Encyclopedie inleiding tot omvormers voor zonne-energie

Omvormer , ook bekend als vermogensregelaar en vermogensregelaar, is een essentieel onderdeel van het fotovoltaïsche systeem. De belangrijkste functie van de fotovoltaïsche omvormer is het omzetten van de door de zonnepanelen gegenereerde gelijkstroom in wisselstroom die door huishoudelijke apparaten wordt gebruikt. Alle elektriciteit die door de zonnepanelen wordt opgewekt, moet door de omvormer worden verwerkt voordat deze aan de buitenwereld kan worden afgegeven. [1] Via het volledige brugcircuit wordt de SPWM-processor over het algemeen gebruikt om modulatie, filtering, spanningsverhoging enz. te ondergaan om sinusoïdaal wisselstroomvermogen te verkrijgen dat overeenkomt met de verlichtingsbelastingsfrequentie, nominale spanning, enz. voor eindgebruikers van het systeem. Met een omvormer kan een gelijkstroombatterij worden gebruikt om apparaten van wisselstroom te voorzien.

Invoering:

Het zonne-wisselstroomopwekkingssysteem bestaat uit zonnepanelen, laadregelaar, omvormer en batterij; Het gelijkstroomopwekkingssysteem op zonne-energie bevat geen omvormer. Het proces van het omzetten van wisselstroom in gelijkstroom wordt rectificatie genoemd, het circuit dat de rectificatiefunctie voltooit, wordt een gelijkrichtercircuit genoemd, en het apparaat dat het rectificatieproces implementeert, wordt een gelijkrichter of gelijkrichter genoemd. Dienovereenkomstig wordt het proces van het omzetten van gelijkstroom in wisselstroom omvormer genoemd, het circuit dat de omvormerfunctie voltooit wordt een omvormercircuit genoemd en het apparaat dat het omvormerproces implementeert wordt omvormerapparatuur of omvormer genoemd.

De kern van het inverterapparaat is het inverterschakelaarcircuit, ook wel het invertercircuit genoemd. Dit circuit voltooit de omvormerfunctie door de elektronische vermogensschakelaar in en uit te schakelen. Het schakelen van vermogenselektronische schakelapparaten vereist bepaalde stuurpulsen, en deze pulsen kunnen worden aangepast door een spanningssignaal te veranderen. Het circuit dat pulsen genereert en regelt, wordt vaak een stuurcircuit of regellus genoemd. De basisstructuur van het inverterapparaat omvat, naast het bovengenoemde invertercircuit en stuurcircuit, een beveiligingscircuit, een uitgangscircuit, een ingangscircuit, een uitgangscircuit, enz.

Functies:

Door de diversiteit aan gebouwen zal dit onvermijdelijk leiden tot de diversiteit aan zonnepaneelinstallaties. Om de conversie-efficiëntie van zonne-energie te maximaliseren en tegelijkertijd rekening te houden met de prachtige uitstraling van het gebouw, vereist dit de diversificatie van onze omvormers om de beste manier van zonne-energie te bereiken. Overzetten.

Gecentraliseerde inversie

Gecentraliseerde omvormers worden over het algemeen gebruikt in systemen van grote fotovoltaïsche energiecentrales (>10 kW). Veel parallelle fotovoltaïsche strings zijn aangesloten op de DC-ingang van dezelfde gecentraliseerde omvormer. Over het algemeen worden driefasige IGBT-vermogensmodules gebruikt voor hoog vermogen. De kleinere maken gebruik van veldeffecttransistors en DSP-conversiecontrollers om de kwaliteit van het opgewekte vermogen te verbeteren, zodat het heel dicht bij een sinusgolfstroom komt. Het grootste kenmerk is het hoge vermogen en de lage kosten van het systeem. De efficiëntie en de elektrische productiecapaciteit van het gehele fotovoltaïsche systeem worden echter beïnvloed door de afstemming van fotovoltaïsche strings en gedeeltelijke zonwering. Tegelijkertijd wordt de betrouwbaarheid van de energieopwekking van het gehele fotovoltaïsche systeem beïnvloed door de slechte werkingsstatus van een bepaalde groep fotovoltaïsche eenheden. De nieuwste onderzoeksrichtingen zijn het gebruik van ruimtevectormodulatiecontrole en de ontwikkeling van nieuwe invertertopologieverbindingen om een ​​hoog rendement te verkrijgen onder deellastomstandigheden. Op de gecentraliseerde SolarMax-omvormer kan een fotovoltaïsche array-interfacebox worden aangesloten om elke reeks fotovoltaïsche zeilpanelen te bewaken. Als een van de strings niet goed werkt, zal het systeem dat doen. De informatie wordt verzonden naar de afstandsbediening en deze string kan worden gestopt via de afstandsbediening, zodat het uitvallen van één fotovoltaïsche string de werk- en energieopbrengst niet zal verminderen of beïnvloeden. van het gehele fotovoltaïsche systeem.

String-omvormer

Stringomvormers zijn de populairste omvormers op de internationale markt geworden. De stringomvormer is gebaseerd op het modulaire concept. Elke fotovoltaïsche string (1kW-5kW) gaat door een omvormer, heeft maximale vermogenspiektracking aan de DC-kant en is parallel verbonden met het elektriciteitsnet aan de AC-kant. Veel grote fotovoltaïsche energiecentrales maken gebruik van stringomvormers. Het voordeel is dat het niet wordt beïnvloed door moduleverschillen en schaduwen tussen strings, en tegelijkertijd het optimale werkingspunt van fotovoltaïsche modules vermindert.

