.

3. Prema odredištu izlazne snage pretvarača, može se podijeliti na aktivni pretvarač i pasivni pretvarač. Svaki pretvarač koji prenosi električnu energiju koju pretvarač emitira u industrijsku energetsku mrežu naziva se aktivni pretvarač; bilo koji pretvarač koji prenosi električnu energiju koju pretvarač emitira na neko električno opterećenje naziva se pasivni pretvarač. uređaj.

4. Prema obliku glavnog strujnog kruga pretvarača, može se podijeliti na jednostrani pretvarač, push-pull pretvarač, polumostni pretvarač i puni mostni pretvarač.

5. Prema vrsti glavnog sklopnog uređaja pretvarača, može se podijeliti na tiristorski pretvarač, tranzistorski pretvarač, pretvarač s efektom polja i pretvarač bipolarnog tranzistora s izoliranim vratima (IGBT). Može se podijeliti u dvije kategorije: "polukontrolirani" pretvarač i "potpuno kontrolirani" pretvarač. Prvi nema mogućnost samoisključivanja, a komponenta nakon uključivanja gubi funkciju upravljanja, pa se naziva "polukontroliranim" iu tu kategoriju spadaju obični tiristori; potonji ima mogućnost samoisključivanja, odnosno nema uređaja. Uključivanjem i isključivanjem može se upravljati kontrolnom elektrodom, pa se naziva "potpuno kontrolirani tip". Tranzistori s efektom polja i dvostruki tranzistori s izoliranim vratima (IGBT) pripadaju ovoj kategoriji.

6. Prema istosmjernom napajanju, može se podijeliti na pretvarač izvora napona (VSI) i pretvarač izvora struje (CSI). U prvom je istosmjerni napon gotovo konstantan, a izlazni napon je izmjenični kvadratni val; u potonjem, istosmjerna struja je gotovo konstantna, a izlazna struja je izmjenični kvadratni val.

7. Prema načinu upravljanja pretvaračem, može se podijeliti na pretvarač s frekvencijskom modulacijom (PFM) i pretvarač s modulacijom širine impulsa (PWM).

8. Prema načinu rada sklopnog kruga invertera, može se podijeliti na rezonantni pretvarač, pretvarač s fiksnom frekvencijom i pretvarač s mekom sklopkom.

9. Prema načinu komutacije pretvarača, može se podijeliti na pretvarač s komutacijom opterećenja i pretvarač s samokomutacijom.

Parametri izvedbe:

Postoje mnogi parametri i tehnički uvjeti koji opisuju izvedbu pretvarača. Ovdje dajemo samo kratko objašnjenje tehničkih parametara koji se obično koriste pri ocjenjivanju pretvarača.

1. Uvjeti okoline za korištenje pretvarača. Uobičajeni uvjeti uporabe pretvarača: nadmorska visina ne prelazi 1000 m, a temperatura zraka je 0~+40 ℃.

2. Uvjeti istosmjernog ulaznog napajanja, raspon fluktuacije ulaznog istosmjernog napona: ±15% nazivne vrijednosti napona baterije.

3. Nazivni izlazni napon, unutar navedenog dopuštenog raspona fluktuacije ulaznog istosmjernog napona, predstavlja vrijednost nazivnog napona koju bi pretvarač trebao moći isporučiti. Stabilna točnost vrijednosti izlaznog nazivnog napona općenito ima sljedeće odredbe:

(1) Tijekom stacionarnog rada, raspon fluktuacije napona treba biti ograničen, na primjer, njegovo odstupanje ne smije prelaziti ±3% ili ±5% nazivne vrijednosti.

(2) U dinamičkim situacijama u kojima se opterećenje iznenada mijenja ili na njega utječu drugi čimbenici smetnje, odstupanje izlaznog napona ne smije premašiti ±8% ili ±10% nazivne vrijednosti.

