Wprowadzenie do encyklopedii na temat falowników słonecznych

Falownik , znany również jako regulator mocy i regulator mocy, jest istotną częścią systemu fotowoltaicznego. Główną funkcją falownika fotowoltaicznego jest konwersja prądu stałego generowanego przez panele słoneczne na prąd przemienny wykorzystywany przez urządzenia gospodarstwa domowego. Cała energia elektryczna wytwarzana przez panele słoneczne musi zostać przetworzona przez falownik, zanim będzie mogła zostać wyprowadzona na zewnątrz. [1] Za pośrednictwem obwodu pełnego mostka procesor SPWM jest zwykle używany do modulacji, filtrowania, zwiększania napięcia itp. w celu uzyskania sinusoidalnej mocy prądu przemiennego odpowiadającej częstotliwości obciążenia oświetleniowego, napięciu znamionowemu itp. dla użytkowników końcowych systemu. Dzięki inwerterowi akumulator prądu stałego może służyć do zasilania urządzeń prądem przemiennym.

Wstęp:

System wytwarzania energii słonecznej prądu przemiennego składa się z paneli słonecznych, kontrolera ładowania, falownika i akumulatora; system wytwarzania energii słonecznej DC nie obejmuje falownika. Proces przekształcania prądu przemiennego w prąd stały nazywany jest prostowaniem, obwód spełniający funkcję prostowania nazywany jest obwodem prostownika, a urządzenie realizujące proces prostowania nazywa się urządzeniem prostowniczym lub prostownikiem. Odpowiednio proces konwersji prądu stałego na prąd przemienny nazywany jest falownikiem, obwód kończący funkcję falownika nazywany jest obwodem falownika, a urządzenie realizujące proces falownika nazywa się sprzętem falownikowym lub falownikiem.

Rdzeniem urządzenia inwertorowego jest obwód przełączający inwertera, zwany obwodem inwertera. Obwód ten uzupełnia funkcję falownika poprzez włączanie i wyłączanie elektronicznego przełącznika mocy. Przełączanie energoelektronicznych urządzeń przełączających wymaga pewnych impulsów sterujących, które można regulować poprzez zmianę sygnału napięciowego. Obwód generujący i regulujący impulsy nazywany jest często obwodem sterującym lub pętlą sterującą. Podstawowa struktura urządzenia inwertorowego obejmuje, oprócz wyżej wymienionego obwodu inwertera i obwodu sterującego, obwód zabezpieczający, obwód wyjściowy, obwód wejściowy, obwód wyjściowy itp.

Cechy:

Ze względu na różnorodność budynków nieuchronnie doprowadzi to do różnorodności instalacji paneli słonecznych. Aby zmaksymalizować efektywność konwersji energii słonecznej, mając jednocześnie na uwadze piękny wygląd budynku, wymaga to dywersyfikacji naszych falowników, aby osiągnąć najlepszy sposób wykorzystania energii słonecznej. Konwertować.

Scentralizowana inwersja

Falownik scentralizowany jest powszechnie stosowany w systemach dużych elektrowni fotowoltaicznych (>10kW). Wiele równoległych ciągów fotowoltaicznych jest podłączonych do wejścia prądu stałego tego samego scentralizowanego falownika. Ogólnie rzecz biorąc, trójfazowe moduły mocy IGBT są używane do dużych mocy. Te mniejsze wykorzystują tranzystory polowe i wykorzystują kontrolery konwersji DSP, aby poprawić jakość generowanego prądu tak, aby był on prądem bardzo zbliżonym do fali sinusoidalnej. Największą cechą jest duża moc i niski koszt systemu. Jednak na wydajność i wydajność elektryczną całego systemu fotowoltaicznego wpływa dopasowanie ciągów fotowoltaicznych i częściowe zacienienie. Jednocześnie na niezawodność wytwarzania energii przez cały system fotowoltaiczny wpływa zły stan pracy danej grupy jednostek fotowoltaicznych. Najnowsze kierunki badań to wykorzystanie sterowania modulacją wektora przestrzennego oraz opracowanie nowych topologii połączeń falowników w celu uzyskania wysokiej sprawności w warunkach częściowego obciążenia. Do scentralizowanego falownika SolarMax można podłączyć moduł interfejsu układu fotowoltaicznego w celu monitorowania każdego ciągu paneli fotowoltaicznych. Jeśli jeden z ciągów fotowoltaicznych nie działa prawidłowo, system to zrobi. Informacja zostanie przesłana do pilota, a ciąg ten można zatrzymać za pomocą pilota, tak aby awaria jednego ciągu fotowoltaicznego nie zmniejszyła ani nie miała wpływu na pracę i uzyskiwaną energię. całego systemu fotowoltaicznego.

Falownik stringowy

Falowniki stringowe stały się najpopularniejszymi falownikami na rynku międzynarodowym. Falownik stringowy opiera się na koncepcji modułowej. Każdy ciąg fotowoltaiczny (1 kW–5 kW) przechodzi przez falownik, ma śledzenie maksymalnej mocy szczytowej po stronie prądu stałego i jest podłączony równolegle do sieci po stronie prądu przemiennego. Wiele dużych elektrowni fotowoltaicznych wykorzystuje falowniki łańcuchowe. Zaletą jest to, że nie wpływają na nią różnice modułów i cienie pomiędzy ciągami, a jednocześnie zmniejsza optymalny punkt pracy modułów fotowoltaicznych.

Niedopasowanie do falownika, zwiększając w ten sposób wytwarzanie energii. Te zalety techniczne nie tylko zmniejszają koszty systemu, ale także zwiększają jego niezawodność. Jednocześnie wprowadzono koncepcję „master-slave” pomiędzy ciągami, tak aby w przypadku, gdy moc pojedynczego ciągu w systemie nie jest w stanie zapewnić pracy pojedynczego falownika, można połączyć ze sobą kilka grup ciągów fotowoltaicznych, aby umożliwić jeden lub kilku z nich do pracy. , wytwarzając w ten sposób więcej energii elektrycznej. Najnowsza koncepcja polega na tym, że kilka falowników tworzy ze sobą „zespół”, który zastępuje koncepcję „master-slave”, zwiększając w ten sposób niezawodność systemu.