Mismatch met de omvormer, waardoor de stroomopwekking toeneemt. Deze technische voordelen verlagen niet alleen de systeemkosten, maar verhogen ook de systeembetrouwbaarheid. Tegelijkertijd wordt het concept van "master-slave" tussen strings geïntroduceerd, zodat wanneer de kracht van een enkele string in het systeem er niet in slaagt één enkele omvormer te laten werken, verschillende groepen fotovoltaïsche strings met elkaar kunnen worden verbonden om één of meerdere strings mogelijk te maken. een aantal van hen om te werken. , waardoor meer elektrische energie wordt geproduceerd. Het nieuwste concept is dat meerdere omvormers met elkaar een ‘team’ vormen ter vervanging van het ‘master-slave’ concept, waardoor het systeem betrouwbaarder wordt.

Meerdere stringomvormers

Multi-stringomvormers profiteren van de voordelen van gecentraliseerde omvormers en stringomvormers, vermijden hun nadelen en kunnen worden toegepast op fotovoltaïsche elektriciteitscentrales met meerdere kilowatts. In de multistringomvormer zijn verschillende individuele vermogenspiektracking en DC-naar-DC-converters inbegrepen. De gelijkstroom wordt via een gemeenschappelijke DC-naar-AC-omvormer omgezet in wisselstroom en aangesloten op het elektriciteitsnet. Verschillende classificaties van fotovoltaïsche modules (bijv. verschillend nominaal vermogen, verschillend aantal modules per string, verschillende fabrikanten van modules, enz.), verschillende afmetingen of verschillende technologieën van fotovoltaïsche modules, verschillende oriëntaties van de strings (bijv.: oost, zuid en west) Verschillende kantelhoeken of zonwering kunnen worden aangesloten op een gemeenschappelijke omvormer, waarbij elke string op zijn respectievelijke maximale vermogenspiek werkt. Tegelijkertijd wordt de lengte van de DC-kabel verminderd, waardoor het schaduweffect tussen strings en het verlies veroorzaakt door verschillen tussen strings worden geminimaliseerd.

Component-omvormer

De module-omvormer verbindt elke fotovoltaïsche module met een omvormer en elke module heeft een onafhankelijke tracking van maximale vermogenspiek, zodat de module en de omvormer beter samenwerken. Meestal gebruikt in fotovoltaïsche elektriciteitscentrales van 50 W tot 400 W, is het totale rendement lager dan dat van stringomvormers. Omdat ze aan de AC-zijde parallel zijn aangesloten, vergroot dit de complexiteit van de bedrading aan de AC-zijde en wordt het onderhoud bemoeilijkt. Een ander ding dat moet worden opgelost, is hoe we effectiever op het elektriciteitsnet kunnen aansluiten. De eenvoudige manier is om rechtstreeks verbinding te maken met het elektriciteitsnet via gewone stopcontacten, wat de kosten en installatie van apparatuur kan verlagen, maar vaak staan ​​de veiligheidsnormen van het elektriciteitsnet op verschillende plaatsen dit niet toe. Daarbij kan het energiebedrijf bezwaar maken tegen de directe aansluiting van het opwekkingsapparaat op een gewoon huishoudelijk stopcontact. Een andere veiligheidsgerelateerde factor is of een scheidingstransformator (hoge frequentie of lage frequentie) vereist is of dat een transformatorloze omvormer is toegestaan. Deze omvormer wordt het meest toegepast in glazen vliesgevels.

Efficiëntie van zonne-omvormers

De efficiëntie van omvormers voor zonne-energie verwijst naar de groeiende markt voor omvormers voor zonne-energie (fotovoltaïsche omvormers) als gevolg van de vraag naar hernieuwbare energie. En deze omvormers vereisen een extreem hoog rendement en betrouwbaarheid. De stroomcircuits die in deze omvormers worden gebruikt, worden onderzocht en de beste keuzes voor schakel- en gelijkrichtapparaten worden aanbevolen. De algemene structuur van een fotovoltaïsche omvormer wordt weergegeven in Figuur 1. Er zijn drie verschillende omvormers waaruit u kunt kiezen. Zonlicht schijnt op in serie geschakelde zonnepanelen, en elke module bevat een aantal in serie geschakelde zonneceleenheden. De door zonnepanelen gegenereerde gelijkstroom (DC) ligt in de orde van enkele honderden volt, afhankelijk van de lichtomstandigheden van de modulearray, de temperatuur van de cellen en het aantal in serie geschakelde modules.

De primaire functie van dit type omvormer is het omzetten van de ingangsgelijkspanning naar een stabiele waarde. Deze functie wordt geïmplementeerd via een boost-converter en vereist een boost-schakelaar en een boost-diode. In de eerste architectuur wordt de boostfase gevolgd door een geïsoleerde full-bridge converter. Het doel van de volledige brugtransformator is het bieden van isolatie. De tweede volledige brugomzetter op de uitgang wordt gebruikt om de gelijkstroom van de eerste trap volledige brugomzetter om te zetten in wisselstroom (AC) spanning. De uitgang wordt gefilterd voordat deze wordt aangesloten op het AC-net via een extra relaisschakelaar met dubbel contact, om een ​​veilige isolatie te bieden in geval van een storing en om 's nachts van het elektriciteitsnet te worden gescheiden. De tweede structuur is een niet-geïsoleerd schema. Onder hen wordt de wisselspanning rechtstreeks gegenereerd door de gelijkspanning die door de boosttrap wordt afgegeven. De derde structuur maakt gebruik van een innovatieve topologie van stroomschakelaars en stroomdiodes om de functies van de boost- en AC-opwekkingsonderdelen te integreren in een speciale topologie, waardoor de omvormer zo efficiënt mogelijk wordt ondanks de zeer lage conversie-efficiëntie van het zonnepaneel. Bijna 100% maar erg belangrijk. In Duitsland zal een seriemodule van 3 kW, geïnstalleerd op een dak op het zuiden, naar verwachting 2550 kWh per jaar opwekken. Als het rendement van de omvormer wordt verhoogd van 95% naar 96%, kan er jaarlijks 25 kWh extra elektriciteit worden opgewekt. De kosten voor het gebruik van extra zonnepanelen om deze 25 kWh op te wekken, zijn gelijk aan het toevoegen van een omvormer. Omdat het verhogen van de efficiëntie van 95% naar 96% de kosten van de omvormer niet zal verdubbelen, is investeren in een efficiëntere omvormer een onvermijdelijke keuze. Voor opkomende ontwerpen is het verhogen van de efficiëntie van de omvormer op de meest kosteneffectieve manier een belangrijk ontwerpcriterium. Wat de betrouwbaarheid en de kosten van de omvormer betreft, dit zijn twee andere ontwerpcriteria. Een hoger rendement vermindert temperatuurschommelingen tijdens de belastingscyclus, waardoor de betrouwbaarheid wordt verbeterd. Deze richtlijnen hebben dus feitelijk met elkaar te maken. Het gebruik van modules zal ook de betrouwbaarheid vergroten.

