Encyklopédia úvod do solárnych invertorov

Invertor , tiež známy ako regulátor výkonu a regulátor výkonu, je nevyhnutnou súčasťou fotovoltaického systému. Hlavnou funkciou fotovoltaického meniča je premena jednosmerného prúdu generovaného solárnymi panelmi na striedavý prúd využívaný domácimi spotrebičmi. Všetka elektrina generovaná solárnymi panelmi musí byť spracovaná invertorom predtým, ako môže byť odoslaná do vonkajšieho sveta. [1] Prostredníctvom obvodu plného mostíka sa procesor SPWM vo všeobecnosti používa na moduláciu, filtrovanie, zvyšovanie napätia atď. na získanie sínusového striedavého prúdu, ktorý zodpovedá frekvencii zaťaženia osvetlenia, menovitému napätiu atď. pre koncových používateľov systému. Pomocou meniča je možné použiť jednosmernú batériu na napájanie zariadení striedavým prúdom.

Úvod:

Solárny systém na výrobu striedavého prúdu sa skladá zo solárnych panelov, regulátora nabíjania, meniča a batérie; solárny systém na výrobu jednosmernej energie nezahŕňa invertor. Proces premeny striedavého prúdu na jednosmerný prúd sa nazýva usmernenie, obvod, ktorý dokončuje funkciu usmerňovania, sa nazýva obvod usmerňovača a zariadenie, ktoré realizuje proces usmerňovania, sa nazýva usmerňovacie zariadenie alebo usmerňovač. Zodpovedajúcim spôsobom sa proces premeny jednosmerného prúdu na striedavý prúd nazýva invertor, obvod, ktorý dokončuje funkciu meniča, sa nazýva invertorový obvod a zariadenie, ktoré implementuje invertorový proces, sa nazýva invertorové zariadenie alebo invertor.

Jadrom invertorového zariadenia je obvod invertorového spínača, označovaný ako invertorový obvod. Tento obvod dokončuje funkciu meniča zapnutím a vypnutím vypínača výkonovej elektroniky. Spínanie výkonových elektronických spínacích zariadení vyžaduje určité riadiace impulzy a tieto impulzy je možné upraviť zmenou napäťového signálu. Obvod, ktorý generuje a reguluje impulzy, sa často nazýva riadiaci obvod alebo riadiaca slučka. Základná štruktúra invertorového zariadenia obsahuje okrem vyššie uvedeného invertorového obvodu a riadiaceho obvodu aj ochranný obvod, výstupný obvod, vstupný obvod, výstupný obvod atď.

Vlastnosti:

Vzhľadom na rôznorodosť budov to nevyhnutne povedie k rôznorodosti inštalácií solárnych panelov. Aby sa maximalizovala účinnosť premeny solárnej energie pri zohľadnení krásneho vzhľadu budovy, vyžaduje to diverzifikáciu našich invertorov, aby sme dosiahli najlepší spôsob solárnej energie. Konvertovať.

Centralizovaná inverzia

Centralizovaný invertor sa všeobecne používa v systémoch veľkých fotovoltaických elektrární (>10kW). Mnoho paralelných fotovoltaických reťazcov je pripojených k DC vstupu toho istého centralizovaného invertora. Vo všeobecnosti sa na vysoký výkon používajú trojfázové IGBT výkonové moduly. Menšie používajú tranzistory s efektom poľa a používajú DSP prevodné kontroléry na zlepšenie kvality generovaného výkonu tak, aby bol veľmi blízky sínusovému prúdu. Najväčšou vlastnosťou je vysoký výkon a nízka cena systému. Efektívnosť a elektrická výrobná kapacita celého fotovoltaického systému je však ovplyvnená zosúladením fotovoltaických reťazcov a čiastočným tienením. Spoľahlivosť výroby energie celého fotovoltického systému je zároveň ovplyvnená zlým pracovným stavom určitej skupiny fotovoltických blokov. Najnovšími smermi výskumu je použitie riadenia priestorovej vektorovej modulácie a vývoj nových pripojení invertorovej topológie na dosiahnutie vysokej účinnosti v podmienkach čiastočného zaťaženia. Na centralizovaný invertor SolarMax je možné pripojiť box rozhrania fotovoltaického poľa na monitorovanie každého reťazca panelov fotovoltaických plachiet. Ak jeden z reťazcov nefunguje správne, systém sa Informácia prenesie do diaľkového ovládača a tento reťazec je možné zastaviť pomocou diaľkového ovládača, takže výpadok jednej fotovoltaickej reťaze nezníži ani neovplyvní prácu a energetický výkon. celého fotovoltického systému.

Strunový invertor

Stringové invertory sa stali najobľúbenejšími invertormi na medzinárodnom trhu. Reťazový invertor je založený na modulárnej koncepcii. Každý fotovoltaický reťazec (1kW-5kW) prechádza cez invertor, má sledovanie maximálneho výkonu na DC konci a je pripojený paralelne k sieti na AC konci. Mnoho veľkých fotovoltaických elektrární používa reťazcové invertory. Výhodou je, že nie je ovplyvnený modulovými rozdielmi a tieňmi medzi stringami a zároveň znižuje optimálny pracovný bod fotovoltaických modulov.

