Enciclopedie introducere în invertoarele solare

Invertor , cunoscut și ca regulator de putere și regulator de putere, este o parte esențială a sistemului fotovoltaic. Funcția principală a invertorului fotovoltaic este de a converti puterea de curent continuu generată de panourile solare în putere de curent alternativ utilizată de aparatele electrocasnice. Toată electricitatea generată de panourile solare trebuie procesată de invertor înainte de a putea fi scoasă în exterior. [1] Prin intermediul circuitului full-bridge, procesorul SPWM este, în general, utilizat pentru a suferi modulare, filtrare, creșterea tensiunii etc. pentru a obține o putere AC sinusoidală care se potrivește cu frecvența de încărcare a iluminatului, tensiunea nominală etc. pentru utilizatorii finali ai sistemului. Cu un invertor, o baterie DC poate fi folosită pentru a furniza curent alternativ aparatelor.

Introducere:

Sistemul de generare a energiei solare AC este compus din panouri solare, regulator de încărcare, invertor și baterie; sistemul de generare a energiei solare DC nu include invertor. Procesul de conversie a puterii de curent alternativ în putere de curent continuu se numește redresare, circuitul care completează funcția de redresare se numește circuit redresor, iar dispozitivul care implementează procesul de redresare se numește dispozitiv de redresare sau redresor. În mod corespunzător, procesul de conversie a puterii de curent continuu în putere de curent alternativ se numește invertor, circuitul care completează funcția invertorului se numește circuit invertor, iar dispozitivul care implementează procesul invertor se numește echipament invertor sau invertor.

Miezul dispozitivului invertor este circuitul comutatorului invertorului, denumit circuitul invertorului. Acest circuit completează funcția invertorului prin pornirea și oprirea comutatorului electronic de alimentare. Comutarea dispozitivelor electronice de comutare de putere necesită anumite impulsuri de antrenare, iar aceste impulsuri pot fi ajustate prin schimbarea unui semnal de tensiune. Circuitul care generează și reglează impulsuri este adesea numit circuit de control sau buclă de control. Structura de bază a dispozitivului invertor include, pe lângă circuitul invertor și circuitul de control menționat mai sus, un circuit de protecție, un circuit de ieșire, un circuit de intrare, un circuit de ieșire etc.

Caracteristici:

Datorită diversității clădirilor, va duce inevitabil la diversitatea instalațiilor de panouri solare. Pentru a maximiza eficiența de conversie a energiei solare, ținând cont de aspectul frumos al clădirii, acest lucru necesită diversificarea invertoarelor noastre pentru a obține cel mai bun mod de energie solară. Convertit.

Inversiunea centralizată

Invertorul centralizat este utilizat în general în sistemele de centrale fotovoltaice mari (>10kW). Multe șiruri fotovoltaice paralele sunt conectate la intrarea DC a aceluiași invertor centralizat. În general, modulele de putere IGBT trifazate sunt utilizate pentru putere mare. Cele mai mici folosesc tranzistoare cu efect de câmp și folosesc controlere de conversie DSP pentru a îmbunătăți calitatea puterii generate, astfel încât să fie foarte aproape de un curent sinusoid. Cea mai mare caracteristică este puterea mare și costul scăzut al sistemului. Cu toate acestea, eficiența și capacitatea de producție electrică a întregului sistem fotovoltaic sunt afectate de potrivirea șirurilor fotovoltaice și umbrirea parțială. În același timp, fiabilitatea generării de energie a întregului sistem fotovoltaic este afectată de starea slabă de funcționare a unui anumit grup de unități fotovoltaice. Cele mai recente direcții de cercetare sunt utilizarea controlului modulației vectoriale spațiale și dezvoltarea de noi conexiuni topologice de invertor pentru a obține o eficiență ridicată în condiții de sarcină parțială. Pe invertorul centralizat SolarMax, o cutie de interfață pentru matrice fotovoltaică poate fi atașată pentru a monitoriza fiecare șir de panouri fotovoltaice. Dacă unul dintre șiruri nu funcționează corect, sistemul va. Informația este transmisă telecomenzii, iar acest șir poate fi oprit prin telecomandă, astfel încât defecțiunea unui șir fotovoltaic să nu reducă sau să afecteze munca și producția de energie. a întregului sistem fotovoltaic.

Invertor de șiruri

Invertoarele string au devenit cele mai populare invertoare de pe piața internațională. Invertorul string se bazează pe conceptul modular. Fiecare șir fotovoltaic (1kW-5kW) trece printr-un invertor, are urmărirea maximă a vârfului de putere la capătul DC și este conectat în paralel cu rețeaua la capătul AC. Multe centrale fotovoltaice mari folosesc invertoare șir. Avantajul este că nu este afectat de diferențele de module și de umbrele dintre șiruri, și în același timp reduce punctul optim de funcționare al modulelor fotovoltaice.

Nepotrivire cu invertorul, crescând astfel generarea de energie. Aceste avantaje tehnice nu numai că reduc costurile sistemului, dar cresc și fiabilitatea sistemului. În același timp, între șiruri este introdus conceptul de „master-slave”, astfel încât atunci când puterea unui singur șir din sistem nu poate face să funcționeze un singur invertor, mai multe grupuri de șiruri fotovoltaice pot fi conectate împreună pentru a permite unul sau câțiva dintre ei să lucreze. , producând astfel mai multă energie electrică. Cel mai recent concept este că mai multe invertoare formează o „echipă” între ele pentru a înlocui conceptul „master-slave”, făcând sistemul mai fiabil.