4. Nazivna izlazna frekvencija, frekvencija izlaznog izmjeničnog napona pretvarača trebala bi biti relativno stabilna vrijednost, obično frekvencija napajanja od 50 Hz. Odstupanje bi trebalo biti unutar ±1% u normalnim radnim uvjetima.

5. Nazivna izlazna struja (ili nazivni izlazni kapacitet) označava nazivnu izlaznu struju pretvarača unutar navedenog raspona faktora snage opterećenja. Neki inverterski proizvodi daju nazivni izlazni kapacitet, izražen u VA ili kVA. Nazivni kapacitet pretvarača je kada je izlazni faktor snage 1 (to jest, čisto otporno opterećenje), nazivni izlazni napon je proizvod nazivne izlazne struje.

6. Nazivna izlazna učinkovitost. Učinkovitost pretvarača je omjer njegove izlazne snage prema ulaznoj snazi ​​u određenim radnim uvjetima, izražen u %. Učinkovitost pretvarača pri nazivnom izlaznom kapacitetu je učinkovitost punog opterećenja, a učinkovitost pri 10% nazivnog izlaznog kapaciteta je učinkovitost niskog opterećenja.

7. Maksimalni harmonički sadržaj pretvarača. Za pretvarač sinusnog vala, pod otpornim opterećenjem, maksimalni sadržaj harmonika izlaznog napona trebao bi biti ≤10%.

8. Kapacitet preopterećenja pretvarača odnosi se na sposobnost pretvarača da proizvede više od nazivne vrijednosti struje u kratkom vremenskom razdoblju pod određenim uvjetima. Kapacitet preopterećenja pretvarača treba zadovoljiti određene zahtjeve pod navedenim faktorom snage opterećenja.

9. Učinkovitost pretvarača je omjer izlazne aktivne snage pretvarača prema ulaznoj radnoj snazi ​​(ili istosmjernoj snazi) pod nazivnim izlaznim naponom, izlaznom strujom i specificiranim faktorom snage opterećenja.

10. Faktor snage opterećenja predstavlja sposobnost pretvarača da nosi induktivna ili kapacitivna opterećenja. Pod uvjetima sinusnog vala, faktor snage opterećenja je 0,7~0,9 (kašnjenje), a nazivna vrijednost je 0,9.

11. Asimetrija opterećenja. Pod asimetričnim opterećenjem od 10%, asimetrija izlaznog napona trofaznog pretvarača s fiksnom frekvencijom trebala bi biti ≤10%.

12. Neravnoteža izlaznog napona. Pod normalnim radnim uvjetima, neravnoteža trofaznog napona (omjer komponente obrnutog slijeda prema komponenti pozitivnog slijeda) izlaza pretvarača ne bi trebala premašiti određenu vrijednost, općenito izraženu u %, kao što je 5 % ili 8 %.

13. Karakteristike pokretanja: Pod normalnim radnim uvjetima, pretvarač bi trebao biti u stanju normalno startati 5 puta zaredom pod punim opterećenjem i radnim uvjetima bez opterećenja.

14. Zaštitne funkcije, pretvarač treba postaviti: zaštita od kratkog spoja, zaštita od prekomjerne struje, zaštita od previsoke temperature, zaštita od prenapona, zaštita od podnapona i zaštita od gubitka faze. Među njima, zaštita od prenapona znači da za pretvarače bez mjera stabilizacije napona trebaju postojati mjere zaštite od prenapona na izlazu kako bi se zaštitio negativni terminal od oštećenja izazvanim prenaponom na izlazu. Prekostrujna zaštita odnosi se na prekostrujnu zaštitu pretvarača, koja bi trebala biti u stanju osigurati pravodobno djelovanje kada je opterećenje u kratkom spoju ili struja premaši dopuštenu vrijednost kako bi ga zaštitila od oštećenja udarnom strujom.