Nesúlad s meničom, čím sa zvyšuje výroba energie. Tieto technické výhody nielen znižujú náklady na systém, ale tiež zvyšujú spoľahlivosť systému. Zároveň sa medzi reťazce zavádza pojem „master-slave“, takže keď výkon jednej reťaze v systéme nedokáže zabezpečiť fungovanie jediného meniča, je možné spojiť niekoľko skupín fotovoltaických reťazcov, aby sa umožnila jedna resp. niekoľko z nich pracovať. , čím sa vyrába viac elektrickej energie. Najnovšia koncepcia spočíva v tom, že niekoľko invertorov tvorí medzi sebou „tím“, aby nahradilo koncepciu „master-slave“, vďaka čomu je systém spoľahlivejší.

Viacstrunový invertor

Viacvláknový invertor využíva výhody centralizovaného striedača a striedača, vyhýba sa ich nevýhodám a možno ho použiť vo fotovoltaických elektrárňach s niekoľkými kilowattmi. V invertore s viacerými reťazcami sú zahrnuté rôzne individuálne sledovanie špičky výkonu a prevodníky DC-to-DC. Jednosmerný prúd sa premieňa na striedavý prúd prostredníctvom bežného striedača jednosmerného prúdu na striedavý prúd a pripája sa k sieti. Rôzne hodnotenia fotovoltaických reťazcov (napr. rôzny menovitý výkon, rôzny počet modulov na reťazec, rôzni výrobcovia modulov atď.), rôzne veľkosti alebo rôzne technológie fotovoltaických modulov, rôzne orientácie reťazcov (napr.: východ, juh a západ) , rôzne uhly sklonu alebo tienenie, môžu byť pripojené k spoločnému meniču, pričom každý reťazec pracuje na svojom príslušnom maximálnom výkonovom vrchole. Zároveň sa skráti dĺžka DC kábla, čím sa minimalizuje tieňový efekt medzi strunami a straty spôsobené rozdielmi medzi strunami.

Invertor komponentov

Modulový menič spája každý fotovoltaický modul s meničom a každý modul má nezávislé sledovanie maximálneho výkonu, takže modul a menič lepšie spolupracujú. Zvyčajne sa používajú vo fotovoltaických elektrárňach s výkonom 50 W až 400 W, celková účinnosť je nižšia ako u reťazových invertorov. Keďže sú na AC strane zapojené paralelne, zvyšuje to zložitosť kabeláže na AC strane a sťažuje údržbu. Ďalšia vec, ktorú treba vyriešiť, je, ako sa efektívnejšie pripojiť k sieti. Jednoduchým spôsobom je pripojenie do siete priamo cez bežné AC zásuvky, čo môže znížiť náklady a inštaláciu zariadení, ale často to bezpečnostné normy elektrickej siete na rôznych miestach neumožňujú. Energetická spoločnosť pritom môže namietať proti priamemu pripojeniu generátora k bežnej domácej zásuvke. Ďalším faktorom súvisiacim s bezpečnosťou je, či je potrebný izolačný transformátor (vysokofrekvenčný alebo nízkofrekvenčný) alebo či je povolený beztransformátorový menič. Tento invertor sa najčastejšie používa v sklenených závesných stenách.

Účinnosť solárneho invertoru

Účinnosť solárnych invertorov sa vzťahuje na rastúci trh so solárnymi invertormi (fotovoltaické invertory) v dôsledku dopytu po obnoviteľnej energii. A tieto meniče vyžadujú extrémne vysokú účinnosť a spoľahlivosť. Skúmajú sa výkonové obvody používané v týchto meničoch a odporúčajú sa najlepšie voľby pre spínacie a usmerňovacie zariadenia. Všeobecná štruktúra fotovoltaického meniča je znázornená na obrázku 1. Na výber sú tri rôzne meniče. Slnečné svetlo svieti na solárne moduly zapojené do série a každý modul obsahuje sadu jednotiek solárnych článkov zapojených do série. Jednosmerné napätie (DC) generované solárnymi modulmi je rádovo niekoľko stoviek voltov, v závislosti od svetelných podmienok modulového poľa, teploty článkov a počtu modulov zapojených do série.

