Introduzione all'enciclopedia degli inverter solari

Invertitore , detto anche regolatore di potenza e regolatore di potenza, è una parte essenziale dell'impianto fotovoltaico. La funzione principale dell'inverter fotovoltaico è convertire la corrente continua generata dai pannelli solari in corrente alternata utilizzata dagli elettrodomestici. Tutta l'elettricità generata dai pannelli solari deve essere elaborata dall'inverter prima di poter essere erogata al mondo esterno. [1] Attraverso il circuito a ponte intero, il processore SPWM viene generalmente utilizzato per subire modulazione, filtraggio, aumento di tensione, ecc. per ottenere potenza CA sinusoidale che corrisponde alla frequenza del carico di illuminazione, alla tensione nominale, ecc. per gli utenti finali del sistema. Con un inverter, è possibile utilizzare una batteria CC per fornire alimentazione CA agli elettrodomestici.

Introduzione:

Il sistema di generazione di energia solare CA è composto da pannelli solari, regolatore di carica, inverter e batteria; il sistema di generazione di energia solare CC non include inverter. Il processo di conversione dell'energia CA in energia CC è chiamato rettifica, il circuito che completa la funzione di rettifica è chiamato circuito raddrizzatore e il dispositivo che implementa il processo di rettifica è chiamato dispositivo raddrizzatore o raddrizzatore. Di conseguenza, il processo di conversione dell'energia CC in alimentazione CA è chiamato inverter, il circuito che completa la funzione inverter è chiamato circuito inverter e il dispositivo che implementa il processo inverter è chiamato apparecchiatura inverter o inverter.

Il nucleo del dispositivo inverter è il circuito dell'interruttore dell'inverter, denominato circuito inverter. Questo circuito completa la funzione dell'inverter accendendo e spegnendo l'interruttore elettronico di potenza. La commutazione di dispositivi di commutazione elettronici di potenza richiede determinati impulsi di pilotaggio e questi impulsi possono essere regolati modificando un segnale di tensione. Il circuito che genera e regola gli impulsi è spesso chiamato circuito di controllo o anello di controllo. La struttura di base del dispositivo inverter comprende, oltre al circuito inverter e al circuito di controllo sopra menzionati, un circuito di protezione, un circuito di uscita, un circuito di ingresso, un circuito di uscita, ecc.

Caratteristiche:

A causa della diversità degli edifici, ciò porterà inevitabilmente alla diversità delle installazioni di pannelli solari. Per massimizzare l'efficienza di conversione dell'energia solare tenendo conto del bell'aspetto dell'edificio, ciò richiede la diversificazione dei nostri inverter per ottenere la migliore resa dell'energia solare. Convertire.

Inversione centralizzata

L'inverter centralizzato viene generalmente utilizzato negli impianti di grandi centrali fotovoltaiche (>10kW). Molte stringhe fotovoltaiche parallele sono collegate all'ingresso DC dello stesso inverter centralizzato. Generalmente, i moduli di potenza IGBT trifase vengono utilizzati per potenze elevate. Quelli più piccoli utilizzano transistor ad effetto di campo e utilizzano controller di conversione DSP per migliorare la qualità della potenza generata in modo che sia molto vicina a una corrente a onda sinusoidale. La caratteristica più importante è l'elevata potenza e il basso costo del sistema. Tuttavia l’efficienza e la capacità di produzione elettrica dell’intero impianto fotovoltaico sono influenzate dall’abbinamento delle stringhe fotovoltaiche e dall’ombreggiamento parziale. Allo stesso tempo, l'affidabilità della produzione di energia dell'intero sistema fotovoltaico è influenzata dal cattivo stato di funzionamento di un determinato gruppo di unità fotovoltaiche. Le ultime direzioni della ricerca riguardano l'uso del controllo della modulazione vettoriale spaziale e lo sviluppo di nuove connessioni con topologia di inverter per ottenere un'elevata efficienza in condizioni di carico parziale. Sull'inverter centralizzato SolarMax è possibile collegare una scatola di interfaccia del campo fotovoltaico per monitorare ciascuna stringa di pannelli a vela fotovoltaici. Se una delle stringhe non funziona correttamente, il sistema lo farà. L'informazione viene trasmessa al controller remoto e questa stringa può essere interrotta tramite il controllo remoto, in modo che il guasto di una stringa fotovoltaica non riduca o influenzi il lavoro e la produzione di energia dell'intero impianto fotovoltaico.

Invertitore di stringa

Gli inverter di stringa sono diventati gli inverter più popolari nel mercato internazionale. L'inverter di stringa si basa sul concetto modulare. Ciascuna stringa fotovoltaica (1kW-5kW) passa attraverso un inverter, ha il picco di potenza massima all'estremità CC ed è collegata in parallelo alla rete all'estremità CA. Molti grandi impianti fotovoltaici utilizzano inverter di stringa. Il vantaggio è che non risente delle differenze tra moduli e delle ombre tra le stringhe, e allo stesso tempo riduce il punto di funzionamento ottimale dei moduli fotovoltaici.