15. Smetnje i zaštita od smetnji, pretvarač bi trebao moći izdržati elektromagnetske smetnje u općem okruženju pod određenim normalnim radnim uvjetima. Učinak zaštite od smetnji i elektromagnetska kompatibilnost pretvarača moraju biti u skladu s relevantnim standardima.

16. Izmjenjivači koji se često ne koriste, nadziru i održavaju trebaju biti ≤95db; pretvarači koji se često koriste, nadziru i održavaju trebaju biti ≤80db.

17. Zaslon, pretvarač treba biti opremljen prikazom podataka o parametrima kao što su izmjenični izlazni napon, izlazna struja i izlazna frekvencija, te prikazom signala ulaza pod naponom, pod naponom i statusa greške.

18. Funkcija komunikacije. Funkcija daljinske komunikacije omogućuje korisnicima provjeru radnog statusa stroja i pohranjenih podataka bez odlaska na mjesto.

19. Izobličenje valnog oblika izlaznog napona. Kada je izlazni napon pretvarača sinusoidan, treba odrediti maksimalno dopušteno izobličenje valnog oblika (ili harmonijski sadržaj). Obično se izražava kao ukupno izobličenje valnog oblika izlaznog napona, njegova vrijednost ne smije premašiti 5% (10% je dopušteno za jednofazni izlaz).

20. Karakteristike pokretanja, koje karakteriziraju sposobnost pokretanja pretvarača s opterećenjem i njegove performanse tijekom dinamičkog rada. Pretvarač treba osigurati pouzdano pokretanje pod nazivnim opterećenjem.

21. Buka. Transformatori, filtarski induktori, elektromagnetske sklopke, ventilatori i druge komponente u energetskoj elektroničkoj opremi proizvode buku. Kada pretvarač radi normalno, njegova buka ne smije prelaziti 80 dB, a buka malog pretvarača ne smije prelaziti 65 dB.

Karakteristike baterije:

PV baterija

Za razvoj solarnog inverterskog sustava, važno je prvo razumjeti različite karakteristike solarnih ćelija (PV ćelija). Rp i Rs su parazitski otpori, koji su u idealnim okolnostima beskonačni odnosno nula.

Intenzitet svjetlosti i temperatura mogu značajno utjecati na radne karakteristike fotonaponskih ćelija. Struja je proporcionalna intenzitetu svjetla, ali promjene u svjetlu imaju mali utjecaj na radni napon. Međutim, na radni napon utječe temperatura. Povećanje temperature baterije smanjuje radni napon, ali ima mali učinak na generiranu struju. Donja slika ilustrira učinke temperature i svjetla na PV module.

Promjene u intenzitetu svjetla imaju veći utjecaj na izlaznu snagu baterije od promjena u temperaturi. Ovo vrijedi za sve uobičajeno korištene PV materijale. Važna posljedica kombinacije ova dva učinka je da se snaga PV ćelije smanjuje sa smanjenjem intenziteta svjetlosti i/ili povećanjem temperature.

Maksimalna točka snage (MPP)

Solarne ćelije mogu raditi u širokom rasponu napona i struja. MPP se određuje kontinuiranim povećanjem otpornog opterećenja na osvijetljenoj ćeliji od nule (događaj kratkog spoja) do vrlo visoke vrijednosti (događaj prekida kruga). MPP je radna točka u kojoj V x I doseže svoju maksimalnu vrijednost i pri ovom intenzitetu osvjetljenja može se postići maksimalna snaga. Izlazna snaga kada se dogodi događaj kratkog spoja (PV napon jednak nuli) ili prekida kruga (PV struja jednaka nuli) je nula.

Solarne ćelije od monokristalnog silicija visoke kvalitete proizvode napon otvorenog kruga od 0,60 volti na temperaturi od 25°C. Uz punu sunčevu svjetlost i temperaturu zraka od 25°C, temperatura određene ćelije može biti blizu 45°C, što će smanjiti napon otvorenog kruga na oko 0,55 V. Kako temperatura raste, napon otvorenog kruga nastavlja se smanjivati ​​sve do kratkog spoja PV modula.