Falownik wielopasmowy

Falownik wielostrumieniowy wykorzystuje zalety falownika scentralizowanego i falownika szeregowego, pozwala uniknąć ich wad i może być stosowany w elektrowniach fotowoltaicznych o mocy kilku kilowatów. W falowniku wielostringowym zastosowano różne śledzenie poszczególnych szczytów mocy i konwertery DC-DC. Prąd stały jest przekształcany na prąd przemienny za pomocą wspólnego falownika prądu stałego na prąd przemienny i podłączany do sieci. Różne parametry ciągów fotowoltaicznych (np. różna moc znamionowa, różna liczba modułów w ciągu, różni producenci modułów itp.), różne rozmiary lub różne technologie modułów fotowoltaicznych, różne orientacje ciągów (np.: wschód, południe i zachód) , różne kąty pochylenia lub zacienienie, można podłączyć do wspólnego falownika, przy czym każdy ciąg pracuje z odpowiednią maksymalną mocą szczytową. Jednocześnie zmniejsza się długość kabla DC, minimalizując efekt cienia pomiędzy ciągami i straty spowodowane różnicami między ciągami.

Falownik składowy

Falownik modułowy łączy każdy moduł fotowoltaiczny z falownikiem, a każdy moduł posiada niezależne śledzenie mocy maksymalnej, dzięki czemu moduł i falownik lepiej współpracują. Zwykle stosowane w elektrowniach fotowoltaicznych o mocy od 50 W do 400 W, całkowita wydajność jest niższa niż w przypadku falowników szeregowych. Ponieważ są one połączone równolegle po stronie prądu przemiennego, zwiększa to złożoność okablowania po stronie prądu przemiennego i utrudnia konserwację. Kolejną kwestią do rozwiązania jest to, jak efektywniej łączyć się z siecią. Najprostszym sposobem jest podłączenie do sieci bezpośrednio poprzez zwykłe gniazdka prądu przemiennego, co może obniżyć koszty i instalację sprzętu, jednak często standardy bezpieczeństwa sieci energetycznej w różnych miejscach mogą na to nie pozwalać. Przedsiębiorstwo energetyczne może w ten sposób sprzeciwić się bezpośredniemu podłączeniu urządzenia wytwarzającego energię do zwykłego gniazdka domowego. Innym czynnikiem związanym z bezpieczeństwem jest to, czy wymagany jest transformator izolujący (wysokiej lub niskiej częstotliwości), czy też dozwolony jest falownik beztransformatorowy. Falownik ten jest najczęściej stosowany w szklanych ścianach osłonowych.

Wydajność falownika słonecznego

Efektywność inwerterów fotowoltaicznych odnosi się do rosnącego rynku inwerterów fotowoltaicznych (inwerterów fotowoltaicznych) w związku z zapotrzebowaniem na energię odnawialną. Falowniki te wymagają wyjątkowo wysokiej wydajności i niezawodności. Zbadano obwody mocy stosowane w tych falownikach i zalecono najlepszy wybór urządzeń przełączających i prostowniczych. Ogólną budowę falownika fotowoltaicznego pokazano na rysunku 1. Do wyboru są trzy różne falowniki. Światło słoneczne pada na moduły słoneczne połączone szeregowo, a każdy moduł zawiera zestaw ogniw słonecznych połączonych szeregowo. Napięcie prądu stałego (DC) generowane przez moduły słoneczne jest rzędu kilkuset woltów, w zależności od warunków oświetleniowych układu modułów, temperatury ogniw i liczby modułów połączonych szeregowo.

Podstawową funkcją tego typu falownika jest konwersja wejściowego napięcia stałego na stabilną wartość. Ta funkcja jest realizowana poprzez konwerter podwyższający i wymaga przełącznika podwyższającego oraz diody podwyższającej. W pierwszej architekturze po stopniu wzmocnienia następuje izolowany konwerter pełnomostkowy. Celem pełnego transformatora mostkowego jest zapewnienie izolacji. Drugi konwerter pełnomostkowy na wyjściu służy do konwersji prądu stałego z pełnomostkowego konwertera pierwszego stopnia na napięcie prądu przemiennego (AC). Jego wyjście jest filtrowane przed podłączeniem do sieci prądu przemiennego poprzez dodatkowy dwustykowy przełącznik przekaźnikowy, aby zapewnić bezpieczną izolację w przypadku awarii oraz izolację od sieci zasilającej w nocy. Druga struktura jest schematem nieizolowanym. Wśród nich napięcie prądu przemiennego jest generowane bezpośrednio przez napięcie wyjściowe prądu stałego w stopniu wzmocnienia. Trzecia struktura wykorzystuje innowacyjną topologię przełączników mocy i diod mocy, aby zintegrować funkcje części doładowania i wytwarzania prądu przemiennego w dedykowanej topologii, dzięki czemu falownik jest tak wydajny, jak to tylko możliwe, pomimo bardzo niskiej wydajności konwersji panelu słonecznego. Blisko 100%, ale bardzo ważne. Oczekuje się, że w Niemczech moduł szeregowy o mocy 3 kW zainstalowany na dachu skierowanym na południe będzie generował 2550 kWh rocznie. Jeśli wydajność falownika zostanie zwiększona z 95% do 96%, każdego roku będzie można wygenerować dodatkowe 25 kWh energii elektrycznej. Koszt wykorzystania dodatkowych modułów fotowoltaicznych do wygenerowania tych 25 kWh jest równoważny dodaniu falownika. Ponieważ zwiększenie wydajności z 95% do 96% nie podwoi kosztu falownika, inwestycja w bardziej wydajny falownik jest nieuniknionym wyborem. W przypadku nowych projektów kluczowym kryterium projektowym jest zwiększenie wydajności falownika w najbardziej opłacalny sposób. Jeśli chodzi o niezawodność i koszt falownika, są to dwa inne kryteria projektowe. Wyższa wydajność zmniejsza wahania temperatury w cyklu obciążenia, poprawiając w ten sposób niezawodność, więc te wytyczne są faktycznie powiązane. Zastosowanie modułów zwiększy także niezawodność.