Disadattamento con l'inverter, aumentando così la produzione di energia. Questi vantaggi tecnici non solo riducono i costi del sistema, ma aumentano anche l'affidabilità del sistema. Allo stesso tempo, viene introdotto il concetto di “master-slave” tra le stringhe, per cui quando la potenza di una singola stringa dell'impianto non può far funzionare un solo inverter, è possibile collegare tra loro più gruppi di stringhe fotovoltaiche per consentire ad uno o molti di loro per lavorare. , producendo così più energia elettrica. L'ultimo concetto è che più inverter formano una "squadra" tra loro per sostituire il concetto "master-slave", rendendo il sistema più affidabile.

Invertitore multistringa

L'inverter multistringa sfrutta i vantaggi dell'inverter centralizzato e dell'inverter di stringa, ne evita gli svantaggi e può essere applicato a centrali fotovoltaiche di diversi kilowatt. Nell'inverter multistringa sono inclusi diversi tracciamenti individuali del picco di potenza e convertitori CC-CC. La CC viene convertita in potenza CA tramite un comune inverter CC-CA e collegata alla rete. Differenti taglie delle stringhe fotovoltaiche (es. diversa potenza nominale, diverso numero di moduli per stringa, diversi produttori di moduli, ecc.), diverse dimensioni o diverse tecnologie dei moduli fotovoltaici, diversi orientamenti delle stringhe (es: est, sud e ovest) , diversi angoli di inclinazione o ombreggiamento, possono essere collegati ad un inverter comune, con ciascuna stringa funzionante al rispettivo picco di potenza massima. Allo stesso tempo, la lunghezza del cavo DC viene ridotta, minimizzando l'effetto d'ombra tra le stringhe e la perdita causata dalle differenze tra le stringhe.

Invertitore di componenti

L'inverter del modulo collega ciascun modulo fotovoltaico a un inverter e ciascun modulo ha un monitoraggio indipendente del picco di potenza massima, in modo che il modulo e l'inverter cooperino meglio. Solitamente utilizzato nelle centrali fotovoltaiche da 50W a 400W, l'efficienza totale è inferiore a quella degli inverter di stringa. Poiché sono collegati in parallelo sul lato CA, ciò aumenta la complessità del cablaggio sul lato CA e rende difficile la manutenzione. Un’altra questione da risolvere è come connettersi alla rete in modo più efficace. Il modo più semplice è collegarsi direttamente alla rete tramite normali prese CA, il che può ridurre i costi e l'installazione delle apparecchiature, ma spesso gli standard di sicurezza della rete elettrica in vari luoghi potrebbero non consentirlo. L'azienda elettrica può opporsi al collegamento diretto dell'apparecchio generatore ad una normale presa domestica. Un altro fattore legato alla sicurezza è se è necessario un trasformatore di isolamento (alta o bassa frequenza) o se è consentito un inverter senza trasformatore. Questo inverter è ampiamente utilizzato nelle facciate continue in vetro.

Efficienza dell'inverter solare

L'efficienza degli inverter solari si riferisce al mercato in crescita degli inverter solari (inverter fotovoltaici) a causa della domanda di energia rinnovabile. E questi inverter richiedono efficienza e affidabilità estremamente elevate. Vengono esaminati i circuiti di potenza utilizzati in questi inverter e vengono consigliate le scelte migliori per i dispositivi di commutazione e raddrizzatore. La struttura generale di un inverter fotovoltaico è mostrata nella Figura 1. Sono disponibili tre diversi inverter tra cui scegliere. La luce del sole splende sui moduli solari collegati in serie e ciascun modulo contiene una serie di unità di celle solari collegate in serie. La tensione di corrente continua (CC) generata dai moduli solari è dell'ordine di diverse centinaia di volt, a seconda delle condizioni di illuminazione del modulo, della temperatura delle celle e del numero di moduli collegati in serie.

La funzione principale di questo tipo di inverter è convertire la tensione CC in ingresso in un valore stabile. Questa funzione è implementata tramite un convertitore boost e richiede un interruttore boost e un diodo boost. Nella prima architettura, lo stadio di boost è seguito da un convertitore a ponte intero isolato. Lo scopo del trasformatore a ponte intero è fornire isolamento. Il secondo convertitore a ponte intero sull'uscita viene utilizzato per convertire la corrente continua dal convertitore a ponte intero del primo stadio in tensione di corrente alternata (CA). La sua uscita viene filtrata prima di essere collegata alla rete AC tramite un ulteriore relè a doppio contatto, per garantire un isolamento sicuro in caso di guasto e l'isolamento dalla rete di distribuzione durante le ore notturne. La seconda struttura è uno schema non isolato. Tra questi, la tensione CA è generata direttamente dalla tensione CC emessa dallo stadio boost. La terza struttura utilizza una topologia innovativa di interruttori di potenza e diodi di potenza per integrare le funzioni delle parti di boost e di generazione AC in una topologia dedicata, rendendo l'inverter il più efficiente possibile nonostante la bassissima efficienza di conversione del pannello solare. Vicino al 100% ma molto importante. In Germania, un modulo della serie da 3 kW installato su un tetto esposto a sud dovrebbe generare 2550 kWh all'anno. Se l'efficienza dell'inverter aumenta dal 95% al ​​96%, è possibile generare ogni anno 25 kWh di elettricità aggiuntivi. Il costo dell’utilizzo di moduli solari aggiuntivi per generare questi 25kWh equivale all’aggiunta di un inverter. Poiché l’aumento dell’efficienza dal 95% al ​​96% non raddoppierà il costo dell’inverter, investire in un inverter più efficiente è una scelta inevitabile. Per i progetti emergenti, aumentare l’efficienza dell’inverter nel modo più conveniente è un criterio di progettazione chiave. Per quanto riguarda l'affidabilità e il costo dell'inverter, sono altri due criteri di progettazione. Una maggiore efficienza riduce le fluttuazioni di temperatura durante il ciclo di carico, migliorando così l'affidabilità, quindi queste linee guida sono effettivamente correlate. L'uso dei moduli aumenterà anche l'affidabilità.