Invertor cu mai multe șiruri

Invertorul cu mai multe șiruri preia avantajele invertorului centralizat și al invertorului șir, evită dezavantajele acestora și poate fi aplicat la centrale fotovoltaice cu mai mulți kilowați. În invertorul cu mai multe șiruri, sunt incluse diferite urmăriri individuale ale vârfurilor de putere și convertoare DC-DC. DC este convertit în curent alternativ printr-un invertor comun DC-AC și conectat la rețea. Evaluări diferite ale șirurilor fotovoltaice (de exemplu putere nominală diferită, număr diferit de module pe șir, producători diferiți de module etc.), dimensiuni diferite sau tehnologii diferite de module fotovoltaice, orientări diferite ale șirurilor (de exemplu: est, sud și vest) , diferite unghiuri de înclinare sau umbrire, pot fi conectate la un invertor comun, fiecare șir funcționând la vârful de putere maximă respectiv. În același timp, lungimea cablului DC este redusă, minimizând efectul de umbrire între șiruri și pierderea cauzată de diferențele dintre șiruri.

Invertor de componente

Invertorul de modul conectează fiecare modul fotovoltaic la un invertor, iar fiecare modul are o urmărire independentă a vârfului de putere maximă, astfel încât modulul și invertorul să coopereze mai bine. Folosit de obicei în centralele fotovoltaice de 50W până la 400W, eficiența totală este mai mică decât cea a invertoarelor string. Deoarece sunt conectate în paralel pe partea AC, acest lucru crește complexitatea cablajului pe partea AC și îngreunează întreținerea. Un alt lucru care trebuie rezolvat este modul de conectare la rețea mai eficient. Modul simplu este să vă conectați la rețea direct prin prize obișnuite de curent alternativ, ceea ce poate reduce costurile și instalarea echipamentelor, dar de multe ori standardele de siguranță ale rețelei electrice în diferite locuri pot să nu permită acest lucru. Procedând astfel, compania de energie electrică poate obiecta la conectarea directă a dispozitivului generator la o priză de uz casnic obișnuit. Un alt factor legat de siguranță este dacă este necesar un transformator de izolare (frecvență înaltă sau frecvență joasă) sau dacă este permis un invertor fără transformator. Acest invertor este utilizat pe scară largă în pereții cortină din sticlă.

Eficiența invertorului solar

Eficiența invertoarelor solare se referă la piața în creștere a invertoarelor solare (invertoare fotovoltaice) datorită cererii de energie regenerabilă. Și aceste invertoare necesită eficiență și fiabilitate extrem de ridicate. Sunt examinate circuitele de putere utilizate în aceste invertoare și sunt recomandate cele mai bune alegeri pentru dispozitivele de comutare și redresoare. Structura generală a unui invertor fotovoltaic este prezentată în Figura 1. Există trei invertoare diferite pentru a alege. Lumina soarelui strălucește pe modulele solare conectate în serie, iar fiecare modul conține un set de unități de celule solare conectate în serie. Tensiunea de curent continuu (DC) generată de modulele solare este de ordinul a câteva sute de volți, în funcție de condițiile de iluminare ale matricei de module, de temperatura celulelor și de numărul de module conectate în serie.

Funcția principală a acestui tip de invertor este de a converti tensiunea DC de intrare într-o valoare stabilă. Această funcție este implementată printr-un convertor de amplificare și necesită un comutator de amplificare și o diodă de amplificare. În prima arhitectură, etapa de amplificare este urmată de un convertor izolat full-bridge. Scopul transformatorului de punte completă este de a asigura izolarea. Al doilea convertor cu punte completă de la ieșire este utilizat pentru a converti curentul continuu de la convertorul cu punte completă din prima etapă în tensiune de curent alternativ (AC). Ieșirea sa este filtrată înainte de a fi conectată la rețeaua de curent alternativ printr-un comutator de releu suplimentar cu dublu contact, pentru a asigura izolarea în siguranță în cazul unei defecțiuni și izolarea de rețeaua de alimentare pe timp de noapte. A doua structură este o schemă neizolată. Printre acestea, tensiunea AC este generată direct de tensiunea DC ieșită de treapta de amplificare. Cea de-a treia structură folosește o topologie inovatoare de comutatoare de putere și diode de putere pentru a integra funcțiile părților boost și generare AC într-o topologie dedicată, făcând invertorul cât mai eficient posibil, în ciuda eficienței de conversie foarte scăzute a panoului solar. Aproape 100%, dar foarte important. În Germania, un modul din seria de 3 kW instalat pe un acoperiș orientat spre sud este de așteptat să genereze 2550 kWh pe an. Dacă eficiența invertorului crește de la 95% la 96%, se pot genera încă 25 kWh de energie electrică în fiecare an. Costul utilizării modulelor solare suplimentare pentru a genera acești 25 kWh este echivalent cu adăugarea unui invertor. Deoarece creșterea eficienței de la 95% la 96% nu va dubla costul invertorului, investiția într-un invertor mai eficient este o alegere inevitabilă. Pentru proiectele emergente, creșterea eficienței invertorului în modul cel mai rentabil este un criteriu cheie de proiectare. În ceea ce privește fiabilitatea și costul invertorului, acestea sunt alte două criterii de proiectare. Eficiența mai mare reduce fluctuațiile de temperatură de-a lungul ciclului de încărcare, îmbunătățind astfel fiabilitatea, astfel încât aceste linii directoare sunt de fapt legate. Utilizarea modulelor va crește, de asemenea, fiabilitatea.

