Enciklopedijos įvadas į saulės inverterius

Inverteris , taip pat žinomas kaip galios reguliatorius ir galios reguliatorius, yra esminė fotovoltinės sistemos dalis. Pagrindinė fotovoltinio keitiklio funkcija – saulės kolektorių generuojamą nuolatinės srovės energiją paversti kintamosios srovės energija, kurią naudoja buitinė technika. Visa saulės kolektorių pagaminta elektros energija turi būti apdorota keitikliu, kad ji galėtų būti perduodama išoriniam pasauliui. [1] Per visą tilto grandinę SPWM procesorius paprastai naudojamas moduliavimui, filtravimui, įtampos didinimui ir kt., siekiant gauti sinusoidinę kintamosios srovės galią, atitinkančią apšvietimo apkrovos dažnį, vardinę įtampą ir tt galutiniams sistemos vartotojams. Naudojant keitiklį, nuolatinės srovės baterija gali būti naudojama kintamos srovės tiekimui prietaisams.

Įvadas:

Saulės kintamosios srovės energijos gamybos sistemą sudaro saulės baterijos, įkrovimo valdiklis, keitiklis ir baterija; saulės nuolatinės srovės energijos gamybos sistemoje nėra inverterio. Kintamosios srovės energijos konvertavimo į nuolatinę srovę procesas vadinamas lygintuvu, grandinė, kuri atlieka lygintuvo funkciją, vadinama lygintuvo grandine, o įrenginys, kuris įgyvendina išlyginimo procesą, vadinamas lygintuvu arba lygintuvu. Atitinkamai, nuolatinės srovės energijos pavertimo kintamąja energija procesas vadinamas inverteriu, grandinė, kuri atlieka keitiklio funkciją, vadinama inverterio grandine, o įrenginys, įgyvendinantis keitiklio procesą, vadinamas inverterio įranga arba inverteriu.

Inverterio įtaiso šerdis yra keitiklio jungiklio grandinė, vadinama keitiklio grandine. Ši grandinė užbaigia keitiklio funkciją įjungdama ir išjungdama galios elektroninį jungiklį. Galios elektroniniams perjungimo įtaisams perjungti reikalingi tam tikri varomieji impulsai, kuriuos galima reguliuoti keičiant įtampos signalą. Impulsus generuojanti ir reguliuojanti grandinė dažnai vadinama valdymo grandine arba valdymo kilpa. Inverterio įtaiso pagrindinę struktūrą, be pirmiau minėtos keitiklio grandinės ir valdymo grandinės, sudaro apsaugos grandinė, išėjimo grandinė, įvesties grandinė, išvesties grandinė ir kt.

Funkcijos:

Dėl pastatų įvairovės tai neišvengiamai lems saulės kolektorių įrenginių įvairovę. Siekiant maksimaliai padidinti saulės energijos konversijos efektyvumą, kartu atsižvelgiant į gražią pastato išvaizdą, reikia diversifikuoti mūsų inverterius, kad būtų pasiektas geriausias saulės energijos būdas. Paversti.

Centralizuota inversija

Centralizuotas keitiklis dažniausiai naudojamas didelių fotovoltinių elektrinių (>10kW) sistemose. Daugelis lygiagrečių fotovoltinių stygų yra prijungtos prie to paties centralizuoto keitiklio nuolatinės srovės įvesties. Paprastai trifaziai IGBT maitinimo moduliai naudojami didelei galiai. Mažesni naudoja lauko efekto tranzistorius ir naudoja DSP konvertavimo valdiklius, kad pagerintų generuojamos galios kokybę, kad ji būtų labai artima sinusinės bangos srovei. Didžiausias bruožas yra didelė sistemos galia ir maža kaina. Tačiau visos fotovoltinės sistemos efektyvumui ir elektros gamybos pajėgumui įtakos turi fotovoltinių stygų suderinimas ir dalinis šešėliavimas. Tuo pačiu visos fotovoltinės sistemos elektros energijos gamybos patikimumą įtakoja bloga tam tikros fotovoltinių blokų grupės darbinė būklė. Naujausios tyrimų kryptys – erdvės vektoriaus moduliacijos valdymo panaudojimas ir naujų keitiklių topologijos jungčių kūrimas siekiant aukšto efektyvumo dalinės apkrovos sąlygomis. „SolarMax“ centralizuotame keitiklyje galima pritvirtinti fotovoltinės matricos sąsajos dėžutę, kad būtų galima stebėti kiekvieną fotovoltinių burių plokščių eilutę. Jei viena iš stygų neveikia tinkamai, sistema bus. Informacija perduodama į nuotolinio valdymo pultą ir šią eilutę galima sustabdyti nuotolinio valdymo pulteliu, kad vienos fotovoltinės stygos gedimas nesumažintų ir nepaveiks darbo ir energijos išeigos. visos fotovoltinės sistemos.

Styginių keitiklis

Styginiai inverteriai tapo populiariausiais inverteriais tarptautinėje rinkoje. Styginių keitiklis yra pagrįstas moduline koncepcija. Kiekviena fotovoltinė styga (1kW-5kW) praeina per keitiklį, turi didžiausios galios smailės sekimą nuolatinės srovės gale ir yra lygiagrečiai prijungta prie tinklo kintamosios srovės gale. Daugelis didelių fotovoltinių elektrinių naudoja styginius inverterius. Privalumas tas, kad jo neveikia modulių skirtumai ir šešėliai tarp stygų, o kartu sumažina optimalų fotovoltinių modulių veikimo tašką.