Przełącznik i dioda Boost

Wszystkie pokazane topologie wymagają szybko przełączających przełączników zasilania. Stopień wzmocnienia i stopień konwersji z pełnym mostkiem wymagają diod szybko przełączających. Ponadto w tych topologiach przydatne są również przełączniki zoptymalizowane pod kątem przełączania o niskiej częstotliwości (100 Hz). W przypadku dowolnej technologii krzemowej przełączniki zoptymalizowane pod kątem szybkiego przełączania będą miały wyższe straty przewodzenia niż przełączniki zoptymalizowane pod kątem zastosowań przełączania o niskiej częstotliwości.

Stopień wzmocnienia jest ogólnie zaprojektowany jako konwerter trybu prądu ciągłego. W zależności od liczby modułów fotowoltaicznych w układzie zastosowanym w falowniku, możesz wybrać, czy chcesz używać urządzeń 600 V, czy 1200 V. Dwie możliwości wyboru przełączników zasilania to MOSFET i IGBT. Ogólnie rzecz biorąc, tranzystory MOSFET mogą pracować przy wyższych częstotliwościach przełączania niż tranzystory IGBT. Ponadto należy zawsze brać pod uwagę wpływ diody korpusu: w przypadku stopnia wzmacniającego nie stanowi to problemu, ponieważ dioda korpusu nie przewodzi w normalnym trybie pracy. Straty przewodzenia MOSFET-ów można obliczyć na podstawie rezystancji RDS(ON), która jest proporcjonalna do efektywnej powierzchni matrycy dla danej rodziny MOSFET-ów. Kiedy napięcie znamionowe zmieni się z 600 V na 1200 V, straty przewodzenia MOSFET-u znacznie wzrosną. Dlatego nawet jeśli znamionowy RDS(ON) jest równoważny, MOSFET 1200 V nie jest dostępny lub cena jest zbyt wysoka.

W przypadku przełączników podwyższających napięcie znamionowe 600 V można zastosować superzłączowe MOSFET. W zastosowaniach związanych z przełączaniem wysokiej częstotliwości technologia ta charakteryzuje się najlepszymi stratami przewodzenia. MOSFETy z wartością RDS(ON) poniżej 100 miliomów w obudowach TO-220 i MOSFETy z wartościami RDS(ON) poniżej 50 miliomów w obudowach TO-247. W przypadku falowników fotowoltaicznych wymagających przełączania zasilania 1200 V, właściwym wyborem będzie IGBT. Bardziej zaawansowane technologie IGBT, takie jak NPT Trench i NPT Field Stop, są zoptymalizowane pod kątem zmniejszenia strat przewodzenia, ale kosztem wyższych strat przełączania, co czyni je mniej odpowiednimi do zastosowań wzmacniających przy wysokich częstotliwościach.

W oparciu o starą technologię planarną NPT opracowano urządzenie FGL40N120AND, które może poprawić wydajność obwodu boost przy wysokiej częstotliwości przełączania. Ma EOFF wynoszący 43uJ/A. W porównaniu z urządzeniami o bardziej zaawansowanej technologii, EOFF wynosi 80uJ/A, ale należy go uzyskać. Tego rodzaju wydajność jest bardzo trudna. Wadą urządzenia FGL40N120AND jest to, że spadek napięcia przy nasyceniu VCE(SAT) (3,0 V w porównaniu z 2,1 V przy 125°C) jest wysoki, ale niskie straty przełączania przy wysokich częstotliwościach przełączania boost z nadwyżką to rekompensują. Urządzenie posiada także diodę antyrównoległą. Podczas normalnej pracy w trybie boost dioda ta nie przewodzi. Jednakże podczas rozruchu lub w warunkach przejściowych możliwe jest przełączenie obwodu wzmacniającego w tryb aktywny, w którym to przypadku dioda antyrównoległa będzie przewodziła. Ponieważ sam IGBT nie ma wbudowanej diody, ta dioda w opakowaniu jest wymagana, aby zapewnić niezawodne działanie. W przypadku diod wzmacniających wymagane są diody szybkiego odzyskiwania, takie jak Stealth™ lub diody węglowo-krzemowe. Diody węglowo-krzemowe mają bardzo niskie napięcie przewodzenia i straty. Przy wyborze diody podwyższającej należy wziąć pod uwagę wpływ wstecznego prądu powrotnego (lub pojemności złącza diody węglowo-krzemowej) na przełącznik podwyższający, ponieważ spowoduje to dodatkowe straty. W tym przypadku nowo wprowadzona na rynek dioda Stealth II FFP08S60S może zapewnić wyższą wydajność. Gdy VDD=390V, ID=8A, di/dt=200A/us, a temperatura obudowy wynosi 100°C, obliczona strata przełączania jest niższa niż parametr FFP08S60S wynoszący 205mJ. Przy zastosowaniu diody Stealth ISL9R860P2 wartość ta sięga 225mJ. Dlatego poprawia to również wydajność falownika przy wysokich częstotliwościach przełączania.