Comutator de amplificare și diodă

Toate topologiile prezentate necesită întrerupătoare de alimentare cu comutare rapidă. Etapa de amplificare și etapa de conversie full-bridge necesită diode de comutare rapidă. În plus, comutatoarele optimizate pentru comutarea de joasă frecvență (100 Hz) sunt, de asemenea, utile pentru aceste topologii. Pentru orice tehnologie de siliciu dată, comutatoarele optimizate pentru comutare rapidă vor avea pierderi de conducție mai mari decât comutatoarele optimizate pentru aplicații de comutare de joasă frecvență.

Etapa de amplificare este, în general, proiectată ca un convertor de mod de curent continuu. În funcție de numărul de module solare din matricea utilizată în invertor, puteți alege dacă să utilizați dispozitive de 600V sau 1200V. Două opțiuni pentru comutatoarele de alimentare sunt MOSFET-urile și IGBT-urile. În general, MOSFET-urile pot funcționa la frecvențe de comutare mai mari decât IGBT-urile. În plus, influența diodei corpului trebuie întotdeauna luată în considerare: în cazul etapei de amplificare, aceasta nu este o problemă, deoarece dioda corpului nu conduce în modul normal de funcționare. Pierderile de conducție MOSFET pot fi calculate din RDS(ON), care este proporțională cu aria efectivă a matriței pentru o anumită familie de MOSFET. Când tensiunea nominală se schimbă de la 600V la 1200V, pierderile de conducție ale MOSFET vor crește foarte mult. Prin urmare, chiar dacă RDS(ON) nominal este echivalent, MOSFET-ul de 1200 V nu este disponibil sau prețul este prea mare.

Pentru comutatoarele de amplificare evaluate la 600 V, pot fi utilizate MOSFET-uri cu suprajuncție. Pentru aplicațiile de comutare de înaltă frecvență, această tehnologie are cele mai bune pierderi de conducție. MOSFET-uri cu valori RDS(ON) sub 100 de miliohmi în pachetele TO-220 și MOSFET-uri cu valori RDS(ON) sub 50 de miliohmi în pachetele TO-247. Pentru invertoarele solare care necesită comutare de 1200 V, IGBT este alegerea potrivită. Tehnologiile IGBT mai avansate, cum ar fi NPT Trench și NPT Field Stop, sunt optimizate pentru reducerea pierderilor de conducție, dar în detrimentul pierderilor de comutare mai mari, ceea ce le face mai puțin potrivite pentru aplicațiile de amplificare la frecvențe înalte.

Bazat pe vechea tehnologie plană NPT, a fost dezvoltat un dispozitiv FGL40N120AND care poate îmbunătăți eficiența circuitului de amplificare cu frecvență de comutare ridicată. Are un EOFF de 43uJ/A. În comparație cu dispozitivele cu tehnologie mai avansată, EOFF-ul este de 80uJ/A, dar trebuie obținut. Acest tip de performanță este foarte dificil. Dezavantajul dispozitivului FGL40N120AND este că scăderea tensiunii de saturație VCE(SAT) (3,0 V față de 2,1 V la 125 °C) este mare, dar pierderile sale scăzute de comutare la frecvențe de comutare amplificate mai mult compensează acest lucru. Dispozitivul integrează și o diodă anti-paralelă. În condiții de funcționare normală, această diodă nu va conduce. Cu toate acestea, în timpul pornirii sau în condiții tranzitorii, este posibil ca circuitul de amplificare să fie condus în modul activ, caz în care dioda anti-paralelă va conduce. Deoarece IGBT-ul în sine nu are o diodă corporală inerentă, această diodă co-ambalată este necesară pentru a asigura o funcționare fiabilă. Pentru diodele de amplificare, sunt necesare diode de recuperare rapidă, cum ar fi Stealth™ sau diode de siliciu carbon. Când selectați o diodă de amplificare, trebuie luat în considerare efectul curentului de recuperare inversă (sau capacitatea de joncțiune a unei diode carbon-siliciu) asupra comutatorului de amplificare, deoarece acest lucru va duce la pierderi suplimentare. Aici, dioda Stealth II FFP08S60S recent lansată poate oferi performanțe mai mari. Când VDD=390V, ID=8A, di/dt=200A/us, iar temperatura carcasei este de 100ºC, pierderea de comutare calculată este mai mică decât parametrul FFP08S60S de 205mJ. Folosind dioda Stealth ISL9R860P2, această valoare ajunge la 225 mJ. Prin urmare, acest lucru îmbunătățește și eficiența invertorului la frecvențe de comutare înalte.

