מבוא באנציקלופדיה לממירי שמש

ממיר מתח , הידוע גם כווסת כוח ווסת כוח, הוא חלק חיוני של המערכת הפוטו-וולטאית. תפקידו העיקרי של המהפך הפוטו-וולטאי הוא להמיר את כוח ה-DC שנוצר על ידי הפאנלים הסולאריים לכוח AC המשמש את מכשירי החשמל הביתיים. כל החשמל שנוצר על ידי הפאנלים הסולאריים חייב להיות מעובד על ידי המהפך לפני שניתן יהיה להפיקו לעולם החיצון. [1] דרך מעגל הגשר המלא, מעבד ה-SPWM משמש בדרך כלל לעבור אפנון, סינון, הגברת מתח וכו' כדי להשיג הספק AC סינוסואידי התואם את תדר עומס התאורה, המתח הנקוב וכו' עבור משתמשי קצה של המערכת. עם מהפך, ניתן להשתמש בסוללת DC כדי לספק מתח AC למכשירים.

מבוא:

מערכת ייצור החשמל של AC סולארית מורכבת מפאנלים סולאריים, בקר טעינה, מהפך וסוללה; מערכת ייצור חשמל DC סולארית אינה כוללת מהפך. תהליך המרת הספק AC להספק DC נקרא תיקון, המעגל שמסיים את פונקציית התיקון נקרא מעגל מיישר, והמכשיר שמיישם את תהליך התיקון נקרא התקן מיישר או מיישר. בהתאם, תהליך המרת הספק DC למתח AC נקרא אינוורטר, המעגל המשלים את פונקציית המהפך נקרא מעגל מהפך, והמכשיר שמיישם את תהליך המהפך נקרא ציוד אינוורטר או מהפך.

הליבה של התקן המהפך היא מעגל מתג המהפך, המכונה מעגל המהפך. מעגל זה משלים את פונקציית המהפך על ידי הפעלה וכיבוי של המתג האלקטרוני. המיתוג של התקני מיתוג אלקטרוניים עם כוח דורש פולסי נהיגה מסוימים, ופולסים אלה עשויים להיות מתאימים על ידי שינוי אות מתח. המעגל שיוצר ומווסת פולסים נקרא לעתים קרובות מעגל בקרה או לולאת בקרה. המבנה הבסיסי של מכשיר המהפך כולל, בנוסף למעגל המהפך ומעגל הבקרה הנ"ל, מעגל הגנה, מעגל פלט, מעגל כניסה, מעגל פלט וכו'.

מאפיינים:

בשל מגוון המבנים, זה יוביל בהכרח למגוון של התקנות פאנלים סולאריים. על מנת למקסם את יעילות ההמרה של אנרגיה סולארית תוך התחשבות במראה היפה של המבנה, הדבר מצריך גיוון של הממירים שלנו כדי להשיג את הדרך הטובה ביותר של אנרגיה סולארית. להמיר.

היפוך מרכזי

מהפך מרכזי משמש בדרך כלל במערכות של תחנות כוח פוטו-וולטאיות גדולות (>10kW). מיתרים פוטו-וולטאיים מקבילים רבים מחוברים לכניסת DC של אותו מהפך מרכזי. בדרך כלל, מודולי כוח IGBT תלת פאזי משמשים להספק גבוה. הקטנים יותר משתמשים בטרנזיסטורי אפקט שדה ומשתמשים בבקרי המרת DSP כדי לשפר את איכות ההספק המופק כך שהוא קרוב מאוד לזרם גל סינוס. התכונה הגדולה ביותר היא ההספק הגבוה והעלות הנמוכה של המערכת. עם זאת, היעילות וכושר הייצור החשמלי של כל המערכת הפוטו-וולטאית מושפעים מהתאמת מיתרים פוטו-וולטאיים והצללה חלקית. יחד עם זאת, אמינות ייצור החשמל של המערכת הפוטו-וולטאית כולה מושפעת ממצב העבודה הירוד של קבוצת יחידות פוטו-וולטאית מסוימת. כיווני המחקר העדכניים ביותר הם שימוש בבקרת אפנון וקטור חלל ופיתוח של חיבורי טופולוגיה חדשים של מהפך להשגת יעילות גבוהה בתנאי עומס חלקי. על המהפך המרכזי של SolarMax, ניתן לחבר תיבת ממשק של מערך פוטו-וולטאי כדי לנטר כל מחרוזת של לוחות מפרשים פוטו-וולטאיים. אם אחד המיתרים אינו פועל כראוי, המערכת תעביר את המידע לשלט, וניתן לעצור מחרוזת זו באמצעות שלט רחוק, כך שכשל של מיתר פוטו-וולטאי אחד לא יפחית או ישפיע על תפוקת העבודה והאנרגיה. של כל המערכת הפוטו-וולטאית.

מהפך מחרוזת

ממירי מיתרים הפכו לממירים הפופולריים ביותר בשוק הבינלאומי. מהפך המיתרים מבוסס על הרעיון המודולרי. כל מיתר פוטו-וולטאי (1kW-5kW) עובר דרך מהפך, יש לו מעקב אחר שיא הספק מרבי בקצה DC, והוא מחובר במקביל לרשת בקצה AC. הרבה תחנות כוח פוטו-וולטאיות גדולות משתמשות בממירי מיתר. היתרון הוא שהוא אינו מושפע מהבדלי מודולים וצללים בין מיתרים, ובמקביל מפחית את נקודת הפעולה האופטימלית של מודולים פוטו-וולטאיים.