Neatitikimas su keitikliu, todėl padidėja energijos gamyba. Šie techniniai pranašumai ne tik sumažina sistemos sąnaudas, bet ir padidina sistemos patikimumą. Tuo pačiu metu tarp stygų įvedama „pagrindinio-pavaldžio“ sąvoka, kad kai sistemos vienos eilutės galia negali priversti veikti vieno keitiklio, galima sujungti kelias fotovoltinių stygų grupes, kad būtų galima vieną arba keli iš jų dirbti. , todėl pagaminama daugiau elektros energijos. Naujausia koncepcija yra ta, kad keli inverteriai sudaro „komandą“ tarpusavyje, kad pakeistų „pagrindinio-vergo“ koncepciją, todėl sistema tampa patikimesnė.

Kelių stygų keitiklis

Daugiastyginis keitiklis išnaudoja centralizuoto keitiklio ir styginio keitiklio privalumus, išvengia jų trūkumų ir gali būti pritaikytas kelių kilovatų fotovoltinėms elektrinėms. Į kelių eilučių keitiklį įtraukiami skirtingi individualūs didžiausios galios stebėjimo ir nuolatinės srovės į nuolatinės srovės keitikliai. Nuolatinė srovė paverčiama kintamosios srovės energija per bendrą nuolatinės srovės į kintamąją keitiklį ir prijungiama prie tinklo. Skirtingi fotovoltinių stygų reitingai (pvz., skirtinga vardinė galia, skirtingas modulių skaičius vienoje eilutėje, skirtingi modulių gamintojai ir kt.), skirtingi fotovoltinių modulių dydžiai ar skirtingos technologijos, skirtingos stygų orientacijos (pvz.: rytai, pietūs ir vakarai) , skirtingi pasvirimo kampai ar šešėliavimas, gali būti prijungti prie bendro keitiklio, o kiekviena styga veikia atitinkama maksimalia galia. Tuo pačiu sumažinamas nuolatinės srovės kabelio ilgis, sumažinant šešėlio efektą tarp stygų ir nuostolius, atsirandančius dėl stygų skirtumų.

Komponentinis keitiklis

Modulio keitiklis jungia kiekvieną fotovoltinį modulį su keitikliu, o kiekvienas modulis turi nepriklausomą didžiausios galios sekimą, kad modulis ir keitiklis geriau bendradarbiautų. Paprastai naudojamas 50–400 W fotovoltinėse elektrinėse, bendras efektyvumas yra mažesnis nei styginių keitiklių. Kadangi jie yra sujungti lygiagrečiai kintamosios srovės pusėje, tai padidina laidų sudėtingumą kintamosios srovės pusėje ir apsunkina priežiūrą. Kitas dalykas, kurį reikia išspręsti – kaip efektyviau prisijungti prie tinklo. Paprasčiausias būdas – jungtis prie tinklo tiesiai per įprastus kintamosios srovės lizdus, ​​tai gali sumažinti išlaidas ir įrangos montavimą, tačiau dažnai įvairiose vietose galiojantys elektros tinklo saugos standartai to gali neleisti. Tai darydama elektros energijos įmonė gali prieštarauti tiesioginiam generuojančio įrenginio prijungimui prie įprasto buitinio elektros lizdo. Kitas su sauga susijęs veiksnys yra tai, ar reikalingas izoliacinis transformatorius (aukšto dažnio ar žemo dažnio), ar leidžiamas keitiklis be transformatoriaus. Šis inverteris plačiausiai naudojamas stiklinėse užuolaidinėse sienose.

Saulės keitiklio efektyvumas

Saulės keitiklių efektyvumas susijęs su augančia saulės keitiklių (fotovoltinių keitiklių) rinka dėl atsinaujinančios energijos paklausos. O šie inverteriai reikalauja itin didelio efektyvumo ir patikimumo. Išnagrinėtos šiuose inverteriuose naudojamos maitinimo grandinės ir rekomenduojami geriausi perjungimo ir lygintuvų įtaisų pasirinkimai. Bendra fotovoltinio keitiklio struktūra parodyta 1 paveiksle. Galima rinktis iš trijų skirtingų keitiklių. Saulės šviesa apšviečia nuosekliai sujungtus saulės modulius, o kiekviename modulyje yra nuosekliai sujungtų saulės elementų rinkinys. Saulės modulių generuojama nuolatinės srovės (DC) įtampa yra kelių šimtų voltų dydžio, priklausomai nuo modulių matricos apšvietimo sąlygų, elementų temperatūros ir nuosekliai sujungtų modulių skaičiaus.

Pagrindinė šio tipo keitiklio funkcija yra konvertuoti įėjimo nuolatinę įtampą į stabilią vertę. Ši funkcija įgyvendinama per stiprinimo keitiklį ir jai reikalingas stiprinimo jungiklis ir stiprinimo diodas. Pirmojoje architektūroje po padidinimo etapo seka izoliuotas viso tilto keitiklis. Viso tilto transformatoriaus paskirtis – užtikrinti izoliaciją. Antrasis viso tilto keitiklis išėjime naudojamas konvertuoti DC iš pirmosios pakopos pilno tilto keitiklio į kintamos srovės (AC) įtampą. Jo išvestis filtruojama prieš prijungiant prie kintamosios srovės tinklo per papildomą dvigubo kontakto relės jungiklį, kad būtų užtikrinta saugi izoliacija gedimo atveju ir atjungimas nuo maitinimo tinklo naktį. Antroji struktūra yra neizoliuota schema. Tarp jų kintamosios srovės įtampą tiesiogiai generuoja nuolatinės srovės įtampa, kurią sukuria padidinimo pakopa. Trečiojoje struktūroje naudojama naujoviška maitinimo jungiklių ir maitinimo diodų topologija, siekiant integruoti padidinimo ir kintamosios srovės generavimo dalių funkcijas į tam skirtą topologiją, todėl keitiklis yra kuo efektyvesnis, nepaisant labai mažo saulės baterijos konversijos efektyvumo. Beveik 100%, bet labai svarbu. Tikimasi, kad Vokietijoje 3 kW serijos modulis, sumontuotas ant pietų atsukto stogo, pagamins 2550 kWh per metus. Padidinus keitiklio efektyvumą nuo 95% iki 96%, kasmet galima papildomai pagaminti 25 kWh elektros energijos. Kaina naudojant papildomus saulės modulius šiam 25 kWh generavimui prilygsta keitiklio pridėjimui. Kadangi padidinus efektyvumą nuo 95% iki 96%, keitiklio kaina nepadidės dvigubai, investicija į efektyvesnį keitiklį yra neišvengiamas pasirinkimas. Naujų projektų atveju pagrindinis projektavimo kriterijus yra keitiklio efektyvumo didinimas ekonomiškiausiu būdu. Kalbant apie keitiklio patikimumą ir kainą, tai yra du kiti projektavimo kriterijai. Didesnis efektyvumas sumažina temperatūros svyravimus per apkrovos ciklą ir taip pagerina patikimumą, todėl šios gairės iš tikrųjų yra susijusios. Modulių naudojimas taip pat padidins patikimumą.