Comutatoare punte și diode

După filtrarea MOSFET cu punte completă, puntea de ieșire generează un semnal de tensiune și curent sinusoidal de 50 Hz. O implementare comună este utilizarea unei arhitecturi standard full-bridge (Figura 2). În figură, dacă comutatoarele din stânga sus și din dreapta jos sunt pornite, este încărcată o tensiune pozitivă între bornele din stânga și din dreapta; dacă comutatoarele din dreapta sus și din stânga jos sunt pornite, se încarcă o tensiune negativă între bornele din stânga și din dreapta. Pentru această aplicație, un singur comutator este pornit într-o anumită perioadă de timp. Un comutator poate fi comutat la frecvență înaltă PWM, iar celălalt comuta la frecvență joasă 50 Hz. Deoarece circuitul de bootstrap se bazează pe conversia dispozitivelor low-end, dispozitivele low-end sunt comutate la frecvență înaltă PWM, în timp ce dispozitivele high-end sunt comutate la frecvență joasă de 50 Hz. Această aplicație folosește un comutator de alimentare de 600V, astfel încât MOSFET-ul de suprajuncție de 600V este foarte potrivit pentru acest dispozitiv de comutare de mare viteză. Deoarece aceste dispozitive de comutare vor rezista la curentul de recuperare invers complet al altor dispozitive atunci când comutatorul este pornit, dispozitivele de suprajoncțiune cu recuperare rapidă, cum ar fi 600V FCH47N60F, sunt alegerile ideale. RDS(ON) este de 73 de miliohmi, iar pierderea de conducție este foarte mică în comparație cu alte dispozitive similare de recuperare rapidă. Când acest dispozitiv se convertește la 50 Hz, nu este nevoie să utilizați funcția de recuperare rapidă. Aceste dispozitive au caracteristici excelente dv/dt și di/dt, ceea ce îmbunătățește fiabilitatea sistemului în comparație cu MOSFET-urile cu suprajuncție standard.

O altă opțiune care merită explorată este utilizarea dispozitivului FGH30N60LSD. Este un IGBT de 30A/600V cu o tensiune de saturație VCE(SAT) de numai 1,1V. Pierderea sa la oprire EOFF este foarte mare, ajungând la 10 mJ, deci este potrivită doar pentru conversia de joasă frecvență. Un MOSFET de 50 de miliohmi are o rezistență RDS(ON) de 100 de miliohmi la temperatura de funcționare. Prin urmare, la 11A, are același VDS ca și VCE(SAT) al IGBT. Deoarece acest IGBT se bazează pe o tehnologie mai veche de defalcare, VCE(SAT) nu se schimbă prea mult cu temperatura. Prin urmare, acest IGBT reduce pierderile totale în puntea de ieșire, crescând astfel eficiența globală a invertorului. Faptul că FGH30N60LSD IGBT trece de la o tehnologie de conversie a puterii la o altă topologie dedicată la fiecare jumătate de ciclu este de asemenea util. IGBT-urile sunt folosite aici ca comutatoare topologice. Pentru o comutare mai rapidă, sunt utilizate dispozitive de suprajoncțiune convenționale și de recuperare rapidă. Pentru topologia dedicată 1200V și structură full-bridge, FGL40N120AND menționat mai sus este un comutator care este foarte potrivit pentru invertoarele solare noi de înaltă frecvență. Când tehnologiile specializate necesită diode, diodele Stealth II, Hyperfast™ II și diodele carbon-siliciu sunt soluții excelente.

funcţie:

Invertorul nu are doar funcția de conversie DC la AC, dar are și funcția de a maximiza performanța celulelor solare și funcția de protecție a defecțiunilor sistemului. Pe scurt, există funcții de funcționare și oprire automată, funcție de control al urmăririi puterii maxime, funcție de prevenire a funcționării independente (pentru sistemele conectate la rețea), funcție de reglare automată a tensiunii (pentru sistemele conectate la rețea), funcție de detectare DC (pentru sistemele conectate la rețea). ), și detectarea pământului DC. Funcție (pentru sistemele conectate la rețea). Iată o scurtă introducere în funcțiile de funcționare și oprire automată și funcția de control al urmăririi puterii maxime.

Funcție automată de funcționare și oprire: după răsăritul soarelui dimineața, intensitatea radiației solare crește treptat, iar puterea celulei solare crește, de asemenea. Când este atinsă puterea de ieșire necesară pentru funcționarea invertorului, invertorul începe automat să funcționeze. După intrarea în funcțiune, invertorul va monitoriza ieșirea modulelor de celule solare în orice moment. Atâta timp cât puterea de ieșire a modulelor de celule solare este mai mare decât puterea de ieșire necesară pentru sarcina invertorului, invertorul va continua să funcționeze; se va opri până la apus, chiar dacă invertorul poate funcționa și în zilele ploioase. Când ieșirea modulului solar devine mai mică și ieșirea invertorului se apropie de 0, invertorul intră într-o stare de așteptare.

Funcția de control al urmăririi puterii maxime: Ieșirea modulului de celule solare se modifică odată cu intensitatea radiației solare și cu temperatura modulului celulei solare în sine (temperatura cipului). În plus, deoarece modulele de celule solare au caracteristica că tensiunea scade pe măsură ce curentul crește, există un punct optim de funcționare care poate obține putere maximă. Intensitatea radiației solare se schimbă și, evident, se schimbă și punctul optim de lucru. Legat de aceste modificări, punctul de lucru al modulului de celule solare este întotdeauna menținut la punctul de putere maximă, iar sistemul obține întotdeauna puterea maximă de ieșire de la modulul de celule solare. Acest tip de control este controlul de urmărire a puterii maxime. Cea mai mare caracteristică a invertoarelor utilizate în sistemele de generare a energiei solare este că includ funcția de urmărire a punctului de putere maximă (MPPT).

tip

Clasificarea domeniului de aplicare

(1) Invertor obișnuit

Intrare DC 12V sau 24V, AC 220V, ieșire 50Hz, putere de la 75W la 5000W, unele modele au conversie AC și DC, adică funcție UPS.