Przełączniki mostkowe i diody

Po filtrowaniu pełnego mostka MOSFET, mostek wyjściowy generuje sinusoidalny sygnał napięcia i prądu o częstotliwości 50 Hz. Powszechną implementacją jest użycie standardowej architektury pełnego mostu (rysunek 2). Na rysunku, jeśli przełączniki w lewym górnym i prawym dolnym rogu są włączone, między lewym i prawym zaciskiem ładowane jest napięcie dodatnie; jeśli przełączniki w prawym górnym i lewym dolnym rogu są włączone, między lewym i prawym zaciskiem ładowane jest napięcie ujemne. W tym zastosowaniu tylko jeden przełącznik jest włączony przez określony czas. Jeden przełącznik można przełączyć na wysoką częstotliwość PWM, a drugi na niską częstotliwość 50 Hz. Ponieważ obwód ładowania początkowego opiera się na konwersji urządzeń z niższej półki, urządzenia z niższej półki są przełączane na wysoką częstotliwość PWM, podczas gdy urządzenia z najwyższej półki są przełączane na niską częstotliwość 50 Hz. Ta aplikacja wykorzystuje wyłącznik zasilania 600 V, więc superzłączowy MOSFET 600 V jest bardzo odpowiedni dla tego szybkiego urządzenia przełączającego. Ponieważ te urządzenia przełączające wytrzymują pełny prąd zwrotny innych urządzeń, gdy przełącznik jest włączony, idealnym wyborem są urządzenia superzłącza szybkiego odzyskiwania, takie jak 600 V FCH47N60F. Jego RDS(ON) wynosi 73 miliomy, a straty przewodzenia są bardzo niskie w porównaniu z innymi podobnymi urządzeniami szybkiego odzyskiwania. Gdy to urządzenie konwertuje przy częstotliwości 50 Hz, nie ma potrzeby korzystania z funkcji szybkiego odzyskiwania. Urządzenia te charakteryzują się doskonałą charakterystyką dv/dt i di/dt, co poprawia niezawodność systemu w porównaniu ze standardowymi tranzystorami MOSFET z superzłączem.

Kolejną opcją wartą sprawdzenia jest zastosowanie urządzenia FGH30N60LSD. Jest to tranzystor IGBT 30 A/600 V z napięciem nasycenia VCE(SAT) wynoszącym zaledwie 1,1 V. Jego strata wyłączenia EOFF jest bardzo wysoka i sięga 10 mJ, dlatego nadaje się tylko do konwersji niskich częstotliwości. MOSFET 50 miliomów ma rezystancję włączenia RDS(ON) wynoszącą 100 miliomów w temperaturze roboczej. Dlatego przy 11A ma ten sam VDS, co VCE(SAT) IGBT. Ponieważ ten IGBT opiera się na starszej technologii przebicia, VCE(SAT) nie zmienia się zbytnio wraz z temperaturą. Dlatego też IGBT zmniejsza całkowite straty w mostku wyjściowym, zwiększając w ten sposób ogólną wydajność falownika. Przydatny jest również fakt, że tranzystor IGBT FGH30N60LSD przełącza się z jednej technologii konwersji mocy na inną dedykowaną topologię co pół cyklu. Tranzystory IGBT są tutaj używane jako przełączniki topologiczne. W celu szybszego przełączania stosuje się urządzenia superzłączowe konwencjonalne i szybkiego odzyskiwania. W przypadku dedykowanej topologii 1200 V i konstrukcji z pełnym mostkiem wspomniany wyżej FGL40N120AND jest przełącznikiem, który doskonale nadaje się do nowych falowników słonecznych wysokiej częstotliwości. Gdy specjalistyczne technologie wymagają diod, doskonałymi rozwiązaniami są diody Stealth II, Hyperfast™ II i diody węglowo-krzemowe.

funkcjonować:

Falownik pełni nie tylko funkcję konwersji prądu stałego na prąd przemienny, ale ma także funkcję maksymalizacji wydajności ogniw słonecznych oraz funkcję zabezpieczenia przed awarią systemu. Podsumowując, dostępne są funkcje automatycznego uruchamiania i wyłączania, funkcja kontroli śledzenia maksymalnej mocy, funkcja zapobiegania niezależnej pracy (dla systemów podłączonych do sieci), funkcja automatycznej regulacji napięcia (dla systemów podłączonych do sieci), funkcja wykrywania prądu stałego (dla systemów podłączonych do sieci) ) i wykrywanie uziemienia DC. Funkcja (dla systemów podłączonych do sieci). Poniżej znajduje się krótkie wprowadzenie do funkcji automatycznego uruchamiania i wyłączania oraz funkcji kontroli śledzenia mocy maksymalnej.

Funkcja automatycznego działania i wyłączania: Po wschodzie słońca rano intensywność promieniowania słonecznego stopniowo wzrasta, a także wzrasta moc ogniwa słonecznego. Po osiągnięciu mocy wyjściowej wymaganej do pracy falownika, falownik automatycznie rozpoczyna pracę. Po rozpoczęciu pracy falownik będzie przez cały czas monitorował moc modułów ogniw słonecznych. Dopóki moc wyjściowa modułów ogniw słonecznych jest większa niż moc wyjściowa wymagana do wykonania zadania inwertera, falownik będzie nadal działać; zatrzyma się aż do zachodu słońca, nawet jeśli Falownik może pracować również w deszczowe dni. Kiedy moc modułu fotowoltaicznego staje się mniejsza i moc wyjściowa falownika zbliża się do 0, falownik przechodzi w stan gotowości.