Interruttore e diodo boost

Tutte le topologie mostrate richiedono interruttori di alimentazione a commutazione rapida. Lo stadio boost e lo stadio di conversione a ponte intero richiedono diodi a commutazione rapida. Inoltre, per queste topologie sono utili anche gli switch ottimizzati per la commutazione a bassa frequenza (100 Hz). Per qualsiasi tecnologia del silicio, gli interruttori ottimizzati per la commutazione rapida avranno perdite di conduzione più elevate rispetto agli interruttori ottimizzati per applicazioni di commutazione a bassa frequenza.

Lo stadio boost è generalmente progettato come un convertitore in modalità corrente continua. A seconda del numero di moduli solari nel campo utilizzato nell'inverter, è possibile scegliere se utilizzare dispositivi da 600 V o 1200 V. Due scelte per gli interruttori di potenza sono MOSFET e IGBT. In generale, i MOSFET possono funzionare a frequenze di commutazione più elevate rispetto agli IGBT. Inoltre bisogna sempre tenere conto dell'influenza del diodo body: nel caso dello stadio boost questo non è un problema poiché il diodo body non conduce in modalità operativa normale. Le perdite di conduzione del MOSFET possono essere calcolate dalla resistenza ON RDS(ON), che è proporzionale all'area effettiva del die per una determinata famiglia di MOSFET. Quando la tensione nominale cambia da 600 V a 1200 V, le perdite di conduzione del MOSFET aumenteranno notevolmente. Pertanto, anche se l'RDS(ON) nominale è equivalente, il MOSFET da 1200 V non è disponibile oppure il prezzo è troppo alto.

Per gli interruttori boost con tensione nominale di 600 V, è possibile utilizzare MOSFET a supergiunzione. Per le applicazioni di commutazione ad alta frequenza, questa tecnologia offre le migliori perdite di conduzione. MOSFET con valori RDS(ON) inferiori a 100 milliohm nei contenitori TO-220 e MOSFET con valori RDS(ON) inferiori a 50 milliohm nei contenitori TO-247. Per gli inverter solari che richiedono una commutazione di potenza di 1200 V, l'IGBT è la scelta appropriata. Le tecnologie IGBT più avanzate, come NPT Trench e NPT Field Stop, sono ottimizzate per ridurre le perdite di conduzione, ma a scapito di perdite di commutazione più elevate, il che le rende meno adatte per applicazioni boost ad alte frequenze.

Basandosi sulla vecchia tecnologia planare NPT è stato sviluppato un dispositivo FGL40N120AND in grado di migliorare l'efficienza del circuito boost con elevata frequenza di commutazione. Ha un EOFF di 43uJ/A. Rispetto ai dispositivi con tecnologia più avanzata, l'EOFF è 80uJ/A, ma è necessario ottenere questo tipo di prestazione è molto difficile. Lo svantaggio del dispositivo FGL40N120AND è che la caduta di tensione di saturazione VCE(SAT) (3,0 V contro 2,1 V a 125ºC) è elevata, ma le sue basse perdite di commutazione a frequenze di commutazione boost elevate compensano ampiamente questo problema. Il dispositivo integra anche un diodo antiparallelo. Durante il normale funzionamento boost, questo diodo non conduce. Tuttavia, durante l'avvio o durante le condizioni transitorie, è possibile che il circuito boost venga portato in modalità attiva, nel qual caso il diodo antiparallelo condurrà. Poiché l'IGBT stesso non dispone di un diodo corporeo intrinseco, questo diodo co-confezionato è necessario per garantire un funzionamento affidabile. Per i diodi boost, sono necessari diodi a recupero rapido come Stealth™ o diodi carbonio-silicio. I diodi carbonio-silicio hanno tensione diretta e perdite molto basse. Quando si seleziona un diodo boost, è necessario considerare l'effetto della corrente di recupero inverso (o capacità di giunzione di un diodo carbonio-silicio) sull'interruttore boost, poiché ciò comporterà perdite aggiuntive. In questo caso, il diodo Stealth II FFP08S60S appena lanciato può fornire prestazioni più elevate. Quando VDD=390 V, ID=8 A, di/dt=200 A/us e la temperatura dell'involucro è 100ºC, la perdita di commutazione calcolata è inferiore al parametro FFP08S60S di 205 mJ. Utilizzando il diodo Stealth ISL9R860P2, questo valore raggiunge 225 mJ. Ciò migliora quindi anche l'efficienza dell'inverter a frequenze di commutazione elevate.