(2) Mașină all-in-one cu invertor/încărcător

În acest tip de invertor, utilizatorii pot folosi diverse forme de alimentare pentru a alimenta încărcăturile de curent alternativ: atunci când există curent alternativ, puterea de curent alternativ este utilizată pentru a alimenta sarcina prin invertor sau pentru a încărca bateria; când nu există curent alternativ, bateria este utilizată pentru a alimenta sarcina de curent alternativ. . Poate fi folosit împreună cu diverse surse de energie: baterii, generatoare, panouri solare și turbine eoliene.

(3) Invertor special pentru posta si telecomunicatii

Furnizați invertoare de 48 V de înaltă calitate pentru servicii poștale și de telecomunicații. Produsele sunt de bună calitate, fiabilitate ridicată, invertoare modulare (modulul este de 1KW) și au funcție de redundanță N+1 și pot fi extinse (putere de la 2KW la 20KW). ).

(4) Invertor special pentru aviație și militar

Acest tip de invertor are o intrare de 28Vdc și poate furniza următoarele ieșiri AC: 26Vac, 115Vac, 230Vac. Frecvența sa de ieșire poate fi: 50Hz, 60Hz și 400Hz, iar puterea de ieșire variază de la 30VA la 3500VA. Există și convertoare DC-DC și convertoare de frecvență dedicate aviației.

Clasificarea formei de undă de ieșire

(1) Invertor cu undă pătrată

Forma de undă a tensiunii AC ieșită de invertorul cu undă pătrată este o undă pătrată. Circuitele invertorului utilizate de acest tip de invertor nu sunt exact aceleași, dar caracteristica comună este că circuitul este relativ simplu, iar numărul de tuburi de comutator de alimentare utilizate este mic. Puterea de proiectare este în general între o sută de wați și un kilowatt. Avantajele invertorului cu undă pătrată sunt: ​​circuit simplu, preț ieftin și întreținere ușoară. Dezavantajul este că tensiunea undei pătrate conține un număr mare de armonici de ordin înalt, care vor produce pierderi suplimentare în aparatele de sarcină cu inductori sau transformatoare cu miez de fier, provocând interferențe la radiouri și unele echipamente de comunicație. În plus, acest tip de invertor are deficiențe, cum ar fi domeniul de reglare a tensiunii insuficiente, funcție de protecție incompletă și zgomot relativ ridicat.

(2) Invertor cu undă în trepte

Forma de undă a tensiunii AC ieșită de acest tip de invertor este o undă în trepte. Există multe linii diferite pentru ca invertorul să realizeze ieșirea undei în trepte, iar numărul de pași în forma de undă de ieșire variază foarte mult. Avantajul invertorului cu undă în trepte este că forma de undă de ieșire este îmbunătățită semnificativ în comparație cu unda pătrată, iar conținutul de armonici de ordin înalt este redus. Când pașii ajung la mai mult de 17, forma de undă de ieșire poate obține o undă cvasi-sinusoidală. Când se utilizează ieșirea fără transformator, eficiența generală este foarte mare. Dezavantajul este că circuitul de suprapunere a undelor de scară folosește o mulțime de tuburi de comutare de alimentare, iar unele dintre formele de circuit necesită mai multe seturi de intrări de curent continuu. Acest lucru aduce probleme la gruparea și cablarea rețelelor de celule solare și la încărcarea echilibrată a bateriilor. În plus, tensiunea undei de scară are încă unele interferențe de înaltă frecvență la radiouri și unele echipamente de comunicație.

Invertor cu undă sinusoidală

Forma de undă a tensiunii AC ieșită de invertorul cu undă sinusoidală este o undă sinusoidală. Avantajele invertorului cu undă sinusoidală sunt că are o formă de undă bună de ieșire, o distorsiune foarte scăzută, interferențe reduse la radiouri și echipamente și zgomot redus. În plus, are funcții complete de protecție și eficiență generală ridicată. Dezavantajele sunt: ​​circuitul este relativ complex, necesită tehnologie de întreținere ridicată și este scump.

Clasificarea celor trei tipuri de invertoare de mai sus este utilă pentru proiectanții și utilizatorii de sisteme fotovoltaice și sisteme de energie eoliană pentru a identifica și selecta invertoarele. De fapt, invertoarele cu aceeași formă de undă au încă diferențe mari în ceea ce privește principiile circuitelor, dispozitivele utilizate, metodele de control etc.

Alte metode de clasificare

1. În funcție de frecvența de ieșire a puterii AC, acesta poate fi împărțit în invertor de frecvență de putere, invertor de frecvență medie și invertor de frecvență înaltă. Frecvența invertorului de frecvență este de la 50 la 60 Hz; frecvența invertorului de frecvență medie este, în general, de la 400 Hz la mai mult de zece kHz; frecvența invertorului de înaltă frecvență este în general mai mare de zece kHz la MHz.