Primárnou funkciou tohto typu meniča je premena vstupného jednosmerného napätia na stabilnú hodnotu. Táto funkcia je implementovaná cez zosilňovací menič a vyžaduje zosilňovací spínač a zosilňovaciu diódu. V prvej architektúre po zosilňovacej fáze nasleduje izolovaný konvertor s úplným mostíkom. Účelom úplného mostového transformátora je poskytnúť izoláciu. Druhý plnomostíkový menič na výstupe sa používa na premenu jednosmerného prúdu z prvého stupňa plnomostíkového meniča na striedavé napätie (AC). Jeho výstup je pred pripojením k AC rozvodnej sieti filtrovaný cez prídavný dvojkontaktný reléový spínač, aby sa zabezpečilo bezpečné odpojenie v prípade poruchy a odpojenie od napájacej siete v noci. Druhá štruktúra je neizolovaná schéma. Medzi nimi je striedavé napätie priamo generované výstupom jednosmerného napätia zosilňovacieho stupňa. Tretia štruktúra využíva inovatívnu topológiu výkonových spínačov a výkonových diód na integráciu funkcií zosilňovacích a striedavých častí do vyhradenej topológie, vďaka čomu je menič čo najefektívnejší napriek veľmi nízkej účinnosti konverzie solárneho panelu. Takmer 100 %, ale veľmi dôležité. V Nemecku sa očakáva, že 3kW sériový modul inštalovaný na streche orientovanej na juh vyrobí 2550 kWh za rok. Ak sa účinnosť meniča zvýši z 95 % na 96 %, každý rok sa môže vyrobiť ďalších 25 kWh elektriny. Náklady na použitie ďalších solárnych modulov na generovanie týchto 25 kWh zodpovedajú pridaniu invertora. Keďže zvýšenie účinnosti z 95 % na 96 % nezdvojnásobí náklady na invertor, investícia do účinnejšieho meniča je nevyhnutnou voľbou. V prípade nových návrhov je kľúčovým kritériom návrhu zvýšenie účinnosti meniča čo najefektívnejším spôsobom. Pokiaľ ide o spoľahlivosť a cenu meniča, sú to dve ďalšie kritériá návrhu. Vyššia účinnosť znižuje kolísanie teploty počas cyklu zaťaženia, čím sa zvyšuje spoľahlivosť, takže tieto pokyny spolu súvisia. Použitie modulov tiež zvýši spoľahlivosť.

Boost spínač a dióda

Všetky zobrazené topológie vyžadujú rýchle prepínanie výkonových spínačov. Stupeň zosilnenia a stupeň konverzie plného mostíka vyžadujú rýchle spínacie diódy. Okrem toho sú pre tieto topológie užitočné aj prepínače optimalizované pre nízkofrekvenčné (100Hz) prepínanie. Pre akúkoľvek danú kremíkovú technológiu budú mať prepínače optimalizované na rýchle spínanie vyššie straty vo vedení ako prepínače optimalizované pre nízkofrekvenčné spínacie aplikácie.

Zosilňovací stupeň je vo všeobecnosti navrhnutý ako konvertor v režime nepretržitého prúdu. V závislosti od počtu solárnych modulov v poli použitom v striedači si môžete vybrať, či použijete 600V alebo 1200V zariadenia. Dve možnosti pre výkonové spínače sú MOSFET a IGBT. Všeobecne povedané, MOSFETy môžu pracovať pri vyšších spínacích frekvenciách ako IGBT. Okrem toho treba vždy brať do úvahy vplyv diódy karosérie: v prípade zosilňovacieho stupňa to nie je problém, pretože dióda karosérie v normálnom prevádzkovom režime nevedie. Straty vedenia MOSFET možno vypočítať z odporu RDS(ON), ktorý je úmerný efektívnej ploche matrice pre danú rodinu MOSFET. Keď sa menovité napätie zmení zo 600 V na 1200 V, straty vo vedení MOSFET sa výrazne zvýšia. Preto, aj keď je menovité RDS(ON) ekvivalentné, 1200V MOSFET nie je k dispozícii alebo je cena príliš vysoká.

Pre zosilňovacie spínače s menovitým napätím 600 V je možné použiť superjunction MOSFET. Pre vysokofrekvenčné spínacie aplikácie má táto technológia najlepšie straty vo vedení. MOSFETy s hodnotami RDS (ON) pod 100 miliohmov v puzdrách TO-220 a MOSFETy s hodnotami RDS (ON) pod 50 miliohmov v puzdrách TO-247. Pre solárne invertory vyžadujúce spínanie napájania 1200 V je IGBT vhodnou voľbou. Pokročilejšie technológie IGBT, ako napríklad NPT Trench a NPT Field Stop, sú optimalizované na zníženie strát vo vedení, ale na úkor vyšších spínacích strát, čo ich robí menej vhodnými pre aplikácie zosilnenia pri vysokých frekvenciách.