Boostschakelaar en diode

Alle getoonde topologieën vereisen snel schakelende stroomschakelaars. De boosttrap en de conversietrap met volledige brug vereisen snel schakelende diodes. Bovendien zijn schakelaars die zijn geoptimaliseerd voor laagfrequente (100 Hz) schakeling ook nuttig voor deze topologieën. Voor elke gegeven siliciumtechnologie zullen schakelaars die zijn geoptimaliseerd voor snel schakelen hogere geleidingsverliezen hebben dan schakelaars die zijn geoptimaliseerd voor laagfrequente schakeltoepassingen.

De boosttrap is doorgaans ontworpen als een continue stroommodusomzetter. Afhankelijk van het aantal zonnepanelen in de array die in de omvormer wordt gebruikt, kunt u kiezen of u 600V- of 1200V-apparaten wilt gebruiken. Twee keuzes voor stroomschakelaars zijn MOSFET's en IGBT's. Over het algemeen kunnen MOSFET's op hogere schakelfrequenties werken dan IGBT's. Bovendien moet altijd rekening worden gehouden met de invloed van de lichaamsdiode: bij de boosttrap is dit geen probleem, aangezien de lichaamsdiode in normale bedrijfsmodus niet geleidt. MOSFET-geleidingsverliezen kunnen worden berekend op basis van de aan-weerstand RDS(ON), die evenredig is met het effectieve matrijsoppervlak voor een gegeven MOSFET-familie. Wanneer de nominale spanning verandert van 600V naar 1200V, zullen de geleidingsverliezen van de MOSFET aanzienlijk toenemen. Zelfs als de nominale RDS(ON) gelijkwaardig is, is de 1200V MOSFET daarom niet beschikbaar of is de prijs te hoog.

Voor boostschakelaars met een vermogen van 600 V kunnen superjunctie-MOSFET's worden gebruikt. Voor hoogfrequente schakeltoepassingen heeft deze technologie de beste geleidingsverliezen. MOSFET's met RDS(ON)-waarden onder 100 milliohm in TO-220-pakketten en MOSFET's met RDS(ON)-waarden onder 50 milliohm in TO-247-pakketten. Voor zonne-energie-omvormers die een stroomschakeling van 1200 V vereisen, is IGBT de juiste keuze. Meer geavanceerde IGBT-technologieën, zoals NPT Trench en NPT Field Stop, zijn geoptimaliseerd voor het verminderen van geleidingsverliezen, maar gaan ten koste van hogere schakelverliezen, waardoor ze minder geschikt zijn voor boost-toepassingen bij hoge frequenties.

Gebaseerd op de oude NPT-planaire technologie is een apparaat FGL40N120AND ontwikkeld dat de efficiëntie van het boostcircuit met een hoge schakelfrequentie kan verbeteren. Het heeft een EOFF van 43uJ/A. Vergeleken met de meer geavanceerde technologische apparaten is de EOFF 80uJ/A, maar deze moet worden behaald. Dit soort prestaties is erg moeilijk. Het nadeel van het FGL40N120AND-apparaat is dat de verzadigingsspanningsval VCE(SAT) (3,0 V versus 2,1 V bij 125ºC) hoog is, maar de lage schakelverliezen bij hoge boost-schakelfrequenties maken dit ruimschoots goed. Het apparaat integreert ook een anti-parallelle diode. Bij normaal boostbedrijf zal deze diode niet geleiden. Tijdens het opstarten of tijdens transiënte omstandigheden is het echter mogelijk dat het boostcircuit in de actieve modus wordt gezet, in welk geval de antiparallelle diode zal geleiden. Omdat de IGBT zelf geen inherente lichaamsdiode heeft, is deze meeverpakte diode vereist om een ​​betrouwbare werking te garanderen. Voor boostdiodes zijn snelhersteldiodes zoals Stealth™ of koolstof-siliciumdiodes vereist. Koolstof-siliciumdiodes hebben een zeer lage voorwaartse spanning en verliezen. Bij het selecteren van een boostdiode moet rekening worden gehouden met het effect van de omgekeerde herstelstroom (of de junctiecapaciteit van een koolstof-siliciumdiode) op de boostschakelaar, aangezien dit tot extra verliezen zal leiden. Hier kan de nieuw gelanceerde Stealth II-diode FFP08S60S hogere prestaties leveren. Wanneer VDD=390V, ID=8A, di/dt=200A/us en de behuizingstemperatuur 100ºC is, is het berekende schakelverlies lager dan de FFP08S60S-parameter van 205mJ. Met behulp van de ISL9R860P2 Stealth-diode bereikt deze waarde 225 mJ. Dit verbetert dus ook de efficiëntie van de omvormer bij hoge schakelfrequenties.