חוסר התאמה עם המהפך, ובכך מגדיל את ייצור החשמל. יתרונות טכניים אלה לא רק מפחיתים את עלויות המערכת, אלא גם מגבירים את אמינות המערכת. במקביל, המושג "מאסטר-עבד" מוכנס בין מיתרים, כך שכאשר כוחו של מיתר בודד במערכת אינו יכול לגרום למהפך בודד לעבוד, ניתן לחבר מספר קבוצות של מיתרים פוטו-וולטאיים כדי לאפשר אחד או כמה מהם לעבוד. , ובכך לייצר יותר אנרגיה חשמלית. התפיסה האחרונה היא שמספר ממירים יוצרים "צוות" אחד עם השני כדי להחליף את תפיסת ה"מאסטר-עבד", מה שהופך את המערכת לאמינה יותר.

מהפך מיתרים מרובים

מהפך רב-מיתרי לוקח את היתרונות של מהפך מרכזי וממיר מחרוזת, נמנע מחסרונותיהם וניתן ליישם אותו בתחנות כוח פוטו-וולטאיות בעלות מספר קילוואט. בממיר רב-מיתרים, כלולים מעקב אחר שיא הספק וממירי DC-DC שונים. ה-DC מומר למתח AC באמצעות מהפך DC-ל-AC משותף ומחובר לרשת. דירוגים שונים של מיתרים פוטו-וולטאיים (למשל הספק נקוב שונה, מספר שונה של מודולים למחרוזת, יצרנים שונים של מודולים וכו'), גדלים שונים או טכנולוגיות שונות של מודולים פוטו-וולטאיים, כיוונים שונים של המיתרים (למשל: מזרח, דרום ומערב) , זוויות הטיה שונות או הצללה, ניתן לחבר למהפך משותף, כאשר כל מיתר פועל בשיא ההספק המרבי שלו. במקביל, אורך כבל ה-DC מצטמצם, וממזער את אפקט ההצללה בין מיתרים והאובדן הנגרם מהבדלים בין מיתרים.

מהפך רכיבים

מהפך המודול מחבר כל מודול פוטו-וולטאי למהפך, ולכל מודול יש מעקב אחר שיא הספק מרבי עצמאי, כך שהמודול והמהפך משתפים פעולה טוב יותר. בדרך כלל בשימוש בתחנות כוח פוטו-וולטאיות של 50W עד 400W, היעילות הכוללת נמוכה מזו של ממירי מיתר. מכיוון שהם מחוברים במקביל בצד AC, הדבר מגביר את מורכבות החיווט בצד AC ומקשה על התחזוקה. דבר נוסף שצריך לפתור הוא איך להתחבר לרשת בצורה יעילה יותר. הדרך הפשוטה היא להתחבר ישירות לרשת דרך שקעי AC רגילים, מה שיכול להוזיל עלויות והתקנת ציוד, אך לעיתים קרובות תקני הבטיחות של רשת החשמל במקומות שונים עלולים שלא לאפשר זאת. בכך רשאית חברת החשמל להתנגד לחיבור ישיר של מכשיר ההפקה לשקע ביתי רגיל. גורם נוסף הקשור לבטיחות הוא האם נדרש שנאי בידוד (תדר גבוה או תדר נמוך) או האם מותר מהפך ללא שנאי. מהפך זה נמצא בשימוש נרחב ביותר בקירות מסך מזכוכית.

יעילות מהפך סולארי

היעילות של ממירים סולאריים מתייחסת לשוק ההולך וגדל של ממירים סולאריים (ממירים פוטו-וולטאיים) עקב הביקוש לאנרגיה מתחדשת. והממירים הללו דורשים יעילות ואמינות גבוהות במיוחד. מעגלי החשמל המשמשים בממירים אלה נבדקים ומומלצות הבחירות הטובות ביותר עבור התקני מיתוג ומיישר. המבנה הכללי של מהפך פוטו-וולטאי מוצג באיור 1. ישנם שלושה ממירים שונים לבחירה. אור השמש מאיר על מודולים סולאריים המחוברים בסדרה, וכל מודול מכיל קבוצה של יחידות תאים סולאריים המחוברים בסדרה. מתח הזרם הישר (DC) שנוצר על ידי מודולים סולאריים הוא בסדר גודל של כמה מאות וולט, בהתאם לתנאי התאורה של מערך המודולים, טמפרטורת התאים ומספר המודולים המחוברים בסדרה.

התפקיד העיקרי של סוג זה של מהפך הוא להמיר את מתח DC הכניסה לערך יציב. פונקציה זו מיושמת באמצעות ממיר דחיפה ודורשת מתג חיזוק ודיודת חיזוק. בארכיטקטורה הראשונה, שלב הבוסט מלווה בממיר גשר מלא מבודד. מטרתו של שנאי הגשר המלא היא לספק בידוד. ממיר הגשר המלא השני במוצא משמש להמרת DC מממיר הגשר המלא בשלב הראשון למתח זרם חילופין (AC). הפלט שלו מסונן לפני חיבורו לרשת רשת AC באמצעות מתג ממסר כפול מגע נוסף, על מנת לספק בידוד בטוח במקרה של תקלה ובידוד מרשת האספקה ​​בלילה. המבנה השני הוא תכנית לא מבודדת. ביניהם, מתח AC נוצר ישירות על ידי פלט מתח DC על ידי שלב הגברת. המבנה השלישי משתמש בטופולוגיה חדשנית של מתגי מתח ודיודות כוח כדי לשלב את הפונקציות של חלקי החיזוק ויצירת AC בטופולוגיה ייעודית, מה שהופך את המהפך ליעיל ככל האפשר למרות יעילות ההמרה הנמוכה מאוד של הפאנל הסולארי. קרוב ל-100% אבל חשוב מאוד. בגרמניה, מודול מסדרת 3kW המותקן על גג הפונה דרומה צפוי להפיק 2550 קילוואט לשנה. אם יעילות המהפך תוגדל מ-95% ל-96%, ניתן לייצר 25kWh נוספים של חשמל בכל שנה. העלות של שימוש במודולים סולאריים נוספים לייצור 25kWh זה שווה ערך להוספת מהפך. מכיוון שהגדלת היעילות מ-95% ל-96% לא תכפיל את עלות המהפך, השקעה במהפך יעיל יותר היא בחירה בלתי נמנעת. עבור עיצובים מתפתחים, הגדלת יעילות המהפך בצורה החסכונית ביותר היא קריטריון תכנון מרכזי. לגבי האמינות והעלות של המהפך, הם שני קריטריונים עיצוביים נוספים. יעילות גבוהה יותר מפחיתה את תנודות הטמפרטורה לאורך מחזור העומס, ובכך משפרת את האמינות, כך שההנחיות הללו קשורות למעשה. השימוש במודולים גם יגדיל את האמינות.