2. În funcție de numărul de faze ieșite de invertor, acesta poate fi împărțit în invertor monofazat, invertor trifazat și invertor multifazat.

3. În funcție de destinația puterii de ieșire a invertorului, acesta poate fi împărțit în invertor activ și invertor pasiv. Orice invertor care transmite energia electrică ieșită de invertor către rețeaua industrială se numește invertor activ; orice invertor care transmite energia electrică ieșită de invertor către o sarcină electrică se numește invertor pasiv. dispozitiv.

4. În funcție de forma circuitului principal al invertorului, acesta poate fi împărțit în invertor cu un singur capăt, invertor push-pull, invertor cu jumătate de punte și invertor cu punte completă.

5. În funcție de tipul de dispozitiv principal de comutare al invertorului, acesta poate fi împărțit în invertor tiristor, invertor tranzistor, invertor cu efect de câmp și invertor cu tranzistor bipolar cu poartă izolată (IGBT). Poate fi împărțit în două categorii: invertor „semi-controlat” și invertor „complet controlat”. Primul nu are capacitatea de a se auto-opri, iar componenta își pierde funcția de control după ce este pornită, așa că se numește „semi-controlat” iar tiristoarele obișnuite se încadrează în această categorie; acesta din urmă are capacitatea de a se auto-oprire, adică nu există niciun dispozitiv. Pornirea și oprirea pot fi controlate de electrodul de control, așa că se numește „tip complet controlat”. Tranzistoarele cu efect de câmp de putere și tranzistoarele bi-putere cu poartă izolată (IGBT) aparțin toate acestei categorii.

6. În funcție de sursa de curent continuu, acesta poate fi împărțit în invertor sursă de tensiune (VSI) și invertor sursă de curent (CSI). În primul, tensiunea DC este aproape constantă, iar tensiunea de ieșire este o undă pătrată alternativă; în cel din urmă, curentul DC este aproape constant, iar curentul de ieșire este o undă pătrată alternativă.

7. Conform metodei de control al invertorului, acesta poate fi împărțit în invertor cu modulație de frecvență (PFM) și invertor cu modulație pe lățime a impulsului (PWM).

8. În funcție de modul de lucru al circuitului de comutare al invertorului, acesta poate fi împărțit în invertor rezonant, invertor cu comutare tare cu frecvență fixă ​​și invertor cu comutare moale cu frecvență fixă.

9. Conform metodei de comutare a invertorului, acesta poate fi împărțit în invertor cu comutație de sarcină și invertor cu comutație automată.

Parametri de performanță:

Există mulți parametri și condiții tehnice care descriu performanța unui invertor. Aici oferim doar o scurtă explicație a parametrilor tehnici utilizați în mod obișnuit la evaluarea invertoarelor.

1. Condiții de mediu pentru utilizarea invertorului. Condiții normale de utilizare a invertorului: altitudinea nu depășește 1000 m, iar temperatura aerului este de 0 ~ + 40 ℃.

2. Condiții de alimentare de intrare DC, interval de fluctuație a tensiunii DC de intrare: ±15% din valoarea tensiunii nominale a acumulatorului.

3. Tensiunea nominală de ieșire, în intervalul de fluctuație permis specificat al tensiunii DC de intrare, reprezintă valoarea tensiunii nominale pe care invertorul ar trebui să o poată produce. Precizia stabilă a valorii tensiunii nominale de ieșire are, în general, următoarele prevederi:

(1) În timpul funcționării în regim de echilibru, intervalul de fluctuație a tensiunii ar trebui limitat, de exemplu, abaterea sa nu trebuie să depășească ±3% sau ±5% din valoarea nominală.

(2) În situații dinamice în care sarcina se modifică brusc sau este afectată de alți factori de interferență, abaterea tensiunii de ieșire nu trebuie să depășească ±8% sau ±10% din valoarea nominală.

4. Frecvența de ieșire nominală, frecvența tensiunii AC de ieșire a invertorului ar trebui să fie o valoare relativ stabilă, de obicei frecvența de putere de 50 Hz. Abaterea trebuie să fie de ±1% în condiții normale de lucru.

5. Curentul nominal de ieșire (sau capacitatea nominală de ieșire) indică curentul nominal de ieșire al invertorului în intervalul specificat de factor de putere de sarcină. Unele produse cu invertor oferă o capacitate nominală de ieșire, exprimată în VA sau kVA. Capacitatea nominală a invertorului este atunci când factorul de putere de ieșire este 1 (adică sarcina pur rezistivă), tensiunea nominală de ieșire este produsul curentului nominal de ieșire.

6. Eficiența nominală a ieșirii. Eficiența invertorului este raportul dintre puterea sa de ieșire și puterea de intrare în condiții de lucru specificate, exprimat în %. Eficiența invertorului la capacitatea nominală de ieșire este eficiența la sarcină maximă, iar eficiența la 10% din capacitatea nominală de ieșire este o eficiență scăzută a sarcinii.

7. Conținutul maxim de armonici al invertorului. Pentru un invertor cu undă sinusoidală, sub sarcină rezistivă, conținutul maxim de armonici al tensiunii de ieșire ar trebui să fie ≤10%.