Na základe starej planárnej technológie NPT bolo vyvinuté zariadenie FGL40N120AND, ktoré môže zlepšiť účinnosť zosilňovacieho obvodu s vysokou spínacou frekvenciou. Má EOFF 43uJ/A. V porovnaní s pokročilejšími technologickými zariadeniami je EOFF 80uJ/A, ale je potrebné ho získať. Tento druh výkonu je veľmi náročný. Nevýhodou zariadenia FGL40N120AND je, že saturačný úbytok napätia VCE(SAT) (3,0 V oproti 2,1 V pri 125ºC) je vysoký, ale jeho nízke spínacie straty pri vysokých spínacích frekvenciách zosilnenia to viac než kompenzujú. Zariadenie tiež integruje antiparalelnú diódu. Pri normálnej zosilňovacej prevádzke táto dióda nevedie. Počas spúšťania alebo počas prechodových podmienok je však možné, aby sa posilňovací obvod dostal do aktívneho režimu, v takom prípade bude viesť antiparalelná dióda. Pretože IGBT samotný nemá vlastnú diódu, táto spoločne zabalená dióda je potrebná na zabezpečenie spoľahlivej prevádzky. Pre zosilňovacie diódy sú potrebné diódy s rýchlou obnovou, ako sú Stealth™ alebo uhlíkové kremíkové diódy. Uhlíkovo-kremíkové diódy majú veľmi nízke priepustné napätie a straty. Pri výbere zosilňovacej diódy je potrebné zvážiť vplyv spätného zotavovacieho prúdu (alebo spojovacej kapacity uhlíkovo-kremíkovej diódy) na zosilňovací spínač, pretože to bude mať za následok ďalšie straty. Tu môže novo uvedená dióda Stealth II FFP08S60S poskytnúť vyšší výkon. Keď VDD=390V, ID=8A, di/dt=200A/us a teplota puzdra je 100ºC, vypočítaná spínacia strata je nižšia ako parameter FFP08S60S 205 mJ. Pomocou Stealth diódy ISL9R860P2 táto hodnota dosahuje 225mJ. Tým sa tiež zlepšuje účinnosť meniča pri vysokých spínacích frekvenciách.

Mostové spínače a diódy

Po filtrácii MOSFET full-bridge generuje výstupný mostík 50Hz sínusový napäťový a prúdový signál. Bežnou implementáciou je použitie štandardnej architektúry plného mosta (obrázok 2). Na obrázku, ak sú spínače vľavo hore a vpravo dole zapnuté, medzi ľavú a pravú svorku sa načíta kladné napätie; ak sú spínače vpravo hore a vľavo dole zapnuté, medzi ľavú a pravú svorku sa vloží záporné napätie. Pre túto aplikáciu je počas určitého časového obdobia zapnutý iba jeden spínač. Jeden prepínač možno prepnúť na PWM vysokú frekvenciu a druhý prepnúť na nízku frekvenciu 50Hz. Keďže bootstrap obvod sa spolieha na konverziu zariadení nižšej kategórie, zariadenia nižšej kategórie sa prepnú na vysokú frekvenciu PWM, zatiaľ čo zariadenia vyššej kategórie sa prepnú na nízku frekvenciu 50 Hz. Táto aplikácia používa 600V vypínač, takže 600V superjunction MOSFET je veľmi vhodný pre toto vysokorýchlostné spínacie zariadenie. Pretože tieto spínacie zariadenia odolajú úplnému spätnému obnovovaciemu prúdu iných zariadení, keď je spínač zapnutý, superjunkčné zariadenia s rýchlou obnovou, ako je 600V FCH47N60F, sú ideálnou voľbou. Jeho RDS(ON) je 73 miliohmov a jeho vodivosť je veľmi nízka v porovnaní s inými podobnými zariadeniami s rýchlou obnovou. Keď toto zariadenie konvertuje pri 50 Hz, nie je potrebné používať funkciu rýchleho obnovenia. Tieto zariadenia majú vynikajúce dv/dt a di/dt charakteristiky, čo zlepšuje spoľahlivosť systému v porovnaní so štandardnými superjunction MOSFET.

Ďalšou možnosťou, ktorá stojí za preskúmanie, je použitie zariadenia FGH30N60LSD. Ide o 30A/600V IGBT so saturačným napätím VCE(SAT) len 1,1V. Jeho vypínacia strata EOFF je veľmi vysoká, dosahuje 10 mJ, takže je vhodná len pre nízkofrekvenčnú konverziu. 50 miliohmový MOSFET má pri prevádzkovej teplote odpor RDS(ON) 100 miliohmov. Preto pri 11A má rovnaký VDS ako VCE(SAT) IGBT. Keďže tento IGBT je založený na staršej poruchovej technológii, VCE(SAT) sa s teplotou príliš nemení. Tento IGBT teda znižuje celkové straty vo výstupnom mostíku, čím zvyšuje celkovú účinnosť meniča. Užitočná je aj skutočnosť, že FGH30N60LSD IGBT prepína z jednej technológie konverzie energie na inú špecializovanú topológiu každých pol cyklu. IGBT sa tu používajú ako topologické prepínače. Pre rýchlejšie prepínanie sa používajú konvenčné a rýchle obnovovacie superjunction zariadenia. Pre 1200V vyhradenú topológiu a full-bridge štruktúru je spomínaný FGL40N120AND prepínač, ktorý je veľmi vhodný pre nové vysokofrekvenčné solárne invertory. Keď špecializované technológie vyžadujú diódy, Stealth II, Hyperfast™ II diódy a uhlíkovo-kremíkové diódy sú skvelými riešeniami.

funkcia:

Invertor má nielen funkciu konverzie jednosmerného prúdu na striedavý, ale má aj funkciu maximalizácie výkonu solárnych článkov a funkciu ochrany proti poruche systému. Stručne povedané, existujú funkcie automatického chodu a vypínania, funkcia sledovania maximálneho výkonu, funkcia nezávislého zamedzenia prevádzky (pre systémy pripojené do siete), funkcia automatického nastavenia napätia (pre systémy pripojené k sieti), funkcia detekcie DC (pre systémy pripojené k sieti ) a detekcia uzemnenia DC. Funkcia (pre systémy pripojené k sieti). Tu je krátky úvod do funkcií automatického chodu a vypínania a funkcie riadenia sledovania maximálneho výkonu.