מתג חיזוק ודיודה

כל הטופולוגיות המוצגות דורשות מתגי הפעלה מהירים. שלב החיזוק ושלב המרת הגשר המלא דורשים דיודות מיתוג מהיר. בנוסף, מתגים המותאמים למיתוג בתדר נמוך (100 הרץ) שימושיים גם עבור טופולוגיות אלו. עבור כל טכנולוגיית סיליקון נתונה, למתגים המותאמים למעבר מהיר יהיו הפסדי הולכה גבוהים יותר מאשר למתגים המותאמים ליישומי מיתוג בתדר נמוך.

שלב החיזוק מתוכנן בדרך כלל כממיר מצב זרם רציף. בהתאם למספר המודולים הסולאריים במערך המשמש במהפך, ניתן לבחור אם להשתמש בהתקני 600V או 1200V. שתי אפשרויות עבור מתגי הפעלה הן MOSFETs ו-IGBTs. באופן כללי, MOSFETs יכולים לפעול בתדרי מיתוג גבוהים יותר מאשר IGBTs. בנוסף, תמיד יש לקחת בחשבון את השפעת דיודת הגוף: במקרה של שלב ה-Boost אין זו בעיה שכן דיודת הגוף אינה מתנהלת במצב פעולה רגיל. ניתן לחשב הפסדי הולכה של MOSFET מ-RDS(ON) בעל התנגדות, שהוא פרופורציונלי לשטח התבנית האפקטיבי עבור משפחת MOSFET נתונה. כאשר המתח הנקוב משתנה מ-600V ל-1200V, הפסדי ההולכה של ה-MOSFET יגדלו מאוד. לכן, גם אם ה-RDS(ON) המדורג שווה ערך, ה-MOSFET 1200V אינו זמין או שהמחיר גבוה מדי.

עבור מתגי חיזוק בדירוג של 600V, ניתן להשתמש ב-MOSFET של צומת על. עבור יישומי מיתוג בתדר גבוה, לטכנולוגיה זו יש את הפסדי ההולכה הטובים ביותר. MOSFETs עם ערכי RDS(ON) מתחת ל-100 מיליאוהם בחבילות TO-220 ו-MOSFETs עם ערכי RDS(ON) מתחת ל-50 מיליאוהם בחבילות TO-247. עבור ממירים סולאריים הדורשים מיתוג מתח של 1200V, IGBT היא הבחירה המתאימה. טכנולוגיות IGBT מתקדמות יותר, כגון NPT Trench ו-NPT Field Stop, מותאמות להפחתת הפסדי הולכה, אך על חשבון הפסדי מיתוג גבוהים יותר, מה שהופך אותן לפחות מתאימות ליישומי בוסט בתדרים גבוהים.

בהתבסס על טכנולוגיית ה-NPT המישורית הישנה, ​​פותח התקן FGL40N120AND שיכול לשפר את היעילות של מעגל החיזוק עם תדר מיתוג גבוה. יש לו EOFF של 43uJ/A. בהשוואה למכשירי הטכנולוגיה המתקדמים יותר, ה-EOFF הוא 80uJ/A, אבל צריך להשיג אותו סוג זה של ביצועים קשה מאוד. החיסרון של התקן FGL40N120AND הוא שירידה במתח הרוויה VCE(SAT) (3.0V לעומת 2.1V ב-125ºC) היא גבוהה, אך הפסדי המיתוג הנמוכים שלו בתדרי המיתוג גבוהים מגבירים את תדרי המיתוג יותר מאשר מפצים על כך. המכשיר משלב גם דיודה אנטי-מקבילית. בפעולת בוסט רגילה, דיודה זו לא תוביל. עם זאת, במהלך ההפעלה או במהלך תנאי חולף, ייתכן שמעגל החיזוק יופעל למצב פעיל, ובמקרה זה הדיודה האנטי-מקבילית תוביל. מכיוון של-IGBT עצמו אין דיודת גוף אינהרנטית, דיודה ארוזה זו נדרשת כדי להבטיח פעולה אמינה. עבור דיודות בוסט, נדרשות דיודות התאוששות מהירה כגון Stealth™ או דיודות סיליקון פחמן. לדיודות פחמן-סיליקון יש מתח והפסדים נמוכים מאוד. בעת בחירת דיודת הגברת, יש לקחת בחשבון את ההשפעה של זרם התאוששות הפוך (או קיבול הצומת של דיודת פחמן-סיליקון) על מתג ההגברה, מכיוון שהדבר יביא להפסדים נוספים. כאן, דיודת Stealth II שהושקה לאחרונה FFP08S60S יכולה לספק ביצועים גבוהים יותר. כאשר VDD=390V, ID=8A, di/dt=200A/us, וטמפרטורת המארז היא 100ºC, אובדן המיתוג המחושב נמוך מהפרמטר FFP08S60S של 205mJ. באמצעות דיודת התגנבות ISL9R860P2, ערך זה מגיע ל-225mJ. לכן, זה גם משפר את היעילות של המהפך בתדרי מיתוג גבוהים.