Interruttori a ponte e diodi

Dopo il filtraggio a ponte intero MOSFET, il ponte di uscita genera un segnale di tensione e corrente sinusoidale a 50 Hz. Un'implementazione comune consiste nell'utilizzare un'architettura full-bridge standard (Figura 2). Nella figura, se gli interruttori in alto a sinistra e in basso a destra sono accesi, tra i terminali sinistro e destro viene caricata una tensione positiva; se gli interruttori in alto a destra e in basso a sinistra sono accesi, tra i terminali sinistro e destro viene caricata una tensione negativa. Per questa applicazione, solo un interruttore è acceso durante un certo periodo di tempo. Un interruttore può essere commutato sull'alta frequenza PWM e l'altro sulla bassa frequenza 50Hz. Poiché il circuito di bootstrap si basa sulla conversione di dispositivi di fascia bassa, i dispositivi di fascia bassa vengono commutati sull'alta frequenza PWM, mentre i dispositivi di fascia alta vengono commutati sulla bassa frequenza di 50 Hz. Questa applicazione utilizza un interruttore di alimentazione da 600 V, quindi il MOSFET a supergiunzione da 600 V è molto adatto per questo dispositivo di commutazione ad alta velocità. Poiché questi dispositivi di commutazione sopportano l'intera corrente di ripristino inversa di altri dispositivi quando l'interruttore è acceso, i dispositivi di supergiunzione a ripristino rapido come FCH47N60F da 600 V sono la scelta ideale. Il suo RDS(ON) è di 73 milliohm e la sua perdita di conduzione è molto bassa rispetto ad altri dispositivi simili a recupero rapido. Quando questo dispositivo effettua la conversione a 50 Hz, non è necessario utilizzare la funzionalità di ripristino rapido. Questi dispositivi hanno eccellenti caratteristiche dv/dt e di/dt, che migliorano l'affidabilità del sistema rispetto ai MOSFET a supergiunzione standard.

Un'altra opzione che vale la pena esplorare è l'uso del dispositivo FGH30N60LSD. Si tratta di un IGBT da 30 A/600 V con una tensione di saturazione VCE(SAT) di soli 1,1 V. La sua perdita di spegnimento EOFF è molto elevata, raggiungendo i 10 mJ, quindi è adatta solo per la conversione a bassa frequenza. Un MOSFET da 50 milliohm ha una resistenza RDS(ON) di 100 milliohm alla temperatura operativa. Pertanto, a 11A, ha lo stesso VDS del VCE(SAT) dell'IGBT. Poiché questo IGBT si basa su una vecchia tecnologia di breakdown, VCE(SAT) non cambia molto con la temperatura. Questo IGBT riduce quindi le perdite complessive nel ponte di uscita, aumentando così l'efficienza complessiva dell'inverter. È utile anche il fatto che l'IGBT FGH30N60LSD passi da una tecnologia di conversione di potenza a un'altra topologia dedicata ogni mezzo ciclo. Gli IGBT vengono qui utilizzati come interruttori topologici. Per una commutazione più rapida vengono utilizzati dispositivi di supergiunzione convenzionali e a recupero rapido. Per la topologia dedicata a 1200 V e la struttura a ponte intero, il già citato FGL40N120AND è un interruttore molto adatto per i nuovi inverter solari ad alta frequenza. Quando tecnologie specializzate richiedono diodi, i diodi Stealth II, Hyperfast™ II e i diodi al carbonio-silicio sono ottime soluzioni.

funzione:

L'inverter non ha solo la funzione di conversione da CC a CA, ma ha anche la funzione di massimizzare le prestazioni delle celle solari e la funzione di protezione dai guasti del sistema. In sintesi, sono disponibili funzioni di avvio e spegnimento automatico, funzione di controllo dell'inseguimento della potenza massima, funzione di prevenzione del funzionamento indipendente (per sistemi connessi alla rete), funzione di regolazione automatica della tensione (per sistemi connessi alla rete), funzione di rilevamento CC (per sistemi connessi alla rete ) e rilevamento della terra CC. Funzione (per sistemi connessi alla rete). Di seguito è riportata una breve introduzione alle funzioni di avvio e spegnimento automatico e alla funzione di controllo del tracciamento della potenza massima.

Funzionamento automatico e funzione di spegnimento: dopo l'alba del mattino, l'intensità della radiazione solare aumenta gradualmente e aumenta anche la potenza della cella solare. Quando viene raggiunta la potenza di uscita richiesta per il funzionamento dell'inverter, l'inverter inizia automaticamente a funzionare. Dopo essere entrato in funzione, l'inverter monitorerà costantemente la potenza dei moduli di celle solari. Finché la potenza in uscita dei moduli delle celle solari è maggiore della potenza in uscita richiesta per il funzionamento dell'inverter, l'inverter continuerà a funzionare; si fermerà fino al tramonto, anche se L'inverter può funzionare anche nei giorni di pioggia. Quando l'uscita del modulo solare diminuisce e l'uscita dell'inverter si avvicina a 0, l'inverter entra in uno stato di standby.

