Jak poprawić wydajność i wytwarzanie energii przez falowniki fotowoltaiczne?

Znaczenie wydajności konwersji falownika fotowoltaicznego

Bardzo ważne jest, aby poprawić efektywność konwersjifalowniki fotowoltaiczne . Na przykład, jeśli zwiększymy wydajność konwersji o 1%, falownik o mocy 500 kW może wygenerować prawie 20 kilowatogodzin energii elektrycznej więcej każdego dnia, średnio przez 4 godziny. Może wygenerować o prawie 7300 kilowatogodzin energii elektrycznej więcej rocznie i o 73 000 kilowatogodzin więcej energii elektrycznej w ciągu dziesięciu lat, co odpowiada mocy wytwarzanej przez falownik o mocy 5 kW. W ten sposób klienci mogą oszczędzić elektrownię posiadającą falownik o mocy 5KW, dlatego aby poprawić wydajność klientów, w najlepszym interesie klientów musimy maksymalnie zwiększyć wydajność konwersji falownika.

Czynniki wpływające na wydajność falownika fotowoltaicznego

Jedynym sposobem na poprawę wydajności falownika jest ograniczenie strat. Główne straty falownika pochodzą z lamp przełączających moc, takich jak IGBT i MOSFET, a także z urządzeń magnetycznych, takich jak transformatory i cewki indukcyjne. Straty są związane z prądem i napięciem komponentów oraz procesem wybranych materiałów. Są relacje. Straty IGBT to głównie straty przewodzenia i straty przełączania. Strata przewodzenia jest związana z rezystancją wewnętrzną urządzenia i przepływającym prądem. Strata przełączania jest związana z częstotliwością przełączania urządzenia i napięciem stałym, które urządzenie wytrzymuje.

Straty cewki obejmują głównie utratę miedzi i utratę żelaza. Straty w miedzi odnoszą się do strat spowodowanych rezystancją cewki indukcyjnej. Kiedy prąd przepływa przez rezystancję cewki i nagrzewa się, część energii elektrycznej zostanie zamieniona na energię cieplną i utracona. Ponieważ cewka jest zwykle wykonana z izolowanego drutu miedzianego, jest ona uzwojona, dlatego nazywa się to stratą miedzi. Straty w miedzi można obliczyć mierząc impedancję zwarciową transformatora. Straty żelaza obejmują dwa aspekty: jeden to strata histerezy, a drugi to utrata prądu wirowego. Straty żelaza można obliczyć, mierząc prąd jałowy transformatora.

Jak poprawić wydajność falownika fotowoltaicznego?

Obecnie istnieją trzy ścieżki techniczne: jedna polega na zastosowaniu metod sterowania, takich jak modulacja szerokości impulsu wektora przestrzennego, w celu zmniejszenia strat; drugim jest zastosowanie komponentów z węglika krzemu w celu zmniejszenia rezystancji wewnętrznej urządzeń zasilających; trzeci polega na zastosowaniu trójpoziomowej, pięciopoziomowej i innej wielopoziomowej płaskiej topologii elektrycznej i technologii miękkiego przełączania, które zmniejszają napięcie na urządzeniu zasilającym i zmniejszają częstotliwość przełączania urządzenia zasilającego.

1. Modulacja szerokości impulsu wektora przestrzeni napięcia

Jest to w pełni cyfrowa metoda sterowania z zaletami wykorzystania wysokiego napięcia prądu stałego i łatwością sterowania, szeroko stosowana w falownikach. Stopień wykorzystania napięcia prądu stałego jest wysoki, a przy tym samym napięciu wyjściowym można zastosować niższe napięcie szyny prądu stałego, zmniejszając w ten sposób naprężenia napięciowe urządzenia przełączającego moc, straty przełączania w urządzeniu są mniejsze, a wydajność konwersji falownika jest w pewnym stopniu ulepszona. poprawa. W syntezie wektorów przestrzennych istnieje wiele metod łączenia sekwencji wektorów. Poprzez różne kombinacje i sekwencjonowanie można uzyskać efekt zmniejszenia liczby czasów przełączeń urządzeń mocy, a tym samym dalsze zmniejszenie strat przełączania inwerterowych urządzeń mocy.

2. Komponenty wykorzystujące materiały z węglika krzemu

Opór na jednostkę powierzchni urządzeń z węglika krzemu stanowi tylko jeden procent rezystancji urządzeń krzemowych. Rezystancja w stanie włączenia urządzeń mocy, takich jak tranzystory IGBT wykonanych z materiałów z węglika krzemu, jest zmniejszona do jednej dziesiątej rezystancji zwykłych urządzeń krzemowych. Technologia węglika krzemu może skutecznie zmniejszyć. Prąd powrotny diody jest niewielki, co może zmniejszyć straty przełączania w urządzeniu zasilającym, a także można odpowiednio zmniejszyć wydajność prądową wymaganą przez główny wyłącznik. Dlatego też zastosowanie diod z węglika krzemu jako diod antyrównoległych w wyłączniku głównym jest najlepszym sposobem na poprawę sprawności falownika. sposób. W porównaniu z tradycyjnymi antyrównoległymi diodami krzemowymi o szybkim odzyskiwaniu, po zastosowaniu antyrównoległych diod z węglika krzemu, prąd odzyskiwania wstecznego diody jest znacznie zmniejszony, a ogólną wydajność konwersji można poprawić o 1%. Po zastosowaniu szybkiego IGBT prędkość przełączania ulega przyspieszeniu, a wydajność konwersji całej maszyny można poprawić o 2%. Kiedy diody antyrównoległe SiC zostaną połączone z szybkimi tranzystorami IGBT, wydajność falownika ulegnie dalszej poprawie.

3. Miękkie przełączanie i technologia wielopoziomowa

Technologia miękkiego przełączania wykorzystuje zasadę rezonansu, aby prąd lub napięcie w urządzeniu przełączającym zmieniało się sinusoidalnie lub quasi-sinusoidalnie. Kiedy prąd w naturalny sposób przekroczy zero, urządzenie zostanie wyłączone; gdy napięcie w naturalny sposób przekroczy zero, urządzenie zostaje włączone. Zmniejsza to straty przełączania i znacznie rozwiązuje problemy, takie jak wyłączanie indukcyjne i załączanie pojemnościowe. Gdy napięcie na rurze przełączającej lub prąd przepływający przez rurę przełączającą wynosi zero, jest ona włączana lub wyłączana, tak że w rurze przełączającej nie ma strat przełączania. W porównaniu z tradycyjną dwupoziomową strukturą moc wyjściowa trójpoziomowego falownika zwiększa poziom zerowy, a napięcie napięciowe urządzenia zasilającego zmniejsza się o połowę. Ze względu na tę zaletę, przy tej samej częstotliwości przełączania, falownik może zastosować mniejszą cewkę filtra wyjściowego niż w przypadku konstrukcji dwupoziomowej, co pozwala skutecznie zmniejszyć straty, koszt i objętość cewki; i przy tej samej wyjściowej zawartości harmonicznych, falownik może wykorzystywać niższą częstotliwość przełączania niż struktura dwupoziomowa, straty przełączania urządzenia są mniejsze, a wydajność konwersji falownika jest poprawiona.