מתגי גשר ודיודות

לאחר סינון גשר מלא של MOSFET, גשר המוצא מייצר אות מתח וזרם סינוסואידי של 50Hz. יישום נפוץ הוא שימוש בארכיטקטורת גשר מלא סטנדרטית (איור 2). באיור, אם המתגים בפינה השמאלית העליונה והימנית התחתונה מופעלים, מתח חיובי נטען בין המסופים השמאלי והימני; אם המתגים בפינה הימנית העליונה והשמאלית התחתון מופעלים, מתח שלילי נטען בין המסוף השמאלי והימני. עבור יישום זה, רק מתג אחד מופעל במהלך פרק זמן מסוים. ניתן להעביר מתג אחד לתדר גבוה PWM ואת השני לתדר נמוך 50Hz. מכיוון שמעגל ה-bootstrap מסתמך על המרה של התקנים נמוכים, המכשירים הנמוכים מועברים לתדר גבוה PWM, בעוד שהמכשירים היוקרתיים מועברים לתדר נמוך של 50Hz. אפליקציה זו משתמשת במתג הפעלה של 600V, כך שה-MOSFET 600V חיבור-על מתאים מאוד למכשיר המיתוג המהיר הזה. מכיוון שהתקני מיתוג אלו יעמדו בזרם ההתאוששות ההפוכה המלא של התקנים אחרים כשהמתג מופעל, התקני חיבור על התאוששות מהירה כגון 600V FCH47N60F הם בחירה אידיאלית. RDS(ON) שלו הוא 73 מיליאוהם, ואובדן ההולכה שלו נמוך מאוד בהשוואה להתקני התאוששות מהירים דומים אחרים. כאשר מכשיר זה ממיר ב-50Hz, אין צורך להשתמש בתכונת השחזור המהיר. למכשירים אלו מאפייני dv/dt ו-di/dt מצוינים, מה שמשפר את אמינות המערכת בהשוואה ל-MOSFETs סטנדרטיים של צומת-על.

אפשרות נוספת שכדאי לבדוק היא השימוש במכשיר FGH30N60LSD. זהו IGBT 30A/600V עם מתח רוויה VCE(SAT) של 1.1V בלבד. אובדן הכיבוי שלו EOFF גבוה מאוד, מגיע ל-10mJ, כך שהוא מתאים רק להמרה בתדר נמוך. ל-MOSFET של 50 מיליאוהם יש RDS(ON) נגד התנגדות של 100 מיליאוהם בטמפרטורת הפעולה. לכן, ב-11A, יש לו VDS זהה ל-VCE(SAT) של ה-IGBT. מכיוון ש-IGBT זה מבוסס על טכנולוגיית פירוק ישנה יותר, VCE(SAT) אינו משתנה הרבה עם הטמפרטורה. לכן IGBT זה מפחית את ההפסדים הכוללים בגשר הפלט, ובכך מגדיל את היעילות הכוללת של המהפך. העובדה שה-FGH30N60LSD IGBT עובר מטכנולוגיית המרת הספק אחת לטופולוגיה ייעודית אחרת בכל חצי מחזור היא גם שימושית. IGBTs משמשים כאן כמתגים טופולוגיים. למעבר מהיר יותר, נעשה שימוש במכשירי סופר-צומת קונבנציונליים ומהירים לשחזור. עבור טופולוגיה ייעודית של 1200V ומבנה גשר מלא, ה-FGL40N120AND הנ"ל הוא מתג שמתאים מאוד לממירים סולאריים חדשים בתדר גבוה. כאשר טכנולוגיות מיוחדות דורשות דיודות, דיודות Stealth II, Hyperfast™ II ודיודות פחמן-סיליקון הן פתרונות מצוינים.

פוּנקצִיָה:

למהפך יש לא רק את הפונקציה של המרת DC ל-AC, אלא גם את הפונקציה של מקסום הביצועים של תאים סולאריים ואת הפונקציה של הגנת תקלות מערכת. לסיכום, קיימות פונקציות ריצה וכיבוי אוטומטיות, פונקציית בקרת מעקב הספק מרבי, פונקציית מניעת פעולה עצמאית (עבור מערכות מחוברות לרשת), פונקציית כוונון מתח אוטומטי (עבור מערכות מחוברות לרשת), פונקציית זיהוי DC (עבור מערכות מחוברות לרשת). ), וזיהוי קרקע DC. פונקציה (עבור מערכות מחוברות לרשת). להלן היכרות קצרה עם פונקציות הריצה והכיבוי האוטומטיות ופונקציית בקרת מעקב ההספק המרבי.

פעולת הפעלה וכיבוי אוטומטית: לאחר הזריחה בבוקר, עוצמת קרינת השמש עולה בהדרגה, וגם תפוקת התא הסולארי עולה. כאשר הספק המוצא הנדרש לפעולת המהפך מושג, המהפך מתחיל לפעול באופן אוטומטי. לאחר הכניסה לפעולה, המהפך יעקוב אחר תפוקת מודולי התא הסולאריים בכל עת. כל עוד הספק המוצא של מודולי התא הסולארי גדול מהספק המוצא הנדרש עבור משימת המהפך, המהפך ימשיך לפעול; הוא יפסיק עד השקיעה, גם אם המהפך יכול לפעול גם בימי גשם. כאשר פלט המודול הסולארי הופך קטן יותר ופלט המהפך מתקרב ל-0, המהפך נכנס למצב המתנה.