Funzione di controllo del tracciamento della potenza massima: la potenza del modulo cella solare cambia con l'intensità della radiazione solare e la temperatura del modulo cella solare stesso (temperatura del chip). Inoltre, poiché i moduli a celle solari hanno la caratteristica che la tensione diminuisce all'aumentare della corrente, esiste un punto operativo ottimale in grado di ottenere la massima potenza. Cambia l'intensità della radiazione solare e ovviamente cambia anche il punto di lavoro ottimale. In relazione a questi cambiamenti, il punto di lavoro del modulo di cella solare viene sempre mantenuto al punto di massima potenza e il sistema ottiene sempre la massima potenza in uscita dal modulo di cella solare. Questo tipo di controllo è il controllo del massimo inseguimento della potenza. La caratteristica più importante degli inverter utilizzati nei sistemi di generazione di energia solare è che includono la funzione di inseguimento del punto di massima potenza (MPPT).

tipo

Classificazione dell'ambito di applicazione

(1) Convertitore ordinario

Ingresso DC 12V o 24V, AC 220V, uscita 50Hz, potenza da 75W a 5000W, alcuni modelli hanno conversione AC e DC, ovvero funzione UPS.

(2) Macchina tutto in uno con inverter/caricabatterie

In questo tipo di inverter, gli utenti possono utilizzare varie forme di energia per alimentare i carichi CA: quando è presente alimentazione CA, l'energia CA viene utilizzata per alimentare il carico tramite l'inverter o per caricare la batteria; in assenza di alimentazione CA, la batteria viene utilizzata per alimentare il carico CA. . Può essere utilizzato insieme a varie fonti di energia: batterie, generatori, pannelli solari e turbine eoliche.

(3) Inverter speciale per poste e telecomunicazioni

Fornire inverter da 48 V di alta qualità per servizi postali e di telecomunicazioni. I prodotti sono inverter di buona qualità, ad alta affidabilità, modulari (il modulo è 1KW), hanno funzione di ridondanza N+1 e possono essere espansi (potenza da 2KW a 20KW). ).

(4) Inverter speciale per aviazione e militare

Questa tipologia di inverter ha un ingresso a 28Vdc e può fornire le seguenti uscite AC: 26Vac, 115Vac, 230Vac. La sua frequenza di uscita può essere: 50Hz, 60Hz e 400Hz e la potenza di uscita varia da 30VA a 3500VA. Esistono anche convertitori DC-DC e convertitori di frequenza dedicati all'aviazione.

Classificazione delle forme d'onda in uscita

(1) Invertitore ad onda quadra

La forma d'onda della tensione CA emessa dall'inverter a onda quadra è un'onda quadra. I circuiti inverter utilizzati da questo tipo di inverter non sono esattamente gli stessi, ma la caratteristica comune è che il circuito è relativamente semplice e il numero di tubi dell'interruttore di alimentazione utilizzati è ridotto. La potenza di progetto è generalmente compresa tra cento watt e un kilowatt. I vantaggi dell'inverter ad onda quadra sono: circuito semplice, prezzo economico e facile manutenzione. Lo svantaggio è che la tensione ad onda quadra contiene un gran numero di armoniche di ordine elevato, che produrranno ulteriori perdite negli apparecchi di carico con induttori o trasformatori con nucleo di ferro, causando interferenze con le radio e alcune apparecchiature di comunicazione. Inoltre, questo tipo di inverter presenta svantaggi quali un intervallo di regolazione della tensione insufficiente, una funzione di protezione incompleta e un rumore relativamente elevato.

(2) Invertitore d'onda passo-passo

La forma d'onda della tensione CA emessa da questo tipo di inverter è un'onda a gradini. Esistono molte linee diverse affinché l'inverter realizzi l'uscita dell'onda a gradini e il numero di passaggi nella forma d'onda di uscita varia notevolmente. Il vantaggio dell'inverter a onda passo è che la forma d'onda di uscita è significativamente migliorata rispetto all'onda quadra e il contenuto armonico di ordine elevato è ridotto. Quando i passi raggiungono più di 17, la forma d'onda in uscita può raggiungere un'onda quasi sinusoidale. Quando viene utilizzata l'uscita senza trasformatore, l'efficienza complessiva è molto elevata. Lo svantaggio è che il circuito di sovrapposizione delle onde ladder utilizza molti tubi di commutazione di alimentazione e alcune forme di circuito richiedono più set di ingressi di alimentazione CC. Ciò crea problemi al raggruppamento e al cablaggio degli array di celle solari e alla carica bilanciata delle batterie. Inoltre, la tensione delle onde delle scale presenta ancora alcune interferenze ad alta frequenza con le radio e alcune apparecchiature di comunicazione.

Invertitore sinusoidale

La forma d'onda della tensione CA emessa dall'inverter sinusoidale è un'onda sinusoidale. I vantaggi dell'inverter sinusoidale sono che ha una buona forma d'onda di uscita, una distorsione molto bassa, poche interferenze con radio e apparecchiature e un basso rumore. Inoltre, ha funzioni di protezione complete e un'elevata efficienza complessiva. Gli svantaggi sono: il circuito è relativamente complesso, richiede un'elevata tecnologia di manutenzione ed è costoso.

La classificazione dei tre tipi di inverter sopra menzionati è utile ai progettisti e agli utenti di sistemi fotovoltaici ed eolici per identificare e selezionare gli inverter. Infatti, gli inverter con la stessa forma d'onda presentano ancora grandi differenze nei principi circuitali, nei dispositivi utilizzati, nei metodi di controllo, ecc.