Automatická prevádzka a funkcia vypnutia: Po rannom východe slnka sa intenzita slnečného žiarenia postupne zvyšuje a zvyšuje sa aj výkon solárneho článku. Keď sa dosiahne výstupný výkon potrebný na prevádzku meniča, menič sa automaticky spustí. Po uvedení do prevádzky bude menič neustále monitorovať výkon modulov solárnych článkov. Pokiaľ je výstupný výkon modulov solárnych článkov vyšší ako výstupný výkon požadovaný pre úlohu meniča, invertor bude pokračovať v prevádzke; zastaví sa až do západu slnka, aj keď menič môže fungovať aj v daždivých dňoch. Keď sa výkon solárneho modulu zníži a výstup meniča sa priblíži k 0, menič prejde do pohotovostného stavu.

Funkcia riadenia sledovania maximálneho výkonu: Výkon modulu solárnych článkov sa mení s intenzitou slnečného žiarenia a teplotou samotného modulu solárneho článku (teplota čipu). Okrem toho, pretože moduly solárnych článkov majú charakteristiku, že napätie klesá so zvyšujúcim sa prúdom, existuje optimálny pracovný bod, ktorý môže získať maximálny výkon. Mení sa intenzita slnečného žiarenia a samozrejme sa mení aj optimálny pracovný bod. V súvislosti s týmito zmenami je pracovný bod modulu solárnych článkov vždy udržiavaný na bode maximálneho výkonu a systém vždy získava maximálny výstupný výkon z modulu solárnych článkov. Tento druh kontroly je kontrola maximálneho výkonu. Najväčšou vlastnosťou invertorov používaných v systémoch na výrobu solárnej energie je, že obsahujú funkciu sledovania maximálneho bodu výkonu (MPPT).

typu

Klasifikácia rozsahu aplikácie

(1) Bežný menič

Vstup DC 12V alebo 24V, AC 220V, výstup 50Hz, výkon od 75W do 5000W, niektoré modely majú konverziu AC a DC, čiže funkciu UPS.

(2) Invertor/nabíjačka všetko v jednom

V tomto type meniča môžu používatelia používať rôzne formy napájania na napájanie striedavých záťaží: ak je k dispozícii striedavé napájanie, striedavé napájanie sa používa na napájanie záťaže cez menič alebo na nabíjanie batérie; keď nie je napájanie striedavým prúdom, na napájanie záťaže striedavým prúdom sa používa batéria. . Môže byť použitý v spojení s rôznymi zdrojmi energie: batériami, generátormi, solárnymi panelmi a veternými turbínami.

(3) Špeciálny invertor pre poštu a telekomunikácie

Poskytnite kvalitné 48V meniče pre poštové a telekomunikačné služby. Produkty majú dobrú kvalitu, vysokú spoľahlivosť, modulárne (modul je 1KW) invertory, majú funkciu redundancie N+1 a možno ich rozšíriť (výkon od 2KW do 20KW). ).

(4) Špeciálny invertor pre letectvo a armádu

Tento typ meniča má vstup 28Vdc a môže poskytovať nasledujúce AC výstupy: 26Vac, 115Vac, 230Vac. Jeho výstupná frekvencia môže byť: 50Hz, 60Hz a 400Hz a výstupný výkon sa pohybuje od 30VA do 3500VA. Existujú aj DC-DC meniče a frekvenčné meniče určené pre letectvo.

Klasifikácia výstupných priebehov

(1) Invertor štvorcových vĺn

Výstup krivky striedavého napätia meniča so štvorcovými vlnami je štvorcová vlna. Obvody meniča používané týmto typom meniča nie sú úplne rovnaké, ale spoločným znakom je, že obvod je relatívne jednoduchý a počet použitých elektrónok výkonového spínača je malý. Konštrukčný výkon je vo všeobecnosti medzi sto wattmi a jedným kilowattom. Výhody štvorcového meniča sú: jednoduchý obvod, nízka cena a jednoduchá údržba. Nevýhodou je, že pravouhlé napätie obsahuje veľké množstvo vyšších harmonických, ktoré spôsobia dodatočné straty v záťažových spotrebičoch so železnými tlmivkami alebo transformátormi, čo spôsobí rušenie rádií a niektorých komunikačných zariadení. Okrem toho má tento typ meniča nedostatky, ako je nedostatočný rozsah regulácie napätia, neúplná ochranná funkcia a relatívne vysoká hlučnosť.