Funkcja kontroli śledzenia maksymalnej mocy: Moc wyjściowa modułu ogniwa słonecznego zmienia się wraz z intensywnością promieniowania słonecznego i temperaturą samego modułu ogniwa słonecznego (temperatura chipa). Ponadto, ponieważ moduły ogniw słonecznych charakteryzują się tym, że napięcie maleje wraz ze wzrostem prądu, istnieje optymalny punkt pracy, w którym można uzyskać maksymalną moc. Zmienia się intensywność promieniowania słonecznego i oczywiście zmienia się także optymalny punkt pracy. W związku z tymi zmianami punkt pracy modułu ogniwa słonecznego jest zawsze utrzymywany na poziomie maksymalnej mocy, a system zawsze uzyskuje maksymalną moc wyjściową z modułu ogniwa słonecznego. Ten rodzaj kontroli to kontrola śledzenia maksymalnej mocy. Największą cechą falowników stosowanych w systemach wytwarzania energii słonecznej jest to, że zawierają one funkcję śledzenia punktu maksymalnej mocy (MPPT).

typ

Klasyfikacja zakresu zastosowania

(1) Zwykły falownik

Wejście DC 12 V lub 24 V, napięcie wyjściowe AC 220 V, 50 Hz, moc od 75 W do 5000 W, niektóre modele mają konwersję AC i DC, czyli funkcję UPS.

(2) Urządzenie typu „wszystko w jednym” z falownikiem/ładowarką

W tego typu falownikach użytkownicy mogą wykorzystywać różne formy zasilania do zasilania odbiorników prądu przemiennego: gdy jest zasilanie prądem przemiennym, prąd przemienny jest wykorzystywany do zasilania obciążenia przez falownik lub do ładowania akumulatora; gdy nie ma zasilania prądem przemiennym, akumulator służy do zasilania obciążenia prądem przemiennym. . Można go stosować w połączeniu z różnymi źródłami zasilania: akumulatorami, generatorami, panelami słonecznymi i turbinami wiatrowymi.

(3) Specjalny falownik dla poczty i telekomunikacji

Dostarczamy wysokiej jakości falowniki 48V dla usług pocztowych i telekomunikacyjnych. Produkty charakteryzują się dobrą jakością, wysoką niezawodnością, modułowymi (moduł 1KW) inwerterami, posiadają funkcję redundancji N+1 i mogą być rozbudowywane (moc od 2KW do 20KW). ).

(4) Specjalny falownik dla lotnictwa i wojska

Ten typ falownika ma wejście 28 V prądu stałego i może zapewnić następujące wyjścia prądu przemiennego: 26 V AC, 115 V AC, 230 V AC. Jego częstotliwość wyjściowa może wynosić: 50 Hz, 60 Hz i 400 Hz, a moc wyjściowa waha się od 30 VA do 3500 VA. W ofercie znajdują się również przetwornice DC-DC oraz przetwornice częstotliwości dedykowane dla lotnictwa.

Klasyfikacja kształtu fali wyjściowej

(1) Falownik prostokątny

Fala napięcia przemiennego na wyjściu falownika prostokątnego jest falą prostokątną. Obwody falownika stosowane w tego typu falownikach nie są dokładnie takie same, ale wspólną cechą jest to, że obwód jest stosunkowo prosty, a liczba zastosowanych lamp przełączników mocy jest niewielka. Moc projektowa wynosi zazwyczaj od stu watów do jednego kilowata. Zaletami falownika prostokątnego są: prosty obwód, niska cena i łatwa konserwacja. Wadą jest to, że napięcie o fali prostokątnej zawiera dużą liczbę harmonicznych wyższego rzędu, które będą powodować dodatkowe straty w urządzeniach odbiorczych z cewkami lub transformatorami z żelaznym rdzeniem, powodując zakłócenia w radiu i niektórych urządzeniach komunikacyjnych. Ponadto ten typ falownika ma wady, takie jak niewystarczający zakres regulacji napięcia, niepełna funkcja zabezpieczająca i stosunkowo wysoki poziom hałasu.

(2) Falownik schodkowy

Wyjściowy przebieg napięcia prądu przemiennego wytwarzany przez tego typu falownik jest falą schodkową. Falownik realizuje wiele różnych linii wyjściowych fali schodkowej, a liczba kroków w przebiegu wyjściowym jest bardzo zróżnicowana. Zaletą falownika schodkowego jest to, że kształt fali wyjściowej jest znacznie lepszy w porównaniu z falą prostokątną, a zawartość harmonicznych wyższego rzędu jest zmniejszona. Gdy liczba kroków osiągnie więcej niż 17, kształt fali wyjściowej może osiągnąć falę quasi-sinusoidalną. Gdy używane jest wyjście beztransformatorowe, ogólna wydajność jest bardzo wysoka. Wadą jest to, że obwód superpozycji fali drabinkowej wykorzystuje wiele lamp przełączników mocy, a niektóre formy obwodów wymagają wielu zestawów wejść zasilania prądem stałym. Stwarza to problemy w grupowaniu i okablowaniu paneli ogniw słonecznych oraz w zrównoważonym ładowaniu akumulatorów. Ponadto napięcie fali schodowej w dalszym ciągu powoduje zakłócenia o wysokiej częstotliwości w odbiornikach radiowych i niektórych urządzeniach komunikacyjnych.

Falownik sinusoidalny

Fala napięcia przemiennego na wyjściu falownika sinusoidalnego jest falą sinusoidalną. Zaletami falownika sinusoidalnego jest to, że ma dobry kształt fali wyjściowej, bardzo niskie zniekształcenia, niewielkie zakłócenia w radiu i sprzęcie oraz niski poziom hałasu. Ponadto posiada pełne funkcje zabezpieczające i wysoką ogólną sprawność. Wady są następujące: obwód jest stosunkowo złożony, wymaga zaawansowanych technologii konserwacji i jest drogi.

Klasyfikacja powyższych trzech typów falowników jest pomocna projektantom i użytkownikom systemów fotowoltaicznych i elektrowni wiatrowych w identyfikacji i doborze falowników. W rzeczywistości falowniki o tym samym kształcie fali nadal charakteryzują się dużymi różnicami w zasadach obwodów, używanych urządzeniach, metodach sterowania itp.