Brugschakelaars en diodes

Na MOSFET-filtering over de volledige brug genereert de uitgangsbrug een sinusoïdaal spannings- en stroomsignaal van 50 Hz. Een veel voorkomende implementatie is het gebruik van een standaard full-bridge-architectuur (Afbeelding 2). Als in de figuur de schakelaars linksboven en rechtsonder zijn ingeschakeld, wordt er een positieve spanning geladen tussen de linker- en rechterterminals; als de schakelaars rechtsboven en linksonder zijn ingeschakeld, wordt er een negatieve spanning geladen tussen de linker- en rechterterminals. Voor deze toepassing staat er gedurende een bepaalde tijd slechts één schakelaar aan. Eén schakelaar kan worden omgeschakeld naar PWM hoge frequentie en de andere schakelaar naar lage frequentie 50Hz. Omdat het bootstrap-circuit afhankelijk is van de conversie van low-end apparaten, worden de low-end apparaten geschakeld naar PWM hoge frequentie, terwijl de high-end apparaten worden geschakeld naar 50 Hz lage frequentie. Deze toepassing maakt gebruik van een 600V-stroomschakelaar, dus de 600V superjunction-MOSFET is zeer geschikt voor dit snelle schakelapparaat. Omdat deze schakelapparaten bestand zijn tegen de volledige omgekeerde herstelstroom van andere apparaten wanneer de schakelaar is ingeschakeld, zijn snelle herstel-superjunctie-apparaten zoals de 600V FCH47N60F ideale keuzes. De RDS(ON) is 73 milliohm en het geleidingsverlies is zeer laag in vergelijking met andere vergelijkbare apparaten voor snel herstel. Wanneer dit apparaat converteert op 50 Hz, is het niet nodig om de snelle herstelfunctie te gebruiken. Deze apparaten hebben uitstekende dv/dt- en di/dt-karakteristieken, wat de systeembetrouwbaarheid verbetert in vergelijking met standaard superjunctie-MOSFET's.

Een andere optie die het onderzoeken waard is, is het gebruik van het FGH30N60LSD-apparaat. Het is een 30A/600V IGBT met een verzadigingsspanning VCE(SAT) van slechts 1,1V. Het uitschakelverlies EOFF is zeer hoog en bereikt 10 mJ, dus het is alleen geschikt voor laagfrequente conversie. Een MOSFET van 50 milliohm heeft een aan-weerstand RDS(ON) van 100 milliohm bij bedrijfstemperatuur. Daarom heeft het bij 11A dezelfde VDS als de VCE(SAT) van de IGBT. Omdat deze IGBT gebaseerd is op oudere storingstechnologie, verandert VCE(SAT) niet veel met de temperatuur. Deze IGBT vermindert daarom de totale verliezen in de uitgangsbrug, waardoor de algehele efficiëntie van de omvormer toeneemt. Het feit dat de FGH30N60LSD IGBT elke halve cyclus overschakelt van de ene stroomconversietechnologie naar een andere speciale topologie is ook nuttig. IGBT's worden hier gebruikt als topologische schakelaars. Voor sneller schakelen worden conventionele en snelle herstel-superjunctie-apparaten gebruikt. Voor 1200V specifieke topologie en volledige brugstructuur is de eerder genoemde FGL40N120AND een schakelaar die zeer geschikt is voor nieuwe hoogfrequente zonne-omvormers. Wanneer gespecialiseerde technologieën diodes vereisen, zijn Stealth II-, Hyperfast™ II-diodes en koolstof-siliciumdiodes geweldige oplossingen.

functie:

De omvormer heeft niet alleen de functie van DC naar AC-conversie, maar heeft ook de functie van het maximaliseren van de prestaties van zonnecellen en de functie van systeemfoutbeveiliging. Samenvattend zijn er automatische in- en uitschakelfuncties, een controlefunctie voor het bijhouden van het maximale vermogen, een functie voor het voorkomen van onafhankelijke werking (voor op het elektriciteitsnet aangesloten systemen), een automatische spanningsaanpassingsfunctie (voor op het elektriciteitsnet aangesloten systemen), DC-detectiefunctie (voor op het elektriciteitsnet aangesloten systemen). ) en DC-aarddetectie. Functie (voor netgekoppelde systemen). Hier volgt een korte introductie over de automatische werkings- en uitschakelfuncties en de controlefunctie voor het bijhouden van het maximale vermogen.

Automatische werking en uitschakelfunctie: na zonsopgang in de ochtend neemt de intensiteit van de zonnestraling geleidelijk toe en neemt ook het vermogen van de zonnecel toe. Wanneer het uitgangsvermogen dat nodig is voor de werking van de omvormer wordt bereikt, begint de omvormer automatisch te werken. Na inbedrijfstelling bewaakt de omvormer te allen tijde het vermogen van de zonnecelmodules. Zolang het uitgangsvermogen van de zonnecelmodules groter is dan het uitgangsvermogen dat nodig is voor de omvormertaak, blijft de omvormer werken; het stopt tot zonsondergang, zelfs als de omvormer ook op regenachtige dagen kan werken. Wanneer het vermogen van het zonnepaneel kleiner wordt en het vermogen van de omvormer de nul nadert, gaat de omvormer in de stand-bymodus.