(2) Invertor krokovej vlny

Výstup krivky striedavého napätia tohto typu meniča je kroková vlna. Invertor má mnoho rôznych liniek na realizáciu výstupnej vlny a počet krokov vo výstupnej vlne sa značne líši. Výhodou meniča s krokovými vlnami je, že výstupný tvar vlny je výrazne zlepšený v porovnaní s pravouhlou vlnou a je znížený obsah vyšších harmonických. Keď kroky dosiahnu viac ako 17, výstupný tvar vlny môže dosiahnuť kvázi sínusovú vlnu. Pri použití beztransformátorového výstupu je celková účinnosť veľmi vysoká. Nevýhodou je, že obvod superpozície rebríkových vĺn používa veľa elektrónok výkonového spínača a niektoré formy obvodu vyžadujú viacero sád jednosmerných napájacích vstupov. To prináša problémy so zoskupovaním a zapojením polí solárnych článkov a vyváženým nabíjaním batérií. Okrem toho napätie schodiskových vĺn má stále určité vysokofrekvenčné rušenie rádií a niektorých komunikačných zariadení.

Sínusový menič

Výstupná krivka striedavého napätia zo sínusového meniča je sínusová. Výhody sínusového meniča sú, že má dobrý výstupný tvar vlny, veľmi nízke skreslenie, malé rušenie rádií a zariadení a nízky šum. Okrem toho má kompletné ochranné funkcie a vysokú celkovú účinnosť. Nevýhody sú: obvod je pomerne zložitý, vyžaduje si vysokú techniku ​​údržby a je drahý.

Klasifikácia vyššie uvedených troch typov meničov je užitočná pre projektantov a používateľov fotovoltaických systémov a systémov veternej energie pri identifikácii a výbere meničov. V skutočnosti majú meniče s rovnakým priebehom stále veľké rozdiely v princípoch obvodov, použitých zariadeniach, metódach riadenia atď.

Iné klasifikačné metódy

1. Podľa frekvencie výstupného striedavého prúdu ho možno rozdeliť na frekvenčný menič, strednofrekvenčný menič a vysokofrekvenčný menič. Frekvencia napájacieho frekvenčného meniča je 50 až 60 Hz; frekvencia stredofrekvenčného meniča je všeobecne 400 Hz až viac ako desať kHz; frekvencia vysokofrekvenčného meniča je vo všeobecnosti viac ako desať kHz až MHz.

2. Podľa počtu fáz na výstupe meniča ho možno rozdeliť na jednofázový menič, trojfázový menič a viacfázový menič.

3. Podľa miesta určenia výstupného výkonu meniča ho možno rozdeliť na aktívny menič a pasívny menič. Akýkoľvek invertor, ktorý prenáša výstup elektrickej energie z meniča do priemyselnej elektrickej siete, sa nazýva aktívny invertor; každý invertor, ktorý prenáša výstup elektrickej energie z meniča do nejakej elektrickej záťaže, sa nazýva pasívny invertor. zariadenie.

4. Podľa tvaru invertorového hlavného obvodu ho možno rozdeliť na jednokoncový invertor, push-pull invertor, polovičný mostík a plný mostík.

5. Podľa typu hlavného spínacieho zariadenia meniča ho možno rozdeliť na tyristorový menič, tranzistorový menič, menič s efektom poľa a menič s izolovaným hradlom s bipolárnym tranzistorom (IGBT). Možno ho rozdeliť do dvoch kategórií: „poloriadený“ invertor a „plne riadený“ invertor. Prvý z nich nemá schopnosť samočinného vypnutia a komponent po zapnutí stráca svoju riadiacu funkciu, preto sa nazýva „poloriadený“ a do tejto kategórie spadajú bežné tyristory; ten má schopnosť samočinného vypnutia, to znamená, že neexistuje žiadne zariadenie Zapnutie a vypnutie môže byť riadené riadiacou elektródou, preto sa nazýva "plne riadený typ". Do tejto kategórie patria výkonové tranzistory s efektom poľa a bi-výkonové tranzistory s izolovaným hradlom (IGBT).

6. Podľa jednosmerného napájania je možné ho rozdeliť na invertor zdroja napätia (VSI) a invertor zdroja prúdu (CSI). V prvom prípade je jednosmerné napätie takmer konštantné a výstupné napätie je striedavá štvorcová vlna; v druhom prípade je jednosmerný prúd takmer konštantný a výstupný prúd je striedavá štvorcová vlna.

7. Podľa spôsobu riadenia meniča sa dá rozdeliť na invertor s frekvenčnou moduláciou (PFM) a invertor s pulznou šírkovou moduláciou (PWM).

8. Podľa pracovného režimu spínacieho obvodu meniča ho možno rozdeliť na rezonančný menič, pevný spínací menič s pevnou frekvenciou a mäkký spínací menič s pevnou frekvenciou.