Padidinimo jungiklis ir diodas

Visoms parodytoms topologijoms reikalingi greito perjungimo maitinimo jungikliai. Padidinimo pakopai ir viso tilto konversijos stadijai reikia greito perjungimo diodų. Be to, šioms topologijoms taip pat naudingi jungikliai, optimizuoti žemo dažnio (100 Hz) perjungimui. Naudojant bet kurią silicio technologiją, jungikliai, optimizuoti greitam perjungimui, turės didesnius laidumo nuostolius nei jungikliai, optimizuoti žemo dažnio perjungimo programoms.

Padidinimo pakopa paprastai yra suprojektuota kaip nuolatinės srovės režimo keitiklis. Priklausomai nuo saulės modulių skaičiaus inverterio masyve, galite pasirinkti, ar naudoti 600 V ar 1200 V įrenginius. Du maitinimo jungiklių pasirinkimai yra MOSFET ir IGBT. Paprastai tariant, MOSFET gali veikti aukštesniu perjungimo dažniu nei IGBT. Be to, visada reikia atsižvelgti į korpuso diodo įtaką: padidinimo stadijos atveju tai nėra problema, nes korpuso diodas neveikia įprastu darbo režimu. MOSFET laidumo nuostoliai gali būti apskaičiuojami pagal varžos RDS(ON), kuri yra proporcinga tam tikros MOSFET šeimos efektyviam matricos plotui. Kai vardinė įtampa pasikeičia nuo 600 V iki 1200 V, MOSFET laidumo nuostoliai labai padidės. Todėl, net jei vardinis RDS(ON) yra lygiavertis, 1200 V MOSFET nėra arba kaina yra per didelė.

600 V įtampos padidinimo jungikliams gali būti naudojami superjungtiniai MOSFET. Aukšto dažnio perjungimo programoms ši technologija turi geriausius laidumo nuostolius. MOSFET, kurių RDS(ON) vertė mažesnė nei 100 miliohm TO-220 pakuotėse ir MOSFET, kurių RDS(ON) vertė mažesnė nei 50 miliohmų TO-247 pakuotėse. Saulės inverteriams, kuriems reikalingas 1200 V maitinimo perjungimas, IGBT yra tinkamas pasirinkimas. Pažangesnės IGBT technologijos, tokios kaip NPT Trench ir NPT Field Stop, yra optimizuotos laidumo nuostoliams mažinti, tačiau didesnių perjungimo nuostolių sąskaita, todėl jos yra mažiau tinkamos aukšto dažnio padidinimo programoms.

Remiantis sena NPT plokštumo technologija, buvo sukurtas įrenginys FGL40N120AND, galintis pagerinti padidinimo grandinės efektyvumą esant aukštam perjungimo dažniui. Jo EOFF yra 43 uJ / A. Palyginti su pažangesnių technologijų įrenginiais, EOFF yra 80uJ/A, tačiau jį reikia gauti. Toks veikimas yra labai sunkus. FGL40N120AND įrenginio trūkumas yra tas, kad soties įtampos kritimas VCE(SAT) (3,0 V, palyginti su 2,1 V, esant 125 ºC) yra didelis, tačiau maži jo perjungimo nuostoliai esant dideliam padidinimo perjungimo dažniui daugiau nei kompensuoja. Įrenginyje taip pat integruotas antilygiagretus diodas. Esant normaliam padidinimui, šis diodas neveiks. Tačiau paleidžiant arba pereinamomis sąlygomis gali būti, kad padidinimo grandinė persijungs į aktyvųjį režimą, tokiu atveju antilygiagretusis diodas ims veikti. Kadangi pats IGBT neturi įgimto korpuso diodo, šis kartu supakuotas diodas reikalingas patikimam veikimui užtikrinti. Stiprinimo diodams reikalingi greito atkūrimo diodai, tokie kaip Stealth™ arba anglies silicio diodai. Anglies ir silicio diodų tiesioginė įtampa ir nuostoliai yra labai maži. Renkantis stiprinimo diodą, reikia atsižvelgti į atvirkštinės atkūrimo srovės (arba anglies-silicio diodo jungties talpos) poveikį stiprinimo jungikliui, nes tai sukels papildomų nuostolių. Čia naujai pristatytas Stealth II diodas FFP08S60S gali užtikrinti didesnį našumą. Kai VDD=390V, ID=8A, di/dt=200A/us, o korpuso temperatūra yra 100ºC, apskaičiuoti perjungimo nuostoliai yra mažesni nei FFP08S60S parametras 205mJ. Naudojant ISL9R860P2 Stealth diodą, ši vertė siekia 225 mJ. Todėl tai taip pat pagerina keitiklio efektyvumą esant dideliam perjungimo dažniui.