Altri metodi di classificazione

1. In base alla frequenza della potenza CA in uscita, può essere suddivisa in inverter di frequenza industriale, inverter a media frequenza e inverter ad alta frequenza. La frequenza dell'inverter è compresa tra 50 e 60 Hz; la frequenza dell'inverter a media frequenza è generalmente compresa tra 400 Hz e oltre dieci kHz; la frequenza dell'inverter ad alta frequenza è generalmente superiore a dieci kHz-MHz.

2. In base al numero di fasi emesse dall'inverter, può essere suddiviso in inverter monofase, inverter trifase e inverter multifase.

3. A seconda della destinazione della potenza di uscita dell'inverter, può essere divisa in inverter attivo e inverter passivo. Qualsiasi inverter che trasmette l'energia elettrica prodotta dall'inverter alla rete elettrica industriale è chiamato inverter attivo; qualsiasi inverter che trasmette l'energia elettrica prodotta dall'inverter a un carico elettrico è chiamato inverter passivo. dispositivo.

4. In base alla forma del circuito principale dell'inverter, può essere suddiviso in inverter single-ended, inverter push-pull, inverter a mezzo ponte e inverter a ponte intero.

5. In base al tipo di dispositivo di commutazione principale dell'inverter, può essere suddiviso in inverter a tiristori, inverter a transistor, inverter ad effetto di campo e inverter a transistor bipolare a gate isolato (IGBT). Può essere suddiviso in due categorie: inverter "semi-controllato" e inverter "completamente controllato". Il primo non ha la capacità di autospegnimento, ed il componente perde la sua funzione di controllo dopo l'accensione, per questo viene detto "semicontrollato" e i normali tiristori rientrano in questa categoria; quest'ultimo ha la capacità di autospegnimento, cioè non è presente alcun dispositivo. L'accensione e lo spegnimento possono essere controllati dall'elettrodo di controllo, per questo è chiamato "tipo completamente controllato". I transistor ad effetto di campo di potenza e i transistor bipotenza a gate isolato (IGBT) appartengono tutti a questa categoria.

6. In base all'alimentazione CC, può essere suddiviso in inverter con sorgente di tensione (VSI) e inverter con sorgente di corrente (CSI). Nel primo caso, la tensione continua è quasi costante e la tensione di uscita è un'onda quadra alternata; in quest'ultimo, la corrente continua è quasi costante e la corrente di uscita è un'onda quadra alternata.

7. Secondo il metodo di controllo dell'inverter, può essere suddiviso in inverter a modulazione di frequenza (PFM) e inverter a modulazione di larghezza di impulso (PWM).

8. In base alla modalità di funzionamento del circuito di commutazione dell'inverter, può essere suddiviso in inverter risonante, inverter a commutazione rigida a frequenza fissa e inverter a commutazione morbida a frequenza fissa.

9. Secondo il metodo di commutazione dell'inverter, può essere suddiviso in inverter con commutazione del carico e inverter con commutazione automatica.

Parametri di prestazione:

Sono molti i parametri e le condizioni tecniche che descrivono le prestazioni di un inverter. Qui diamo solo una breve spiegazione dei parametri tecnici comunemente utilizzati nella valutazione degli inverter.

1. Condizioni ambientali per l'utilizzo dell'inverter. Condizioni di utilizzo normali dell'inverter: l'altitudine non supera i 1000 m e la temperatura dell'aria è 0~+40℃.

2. Condizioni di alimentazione CC in ingresso, intervallo di fluttuazione della tensione CC in ingresso: ±15% del valore di tensione nominale del pacco batteria.

3. La tensione di uscita nominale, entro l'intervallo di fluttuazione consentito specificato della tensione CC in ingresso, rappresenta il valore di tensione nominale che l'inverter dovrebbe essere in grado di fornire. La precisione stabile del valore della tensione nominale di uscita ha generalmente le seguenti disposizioni:

(1) Durante il funzionamento a regime, l'intervallo di fluttuazione della tensione deve essere limitato, ad esempio la sua deviazione non deve superare ±3% o ±5% del valore nominale.

(2) In situazioni dinamiche in cui il carico cambia improvvisamente o è influenzato da altri fattori di interferenza, la deviazione della tensione di uscita non deve superare ±8% o ±10% del valore nominale.

4. Frequenza di uscita nominale, la frequenza della tensione CA in uscita dall'inverter dovrebbe essere un valore relativamente stabile, solitamente la frequenza di alimentazione di 50 Hz. La deviazione dovrebbe essere entro ±1% in condizioni di lavoro normali.

5. La corrente di uscita nominale (o capacità di uscita nominale) indica la corrente di uscita nominale dell'inverter entro l'intervallo del fattore di potenza di carico specificato. Alcuni prodotti inverter forniscono la capacità di uscita nominale, espressa in VA o kVA. La capacità nominale dell'inverter è quando il fattore di potenza in uscita è 1 (ovvero carico puramente resistivo), la tensione in uscita nominale è il prodotto della corrente in uscita nominale.

6. Efficienza di uscita nominale. L'efficienza dell'inverter è il rapporto tra la sua potenza in uscita e la potenza in ingresso in condizioni di lavoro specificate, espresso in%. L'efficienza dell'inverter alla capacità di uscita nominale è l'efficienza a pieno carico, mentre l'efficienza al 10% della capacità di uscita nominale è l'efficienza a basso carico.