Controlefunctie voor het volgen van het maximale vermogen: De output van de zonnecelmodule verandert met de intensiteit van de zonnestraling en de temperatuur van de zonnecelmodule zelf (chiptemperatuur). Omdat zonnecelmodules bovendien het kenmerk hebben dat de spanning afneemt naarmate de stroom toeneemt, is er bovendien een optimaal werkingspunt dat maximaal vermogen kan verkrijgen. De intensiteit van de zonnestraling verandert, en uiteraard verandert ook het optimale werkpunt. In verband met deze veranderingen wordt het werkpunt van de zonnecelmodule altijd op het maximale vermogenspunt gehouden en verkrijgt het systeem altijd het maximale uitgangsvermogen van de zonnecelmodule. Dit soort controle is maximale controle over het volgen van het vermogen. Het grootste kenmerk van omvormers die worden gebruikt in systemen voor de opwekking van zonne-energie is dat ze de functie Maximum Power Point Tracking (MPPT) bevatten.

type

Classificatie van toepassingsbereik

(1) Gewone omvormer

DC 12V of 24V ingang, AC 220V, 50Hz uitgang, vermogen van 75W tot 5000W, sommige modellen hebben AC- en DC-conversie, dat wil zeggen, UPS-functie.

(2) Alles-in-één machine met omvormer/lader

Bij dit type omvormer kunnen gebruikers verschillende vormen van stroom gebruiken om AC-belastingen van stroom te voorzien: als er wisselstroom is, wordt de wisselstroom gebruikt om de belasting via de omvormer van stroom te voorzien, of om de batterij op te laden; als er geen wisselstroom is, wordt de batterij gebruikt om de wisselstroombelasting van stroom te voorzien. . Het kan worden gebruikt in combinatie met verschillende energiebronnen: batterijen, generatoren, zonnepanelen en windturbines.

(3) Speciale omvormer voor post- en telecommunicatie

Leveren van hoogwaardige 48V-omvormers voor post- en telecommunicatiediensten. De producten zijn van goede kwaliteit, hoge betrouwbaarheid, modulaire (module is 1 kW) omvormers, hebben een N+1 redundantiefunctie en kunnen worden uitgebreid (vermogen van 2 kW tot 20 kW). ).

(4) Speciale omvormer voor luchtvaart en leger

Dit type omvormer heeft een ingang van 28Vdc en kan de volgende AC-uitgangen leveren: 26Vac, 115Vac, 230Vac. De uitgangsfrequentie kan zijn: 50 Hz, 60 Hz en 400 Hz, en het uitgangsvermogen varieert van 30 VA tot 3500 VA. Er zijn ook DC-DC-omvormers en frequentieomvormers speciaal voor de luchtvaart.

Classificatie van uitgangsgolfvormen

(1) Blokgolfomvormer

De AC-spanningsgolfvorm die door de blokgolfomvormer wordt afgegeven, is een blokgolf. De invertercircuits die door dit type inverter worden gebruikt, zijn niet precies hetzelfde, maar het gemeenschappelijke kenmerk is dat het circuit relatief eenvoudig is en het aantal gebruikte stroomschakelaarbuizen klein is. Het ontwerpvermogen ligt doorgaans tussen honderd watt en één kilowatt. De voordelen van een blokgolfomvormer zijn: eenvoudig circuit, goedkope prijs en eenvoudig onderhoud. Het nadeel is dat de blokgolfspanning een groot aantal harmonischen van hoge orde bevat, die extra verliezen veroorzaken bij belaste apparaten met inductoren of transformatoren met ijzeren kern, waardoor interferentie ontstaat met radio's en sommige communicatieapparatuur. Bovendien heeft dit type omvormer tekortkomingen zoals onvoldoende spanningsregelbereik, onvolledige beveiligingsfunctie en relatief veel ruis.

(2) Stapgolfomvormer

De AC-spanningsgolfvorm die door dit type omvormer wordt afgegeven, is een stapgolf. Er zijn veel verschillende lijnen waarmee de omvormer stapvormige golfuitvoer kan realiseren, en het aantal stappen in de uitgangsgolfvorm varieert enorm. Het voordeel van de stapgolfomvormer is dat de uitgangsgolfvorm aanzienlijk wordt verbeterd in vergelijking met de blokgolf, en dat de harmonische inhoud van hoge orde wordt verminderd. Wanneer de stappen meer dan 17 bereiken, kan de uitgangsgolfvorm een ​​quasi-sinusvormige golf bereiken. Wanneer een transformatorloze uitgang wordt gebruikt, is het algehele rendement zeer hoog. Het nadeel is dat het laddergolfsuperpositiecircuit veel stroomschakelaarbuizen gebruikt, en dat sommige circuitvormen meerdere sets gelijkstroomingangen vereisen. Dit brengt problemen met zich mee bij het groeperen en bedraden van zonnecelarrays en het evenwichtig opladen van batterijen. Bovendien veroorzaakt de trapgolfspanning nog steeds enige hoogfrequente interferentie met radio's en sommige communicatieapparatuur.

Sinusomvormer

De AC-spanningsgolfvorm die door de sinusomvormer wordt afgegeven, is een sinusgolf. De voordelen van de sinusomvormer zijn dat deze een goede uitgangsgolfvorm heeft, een zeer lage vervorming, weinig interferentie met radio's en apparatuur en weinig ruis. Bovendien heeft het volledige beveiligingsfuncties en een hoge algehele efficiëntie. De nadelen zijn: de schakeling is relatief complex, vereist hoge onderhoudstechnologie en is duur.

De classificatie van de bovengenoemde drie typen omvormers is nuttig voor ontwerpers en gebruikers van fotovoltaïsche systemen en windenergiesystemen bij het identificeren en selecteren van omvormers. In feite hebben omvormers met dezelfde golfvorm nog steeds grote verschillen in circuitprincipes, gebruikte apparaten, besturingsmethoden, enz.