Maksimalna snaga pri temperaturi baterije od 45°C obično se proizvodi pri 80% napona otvorenog kruga i 90% struje kratkog spoja. Struja kratkog spoja baterije gotovo je proporcionalna osvjetljenju, a napon otvorenog kruga može se smanjiti samo za 10% kada se osvjetljenje smanji za 80%. Baterije slabije kvalitete brže će smanjiti napon kada se struja poveća, čime se smanjuje dostupna snaga. Proizvodnja je pala sa 70% na 50%, ili čak samo 25%.

Solarni mikroinverter mora osigurati da fotonaponski moduli rade na MPP-u u bilo kojem trenutku kako bi se iz fotonaponskih modula mogla dobiti maksimalna energija. To se može postići pomoću kontrolne petlje maksimalne snage, također poznate kao Praćenje maksimalne snage (MPPT). Postizanje visokog omjera MPP praćenja također zahtijeva da valovitost PV izlaznog napona bude dovoljno mala tako da se PV struja ne mijenja previše kada radi blizu točke maksimalne snage.

Raspon MPP napona fotonaponskih modula obično se može definirati u rasponu od 25 V do 45 V, s proizvodnjom energije od približno 250 W i naponom otvorenog kruga ispod 50 V.

Upotreba i održavanje:

koristiti

1. Spojite i instalirajte opremu strogo u skladu sa zahtjevima uputa za rad i održavanje pretvarača. Tijekom instalacije pažljivo provjerite: zadovoljava li promjer žice zahtjeve; jesu li komponente i terminali labavi tijekom transporta; da li su izolirani dijelovi dobro izolirani; je li uzemljenje sustava u skladu s propisima.

2. Pretvaračem treba upravljati i koristiti ga strogo u skladu s uputama za uporabu i održavanje. Posebno: prije nego što uključite stroj, obratite pozornost na to je li ulazni napon normalan; tijekom rada obratite pozornost na to je li redoslijed uključivanja i isključivanja stroja ispravan i jesu li indikatori svakog mjerača i indikatorske lampice normalni.

3. Izmjenjivači općenito imaju automatsku zaštitu od prekida strujnog kruga, prekomjerne struje, prenapona, pregrijavanja i drugih stvari, tako da kada se ti fenomeni dogode, nema potrebe za ručnim isključivanjem; zaštitne točke automatske zaštite općenito su postavljene u tvornici i nema potrebe za ponovnim podešavanjem.

4. Postoji visok napon u ormaru pretvarača. Operaterima općenito nije dopušteno otvarati vrata ormarića, a vrata ormarića trebaju biti zaključana u uobičajeno vrijeme.

5. Kada sobna temperatura prijeđe 30°C, treba poduzeti mjere za rasipanje topline i hlađenje kako bi se spriječio kvar opreme i produžio radni vijek opreme.

Održavanje i pregled

1. Redovito provjeravajte je li ožičenje svakog dijela pretvarača čvrsto i ima li labavosti. Osobito treba pažljivo provjeriti ventilator, modul napajanja, ulazni terminal, izlazni terminal i uzemljenje.

2. Nakon što se alarm isključi, nije dopušteno da se odmah pokrene. Uzrok treba pronaći i popraviti prije pokretanja. Pregled treba provesti strogo u skladu s koracima navedenim u priručniku za održavanje pretvarača.

3. Operateri moraju proći posebnu obuku i biti sposobni utvrditi uzroke općih kvarova i otkloniti ih, kao što je vješta zamjena osigurača, komponenti i oštećenih sklopnih ploča. Neobučenom osoblju nije dopušteno rukovati opremom.

4. Ako se dogodi nesreća koju je teško otkloniti ili je uzrok nesreće nejasan, potrebno je voditi detaljnu evidenciju o nesreći i pravodobno obavijestiti proizvođača pretvarača radi rješavanja.