Inne metody klasyfikacji

1. W zależności od częstotliwości wyjściowej mocy prądu przemiennego można ją podzielić na przetwornicę częstotliwości, przetwornicę średniej częstotliwości i przetwornicę wysokiej częstotliwości. Częstotliwość przetwornicy częstotliwości wynosi od 50 do 60 Hz; częstotliwość falownika średniej częstotliwości wynosi zazwyczaj od 400 Hz do ponad dziesięciu kHz; częstotliwość falownika wysokiej częstotliwości wynosi zazwyczaj więcej niż dziesięć kHz do MHz.

2. W zależności od liczby faz wyjściowych falownika można go podzielić na falownik jednofazowy, falownik trójfazowy i falownik wielofazowy.

3. W zależności od przeznaczenia mocy wyjściowej falownika można go podzielić na falownik aktywny i falownik pasywny. Każdy falownik, który przesyła energię elektryczną wyjściową przez falownik do przemysłowej sieci energetycznej, nazywany jest falownikiem aktywnym; każdy falownik, który przekazuje energię elektryczną wyjściową przez falownik do pewnego obciążenia elektrycznego, nazywany jest falownikiem pasywnym. urządzenie.

4. W zależności od kształtu głównego obwodu falownika można go podzielić na falownik single-ended, falownik typu push-pull, falownik półmostkowy i falownik pełnomostkowy.

5. W zależności od typu głównego urządzenia przełączającego falownik można go podzielić na falownik tyrystorowy, falownik tranzystorowy, falownik z efektem polowym i falownik z tranzystorem bipolarnym z izolowaną bramką (IGBT). Można go podzielić na dwie kategorie: falownik „częściowo sterowany” i falownik „w pełni kontrolowany”. Ten pierwszy nie ma możliwości samoczynnego wyłączenia, a po włączeniu element traci funkcję sterującą, dlatego nazywa się go „częściowo sterowanym” i do tej kategorii zaliczają się zwykłe tyrystory; ten ostatni ma zdolność do samoczynnego wyłączania, to znaczy nie ma żadnego urządzenia. Włączanie i wyłączanie można kontrolować za pomocą elektrody sterującej, dlatego nazywa się to „typem w pełni kontrolowanym”. Tranzystory z efektem pola mocy i tranzystory bi-power z izolowaną bramką (IGBT) należą do tej kategorii.

6. Ze względu na zasilacz prądu stałego można go podzielić na falownik źródła napięcia (VSI) i falownik źródła prądu (CSI). W pierwszym przypadku napięcie prądu stałego jest prawie stałe, a napięcie wyjściowe jest zmienną falą prostokątną; w tym drugim przypadku prąd stały jest prawie stały, a prąd wyjściowy jest przemienną falą prostokątną.

7. Według metody sterowania falownikiem można go podzielić na falownik z modulacją częstotliwości (PFM) i falownik z modulacją szerokości impulsu (PWM).

8. W zależności od trybu pracy obwodu przełączającego falownik można go podzielić na falownik rezonansowy, falownik z twardym przełączaniem o stałej częstotliwości i falownik z miękkim przełączaniem o stałej częstotliwości.

9. Zgodnie z metodą komutacji falownika można go podzielić na falownik z komutacją obciążenia i falownik z komutacją własną.

Parametry wydajności:

Istnieje wiele parametrów i warunków technicznych opisujących wydajność falownika. Tutaj podajemy jedynie krótkie wyjaśnienie parametrów technicznych powszechnie stosowanych przy ocenie falowników.

1. Warunki środowiskowe użytkowania falownika. Normalne warunki użytkowania falownika: wysokość nie przekracza 1000 m, a temperatura powietrza wynosi 0 ~ + 40 ℃.

2. Warunki zasilania wejściowego DC, zakres wahań napięcia wejściowego DC: ±15% wartości napięcia znamionowego pakietu akumulatorów.

3. Znamionowe napięcie wyjściowe, w określonym dopuszczalnym zakresie wahań wejściowego napięcia stałego, reprezentuje znamionową wartość napięcia, jaką falownik powinien być w stanie wygenerować. Stabilna dokładność wyjściowej wartości napięcia znamionowego ma ogólnie następujące postanowienia:

(1) Podczas pracy ustalonej należy ograniczyć zakres wahań napięcia, np. jego odchylenie nie powinno przekraczać ±3% lub ±5% wartości znamionowej.

(2) W sytuacjach dynamicznych, gdy obciążenie zmienia się nagle lub jest pod wpływem innych czynników zakłócających, odchylenie napięcia wyjściowego nie powinno przekraczać ±8% lub ±10% wartości znamionowej.

4. Znamionowa częstotliwość wyjściowa, częstotliwość wyjściowego napięcia AC falownika powinna być stosunkowo stabilną wartością, zwykle częstotliwością zasilania 50 Hz. Odchylenie powinno mieścić się w granicach ±1% w normalnych warunkach pracy.

5. Znamionowy prąd wyjściowy (lub znamionowa moc wyjściowa) wskazuje znamionowy prąd wyjściowy falownika w określonym zakresie współczynnika mocy obciążenia. Niektóre produkty inwerterowe podają znamionową moc wyjściową wyrażoną w VA lub kVA. Moc znamionowa falownika jest określona, ​​gdy współczynnik mocy wyjściowej wynosi 1 (tzn. obciążenie czysto rezystancyjne), a znamionowe napięcie wyjściowe jest iloczynem znamionowego prądu wyjściowego.

6. Znamionowa wydajność wyjściowa. Sprawność falownika to stosunek jego mocy wyjściowej do mocy wejściowej w określonych warunkach pracy, wyrażony w %. Sprawność falownika przy znamionowej mocy wyjściowej to sprawność przy pełnym obciążeniu, a sprawność przy 10% znamionowej mocy wyjściowej to sprawność przy niskim obciążeniu.