Tiltiniai jungikliai ir diodai

Po MOSFET viso tilto filtravimo išvesties tiltelis generuoja 50 Hz sinusoidinės įtampos ir srovės signalą. Įprastas įgyvendinimas yra naudoti standartinę viso tilto architektūrą (2 pav.). Paveikslėlyje, jei įjungti jungikliai viršutiniame kairiajame ir apatiniame dešiniajame kampe, tarp kairiojo ir dešiniojo gnybtų įkraunama teigiama įtampa; jei įjungti jungikliai viršutiniame dešiniajame ir apatiniame kairiajame kampe, tarp kairiojo ir dešiniojo gnybtų įkraunama neigiama įtampa. Šioje programoje tam tikrą laiką įjungtas tik vienas jungiklis. Vieną jungiklį galima perjungti į aukšto dažnio PWM, o kitą – į žemo dažnio 50 Hz. Kadangi įkrovos grandinė priklauso nuo žemos klasės įrenginių konvertavimo, žemos klasės įrenginiai perjungiami į PWM aukštą dažnį, o aukščiausios klasės įrenginiai perjungiami į 50 Hz žemo dažnio. Ši programa naudoja 600 V maitinimo jungiklį, todėl 600 V superjungimo MOSFET labai tinka šiam didelės spartos perjungimo įrenginiui. Kadangi šie perjungimo įrenginiai atlaikys visą kitų įrenginių atvirkštinę atkūrimo srovę, kai jungiklis yra įjungtas, greito atkūrimo superjungimo įrenginiai, tokie kaip 600 V FCH47N60F, yra idealus pasirinkimas. Jo RDS(ON) yra 73 miliohmai, o laidumo nuostoliai yra labai maži, palyginti su kitais panašiais greito atkūrimo įrenginiais. Kai šis įrenginys konvertuoja 50 Hz dažniu, nereikia naudoti greito atkūrimo funkcijos. Šie įrenginiai pasižymi puikiomis dv/dt ir di/dt charakteristikomis, o tai pagerina sistemos patikimumą, lyginant su standartiniais superjungimo MOSFET.

Kitas variantas, kurį verta ištirti, yra FGH30N60LSD įrenginio naudojimas. Tai 30A/600V IGBT, kurio soties įtampa VCE(SAT) yra tik 1,1V. Jo išjungimo nuostoliai EOFF yra labai dideli, siekia 10mJ, todėl tinka tik žemo dažnio konvertavimui. 50 miliohm MOSFET įjungimo varža RDS(ON) yra 100 miliohm esant darbo temperatūrai. Todėl, esant 11A, jis turi tą patį VDS kaip ir IGBT VCE(SAT). Kadangi šis IGBT yra pagrįstas senesne gedimo technologija, VCE(SAT) mažai keičiasi priklausomai nuo temperatūros. Todėl šis IGBT sumažina bendrus nuostolius išėjimo tiltelyje ir taip padidina bendrą keitiklio efektyvumą. Taip pat naudingas faktas, kad FGH30N60LSD IGBT kas pusę ciklo perjungia iš vienos galios konvertavimo technologijos į kitą tam skirtą topologiją. IGBT čia naudojami kaip topologiniai jungikliai. Greitesniam perjungimui naudojami įprasti ir greito atkūrimo superjungimo įrenginiai. 1200 V dedikuotai topologijai ir viso tilto struktūrai minėtasis FGL40N120AND yra jungiklis, kuris labai tinka naujiems aukšto dažnio saulės keitikliams. Kai specializuotoms technologijoms reikalingi diodai, Stealth II, Hyperfast™ II diodai ir anglies-silicio diodai yra puikūs sprendimai.

funkcija:

Inverteris ne tik atlieka nuolatinės srovės konvertavimo į kintamąją srovę funkciją, bet ir turi maksimaliai padidinti saulės elementų našumą bei sistemos apsaugos nuo gedimų funkciją. Apibendrinant galima pasakyti, kad yra automatinio veikimo ir išjungimo funkcijos, didžiausios galios sekimo valdymo funkcija, nepriklausomos veikimo prevencijos funkcija (prie tinklo prijungtoms sistemoms), automatinio įtampos reguliavimo funkcija (prie tinklo prijungtoms sistemoms), nuolatinės srovės aptikimo funkcija (prie tinklo prijungtoms sistemoms). ) ir nuolatinės srovės įžeminimo aptikimas. Funkcija (prie tinklo prijungtoms sistemoms). Čia yra trumpas įvadas į automatinio veikimo ir išjungimo funkcijas bei didžiausios galios sekimo valdymo funkciją.

Automatinio veikimo ir išjungimo funkcija: po saulėtekio ryte saulės spinduliuotės intensyvumas palaipsniui didėja, o saulės elemento galia taip pat didėja. Kai pasiekiama keitiklio veikimui reikalinga išėjimo galia, keitiklis automatiškai pradeda veikti. Pradėjus veikti, keitiklis visą laiką stebės saulės elementų modulių išvestį. Kol saulės elementų modulių išėjimo galia yra didesnė už išėjimo galią, reikalingą inverterio užduočiai atlikti, keitiklis veiks toliau; jis sustos iki saulėlydžio, net jei keitiklis gali veikti ir lietingomis dienomis. Kai saulės modulio išėjimas sumažėja ir keitiklio išėjimas artėja prie 0, keitiklis pereina į budėjimo būseną.