פונקציית בקרת מעקב הספק מרבי: הפלט של מודול התא הסולארי משתנה עם עוצמת קרינת השמש והטמפרטורה של מודול התא הסולארי עצמו (טמפרטורת השבב). בנוסף, מכיוון שלמודולים של תאים סולאריים יש את המאפיין שהמתח יורד ככל שהזרם עולה, ישנה נקודת הפעלה אופטימלית שיכולה להשיג הספק מקסימלי. עוצמת קרינת השמש משתנה, וברור שגם נקודת העבודה האופטימלית משתנה. בהקשר לשינויים אלו, נקודת העבודה של מודול התא הסולארי נשמרת תמיד בנקודת ההספק המקסימלית, והמערכת תמיד משיגה את תפוקת ההספק המקסימלית ממודול התא הסולארי. סוג זה של שליטה הוא בקרת מעקב עוצמה מקסימלית. המאפיין הגדול ביותר של ממירים המשמשים במערכות ייצור חשמל סולארי הוא שהם כוללים את פונקציית מעקב נקודת הכוח המקסימלית (MPPT).

סוּג

סיווג היקף היישום

(1) מהפך רגיל

כניסת DC 12V או 24V, AC 220V, פלט 50Hz, הספק מ-75W עד 5000W, בחלק מהדגמים יש המרת AC ו-DC, כלומר פונקציית UPS.

(2) מכונת מהפך/מטען הכל-באחד

בסוג זה של מהפך, משתמשים יכולים להשתמש בצורות שונות של חשמל כדי להפעיל עומסי AC: כאשר יש מתח AC, מתח AC משמש כדי להפעיל את העומס דרך המהפך, או לטעינת הסוללה; כאשר אין מתח AC, הסוללה משמשת להפעלת עומס AC. . ניתן להשתמש בו בשילוב עם מקורות חשמל שונים: סוללות, גנרטורים, פאנלים סולאריים וטורבינות רוח.

(3) מהפך מיוחד לדואר וטלקומוניקציה

לספק ממירי 48V באיכות גבוהה עבור שירותי דואר וטלקומוניקציה. המוצרים באיכות טובה, אמינות גבוהה, ממירים מודולריים (המודול הוא 1KW) ובעלי פונקציית יתירות N+1 וניתנים להרחבה (הספק מ-2KW ל-20KW). ).

(4) מהפך מיוחד לתעופה ולצבא

לסוג זה של מהפך יש כניסת 28Vdc והוא יכול לספק את יציאות AC הבאות: 26Vac, 115Vac, 230Vac. תדר המוצא שלו יכול להיות: 50Hz, 60Hz ו-400Hz, והספק המוצא נע בין 30VA ל-3500VA. ישנם גם ממירי DC-DC וממירי תדרים ייעודיים לתעופה.

סיווג צורות גל פלט

(1) מהפך גל ריבועי

פלט צורת הגל של מתח AC על ידי מהפך הגל הריבועי הוא גל ריבועי. מעגלי המהפך המשמשים ממהפך מסוג זה אינם זהים לחלוטין, אך המאפיין המשותף הוא שהמעגל פשוט יחסית ומספר הצינורות של מתג ההפעלה קטן. הספק העיצובי הוא בדרך כלל בין מאה וואט לקילווואט אחד. היתרונות של מהפך גל ריבועי הם: מעגל פשוט, מחיר זול ותחזוקה קלה. החיסרון הוא שמתח הגל הריבועי מכיל מספר רב של הרמוניות מסדר גבוה, שייצרו הפסדים נוספים במכשירי עומס עם משרני ליבת ברזל או שנאים, שיגרמו להפרעות למכשירי רדיו וציוד תקשורת מסוים. בנוסף, למהפך מסוג זה יש חסרונות כמו טווח ויסות מתח לא מספיק, פונקציית הגנה לא מלאה ורעש גבוה יחסית.

(2) מהפך גל צעד

פלט צורת הגל של מתח AC על ידי סוג זה של מהפך הוא גל צעד. ישנם קווים רבים ושונים עבור המהפך למימוש פלט גל צעד, ומספר השלבים בצורת גל הפלט משתנה מאוד. היתרון של מהפך גל הצעדים הוא שצורת הגל של הפלט משופרת משמעותית בהשוואה לגל הריבועי, והתכולה ההרמונית בסדר גבוה מופחתת. כאשר השלבים מגיעים ליותר מ-17, צורת הגל של הפלט יכולה להשיג גל מעין-סינוסואידי. כאשר נעשה שימוש בפלט ללא שנאי, היעילות הכוללת גבוהה מאוד. החיסרון הוא שמעגל הסופרפוזיציה של גלי הסולם משתמש בהרבה צינורות מתג מתח, וחלק מצורות המעגל דורשות מספר קבוצות של כניסות מתח DC. זה מביא לבעיות בקיבוץ ובחיווט של מערכי תאים סולאריים וטעינה מאוזנת של סוללות. בנוסף, למתח גלי המדרגות יש עדיין הפרעות בתדר גבוה למכשירי רדיו וציוד תקשורת כלשהו.

מהפך גלי סינוס

פלט צורת הגל של מתח AC על ידי מהפך גלי הסינוס הוא גל סינוס. היתרונות של מהפך גלי הסינוס הם שיש לו צורת גל פלט טובה, עיוות נמוך מאוד, הפרעות מועטות למכשירי רדיו וציוד ורעש נמוך. בנוסף, יש לו פונקציות הגנה מלאות ויעילות כללית גבוהה. החסרונות הם: המעגל מורכב יחסית, דורש טכנולוגיית תחזוקה גבוהה, והוא יקר.

הסיווג של שלושת סוגי הממירים לעיל מועיל למעצבים ולמשתמשים במערכות פוטו-וולטאיות ומערכות אנרגיית רוח כדי לזהות ולבחור ממירים. למעשה, לממירים עם אותה צורת גל עדיין יש הבדלים גדולים בעקרונות המעגל, ההתקנים בשימוש, שיטות הבקרה וכו'.