7. Maksymalna zawartość harmonicznych falownika. W przypadku falownika sinusoidalnego pod obciążeniem rezystancyjnym maksymalna zawartość harmonicznych napięcia wyjściowego powinna wynosić ≤10%.

8. Zdolność przeciążeniowa falownika oznacza zdolność falownika do wygenerowania prądu większego niż wartość znamionowa w krótkim czasie i w określonych warunkach. Przeciążalność falownika powinna spełniać określone wymagania przy określonym współczynniku mocy obciążenia.

9. Sprawność falownika to stosunek wyjściowej mocy czynnej falownika do wejściowej mocy czynnej (lub mocy prądu stałego) przy znamionowym napięciu wyjściowym, prądzie wyjściowym i określonym współczynniku mocy obciążenia.

10. Współczynnik mocy obciążenia reprezentuje zdolność falownika do przenoszenia obciążeń indukcyjnych lub pojemnościowych. W warunkach fali sinusoidalnej współczynnik mocy obciążenia wynosi 0,7 ~ 0,9 (opóźnienie), a wartość znamionowa wynosi 0,9.

11. Asymetria obciążenia. Przy 10% asymetrycznym obciążeniu asymetria napięcia wyjściowego trójfazowego falownika o stałej częstotliwości powinna wynosić ≤10%.

12. Asymetria napięcia wyjściowego. W normalnych warunkach pracy asymetria napięcia trójfazowego (stosunek składowej kolejności odwrotnej do składowej zgodnej) na wyjściu falownika nie powinna przekraczać określonej wartości, zwykle wyrażanej w %, np. 5% lub 8%.

13. Charakterystyka rozruchu: W normalnych warunkach pracy falownik powinien być w stanie uruchomić się normalnie 5 razy z rzędu w warunkach pracy z pełnym obciążeniem i bez obciążenia.

14. Funkcje zabezpieczające, jakie należy ustawić w falowniku: zabezpieczenie przed zwarciem, zabezpieczenie nadprądowe, zabezpieczenie przed przegrzaniem, zabezpieczenie nadnapięciowe, zabezpieczenie podnapięciowe i zabezpieczenie przed utratą fazy. Wśród nich ochrona przeciwprzepięciowa oznacza, że ​​w przypadku falowników bez środków stabilizujących napięcie powinny istnieć środki zabezpieczające przed przepięciem wyjściowym, aby chronić zacisk ujemny przed uszkodzeniem przez przepięcie wyjściowe. Zabezpieczenie nadprądowe odnosi się do zabezpieczenia nadprądowego falownika, które powinno być w stanie zapewnić szybkie działanie w przypadku zwarcia obciążenia lub prądu przekraczającego dopuszczalną wartość, aby chronić je przed uszkodzeniem przez prąd udarowy.

15. Zakłócenia i przeciwdziałanie zakłóceniom, falownik powinien być w stanie wytrzymać zakłócenia elektromagnetyczne w ogólnym środowisku w określonych normalnych warunkach pracy. Działanie przeciwzakłóceniowe i kompatybilność elektromagnetyczna falownika powinny być zgodne z odpowiednimi normami.

16. Falowniki, które nie są często używane, monitorowane i konserwowane, powinny mieć głośność ≤95 dB; inwertery, które są często obsługiwane, monitorowane i konserwowane, powinny mieć wartość ≤80 dB.

17. Wyświetlacz. Falownik powinien być wyposażony w wyświetlacz danych takich parametrów jak napięcie wyjściowe AC, prąd wyjściowy i częstotliwość wyjściową oraz wyświetlacz sygnału wejściowego pod napięciem, pod napięciem i stanu uszkodzenia.

18. Funkcja komunikacji. Funkcja zdalnej komunikacji pozwala użytkownikom sprawdzić stan pracy maszyny i zapisane dane bez konieczności udawania się na miejsce.

19. Zniekształcenie przebiegu napięcia wyjściowego. Jeżeli napięcie wyjściowe falownika jest sinusoidalne, należy określić maksymalne dopuszczalne zniekształcenie przebiegu (lub zawartość harmonicznych). Zwykle wyrażany jako całkowite zniekształcenie przebiegu napięcia wyjściowego, jego wartość nie powinna przekraczać 5% (dopuszczalne jest 10% dla wyjścia jednofazowego).

20. Charakterystyki rozruchowe charakteryzujące zdolność rozruchu falownika pod obciążeniem oraz jego zachowanie w czasie pracy dynamicznej. Falownik powinien zapewniać niezawodny rozruch pod obciążeniem znamionowym.

21. Hałas. Transformatory, cewki filtrujące, przełączniki elektromagnetyczne, wentylatory i inne elementy sprzętu energoelektronicznego wytwarzają hałas. Gdy falownik pracuje normalnie, jego hałas nie powinien przekraczać 80 dB, a hałas małego falownika nie powinien przekraczać 65 dB.

Charakterystyka baterii:

Bateria fotowoltaiczna

Aby opracować system inwertera fotowoltaicznego, ważne jest najpierw zrozumienie różnych właściwości ogniw słonecznych (ogniw fotowoltaicznych). Rp i Rs to rezystancje pasożytnicze, które w idealnych warunkach są odpowiednio nieskończone i zerowe.

Natężenie światła i temperatura mogą znacząco wpływać na charakterystykę działania ogniw fotowoltaicznych. Prąd jest proporcjonalny do natężenia światła, ale zmiany światła mają niewielki wpływ na napięcie robocze. Temperatura ma jednak wpływ na napięcie robocze. Wzrost temperatury akumulatora zmniejsza napięcie robocze, ale ma niewielki wpływ na generowany prąd. Poniższy rysunek ilustruje wpływ temperatury i światła na moduły fotowoltaiczne.