Maksimalios galios sekimo valdymo funkcija: Saulės elemento modulio išėjimas kinta priklausomai nuo saulės spinduliuotės intensyvumo ir paties saulės elemento modulio temperatūros (lusto temperatūros). Be to, kadangi saulės elementų moduliai turi savybę, kad įtampa mažėja didėjant srovei, yra optimalus veikimo taškas, kuriuo galima gauti maksimalią galią. Keičiasi saulės spinduliuotės intensyvumas, akivaizdu, kad keičiasi ir optimalus darbo taškas. Atsižvelgiant į šiuos pokyčius, saulės elementų modulio darbo taškas visada išlaikomas maksimalios galios taške, o sistema visada gauna maksimalią saulės elementų modulio galią. Toks valdymas yra didžiausios galios sekimo valdymas. Didžiausia saulės energijos gamybos sistemose naudojamų keitiklių savybė yra ta, kad juose yra maksimalios galios taško sekimo (MPPT) funkcija.

tipo

Taikymo srities klasifikacija

(1) Įprastas keitiklis

DC 12V arba 24V įvestis, AC 220V, 50Hz išėjimas, galia nuo 75W iki 5000W, kai kuriuose modeliuose yra AC ir DC konvertavimas, tai yra UPS funkcija.

(2) Inverterio / įkroviklio viskas viename mašina

Šio tipo keitikliuose vartotojai gali naudoti įvairias maitinimo formas kintamosios srovės apkrovoms maitinti: kai yra kintamosios srovės maitinimas, kintamoji energija naudojama apkrovai maitinti per keitiklį arba akumuliatoriui įkrauti; kai nėra kintamosios srovės maitinimo, kintamosios srovės apkrovai maitinti naudojama baterija. . Jis gali būti naudojamas kartu su įvairiais maitinimo šaltiniais: akumuliatoriais, generatoriais, saulės baterijomis ir vėjo turbinomis.

(3) Specialus pašto ir telekomunikacijų keitiklis

Pateikite aukštos kokybės 48 V keitiklius pašto ir telekomunikacijų paslaugoms. Gaminiai yra geros kokybės, didelio patikimumo, moduliniai (modulis yra 1KW) inverteriai, bei turi N+1 atleidimo funkciją ir gali būti plečiami (galia nuo 2KW iki 20KW). ).

(4) Specialus keitiklis aviacijai ir kariniams tikslams

Šio tipo keitiklis turi 28Vdc įvestį ir gali teikti šiuos kintamosios srovės išėjimus: 26Vac, 115Vac, 230Vac. Jo išėjimo dažnis gali būti: 50Hz, 60Hz ir 400Hz, o išėjimo galia svyruoja nuo 30VA iki 3500VA. Taip pat yra DC-DC keitiklių ir dažnio keitiklių, skirtų aviacijai.

Išvesties bangos formos klasifikacija

(1) Kvadratinės bangos keitiklis

Kvadratinės bangos keitiklio išvedama kintamosios srovės įtampos bangos forma yra kvadratinė banga. Šio tipo keitiklių naudojamos keitiklio grandinės nėra visiškai vienodos, tačiau bendras bruožas yra tai, kad grandinė yra gana paprasta, o naudojamų maitinimo jungiklių vamzdžių skaičius yra mažas. Projektinė galia paprastai yra nuo šimto vatų iki vieno kilovato. Kvadratinės bangos keitiklio privalumai: paprasta grandinė, pigi kaina ir lengva priežiūra. Trūkumas yra tas, kad kvadratinės bangos įtampoje yra daug aukštos eilės harmonikų, dėl kurių apkrovos prietaisai su geležiniais induktoriais arba transformatoriais sukels papildomų nuostolių, sukeldami radijo ir kai kurios ryšio įrangos trikdžius. Be to, tokio tipo keitikliai turi trūkumų, tokių kaip nepakankamas įtampos reguliavimo diapazonas, neužbaigta apsaugos funkcija ir gana didelis triukšmas.

(2) Žingsnio bangos keitiklis

Šio tipo keitiklio kintamosios srovės įtampos bangos formos išvestis yra žingsninė banga. Yra daug skirtingų linijų, skirtų keitikliui realizuoti žingsninės bangos išvestį, o žingsnių skaičius išėjimo bangos formoje labai skiriasi. Žingsnio bangos keitiklio pranašumas yra tas, kad išėjimo bangos forma yra žymiai pagerinta, palyginti su kvadratine banga, ir sumažintas aukšto lygio harmonikų kiekis. Kai žingsniai pasiekia daugiau nei 17, išėjimo bangos forma gali pasiekti kvazisinusoidinę bangą. Kai naudojamas be transformatoriaus išėjimas, bendras efektyvumas yra labai didelis. Trūkumas yra tas, kad kopėčių bangų superpozicijos grandinėje naudojama daug maitinimo jungiklių vamzdžių, o kai kurioms grandinės formoms reikalingi keli nuolatinės srovės maitinimo įvesties rinkiniai. Dėl to kyla problemų dėl saulės elementų matricų grupavimo ir laidų bei subalansuoto baterijų įkrovimo. Be to, laiptinės bangos įtampa vis dar turi tam tikrų aukšto dažnio trikdžių radijo ir kai kurioms ryšio įrangai.

Sinusinės bangos keitiklis

Sinuso bangos keitiklio išvedama kintamosios srovės įtampos bangos forma yra sinusinė banga. Sinusinės bangos keitiklio pranašumai yra tai, kad jis turi gerą išėjimo bangos formą, labai mažus iškraipymus, mažai trukdo radijo imtuvams ir įrangai bei mažas triukšmas. Be to, jis turi visas apsaugos funkcijas ir aukštą bendrą efektyvumą. Trūkumai yra šie: grandinė yra gana sudėtinga, reikalauja didelės priežiūros technologijos ir yra brangi.

Pirmiau minėtų trijų tipų keitiklių klasifikacija yra naudinga fotovoltinių sistemų ir vėjo energijos sistemų projektuotojams ir naudotojams identifikuoti ir pasirinkti inverterius. Tiesą sakant, keitikliai, turintys tą pačią bangos formą, vis dar turi didelių skirtumų tarp grandinės principų, naudojamų įrenginių, valdymo metodų ir kt.