Andere classificatiemethoden

1. Afhankelijk van de frequentie van het uitgangsvermogen van wisselstroom, kan deze worden onderverdeeld in een vermogensfrequentieomvormer, een middenfrequentieomvormer en een hoogfrequente omvormer. De frequentie van de frequentieomvormer is 50 tot 60 Hz; de frequentie van de middenfrequentieomvormer is over het algemeen 400 Hz tot meer dan tien kHz; de frequentie van hoogfrequente omvormers is over het algemeen meer dan tien kHz tot MHz.

2. Afhankelijk van het aantal fasen dat door de omvormer wordt uitgevoerd, kan deze worden onderverdeeld in eenfasige omvormer, driefasige omvormer en meerfasige omvormer.

3. Afhankelijk van de bestemming van het uitgangsvermogen van de omvormer, kan dit worden onderverdeeld in een actieve omvormer en een passieve omvormer. Elke omvormer die de door de omvormer geproduceerde elektrische energie naar het industriële elektriciteitsnet verzendt, wordt een actieve omvormer genoemd; elke omvormer die de door de omvormer afgegeven elektrische energie overdraagt ​​aan een elektrische belasting, wordt een passieve omvormer genoemd. apparaat.

4. Afhankelijk van de vorm van het hoofdcircuit van de omvormer, kan het worden onderverdeeld in een omvormer met één uiteinde, een push-pull-omvormer, een omvormer met halve brug en een omvormer met volledige brug.

5. Afhankelijk van het type hoofdschakelapparaat van de omvormer, kan deze worden onderverdeeld in een thyristoromvormer, een transistoromvormer, een veldeffectomvormer en een geïsoleerde bipolaire transistor (IGBT)-omvormer. Het kan worden onderverdeeld in twee categorieën: "semi-gecontroleerde" omvormer en "volledig gecontroleerde" omvormer. De eerste heeft niet de mogelijkheid om zichzelf uit te schakelen en het onderdeel verliest zijn besturingsfunctie nadat het is ingeschakeld, daarom wordt het "semi-gecontroleerd" genoemd en gewone thyristors vallen in deze categorie; de laatste heeft de mogelijkheid om zichzelf uit te schakelen, dat wil zeggen dat er geen apparaat is. Het aan en uit kan worden geregeld door de stuurelektrode, daarom wordt dit het "volledig gecontroleerde type" genoemd. Vermogensveldeffecttransistors en bi-power transistors met geïsoleerde poort (IGBT) behoren allemaal tot deze categorie.

6. Volgens de DC-voeding kan deze worden onderverdeeld in een spanningsbronomvormer (VSI) en een stroombronomvormer (CSI). In het eerste geval is de gelijkspanning vrijwel constant en is de uitgangsspanning een wisselende blokgolf; in het laatste geval is de gelijkstroom vrijwel constant en is de uitgangsstroom een ​​wisselende blokgolf.

7. Volgens de omvormerbesturingsmethode kan deze worden onderverdeeld in frequentiemodulatie (PFM) omvormer en pulsbreedtemodulatie (PWM) omvormer.

8. Afhankelijk van de werkmodus van het omvormerschakelcircuit, kan het worden onderverdeeld in resonante omvormer, harde schakelende omvormer met vaste frequentie en zachte schakelende omvormer met vaste frequentie.

9. Volgens de commutatiemethode van de omvormer kan deze worden onderverdeeld in een belasting-gecommuteerde omvormer en een zelf-gecommuteerde omvormer.

Prestatieparameters:

Er zijn veel parameters en technische voorwaarden die de prestaties van een omvormer beschrijven. Hier geven we slechts een korte uitleg van de technische parameters die vaak worden gebruikt bij de evaluatie van omvormers.

1. Omgevingsvoorwaarden voor het gebruik van de omvormer. Normale gebruiksomstandigheden van de omvormer: de hoogte bedraagt ​​niet meer dan 1000 m en de luchttemperatuur is 0 ~ + 40 ℃.

2. Voorwaarden DC-ingangsvoeding, fluctuatiebereik DC-ingangsspanning: ±15% van de nominale spanningswaarde van de accu.

3. De nominale uitgangsspanning, binnen het gespecificeerde toegestane fluctuatiebereik van de DC-ingangsspanning, vertegenwoordigt de nominale spanningswaarde die de omvormer zou moeten kunnen uitvoeren. De stabiele nauwkeurigheid van de nominale uitgangsspanningswaarde heeft over het algemeen de volgende bepalingen:

(1) Tijdens stabiele werking moet het spanningsfluctuatiebereik beperkt zijn, de afwijking mag bijvoorbeeld niet groter zijn dan ±3% of ±5% van de nominale waarde.

(2) In dynamische situaties waarin de belasting plotseling verandert of wordt beïnvloed door andere interferentiefactoren, mag de afwijking van de uitgangsspanning niet groter zijn dan ±8% of ±10% van de nominale waarde.

4. Nominale uitgangsfrequentie, de frequentie van de AC-uitgangsspanning van de omvormer moet een relatief stabiele waarde zijn, meestal de voedingsfrequentie van 50 Hz. De afwijking moet onder normale werkomstandigheden binnen ± 1% liggen.

5. De nominale uitgangsstroom (of nominale uitgangscapaciteit) geeft de nominale uitgangsstroom van de omvormer aan binnen het gespecificeerde bereik van de vermogensfactor voor de belasting. Sommige inverterproducten geven een nominaal uitgangsvermogen aan, uitgedrukt in VA of kVA. De nominale capaciteit van de omvormer is wanneer de uitgangsvermogensfactor 1 is (dat wil zeggen, puur resistieve belasting), de nominale uitgangsspanning is het product van de nominale uitgangsstroom.