Zmiany natężenia światła mają większy wpływ na moc wyjściową akumulatora niż zmiany temperatury. Dotyczy to wszystkich powszechnie stosowanych materiałów fotowoltaicznych. Ważną konsekwencją połączenia tych dwóch efektów jest to, że moc ogniwa fotowoltaicznego maleje wraz ze spadkiem natężenia światła i/lub wzrostem temperatury.

Maksymalny punkt mocy (MPP)

Ogniwa słoneczne mogą pracować w szerokim zakresie napięć i prądów. MPP jest określany poprzez ciągłe zwiększanie obciążenia rezystancyjnego oświetlanego ogniwa od zera (zdarzenie zwarcia) do bardzo wysokiej wartości (zdarzenie obwodu otwartego). MPP to punkt pracy, w którym V x I osiąga wartość maksymalną i przy tym natężeniu oświetlenia można osiągnąć maksymalną moc. Moc wyjściowa w przypadku wystąpienia zwarcia (napięcie fotowoltaiczne równe zero) lub obwodu otwartego (prąd fotowoltaiczny równy zero) wynosi zero.

Wysokiej jakości ogniwa słoneczne z krzemu monokrystalicznego wytwarzają napięcie w obwodzie otwartym wynoszące 0,60 V w temperaturze 25°C. Przy pełnym nasłonecznieniu i temperaturze powietrza wynoszącej 25°C temperatura danego ogniwa może być bliska 45°C, co obniży napięcie jałowe do około 0,55V. Wraz ze wzrostem temperatury napięcie w obwodzie otwartym maleje, aż do zwarcia modułu fotowoltaicznego.

Maksymalna moc przy temperaturze akumulatora wynoszącej 45°C jest zwykle wytwarzana przy napięciu obwodu otwartego wynoszącym 80% i prądzie zwarciowym wynoszącym 90%. Prąd zwarciowy akumulatora jest prawie proporcjonalny do natężenia oświetlenia, a napięcie w obwodzie jałowym może spaść jedynie o 10% przy zmniejszeniu oświetlenia o 80%. Akumulatory gorszej jakości będą szybciej zmniejszać napięcie, gdy prąd wzrośnie, zmniejszając w ten sposób dostępną moc. Produkcja spadła z 70% do 50%, a nawet tylko 25%.

Mikroinwerter fotowoltaiczny musi zapewniać, że moduły fotowoltaiczne działają w MPP w dowolnym momencie, aby można było uzyskać z nich maksymalną energię. Można to osiągnąć za pomocą pętli sterowania maksymalnym punktem mocy, znanej również jako moduł śledzenia maksymalnego punktu mocy (MPPT). Osiągnięcie wysokiego współczynnika śledzenia MPP wymaga również, aby tętnienie napięcia wyjściowego fotowoltaiki było na tyle małe, aby prąd fotowoltaiczny nie zmieniał się zbytnio podczas pracy w pobliżu punktu maksymalnej mocy.

Zakres napięcia MPP modułów fotowoltaicznych można zwykle zdefiniować w zakresie od 25 V do 45 V, przy generowanej mocy około 250 W i napięciu obwodu otwartego poniżej 50 V.

Użytkowanie i konserwacja:

używać

1. Podłączyć i zainstalować sprzęt ściśle według wymagań instrukcji obsługi i konserwacji falownika. Podczas montażu należy dokładnie sprawdzić: czy średnica drutu spełnia wymagania; czy elementy i zaciski nie uległy poluzowaniu podczas transportu; czy izolowane części są dobrze izolowane; czy uziemienie systemu jest zgodne z przepisami.

2. Falownik należy obsługiwać i użytkować ściśle według instrukcji obsługi i konserwacji. W szczególności: przed włączeniem urządzenia należy zwrócić uwagę, czy napięcie wejściowe jest normalne; podczas pracy należy zwrócić uwagę, czy kolejność włączania i wyłączania maszyny jest prawidłowa oraz czy wskazania poszczególnych mierników i lampek kontrolnych są prawidłowe.

3. Falowniki są zazwyczaj wyposażone w automatyczną ochronę przed przerwaniem obwodu, przetężeniem, przepięciem, przegrzaniem i innymi elementami, więc w przypadku wystąpienia tych zjawisk nie ma potrzeby ręcznego wyłączania; punkty ochrony automatycznej ochrony są zazwyczaj ustawione fabrycznie i nie ma potrzeby ponownej regulacji.

4. W szafie falownika występuje wysokie napięcie. Operatorom na ogół nie wolno otwierać drzwi szafki, a drzwi szafki powinny być zamknięte na klucz w zwykłych godzinach.

5. Gdy temperatura w pomieszczeniu przekracza 30°C, należy podjąć środki w zakresie odprowadzania ciepła i chłodzenia, aby zapobiec awariom sprzętu i przedłużyć jego żywotność.

Konserwacja i przegląd

1. Regularnie sprawdzaj, czy okablowanie każdej części falownika jest solidne i czy nie ma luzów. W szczególności należy dokładnie sprawdzić wentylator, moduł mocy, zaciski wejściowe, wyjściowe i uziemienie.

2. Gdy alarm się wyłączy, nie można go natychmiast uruchomić. Przed uruchomieniem należy znaleźć przyczynę i ją naprawić. Przegląd należy przeprowadzić ściśle według kroków podanych w instrukcji konserwacji falownika.

3. Operatorzy muszą przejść specjalne przeszkolenie i umieć określić przyczyny ogólnych usterek i je wyeliminować, np. umiejętnie wymieniając bezpieczniki, komponenty i uszkodzone płytki drukowane. Personel nieprzeszkolony nie może obsługiwać urządzenia.

4. Jeżeli zdarzy się wypadek trudny do wyeliminowania lub przyczyna wypadku jest niejasna, należy prowadzić szczegółową dokumentację wypadku i niezwłocznie powiadomić producenta falownika w celu rozwiązania.