Kiti klasifikavimo metodai

1. Pagal išėjimo kintamosios srovės dažnį jis gali būti suskirstytas į galios dažnio keitiklį, vidutinio dažnio keitiklį ir aukšto dažnio keitiklį. Maitinimo dažnio keitiklio dažnis yra nuo 50 iki 60 Hz; vidutinio dažnio keitiklio dažnis paprastai yra nuo 400 Hz iki daugiau nei dešimt kHz; aukšto dažnio keitiklio dažnis paprastai yra didesnis nei dešimt kHz iki MHz.

2. Pagal keitiklio išvestų fazių skaičių, jį galima suskirstyti į vienfazį keitiklį, trifazį keitiklį ir daugiafazį keitiklį.

3. Pagal keitiklio išėjimo galios paskirtį jį galima suskirstyti į aktyvųjį keitiklį ir pasyvųjį keitiklį. Bet koks keitiklis, kuris perduoda keitiklio išeinančią elektros energiją į pramoninį elektros tinklą, vadinamas aktyviuoju keitikliu; Bet koks keitiklis, kuris perduoda keitiklio išeinančią elektros energiją tam tikrai elektros apkrovai, vadinamas pasyviuoju keitikliu. prietaisas.

4. Pagal keitiklio pagrindinės grandinės formą jį galima suskirstyti į vienpusį keitiklį, stumiamą keitiklį, pusiau tilto keitiklį ir pilno tilto keitiklį.

5. Pagal keitiklio pagrindinio perjungimo įtaiso tipą jį galima suskirstyti į tiristorių keitiklį, tranzistorinį keitiklį, lauko efekto keitiklį ir izoliuotų vartų dvipolio tranzistoriaus (IGBT) keitiklį. Jį galima suskirstyti į dvi kategorijas: „pusiau valdomas“ keitiklis ir „visiškai valdomas“ keitiklis. Pirmasis neturi galimybės savaime išsijungti, o komponentas po jo įjungimo praranda valdymo funkciją, todėl jis vadinamas „pusiau valdomu“ ir paprasti tiristoriai patenka į šią kategoriją; pastarasis turi galimybę savaime išsijungti, tai yra, nėra įrenginio Įjungimą ir išjungimą galima valdyti valdymo elektrodu, todėl jis vadinamas "visiškai valdomu tipu". Šiai kategorijai priklauso galios lauko efekto tranzistoriai ir izoliuoti dviejų galių tranzistoriai (IGBT).

6. Pagal nuolatinės srovės maitinimo šaltinį jį galima suskirstyti į įtampos šaltinio keitiklį (VSI) ir srovės šaltinio keitiklį (CSI). Pirmuoju atveju nuolatinė įtampa yra beveik pastovi, o išėjimo įtampa yra kintamoji kvadratinė banga; pastarajame nuolatinė srovė yra beveik pastovi, o išėjimo srovė yra kintamoji kvadratinė banga.

7. Pagal keitiklio valdymo metodą jį galima suskirstyti į dažnio moduliavimo (PFM) keitiklį ir impulsų pločio moduliavimo (PWM) keitiklį.

8. Pagal keitiklio perjungimo grandinės darbo režimą jį galima suskirstyti į rezonansinį keitiklį, fiksuoto dažnio kietojo perjungimo keitiklį ir fiksuoto dažnio minkšto perjungimo keitiklį.

9. Pagal keitiklio komutavimo metodą jį galima suskirstyti į apkrovos komutuojamą keitiklį ir savaiminį komutatorių.

Veikimo parametrai:

Yra daug parametrų ir techninių sąlygų, apibūdinančių keitiklio veikimą. Čia pateikiame tik trumpą techninių parametrų, dažniausiai naudojamų vertinant keitiklius, paaiškinimą.

1. Inverterio naudojimo aplinkos sąlygos. Įprastos keitiklio naudojimo sąlygos: aukštis virš jūros lygio neviršija 1000 m, o oro temperatūra 0~+40 ℃.

2. Nuolatinės srovės įvesties maitinimo sąlygos, įėjimo nuolatinės srovės įtampos svyravimų diapazonas: ±15% akumuliatoriaus bloko vardinės įtampos vertės.

3. Nominali išėjimo įtampa, esanti nurodytame leistinajame įėjimo nuolatinės srovės įtampos svyravimų diapazone, reiškia vardinės įtampos vertę, kurią keitiklis turėtų išvesti. Stabilus išėjimo vardinės įtampos vertės tikslumas paprastai turi šias nuostatas:

(1) Pastovios būsenos veikimo metu įtampos svyravimų diapazonas turi būti ribojamas, pavyzdžiui, jo nuokrypis neturi viršyti ±3 % arba ±5 % vardinės vertės.

(2) Dinaminėse situacijose, kai apkrova kinta staiga arba yra veikiama kitų trukdžių veiksnių, išėjimo įtampos nuokrypis neturi viršyti ±8 % arba ±10 % vardinės vertės.

4. Vardinis išėjimo dažnis, keitiklio išėjimo kintamosios srovės įtampos dažnis turėtų būti gana stabilus, paprastai 50 Hz galios dažnis. Normaliomis darbo sąlygomis nuokrypis turi būti ±1 %.

5. Nominali išėjimo srovė (arba vardinė išėjimo galia) rodo keitiklio vardinę išėjimo srovę nurodyto apkrovos galios koeficiento diapazone. Kai kurie inverterių gaminiai suteikia vardinę išėjimo galią, išreikštą VA arba kVA. Inverterio vardinė talpa yra tada, kai išėjimo galios koeficientas yra 1 (tai yra grynai varžinė apkrova), vardinė išėjimo įtampa yra vardinės išėjimo srovės sandauga.

6. Vardinis išėjimo efektyvumas. Inverterio naudingumo koeficientas yra jo išėjimo galios ir įėjimo galios santykis nurodytomis darbo sąlygomis, išreikštas %. Inverterio efektyvumas esant vardinei išėjimo galiai yra visos apkrovos efektyvumas, o 10% vardinės išėjimo galios efektyvumas yra mažas apkrovos efektyvumas.