7. Il contenuto armonico massimo dell'inverter. Per un inverter sinusoidale, sotto carico resistivo, il contenuto armonico massimo della tensione di uscita deve essere ≤10%.

8. La capacità di sovraccarico dell'inverter si riferisce alla capacità dell'inverter di produrre più del valore di corrente nominale in un breve periodo di tempo in condizioni specificate. La capacità di sovraccarico dell'inverter deve soddisfare determinati requisiti con il fattore di potenza del carico specificato.

9. L'efficienza dell'inverter è il rapporto tra la potenza attiva in uscita dell'inverter e la potenza attiva in ingresso (o potenza CC) con la tensione di uscita nominale, la corrente di uscita e il fattore di potenza di carico specificato.

10. Il fattore di potenza del carico rappresenta la capacità dell'inverter di trasportare carichi induttivi o capacitivi. In condizioni di onda sinusoidale, il fattore di potenza del carico è 0,7~0,9 (ritardo) e il valore nominale è 0,9.

11. Asimmetria del carico. Con un carico asimmetrico del 10%, l'asimmetria della tensione di uscita di un inverter trifase a frequenza fissa dovrebbe essere ≤10%.

12. Squilibrio della tensione di uscita. In condizioni operative normali, lo squilibrio di tensione trifase (rapporto tra componente di sequenza inversa e componente di sequenza positiva) emesso dall'inverter non deve superare un valore specificato, generalmente espresso in%, come 5% o 8%.

13. Caratteristiche di avvio: In condizioni operative normali, l'inverter dovrebbe essere in grado di avviarsi normalmente 5 volte di seguito in condizioni operative a pieno carico e senza carico.

14. Funzioni di protezione, l'inverter deve essere impostato: protezione da cortocircuito, protezione da sovracorrente, protezione da sovratemperatura, protezione da sovratensione, protezione da sottotensione e protezione da perdita di fase. Tra questi, la protezione da sovratensione significa che per gli inverter senza misure di stabilizzazione della tensione, dovrebbero essere previste misure di protezione da sovratensione in uscita per proteggere il terminale negativo da danni dovuti a sovratensione in uscita. La protezione da sovracorrente si riferisce alla protezione da sovracorrente dell'inverter, che dovrebbe essere in grado di garantire un'azione tempestiva quando il carico è in cortocircuito o la corrente supera il valore consentito per proteggerlo dai danni causati da picchi di corrente.

15. Interferenza e anti-interferenza, l'inverter dovrebbe essere in grado di resistere alle interferenze elettromagnetiche nell'ambiente generale in condizioni di lavoro normali specificate. Le prestazioni anti-interferenza e la compatibilità elettromagnetica dell'inverter devono essere conformi agli standard pertinenti.

16. Gli inverter che non vengono utilizzati, monitorati e mantenuti frequentemente non devono essere ≤95 dB; gli inverter utilizzati, monitorati e mantenuti frequentemente devono essere ≤80 dB.

17. Display, l'inverter deve essere dotato di visualizzazione dei dati di parametri quali tensione di uscita CA, corrente di uscita e frequenza di uscita e visualizzazione del segnale dello stato di ingresso in tensione, energizzato e di guasto.

18. Funzione di comunicazione. La funzione di comunicazione remota consente agli utenti di verificare lo stato di funzionamento della macchina e i dati memorizzati senza recarsi sul posto.

19. La distorsione della forma d'onda della tensione di uscita. Quando la tensione di uscita dell'inverter è sinusoidale, è necessario specificare la distorsione massima consentita della forma d'onda (o contenuto armonico). Solitamente espresso come distorsione totale della forma d'onda della tensione di uscita, il suo valore non deve superare il 5% (il 10% è consentito per l'uscita monofase).

20. Caratteristiche di avviamento, che caratterizzano la capacità dell'inverter di avviarsi con carico e le sue prestazioni durante il funzionamento dinamico. L'inverter dovrebbe garantire un avviamento affidabile sotto il carico nominale.

21. Rumore. Trasformatori, induttori di filtro, interruttori elettromagnetici, ventole e altri componenti delle apparecchiature elettroniche di potenza producono rumore. Quando l'inverter funziona normalmente, il rumore non deve superare gli 80 dB, mentre il rumore di un piccolo inverter non deve superare i 65 dB.

Caratteristiche della batteria:

Batteria fotovoltaica

Per sviluppare un sistema di inverter solari, è importante innanzitutto comprendere le diverse caratteristiche delle celle solari (celle fotovoltaiche). Rp e Rs sono resistenze parassite, che sono rispettivamente infinite e zero in circostanze ideali.

L'intensità della luce e la temperatura possono influenzare in modo significativo le caratteristiche operative delle celle fotovoltaiche. La corrente è proporzionale all'intensità della luce, ma i cambiamenti della luce hanno poco effetto sulla tensione operativa. Tuttavia, la tensione operativa è influenzata dalla temperatura. Un aumento della temperatura della batteria riduce la tensione operativa ma ha un effetto minimo sulla corrente generata. La figura seguente illustra gli effetti della temperatura e della luce sui moduli fotovoltaici.