8. Capacitatea de suprasarcină a invertorului se referă la capacitatea invertorului de a produce mai mult decât valoarea nominală a curentului într-o perioadă scurtă de timp în condiții specificate. Capacitatea de suprasarcină a invertorului ar trebui să îndeplinească anumite cerințe sub factorul de putere de sarcină specificat.

9. Eficiența invertorului este raportul dintre puterea activă de ieșire a invertorului și puterea activă de intrare (sau puterea CC) sub tensiunea nominală de ieșire, curentul de ieșire și factorul de putere de sarcină specificat.

10. Factorul de putere de sarcină reprezintă capacitatea invertorului de a transporta sarcini inductive sau capacitive. În condiții de undă sinusoidală, factorul de putere de sarcină este de 0,7 ~ 0,9 (întârziere), iar valoarea nominală este de 0,9.

11. Asimetrie de sarcină. Sub o sarcină asimetrică de 10%, asimetria tensiunii de ieșire a unui invertor trifazat cu frecvență fixă ​​ar trebui să fie ≤10%.

12. Dezechilibrul tensiunii de ieșire. În condiții normale de funcționare, dezechilibrul de tensiune trifazat (raportul dintre componenta de secvență inversă și componenta de secvență pozitivă) ieșit de invertor nu trebuie să depășească o valoare specificată, exprimată în general în %, cum ar fi 5% sau 8%.

13. Caracteristici de pornire: În condiții normale de funcționare, invertorul ar trebui să poată porni normal de 5 ori la rând în condiții de sarcină maximă și fără sarcină.

14. Funcții de protecție, invertorul trebuie configurat: protecție la scurtcircuit, protecție la supracurent, protecție la supratemperatură, protecție la supratensiune, protecție la subtensiune și protecție împotriva pierderii de fază. Printre acestea, protecția la supratensiune înseamnă că, pentru invertoarele fără măsuri de stabilizare a tensiunii, ar trebui să existe măsuri de protecție la supratensiune de ieșire pentru a proteja terminalul negativ de deteriorarea cauzată de supratensiune de ieșire. Protecția la supracurent se referă la protecția la supracurent a invertorului, care ar trebui să poată asigura o acțiune în timp util atunci când sarcina este scurtcircuitată sau curentul depășește valoarea permisă pentru a-l proteja de deteriorarea cauzată de supratensiune.

15. Interferență și anti-interferență, invertorul ar trebui să poată rezista interferențelor electromagnetice din mediul general în condiții normale de lucru specificate. Performanța anti-interferență și compatibilitatea electromagnetică a invertorului trebuie să respecte standardele relevante.

16. Invertoarele care nu sunt operate, monitorizate și întreținute frecvent trebuie să fie ≤95db; invertoarele care sunt operate, monitorizate și întreținute frecvent ar trebui să fie ≤80db.

17. Afișaj, invertorul ar trebui să fie echipat cu afișare de date a parametrilor cum ar fi tensiunea de ieșire AC, curentul de ieșire și frecvența de ieșire și afișarea semnalului de intrare sub tensiune, sub tensiune și starea de defecțiune.

18. Funcția de comunicare. Funcția de comunicare la distanță permite utilizatorilor să verifice starea de funcționare a mașinii și datele stocate fără a merge la site.

19. Distorsiunea formei de undă a tensiunii de ieșire. Când tensiunea de ieșire a invertorului este sinusoidală, trebuie specificată distorsiunea maximă admisă a formei de undă (sau conținutul armonic). De obicei, exprimată ca distorsiunea totală a formei de undă a tensiunii de ieșire, valoarea acesteia nu trebuie să depășească 5% (10% este permisă pentru ieșirea monofazată).

20. Caracteristici de pornire, care caracterizează capacitatea invertorului de a porni cu sarcină și performanța acestuia în timpul funcționării dinamice. Invertorul trebuie să asigure o pornire fiabilă sub sarcină nominală.

21. Zgomot. Transformatoarele, inductoarele de filtru, întrerupătoarele electromagnetice, ventilatoarele și alte componente ale echipamentelor electronice de putere produc toate zgomot. Când invertorul funcționează normal, zgomotul acestuia nu trebuie să depășească 80 dB, iar zgomotul unui invertor mic nu trebuie să depășească 65 dB.

Caracteristicile bateriei:

baterie fotovoltaica

Pentru a dezvolta un sistem de invertor solar, este important să înțelegem mai întâi diferitele caracteristici ale celulelor solare (celule PV). Rp și Rs sunt rezistențe parazite, care sunt infinite și, respectiv, zero în circumstanțe ideale.

Intensitatea luminii și temperatura pot afecta în mod semnificativ caracteristicile de funcționare ale celulelor fotovoltaice. Curentul este proporțional cu intensitatea luminii, dar modificările luminii au un efect redus asupra tensiunii de funcționare. Cu toate acestea, tensiunea de funcționare este afectată de temperatură. O creștere a temperaturii bateriei reduce tensiunea de funcționare, dar are un efect redus asupra curentului generat. Figura de mai jos ilustrează efectele temperaturii și luminii asupra modulelor fotovoltaice.

Modificările intensității luminii au un impact mai mare asupra puterii de ieșire a bateriei decât schimbările de temperatură. Acest lucru este valabil pentru toate materialele fotovoltaice utilizate în mod obișnuit. O consecință importantă a combinației acestor două efecte este că puterea unei celule fotovoltaice scade odată cu scăderea intensității luminii și/sau creșterea temperaturii.