7. Maksimalus keitiklio harmonikų kiekis. Sinusinės bangos keitiklio atveju, esant varžinei apkrovai, didžiausias išėjimo įtampos harmonikų kiekis turi būti ≤10%.

8. Inverterio perkrovos talpa reiškia keitiklio gebėjimą per trumpą laiką tam tikromis sąlygomis išvesti didesnę nei nominali srovės vertė. Inverterio perkrovos galia turi atitikti tam tikrus reikalavimus pagal nurodytą apkrovos galios koeficientą.

9. Inverterio efektyvumas yra keitiklio išėjimo aktyviosios galios ir įėjimo aktyviosios galios (arba nuolatinės srovės galios) santykis esant vardinei išėjimo įtampai, išėjimo srovei ir nurodytam apkrovos galios koeficientui.

10. Apkrovos galios koeficientas parodo keitiklio gebėjimą išlaikyti indukcines arba talpines apkrovas. Sinuso bangos sąlygomis apkrovos galios koeficientas yra 0,7–0,9 (vėlavimas), o vardinė vertė yra 0,9.

11. Apkrovos asimetrija. Esant 10% asimetrinei apkrovai, fiksuoto dažnio trifazio keitiklio išėjimo įtampos asimetrija turi būti ≤10%.

12. Išėjimo įtampos disbalansas. Įprastomis veikimo sąlygomis keitiklio išėjimo trifazis įtampos disbalansas (atvirkštinės sekos komponento ir teigiamos sekos komponento santykis) neturi viršyti nurodytos vertės, paprastai išreiškiamos %, pvz., 5 % arba 8 %.

13. Paleidimo charakteristikos: Esant normalioms eksploatavimo sąlygoms, keitiklis turėtų normaliai įsijungti 5 kartus iš eilės esant pilnai apkrovai ir be apkrovos.

14. Apsaugos funkcijos, keitiklis turėtų būti nustatytas: apsauga nuo trumpojo jungimo, apsauga nuo viršsrovių, apsauga nuo perkaitimo, apsauga nuo viršįtampių, apsauga nuo žemos įtampos ir apsauga nuo fazių praradimo. Tarp jų apsauga nuo viršįtampių reiškia, kad keitikliams be įtampos stabilizavimo priemonių turi būti išėjimo viršįtampių apsaugos priemonės, apsaugančios neigiamą gnybtą nuo žalos dėl išėjimo viršįtampio. Apsauga nuo viršsrovių reiškia keitiklio apsaugą nuo viršsrovių, kuri turėtų užtikrinti savalaikį veikimą, kai apkrova trumpam sujungiama arba srovė viršija leistiną vertę, kad apsaugotų jį nuo viršįtampio srovės sugadinimo.

15. Trukdžiai ir apsauga nuo trukdžių, keitiklis turi atlaikyti elektromagnetinius trukdžius bendroje aplinkoje nurodytomis įprastomis darbo sąlygomis. Inverterio atsparumas trukdžiams ir elektromagnetinis suderinamumas turi atitikti atitinkamus standartus.

16. Inverteriai, kurie nėra dažnai eksploatuojami, stebimi ir prižiūrimi, turi būti ≤95db; dažnai eksploatuojami, stebimi ir prižiūrimi keitikliai turi būti ≤80db.

17. Ekranas, keitiklis turi būti aprūpintas duomenų ekranu, rodančiu tokius parametrus kaip kintamosios srovės išėjimo įtampa, išėjimo srovė ir išėjimo dažnis, taip pat įvesties, veikiančios, įjungtos ir gedimo būsenos, rodymas.

18. Ryšio funkcija. Nuotolinio ryšio funkcija leidžia vartotojams patikrinti mašinos veikimo būseną ir saugomus duomenis nesikreipiant į svetainę.

19. Išėjimo įtampos bangos formos iškraipymas. Kai keitiklio išėjimo įtampa yra sinusinė, reikia nurodyti didžiausią leistiną bangos formos iškraipymą (arba harmoninį turinį). Paprastai išreiškiamas kaip bendras išėjimo įtampos bangos formos iškraipymas, jo vertė neturi viršyti 5% (10% leidžiama vienfaziam išėjimui).

20. Paleidimo charakteristikos, apibūdinančios keitiklio gebėjimą paleisti apkrovą ir jo veikimą dinaminio veikimo metu. Inverteris turi užtikrinti patikimą paleidimą esant vardinei apkrovai.

21. Triukšmas. Transformatoriai, filtrų induktoriai, elektromagnetiniai jungikliai, ventiliatoriai ir kiti galios elektroninės įrangos komponentai kelia triukšmą. Kai inverteris veikia normaliai, jo triukšmas neturi viršyti 80dB, o mažo keitiklio – 65dB.

Baterijos charakteristikos:

PV baterija

Norint sukurti saulės inverterių sistemą, svarbu pirmiausia suprasti skirtingas saulės elementų (PV elementų) charakteristikas. Rp ir Rs yra parazitinės varžos, kurios idealiomis aplinkybėmis yra atitinkamai begalinės ir nulinės.

Šviesos intensyvumas ir temperatūra gali labai paveikti PV elementų veikimo charakteristikas. Srovė yra proporcinga šviesos intensyvumui, tačiau šviesos pokyčiai turi mažai įtakos darbo įtampai. Tačiau darbo įtampai įtakos turi temperatūra. Akumuliatoriaus temperatūros padidėjimas sumažina darbinę įtampą, tačiau turi mažai įtakos generuojamai srovei. Toliau pateiktame paveikslėlyje parodytas temperatūros ir šviesos poveikis PV moduliams.