9. Podľa spôsobu komutácie meniča ho možno rozdeliť na striedač s komutáciou záťaže a striedač s vlastnou komutáciou.

Výkonnostné parametre:

Existuje mnoho parametrov a technických podmienok, ktoré popisujú výkon meniča. Tu uvádzame len krátke vysvetlenie technických parametrov bežne používaných pri hodnotení meničov.

1. Podmienky prostredia na používanie meniča. Normálne podmienky používania meniča: nadmorská výška nepresahuje 1000 m a teplota vzduchu je 0 ~ + 40 ℃.

2. Podmienky vstupného napájania jednosmerným prúdom, rozsah kolísania vstupného jednosmerného napätia: ±15 % hodnoty menovitého napätia batérie.

3. Menovité výstupné napätie, v rámci špecifikovaného povoleného rozsahu kolísania vstupného jednosmerného napätia, predstavuje hodnotu menovitého napätia, ktoré by mal byť menič schopný poskytnúť. Stabilná presnosť hodnoty výstupného menovitého napätia má vo všeobecnosti tieto ustanovenia:

(1) Počas prevádzky v ustálenom stave by mal byť rozsah kolísania napätia obmedzený, napríklad jeho odchýlka by nemala presiahnuť ± 3 % alebo ± 5 % menovitej hodnoty.

(2) V dynamických situáciách, keď sa záťaž mení náhle alebo je ovplyvnená inými rušivými faktormi, odchýlka výstupného napätia by nemala presiahnuť ±8 % alebo ±10 % menovitej hodnoty.

4. Menovitá výstupná frekvencia, frekvencia výstupného striedavého napätia meniča by mala byť relatívne stabilná hodnota, zvyčajne výkonová frekvencia 50 Hz. Za normálnych pracovných podmienok by odchýlka mala byť v rozmedzí ±1 %.

5. Menovitý výstupný prúd (alebo menovitá výstupná kapacita) udáva menovitý výstupný prúd meniča v rámci špecifikovaného rozsahu účinníka záťaže. Niektoré invertorové produkty poskytujú menovitý výstupný výkon vyjadrený vo VA alebo kVA. Menovitá kapacita meniča je, keď je výstupný účinník 1 (to znamená čisto odporová záťaž), menovité výstupné napätie je súčinom menovitého výstupného prúdu.

6. Menovitá výstupná účinnosť. Účinnosť meniča je pomer jeho výstupného výkonu k príkonu za špecifikovaných pracovných podmienok, vyjadrený v %. Účinnosť meniča pri menovitej výstupnej kapacite je účinnosť pri plnom zaťažení a účinnosť pri 10 % menovitej výstupnej kapacity je nízka účinnosť zaťaženia.

7. Maximálny obsah harmonických v striedači. Pre sínusový menič pri odporovej záťaži by mal byť maximálny obsah harmonických vo výstupnom napätí ≤ 10 %.

8. Preťažiteľnosť meniča sa vzťahuje na schopnosť meniča vydávať viac ako je menovitá hodnota prúdu v krátkom čase za špecifikovaných podmienok. Preťažiteľnosť meniča by mala spĺňať určité požiadavky pri špecifikovanom účinníku zaťaženia.

9. Účinnosť meniča je pomer výstupného činného výkonu meniča k vstupnému činnému výkonu (alebo jednosmernému výkonu) pri menovitom výstupnom napätí, výstupnom prúde a špecifikovanom účinníku zaťaženia.

10. Účiník záťaže predstavuje schopnosť meniča prenášať indukčnú alebo kapacitnú záťaž. V podmienkach sínusového priebehu je účinník zaťaženia 0,7 ~ 0,9 (oneskorenie) a menovitá hodnota je 0,9.

11. Asymetria zaťaženia. Pri 10 % asymetrickom zaťažení by asymetria výstupného napätia trojfázového meniča s pevnou frekvenciou mala byť ≤ 10 %.

12. Nesymetria výstupného napätia. Za normálnych prevádzkových podmienok by trojfázová napäťová nerovnováha (pomer zložky so spätnou sekvenciou k zložke kladnej sekvencie) na výstupe meniča nemala presiahnuť špecifikovanú hodnotu, všeobecne vyjadrenú v %, ako napríklad 5 % alebo 8 %.

13. Štartovacia charakteristika: Za normálnych prevádzkových podmienok by mal byť menič schopný normálneho štartu 5-krát za sebou pri plnom zaťažení a pri prevádzke bez zaťaženia.

14. Ochranné funkcie, menič by mal byť nastavený: ochrana proti skratu, nadprúdová ochrana, ochrana proti prehriatiu, prepäťová ochrana, podpäťová ochrana a ochrana proti strate fázy. Medzi nimi prepäťová ochrana znamená, že pre meniče bez opatrení na stabilizáciu napätia by mali existovať opatrenia na ochranu proti prepätiu na výstupe na ochranu záporného pólu pred poškodením výstupným prepätím. Nadprúdová ochrana označuje nadprúdovú ochranu meniča, ktorá by mala byť schopná zabezpečiť včasnú akciu pri skrate záťaže alebo prekročení prúdu nad prípustnú hodnotu, aby bola chránená pred poškodením nárazovým prúdom.