Punct de putere maximă (MPP)

Celulele solare pot funcționa pe o gamă largă de tensiuni și curenți. MPP este determinat prin creșterea continuă a sarcinii rezistive pe celula iluminată de la zero (eveniment de scurtcircuit) la o valoare foarte mare (eveniment de circuit deschis). MPP este punctul de funcționare la care V x I atinge valoarea sa maximă și la această intensitate de iluminare Se poate atinge puterea maximă. Puterea de ieșire atunci când are loc un eveniment de scurtcircuit (tensiune PV este egală cu zero) sau circuit deschis (curent PV este egal cu zero) este zero.

Celulele solare din siliciu monocristalin de înaltă calitate produc o tensiune în circuit deschis de 0,60 volți la o temperatură de 25°C. Cu lumina completă a soarelui și o temperatură a aerului de 25 ° C, temperatura unei celule date poate fi aproape de 45 ° C, ceea ce va reduce tensiunea în circuit deschis la aproximativ 0,55 V. Pe măsură ce temperatura crește, tensiunea circuitului deschis continuă să scadă până când modulul fotovoltaic este scurtcircuitat.

Puterea maximă la o temperatură a bateriei de 45°C este produsă de obicei la 80% tensiune în circuit deschis și 90% curent de scurtcircuit. Curentul de scurtcircuit al bateriei este aproape proporțional cu iluminarea, iar tensiunea în circuit deschis poate scădea doar cu 10% atunci când iluminarea este redusă cu 80%. Bateriile de calitate inferioară vor reduce tensiunea mai repede atunci când curentul crește, reducând astfel puterea disponibilă. Producția a scăzut de la 70% la 50%, sau chiar doar 25%.

Microinvertorul solar trebuie să se asigure că modulele fotovoltaice funcționează la MPP în orice moment, astfel încât să se poată obține energie maximă din modulele fotovoltaice. Acest lucru poate fi realizat folosind o buclă de control al punctului de putere maximă, cunoscută și sub numele de Maximum Power Point Tracker (MPPT). Obținerea unui raport ridicat de urmărire MPP necesită, de asemenea, ca ondulația tensiunii de ieșire PV să fie suficient de mică, astfel încât curentul PV să nu se schimbe prea mult atunci când funcționează în apropierea punctului de putere maximă.

Gama de tensiune MPP a modulelor fotovoltaice poate fi definită de obicei în intervalul de la 25V la 45V, cu o generare de energie de aproximativ 250W și o tensiune în circuit deschis sub 50V.

Utilizare si intretinere:

utilizare

1. Conectați și instalați echipamentul strict în conformitate cu cerințele instrucțiunilor de operare și întreținere a invertorului. În timpul instalării, ar trebui să verificați cu atenție: dacă diametrul firului îndeplinește cerințele; dacă componentele și terminalele sunt slăbite în timpul transportului; dacă părțile izolate sunt bine izolate; dacă împământarea sistemului respectă reglementările.

2. Invertorul trebuie operat și utilizat strict în conformitate cu instrucțiunile de utilizare și întreținere. În special: înainte de a porni mașina, acordați atenție dacă tensiunea de intrare este normală; în timpul funcționării, acordați atenție dacă secvența de pornire și oprire a mașinii este corectă și dacă indicațiile fiecărui contor și indicator luminos sunt normale.

3. Invertoarele au, în general, protecție automată pentru întreruperi de circuit, supracurent, supratensiune, supraîncălzire și alte elemente, astfel încât atunci când apar aceste fenomene, nu este necesară oprirea manuală; punctele de protecție ale protecției automate sunt în general setate din fabrică și nu este nevoie să se ajusteze din nou.

4. Există o tensiune înaltă în dulapul invertorului. În general, operatorilor nu li se permite să deschidă ușa dulapului, iar ușa dulapului ar trebui să fie încuiată la orele obișnuite.

5. Când temperatura camerei depășește 30°C, trebuie luate măsuri de disipare a căldurii și de răcire pentru a preveni defecțiunea echipamentului și pentru a prelungi durata de viață a echipamentului.

Întreținere și inspecție

1. Verificați în mod regulat dacă cablajul fiecărei părți a invertorului este ferm și dacă există slăbiciune. În special, ventilatorul, modulul de alimentare, terminalul de intrare, terminalul de ieșire și împământarea trebuie verificate cu atenție.

2. Odată ce alarma se oprește, nu este permisă pornirea imediată. Cauza trebuie descoperită și reparată înainte de pornire. Inspecția trebuie efectuată strict în conformitate cu pașii specificați în manualul de întreținere al invertorului.

3. Operatorii trebuie să primească o pregătire specială și să fie capabili să determine cauzele defecțiunilor generale și să le elimine, cum ar fi înlocuirea cu pricepere a siguranțelor, componentelor și plăcilor de circuite deteriorate. Personalul neinstruit nu are voie să opereze echipamentul.

4. Dacă are loc un accident care este greu de eliminat sau cauza accidentului este neclară, trebuie păstrate înregistrări detaliate ale accidentului, iar producătorul invertorului ar trebui anunțat în timp util pentru rezolvare.