Le variazioni dell'intensità della luce hanno un impatto maggiore sulla potenza in uscita della batteria rispetto alle variazioni della temperatura. Questo è vero per tutti i materiali fotovoltaici comunemente utilizzati. Una conseguenza importante della combinazione di questi due effetti è che la potenza di una cella fotovoltaica diminuisce al diminuire dell’intensità della luce e/o all’aumentare della temperatura.

Punto di massima potenza (MPP)

Le celle solari possono funzionare su un’ampia gamma di tensioni e correnti. L'MPP viene determinato aumentando continuamente il carico resistivo sulla cella illuminata da zero (evento di cortocircuito) a un valore molto elevato (evento di circuito aperto). MPP è il punto operativo in cui V x I raggiunge il suo valore massimo e con questa intensità di illuminazione è possibile ottenere la massima potenza. La potenza in uscita quando si verifica un evento di cortocircuito (tensione FV uguale a zero) o di circuito aperto (corrente FV uguale a zero) è zero.

Le celle solari in silicio monocristallino di alta qualità producono una tensione a circuito aperto di 0,60 volt ad una temperatura di 25°C. In piena luce solare e con una temperatura dell'aria di 25°C, la temperatura di una determinata cella può avvicinarsi a 45°C, il che ridurrà la tensione a circuito aperto a circa 0,55V. All'aumentare della temperatura, la tensione a circuito aperto continua a diminuire fino al cortocircuito del modulo fotovoltaico.

La potenza massima a una temperatura della batteria di 45°C viene generalmente prodotta con l'80% di tensione a circuito aperto e il 90% di corrente di cortocircuito. La corrente di cortocircuito della batteria è quasi proporzionale all'illuminazione e la tensione a circuito aperto può diminuire solo del 10% quando l'illuminazione viene ridotta dell'80%. Le batterie di qualità inferiore ridurranno la tensione più velocemente quando la corrente aumenta, riducendo così la potenza disponibile. La produzione è scesa dal 70% al 50%, o addirittura solo al 25%.

Il microinverter solare deve garantire che i moduli fotovoltaici funzionino all'MPP in qualsiasi momento in modo da poter ottenere la massima energia dai moduli fotovoltaici. Ciò può essere ottenuto utilizzando un circuito di controllo del punto di massima potenza, noto anche come Tracker del punto di massima potenza (MPPT). Per ottenere un rapporto elevato di inseguimento MPP è necessario anche che l’ondulazione della tensione di uscita FV sia sufficientemente piccola in modo che la corrente FV non cambi troppo quando si opera vicino al punto di massima potenza.

L'intervallo di tensione MPP dei moduli fotovoltaici può solitamente essere definito nell'intervallo da 25 V a 45 V, con una generazione di energia di circa 250 W e una tensione a circuito aperto inferiore a 50 V.

Uso e manutenzione:

utilizzo

1. Collegare e installare l'apparecchiatura rispettando rigorosamente i requisiti delle istruzioni di funzionamento e manutenzione dell'inverter. Durante l'installazione è necessario verificare attentamente: se il diametro del filo soddisfa i requisiti; se i componenti e i terminali sono allentati durante il trasporto; se le parti isolate sono ben isolate; se la messa a terra del sistema soddisfa le normative.

2. L'inverter deve essere utilizzato e utilizzato rigorosamente in conformità con le istruzioni per l'uso e la manutenzione. In particolare: prima di accendere la macchina, prestare attenzione se la tensione in ingresso è normale; durante il funzionamento, prestare attenzione se la sequenza di accensione e spegnimento della macchina è corretta e se le indicazioni di ciascun contatore e spia sono normali.

3. Gli inverter generalmente sono dotati di protezione automatica per interruzione del circuito, sovracorrente, sovratensione, surriscaldamento e altri elementi, quindi quando si verificano questi fenomeni non è necessario spegnerli manualmente; i punti di protezione della protezione automatica sono generalmente impostati in fabbrica e non è necessario regolarli nuovamente.

4. È presente alta tensione nell'armadio dell'inverter. In genere agli operatori non è consentito aprire la porta dell'armadio e la porta dell'armadio deve essere chiusa a chiave negli orari normali.

5. Quando la temperatura ambiente supera i 30°C, è necessario adottare misure di dissipazione del calore e raffreddamento per prevenire guasti all'apparecchiatura e prolungarne la durata.

Manutenzione e ispezione

1. Controllare regolarmente se il cablaggio di ciascuna parte dell'inverter è saldo e se è allentato. In particolare, è necessario controllare attentamente la ventola, il modulo di alimentazione, il terminale di ingresso, il terminale di uscita e la messa a terra.

2. Una volta spento l'allarme, non è consentito riavviarlo immediatamente. La causa dovrebbe essere individuata e riparata prima dell'avvio. L'ispezione deve essere eseguita rigorosamente in conformità con i passaggi specificati nel manuale di manutenzione dell'inverter.

3. Gli operatori devono ricevere una formazione specifica ed essere in grado di determinare le cause dei guasti generali ed eliminarli, ad esempio sostituendo abilmente fusibili, componenti e schede elettroniche danneggiate. Il personale non addestrato non è autorizzato a utilizzare l'apparecchiatura.

4. Se si verifica un incidente difficile da eliminare o la causa dell'incidente non è chiara, è necessario conservare registrazioni dettagliate dell'incidente e informare tempestivamente il produttore dell'inverter per la risoluzione.