6. Nominaal rendement. Het rendement van de omvormer is de verhouding tussen het uitgangsvermogen en het ingangsvermogen onder gespecificeerde werkomstandigheden, uitgedrukt in %. De efficiëntie van de omvormer bij nominaal uitgangsvermogen is de efficiëntie bij volledige belasting, en de efficiëntie bij 10% van de nominale uitgangscapaciteit is de efficiëntie bij lage belasting.

7. De maximale harmonische inhoud van de omvormer. Voor een sinusomvormer moet, onder ohmse belasting, de maximale harmonische inhoud van de uitgangsspanning ≤10% zijn.

8. Het overbelastingsvermogen van de omvormer heeft betrekking op het vermogen van de omvormer om onder gespecificeerde omstandigheden in korte tijd meer dan de nominale stroomwaarde te leveren. De overbelastingscapaciteit van de omvormer moet onder de gespecificeerde belastingsvermogensfactor aan bepaalde eisen voldoen.

9. Het rendement van de omvormer is de verhouding tussen het actieve uitgangsvermogen van de omvormer en het actieve ingangsvermogen (of gelijkstroomvermogen) onder de nominale uitgangsspanning, uitgangsstroom en de gespecificeerde belastingsfactor.

10. De vermogensfactor van de belasting vertegenwoordigt het vermogen van de omvormer om inductieve of capacitieve belastingen te dragen. Onder sinusgolfomstandigheden is de belastingsfactor 0,7 ~ 0,9 (vertraging) en de nominale waarde 0,9.

11. Asymmetrie van de belasting. Bij een asymmetrische belasting van 10% moet de asymmetrie van de uitgangsspanning van een driefasige omvormer met vaste frequentie ≤10% zijn.

12. Onbalans uitgangsspanning. Onder normale bedrijfsomstandigheden mag de door de omvormer afgegeven driefasige spanningsonbalans (verhouding van de omgekeerde sequentiecomponent tot de positieve sequentiecomponent) een gespecificeerde waarde niet overschrijden, doorgaans uitgedrukt in %, zoals 5% of 8%.

13. Startkarakteristieken: Onder normale bedrijfsomstandigheden zou de omvormer 5 keer achter elkaar normaal moeten kunnen starten, zowel onder volledige belasting als bij nullast.

14. Beveiligingsfuncties, de omvormer moet worden ingesteld: kortsluitbeveiliging, overstroombeveiliging, bescherming tegen oververhitting, overspanningsbeveiliging, onderspanningsbeveiliging en faseverliesbeveiliging. Onder hen betekent overspanningsbeveiliging dat voor omvormers zonder spanningsstabilisatiemaatregelen er maatregelen moeten worden genomen ter bescherming tegen overspanning aan de uitgang om de negatieve pool te beschermen tegen schade door overspanning aan de uitgang. Overstroombeveiliging verwijst naar de overstroombeveiliging van de omvormer, die moet kunnen zorgen voor tijdige actie wanneer de belasting wordt kortgesloten of de stroom de toegestane waarde overschrijdt om deze te beschermen tegen schade door stootstroom.

15. Interferentie en anti-interferentie, de omvormer moet bestand zijn tegen elektromagnetische interferentie in de algemene omgeving onder gespecificeerde normale werkomstandigheden. De anti-interferentieprestaties en elektromagnetische compatibiliteit van de omvormer moeten voldoen aan de relevante normen.

16. Omvormers die niet vaak worden bediend, gemonitord en onderhouden, moeten ≤95db zijn; omvormers die regelmatig worden bediend, gemonitord en onderhouden, moeten ≤80db zijn.

17. Display, de omvormer moet zijn uitgerust met gegevensweergave van parameters zoals AC-uitgangsspanning, uitgangsstroom en uitgangsfrequentie, en signaalweergave van ingangslive, bekrachtigde en foutstatus.

18. Communicatiefunctie. Dankzij de functie voor communicatie op afstand kunnen gebruikers de bedrijfsstatus en opgeslagen gegevens van de machine controleren zonder naar de locatie te gaan.

19. De golfvormvervorming van de uitgangsspanning. Wanneer de uitgangsspanning van de omvormer sinusoïdaal is, moet de maximaal toegestane golfvormvervorming (of harmonische inhoud) worden gespecificeerd. Meestal uitgedrukt als de totale golfvormvervorming van de uitgangsspanning, mag de waarde ervan niet groter zijn dan 5% (10% is toegestaan ​​voor eenfasige uitvoer).

20. Startkarakteristieken, die het vermogen van de omvormer om te starten met belasting en zijn prestaties tijdens dynamisch bedrijf kenmerken. De omvormer moet een betrouwbare start onder nominale belasting garanderen.

21. Lawaai. Transformatoren, filterinductoren, elektromagnetische schakelaars, ventilatoren en andere componenten in vermogenselektronica produceren allemaal geluid. Wanneer de omvormer normaal werkt, mag het geluid niet hoger zijn dan 80 dB, en het geluid van een kleine omvormer mag niet hoger zijn dan 65 dB.

Kenmerken van de batterij:

PV-batterij

Om een ​​omvormersysteem voor zonne-energie te ontwikkelen, is het belangrijk om eerst de verschillende kenmerken van zonnecellen (PV-cellen) te begrijpen. Rp en Rs zijn parasitaire weerstanden, die onder ideale omstandigheden respectievelijk oneindig en nul zijn.

Lichtintensiteit en temperatuur kunnen de werkingseigenschappen van PV-cellen aanzienlijk beïnvloeden. De stroom is evenredig met de lichtintensiteit, maar veranderingen in het licht hebben weinig invloed op de bedrijfsspanning. De bedrijfsspanning wordt echter beïnvloed door de temperatuur. Een stijging van de accutemperatuur verlaagt de bedrijfsspanning, maar heeft weinig invloed op de gegenereerde stroom. De onderstaande figuur illustreert de effecten van temperatuur en licht op PV-modules.