Šviesos intensyvumo pokyčiai turi didesnį poveikį akumuliatoriaus išėjimo galiai nei temperatūros pokyčiai. Tai pasakytina apie visas dažniausiai naudojamas PV medžiagas. Svarbi šių dviejų efektų derinio pasekmė yra ta, kad PV elemento galia mažėja mažėjant šviesos intensyvumui ir (arba) didėjant temperatūrai.

Didžiausias galios taškas (MPP)

Saulės elementai gali veikti įvairiomis įtampomis ir srovėmis. MPP nustatomas nuolat didinant apšviesto elemento varžinę apkrovą nuo nulio (trumpojo jungimo įvykis) iki labai didelės vertės (atviros grandinės įvykis). MPP yra veikimo taškas, kuriame V x I pasiekia didžiausią vertę ir esant tokiam apšvietimo intensyvumui galima pasiekti didžiausią galią. Išėjimo galia, kai įvyksta trumpasis jungimas (PV įtampa lygi nuliui) arba atvira grandinė (PV srovė lygi nuliui), yra lygi nuliui.

Aukštos kokybės monokristalinio silicio saulės elementai sukuria 0,60 volto atviros grandinės įtampą esant 25°C temperatūrai. Esant pilnai saulės šviesai ir esant 25°C oro temperatūrai, tam tikro elemento temperatūra gali būti artima 45°C, o tai sumažins atviros grandinės įtampą iki maždaug 0,55 V. Kylant temperatūrai atviros grandinės įtampa mažėja iki PV modulio trumpojo jungimo.

Didžiausia galia, kai akumuliatoriaus temperatūra yra 45°C, paprastai gaunama esant 80 % atviros grandinės įtampos ir 90 % trumpojo jungimo srovės. Akumuliatoriaus trumpojo jungimo srovė yra beveik proporcinga apšvietimui, o atviros grandinės įtampa gali sumažėti tik 10%, kai apšvietimas sumažėja 80%. Žemesnės kokybės baterijos padidins srovę greičiau sumažins įtampą ir taip sumažins turimą galią. Gamyba sumažėjo nuo 70 % iki 50 % arba net tik 25 %.

Saulės mikroinverteris turi užtikrinti, kad PV moduliai veiktų MPP bet kuriuo metu, kad iš PV modulių būtų galima gauti maksimalią energiją. Tai galima pasiekti naudojant didžiausios galios taško valdymo kilpą, dar vadinamą maksimalios galios taško sekikliu (MPPT). Norint pasiekti aukštą MPP sekimo santykį, taip pat reikia, kad PV išėjimo įtampos pulsacija būtų pakankamai maža, kad PV srovė per daug nepasikeistų, kai dirbama šalia didžiausio galios taško.

PV modulių MPP įtampos diapazonas paprastai gali būti apibrėžtas nuo 25 V iki 45 V, kai elektros generavimas yra maždaug 250 W, o atviros grandinės įtampa yra mažesnė nei 50 V.

Naudojimas ir priežiūra:

naudoti

1. Prijunkite ir montuokite įrangą griežtai laikydamiesi keitiklio naudojimo ir priežiūros instrukcijos reikalavimų. Montuodami turėtumėte atidžiai patikrinti: ar vielos skersmuo atitinka reikalavimus; ar transportuojant neatsilaisvino komponentai ir gnybtai; ar izoliuotos dalys yra gerai izoliuotos; ar sistemos įžeminimas atitinka reglamentus.

2. Inverteris turi būti eksploatuojamas ir naudojamas griežtai laikantis naudojimo ir priežiūros instrukcijų. Visų pirma: prieš įjungdami mašiną atkreipkite dėmesį, ar įvesties įtampa yra normali; eksploatacijos metu atkreipkite dėmesį, ar mašinos įjungimo ir išjungimo seka yra teisinga, ar kiekvieno skaitiklio ir indikatoriaus lemputės rodmenys yra normalūs.

3. Inverteriai paprastai turi automatinę apsaugą nuo grandinės pertrūkių, viršsrovių, viršįtampių, perkaitimo ir kitų dalykų, todėl įvykus šiems reiškiniams nereikia išjungti rankiniu būdu; automatinės apsaugos apsaugos taškai paprastai nustatomi gamykloje ir jų nereikia iš naujo reguliuoti.

4. Inverterio spintelėje yra aukšta įtampa. Operatoriams paprastai neleidžiama atidaryti spintelės durų, o įprastu metu spintos durys turi būti užrakintos.

5. Kai kambario temperatūra viršija 30°C, reikia imtis šilumos išsklaidymo ir vėsinimo priemonių, kad būtų išvengta įrangos gedimo ir prailgintas įrangos eksploatavimo laikas.

Priežiūra ir patikra

1. Reguliariai tikrinkite, ar kiekvienos keitiklio dalies laidai tvirti ir ar nėra laisvumo. Visų pirma reikia atidžiai patikrinti ventiliatorių, maitinimo modulį, įvesties gnybtą, išvesties gnybtą ir įžeminimą.

2. Kai signalizacija išsijungia, ji negali iš karto įsijungti. Prieš pradedant darbą, reikia išsiaiškinti priežastį ir ją pašalinti. Patikra turi būti atliekama griežtai laikantis keitiklio priežiūros vadove nurodytų veiksmų.

3. Operatoriai turi gauti specialų mokymą ir sugebėti nustatyti bendrųjų gedimų priežastis bei jas pašalinti, pavyzdžiui, sumaniai pakeisti saugiklius, komponentus ir pažeistas plokštes. Neapmokytiems darbuotojams neleidžiama valdyti įrangos.

4. Jei įvyksta avarija, kurią sunku pašalinti arba avarijos priežastis yra neaiški, reikia saugoti detalius nelaimingo atsitikimo įrašus ir laiku informuoti keitiklio gamintoją, kad jis būtų išspręstas.