שיטות סיווג אחרות

1. על פי תדירות הספק AC פלט, ניתן לחלק אותו למהפך תדר כוח, מהפך תדר בינוני ומהפך בתדר גבוה. התדר של מהפך תדר החשמל הוא 50 עד 60 הרץ; התדר של מהפך בתדר בינוני הוא בדרך כלל 400 הרץ עד יותר מעשרה קילו הרץ; התדר של מהפך בתדר גבוה הוא בדרך כלל יותר מעשרה קילו-הרץ ל-MHz.

2. לפי מספר הפאזות שמוצא המהפך, ניתן לחלק אותו למהפך חד פאזי, מהפך תלת פאזי ומהפך רב פאזי.

3. לפי יעד הספק המוצא של המהפך, ניתן לחלק אותו למהפך אקטיבי ומהפך פסיבי. כל מהפך המעביר את תפוקת האנרגיה החשמלית על ידי המהפך לרשת החשמל התעשייתית נקרא מהפך אקטיבי; כל מהפך שמעביר את תפוקת האנרגיה החשמלית על ידי המהפך לעומס חשמלי כלשהו נקרא מהפך פסיבי. התקן.

4. על פי צורת המעגל הראשי של המהפך, ניתן לחלק אותו למהפך חד-קצה, מהפך דחיפה, מהפך חצי גשר ומהפך גשר מלא.

5. על פי סוג התקן המיתוג הראשי של המהפך, ניתן לחלק אותו למהפך תיריסטור, מהפך טרנזיסטור, מהפך אפקט שדה וממיר טרנזיסטור דו-קוטבי של שער מבודד (IGBT). ניתן לחלק אותו לשתי קטגוריות: מהפך "נשלט למחצה" ומהפך "בשליטה מלאה". לראשון אין יכולת כיבוי עצמי, והרכיב מאבד את תפקוד הבקרה שלו לאחר הפעלתו, ולכן הוא נקרא "מבוקרים למחצה" ותיריסטורים רגילים נכנסים לקטגוריה זו; האחרון יש את היכולת לכבות עצמית, כלומר, אין מכשיר ניתן לשלוט על ההפעלה והכיבוי על ידי אלקטרודת הבקרה, אז זה נקרא "סוג מבוקר מלא". טרנזיסטורי אפקט שדה כוח וטרנזיסטורי דו-הספק של שער מבודד (IGBT) כולם שייכים לקטגוריה זו.

6. על פי ספק כוח DC, ניתן לחלק אותו למהפך מקור מתח (VSI) ומהפך מקור זרם (CSI). בראשון, מתח ה-DC הוא כמעט קבוע, ומתח המוצא הוא גל ריבועי לסירוגין; באחרון, זרם ה-DC הוא כמעט קבוע, וזרם המוצא הוא גל ריבועי לסירוגין.

7. על פי שיטת בקרת המהפך, ניתן לחלק אותו למהפך אפנון תדר (PFM) ומהפך אפנון רוחב דופק (PWM).

8. על פי מצב העבודה של מעגל מיתוג המהפך, ניתן לחלק אותו למהפך תהודה, מהפך מיתוג קשיח בתדר קבוע ומהפך מיתוג רך בתדר קבוע.

9. על פי שיטת הקומוטציה של המהפך, ניתן לחלק אותו למהפך מועמס ומהפך עצמי.

פרמטרים של ביצועים:

ישנם פרמטרים רבים ותנאים טכניים המתארים את הביצועים של מהפך. כאן אנו נותנים רק הסבר קצר על הפרמטרים הטכניים הנפוצים בעת הערכת ממירים.

1. תנאים סביבתיים לשימוש במהפך. תנאי שימוש רגילים של המהפך: הגובה אינו עולה על 1000 מטר, וטמפרטורת האוויר היא 0~+40℃.

2. תנאי אספקת חשמל קלט DC, טווח תנודות מתח DC קלט: ±15% מערך המתח המדורג של ערכת הסוללות.

3. מתח מוצא מדורג, בתוך טווח התנודות המותר שצוין של מתח DC הכניסה, הוא מייצג את ערך המתח המדורג שהמהפך אמור להיות מסוגל להוציא. הדיוק היציב של ערך המתח המדורג במוצא כולל בדרך כלל את ההוראות הבאות:

(1) במהלך הפעלה במצב יציב, יש להגביל את טווח תנודות המתח, לדוגמה, הסטייה שלו לא תעלה על ±3% או ±5% מהערך הנקוב.

(2) במצבים דינמיים בהם העומס משתנה באופן פתאומי או מושפע מגורמי הפרעה אחרים, סטיית מתח המוצא לא תעלה על ±8% או ±10% מהערך הנקוב.

4. תדר יציאה מדורג, התדר של מתח AC פלט המהפך צריך להיות ערך יציב יחסית, בדרך כלל תדר ההספק של 50Hz. הסטייה צריכה להיות בטווח של ±1% בתנאי עבודה רגילים.

5. זרם פלט מדורג (או קיבולת פלט מדורג) מציין את זרם הפלט המדורג של המהפך בטווח גורם הספק העומס שצוין. חלק ממוצרי אינוורטר נותנים קיבולת תפוקה מדורגת, המתבטאת ב-VA או kVA. הקיבולת המדורגת של המהפך היא כאשר מקדם הספק המוצא הוא 1 (כלומר עומס התנגדות גרידא), מתח המוצא המדורג הוא מכפלה של זרם המוצא המדורג.

6. יעילות תפוקה מדורגת. היעילות של המהפך היא היחס בין הספק המוצא שלו להספק המבוא בתנאי עבודה מוגדרים, מבוטא באחוזים. היעילות של המהפך בקיבולת תפוקה מדורגת היא יעילות עומס מלאה, והיעילות ב-10% מיכולת הפלט המדורגת היא יעילות עומס נמוכה.