Veranderingen in de lichtintensiteit hebben een grotere impact op het uitgangsvermogen van de batterij dan veranderingen in de temperatuur. Dit geldt voor alle veelgebruikte PV-materialen. Een belangrijk gevolg van de combinatie van deze twee effecten is dat het vermogen van een PV-cel afneemt bij afnemende lichtintensiteit en/of stijgende temperatuur.

Maximaal vermogenspunt (MPP)

Zonnecellen kunnen werken over een breed scala aan spanningen en stromen. De MPP wordt bepaald door de weerstandsbelasting op de verlichte cel continu te verhogen van nul (kortsluiting) tot een zeer hoge waarde (open circuit). MPP is het werkpunt waarop V x I zijn maximale waarde bereikt en bij deze verlichtingsintensiteit kan maximaal vermogen worden bereikt. Het uitgangsvermogen wanneer zich een kortsluiting (PV-spanning is gelijk aan nul) of een open circuit (PV-stroom is gelijk aan nul) voordoet, is nul.

Hoogwaardige monokristallijne siliciumzonnecellen produceren een nullastspanning van 0,60 volt bij een temperatuur van 25°C. Bij vol zonlicht en een luchttemperatuur van 25°C kan de temperatuur van een bepaalde cel dichtbij de 45°C liggen, waardoor de nullastspanning wordt verlaagd tot ongeveer 0,55 V. Naarmate de temperatuur stijgt, blijft de nullastspanning dalen totdat de PV-module kortsluiting veroorzaakt.

Het maximale vermogen bij een accutemperatuur van 45 °C wordt doorgaans geproduceerd bij 80% open circuit spanning en 90% kortsluitstroom. De kortsluitstroom van de batterij is bijna evenredig met de verlichting, en de nullastspanning mag slechts met 10% afnemen als de verlichting met 80% wordt verminderd. Batterijen van lagere kwaliteit zullen de spanning sneller verlagen als de stroom toeneemt, waardoor het beschikbare vermogen afneemt. De productie daalde van 70% naar 50%, of zelfs maar 25%.

De micro-omvormer voor zonne-energie moet ervoor zorgen dat de PV-modules op elk moment op het MPP werken, zodat maximale energie uit de PV-modules kan worden gehaald. Dit kan worden bereikt met behulp van een maximum power point-controlelus, ook wel een Maximum Power Point Tracker (MPPT) genoemd. Het bereiken van een hoge MPP-tracking vereist ook dat de PV-uitgangsspanningsrimpel klein genoeg is, zodat de PV-stroom niet te veel verandert wanneer deze in de buurt van het maximale vermogenspunt werkt.

Het MPP-spanningsbereik van PV-modules kan doorgaans worden gedefinieerd in het bereik van 25V tot 45V, met een stroomopwekking van ongeveer 250W en een nullastspanning van minder dan 50V.

Gebruik en onderhoud:

gebruik

1. Sluit en installeer de apparatuur strikt in overeenstemming met de vereisten van de bedienings- en onderhoudsinstructies van de omvormer. Tijdens de installatie moet u zorgvuldig controleren: of de draaddiameter aan de eisen voldoet; of de componenten en aansluitingen los zitten tijdens transport; of de geïsoleerde delen goed geïsoleerd zijn; of de aarding van het systeem voldoet aan de voorschriften.

2. De omvormer moet strikt worden bediend en gebruikt in overeenstemming met de gebruiks- en onderhoudsinstructies. In het bijzonder: let voordat u de machine inschakelt of de ingangsspanning normaal is; Let er tijdens het gebruik op of de volgorde van het in- en uitschakelen van de machine correct is en of de indicaties van elke meter en indicatielampje normaal zijn.

3. Omvormers hebben over het algemeen een automatische bescherming tegen circuitbreuk, overstroom, overspanning, oververhitting en andere zaken, dus als deze verschijnselen zich voordoen, is het niet nodig om ze handmatig uit te schakelen; de beveiligingspunten van automatische beveiliging zijn doorgaans in de fabriek ingesteld en hoeven niet opnieuw te worden aangepast.

4. Er staat hoogspanning in de omvormerkast. Het is operators over het algemeen niet toegestaan ​​de kastdeur te openen en de kastdeur moet op normale tijden op slot zijn.

5. Wanneer de kamertemperatuur hoger is dan 30°C, moeten maatregelen voor warmteafvoer en koeling worden genomen om defecten aan de apparatuur te voorkomen en de levensduur van de apparatuur te verlengen.

Onderhoud en inspectie

1. Controleer regelmatig of de bedrading van elk onderdeel van de omvormer stevig is en of er geen speling is. In het bijzonder moeten de ventilator, de voedingsmodule, de ingangsterminal, de uitgangsterminal en de aarding zorgvuldig worden gecontroleerd.

2. Zodra het alarm uitgeschakeld is, mag het niet direct opnieuw opstarten. De oorzaak moet vóór het opstarten worden opgespoord en verholpen. De inspectie moet strikt worden uitgevoerd in overeenstemming met de stappen die zijn gespecificeerd in de onderhoudshandleiding van de omvormer.

3. Operators moeten een speciale training krijgen en in staat zijn de oorzaken van algemene fouten te bepalen en deze te elimineren, zoals het vakkundig vervangen van zekeringen, componenten en beschadigde printplaten. Ongetraind personeel mag de apparatuur niet bedienen.

4. Als er zich een ongeval voordoet dat moeilijk te elimineren is of als de oorzaak van het ongeval onduidelijk is, moeten er gedetailleerde gegevens over het ongeval worden bijgehouden en moet de fabrikant van de omvormer tijdig op de hoogte worden gesteld zodat deze kan worden opgelost.