7. התוכן ההרמוני המקסימלי של המהפך. עבור מהפך גלי סינוס, תחת עומס התנגדות, התוכן ההרמוני המרבי של מתח המוצא צריך להיות ≤10%.

8. כושר עומס יתר של המהפך מתייחס ליכולתו של הממיר להפיק יותר מהערך הנוכחי הנקוב בפרק זמן קצר בתנאים מוגדרים. קיבולת עומס היתר של המהפך צריכה לעמוד בדרישות מסוימות תחת מקדם הספק העומס שצוין.

9. היעילות של המהפך היא היחס בין ההספק הפעיל של פלט המהפך להספק הפעיל המבוא (או הספק DC) מתחת למתח המוצא המדורג, זרם המוצא ומקדם הספק העומס שצוין.

10. מקדם הספק עומס מייצג את יכולתו של המהפך לשאת עומסים אינדוקטיביים או קיבוליים. בתנאי גלי סינוס, מקדם הספק העומס הוא 0.7~0.9 (פיגור), והערך המדורג הוא 0.9.

11. אסימטריה של עומס. תחת עומס א-סימטרי של 10%, האסימטריה של מתח המוצא של מהפך תלת פאזי בתדר קבוע צריכה להיות ≤10%.

12. חוסר איזון במתח המוצא. בתנאי הפעלה רגילים, חוסר איזון המתח התלת-פאזי (היחס בין רכיב רצף הפוך לרכיב רצף חיובי) פלט על ידי המהפך לא יעלה על ערך מוגדר, המתבטא בדרך כלל ב-%, כגון 5% או 8%.

13. מאפייני התחלה: בתנאי הפעלה רגילים, המהפך אמור להיות מסוגל להתניע כרגיל 5 פעמים ברציפות בתנאי הפעלה של עומס מלא וללא עומס.

14. פונקציות הגנה, יש להגדיר את המהפך: הגנה מפני קצר חשמלי, הגנה מפני זרם יתר, הגנה מפני טמפרטורת יתר, הגנה מפני מתח יתר, הגנה על תת מתח והגנה מפני אובדן פאזה. ביניהם, הגנת מתח יתר פירושה שעבור ממירים ללא אמצעי ייצוב מתח, צריכים להיות אמצעי הגנה מפני מתח יתר במוצא כדי להגן על המסוף השלילי מפני נזק על ידי מתח יתר במוצא. הגנת זרם יתר מתייחסת להגנת זרם יתר של המהפך, שאמורה להיות מסוגלת להבטיח פעולה בזמן כאשר העומס מקוצר או שהזרם חורג מהערך המותר כדי להגן עליו מפני נזק על ידי זרם נחשול.

15. הפרעות ואנטי-הפרעות, המהפך אמור להיות מסוגל לעמוד בהפרעות אלקטרומגנטיות בסביבה הכללית בתנאי עבודה רגילים שצוינו. הביצועים נגד הפרעות והתאימות האלקטרומגנטית של המהפך צריכים לעמוד בתקנים הרלוונטיים.

16. ממירים שאינם מופעלים, מנוטרים ומתוחזקים לעתים קרובות צריכים להיות ≤95db; ממירים המופעלים, מנוטרים ומתוחזקים לעתים קרובות צריכים להיות ≤80db.

17. תצוגה, על המהפך להיות מצויד בתצוגת נתונים של פרמטרים כגון מתח מוצא AC, זרם מוצא ותדר מוצא, ותצוגת אות של קלט חי, מופעל ומצב תקלה.

18. פונקציית תקשורת. פונקציית התקשורת מרחוק מאפשרת למשתמשים לבדוק את מצב ההפעלה של המכונה ואת הנתונים המאוחסנים מבלי להיכנס לאתר.

19. עיוות צורת הגל של מתח המוצא. כאשר מתח המוצא של המהפך הוא סינוסואידי, יש לציין את עיוות צורת הגל המקסימלי המותר (או תוכן הרמוני). מבוטא בדרך כלל כעיוות הכולל של צורת הגל של מתח המוצא, ערכו לא יעלה על 5% (מותרים 10% עבור פלט חד פאזי).

20. מאפייני התנעה, המאפיינים את יכולת ההתנעה של המהפך בעומס ואת ביצועיו בזמן פעולה דינמית. המהפך אמור להבטיח התנעה אמינה תחת עומס מדורג.

21. רעש. רובוטריקים, משרני פילטרים, מתגים אלקטרומגנטיים, מאווררים ורכיבים אחרים בציוד אלקטרוני מתח, כולם מייצרים רעש. כאשר המהפך פועל כרגיל, הרעש שלו לא יעלה על 80dB, והרעש של מהפך קטן לא יעלה על 65dB.

מאפייני סוללה:

סוללת PV

כדי לפתח מערכת אינוורטר סולארי, חשוב להבין תחילה את המאפיינים השונים של תאים סולאריים (תאי PV). Rp ו-Rs הם התנגדויות טפיליות, שהן אינסופיות ואפסות בהתאמה בנסיבות אידיאליות.

עוצמת האור והטמפרטורה יכולים להשפיע באופן משמעותי על מאפייני הפעולה של תאי PV. הזרם פרופורציונלי לעוצמת האור, אך לשינויים באור יש השפעה מועטה על מתח ההפעלה. עם זאת, מתח ההפעלה מושפע מהטמפרטורה. עלייה בטמפרטורת הסוללה מפחיתה את מתח הפעולה אך משפיעה מעט על הזרם שנוצר. האיור שלהלן ממחיש את ההשפעות של טמפרטורה ואור על מודולי PV.

לשינויים בעוצמת האור יש השפעה גדולה יותר על הספק הסוללה מאשר לשינויים בטמפרטורה. זה נכון לכל חומרי ה-PV הנפוצים. תוצאה חשובה של השילוב של שתי ההשפעות הללו היא שהעוצמה של תא PV פוחת עם ירידה בעוצמת האור ו/או עלייה בטמפרטורה.

נקודת חשמל מקסימלית (MPP)

תאים סולאריים יכולים לפעול על פני מגוון רחב של מתחים וזרמים. ה-MPP נקבע על ידי הגדלת העומס ההתנגדות על התא המואר מאפס (אירוע קצר חשמלי) לערך גבוה מאוד (אירוע מעגל פתוח). MPP היא נקודת הפעולה שבה V x I מגיע לערכו המקסימלי ובעוצמת הארה זו ניתן להשיג הספק מקסימלי. הספק המוצא כאשר מתרחש אירוע קצר חשמלי (מתח PV שווה לאפס) או מעגל פתוח (זרם PV שווה לאפס) הוא אפס.

תאים סולאריים סיליקון חד גבישי איכותיים מייצרים מתח מעגל פתוח של 0.60 וולט בטמפרטורה של 25°C. עם אור שמש מלא וטמפרטורת אוויר של 25 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה של תא נתון עשויה להיות קרובה ל-45 מעלות צלזיוס, מה שיפחית את מתח המעגל הפתוח לכ-0.55 וולט. ככל שהטמפרטורה עולה, מתח המעגל הפתוח ממשיך לרדת עד לקצר של מודול ה-PV.

הספק מקסימלי בטמפרטורת סוללה של 45°C מופק בדרך כלל ב-80% מתח מעגל פתוח ו-90% זרם קצר חשמלי. זרם הקצר של הסוללה הוא כמעט פרופורציונלי להארה, ומתח המעגל הפתוח עשוי לרדת רק ב-10% כשהתאורה מופחתת ב-80%. סוללות באיכות נמוכה יותר יפחיתו את המתח מהר יותר כאשר הזרם גדל, ובכך יפחיתו את ההספק הזמין. התפוקה ירדה מ-70% ל-50%, או אפילו רק 25%.

המיקרו-מהפך הסולארי חייב לוודא שמודול ה-PV פועלים ב-MPP בכל זמן נתון, כך שניתן לקבל אנרגיה מקסימלית ממודולי ה-PV. ניתן להשיג זאת באמצעות לולאת שליטה בנקודת הספק המקסימלית, הידועה גם כ-Maximum Power Point Tracker (MPPT). השגת יחס גבוה של מעקב MPP מחייבת גם שאדוות מתח המוצא של ה-PV יהיה קטן מספיק כדי שזרם ה-PV לא ישתנה יותר מדי כאשר הוא פועל ליד נקודת הכוח המקסימלית.

ניתן להגדיר את טווח המתח MPP של מודולי PV בדרך כלל בטווח של 25V עד 45V, עם ייצור חשמל של כ-250W ומתח מעגל פתוח מתחת ל-50V.

שימוש ותחזוקה:

להשתמש

1. חבר והתקן את הציוד אך ורק בהתאם לדרישות הוראות ההפעלה והתחזוקה של המהפך. במהלך ההתקנה, עליך לבדוק היטב: האם קוטר החוט עומד בדרישות; האם הרכיבים והטרמינלים רופפים במהלך ההובלה; האם החלקים המבודדים מבודדים היטב; האם הארקה של המערכת עומדת בתקנות.

2. יש להפעיל את המהפך ולהשתמש בו אך ורק בהתאם להוראות השימוש והתחזוקה. בפרט: לפני הפעלת המכונה, שימו לב אם מתח הכניסה תקין; במהלך הפעולה, שימו לב האם רצף ההפעלה והכיבוי של המכונה נכון, והאם החיוויים של כל מד ונורית חיווי תקינים.

3. לממירים יש בדרך כלל הגנה אוטומטית לשבירת מעגלים, זרם יתר, מתח יתר, התחממות יתר ופריטים אחרים, כך שכאשר תופעות אלו מתרחשות, אין צורך בכיבוי ידני; נקודות ההגנה של ההגנה האוטומטית מוגדרות בדרך כלל במפעל, ואין צורך להתכוונן שוב.

4. יש מתח גבוה בארון המהפך. בדרך כלל אסור למפעילים לפתוח את דלת הארון, ויש לנעול את דלת הארון בזמנים רגילים.

5. כאשר טמפרטורת החדר עולה על 30 מעלות צלזיוס, יש לנקוט באמצעי פיזור חום וקירור על מנת למנוע כשל בציוד ולהאריך את חיי השירות של הציוד.

תחזוקה ובדיקה

1. בדקו באופן קבוע האם החיווט של כל חלק במהפך יציב והאם יש רפיון. בפרט, יש לבדוק בקפידה את המאוורר, מודול החשמל, מסוף הקלט, מסוף המוצא וההארקה.

2. לאחר כיבוי האזעקה, אסור להפעיל אותה מיד. יש לברר ולתקן את הסיבה לפני ההפעלה. הבדיקה צריכה להתבצע אך ורק בהתאם לשלבים המפורטים במדריך התחזוקה של המהפך.

3. על המפעילים לקבל הכשרה מיוחדת ולהיות מסוגלים לקבוע את הסיבות לתקלות כלליות ולחסלן, כגון החלפת נתיכים, רכיבים ומעגלים פגומים במיומנות. צוות לא מיומן אינו רשאי להפעיל את הציוד.

4. אם מתרחשת תאונה שקשה לבטלה או שסיבת התאונה אינה ברורה, יש לשמור רישומים מפורטים של התאונה ולהודיע ​​ליצרן המהפך בזמן לפתרון.