15. Rušenie a ochrana proti rušeniu, menič by mal byť schopný odolať elektromagnetickému rušeniu vo všeobecnom prostredí za špecifikovaných normálnych pracovných podmienok. Výkon proti rušeniu a elektromagnetická kompatibilita meniča by mali zodpovedať príslušným normám.

16. Invertory, ktoré nie sú často obsluhované, monitorované a udržiavané, by mali byť ≤95 dB; invertory, ktoré sú často prevádzkované, monitorované a udržiavané, by mali byť ≤80 dB.

17. Displej, menič by mal byť vybavený zobrazovaním údajov parametrov, ako sú výstupné striedavé napätie, výstupný prúd a výstupná frekvencia a zobrazovanie signálov vstupu pod napätím, pod napätím a poruchového stavu.

18. Komunikačná funkcia. Funkcia vzdialenej komunikácie umožňuje používateľom kontrolovať prevádzkový stav stroja a uložené údaje bez toho, aby museli ísť na miesto.

19. Skreslenie tvaru vlny výstupného napätia. Keď je výstupné napätie meniča sínusové, malo by sa špecifikovať maximálne prípustné skreslenie tvaru vlny (alebo obsah harmonických). Zvyčajne sa vyjadruje ako celkové skreslenie tvaru vlny výstupného napätia, jeho hodnota by nemala presiahnuť 5% (10% je povolených pre jednofázový výstup).

20. Štartovacie charakteristiky, ktoré charakterizujú schopnosť meniča štartovať so záťažou a jeho výkon pri dynamickej prevádzke. Menič by mal zabezpečiť spoľahlivé spustenie pri menovitej záťaži.

21. Hluk. Transformátory, filtračné tlmivky, elektromagnetické spínače, ventilátory a ďalšie komponenty vo výkonovej elektronike produkujú hluk. Keď menič funguje normálne, jeho hluk by nemal presiahnuť 80 dB a hluk malého meniča by nemal prekročiť 65 dB.

Vlastnosti batérie:

FV batéria

Na vývoj solárneho invertorového systému je dôležité najprv pochopiť rôzne charakteristiky solárnych článkov (PV článkov). Rp a Rs sú parazitné odpory, ktoré sú za ideálnych okolností nekonečné a nulové.

Intenzita a teplota svetla môžu výrazne ovplyvniť prevádzkové vlastnosti FV článkov. Prúd je úmerný intenzite svetla, ale zmeny svetla majú malý vplyv na prevádzkové napätie. Prevádzkové napätie je však ovplyvnené teplotou. Zvýšenie teploty batérie znižuje prevádzkové napätie, ale má malý vplyv na generovaný prúd. Na obrázku nižšie sú znázornené účinky teploty a svetla na FV moduly.

Zmeny intenzity svetla majú väčší vplyv na výstupný výkon batérie ako zmeny teploty. To platí pre všetky bežne používané FV materiály. Dôležitým dôsledkom kombinácie týchto dvoch efektov je, že výkon FV článku klesá s klesajúcou intenzitou svetla a/alebo zvyšujúcou sa teplotou.

Maximálny bod výkonu (MPP)

Solárne články môžu pracovať v širokom rozsahu napätí a prúdov. MPP sa určuje nepretržitým zvyšovaním odporového zaťaženia osvetleného článku z nuly (skrat) na veľmi vysokú hodnotu (udalosť s otvoreným obvodom). MPP je pracovný bod, pri ktorom V x I dosiahne svoju maximálnu hodnotu a pri tejto intenzite osvetlenia možno dosiahnuť maximálny výkon. Výstupný výkon, keď nastane skrat (PV napätie sa rovná nule) alebo otvorený obvod (PV prúd sa rovná nule), je nulový.

Vysokokvalitné monokryštalické kremíkové solárne články produkujú napätie naprázdno 0,60 V pri teplote 25°C. Pri plnom slnečnom svetle a teplote vzduchu 25°C môže byť teplota daného článku blízka 45°C, čo zníži napätie naprázdno na cca 0,55V. So zvyšujúcou sa teplotou napätie naprázdno klesá až do skratu FV modulu.

Maximálny výkon pri teplote batérie 45 °C sa zvyčajne vyrába pri 80 % napätia naprázdno a 90 % skratového prúdu. Skratový prúd batérie je takmer úmerný osvetleniu a napätie naprázdno sa môže znížiť len o 10 %, keď sa osvetlenie zníži o 80 %. Batérie nižšej kvality znížia napätie rýchlejšie, keď sa zvýši prúd, čím sa zníži dostupný výkon. Produkcia klesla zo 70 % na 50 % alebo dokonca len na 25 %.

Solárny mikroinvertor musí zabezpečiť, aby FV moduly fungovali na MPP v akomkoľvek danom čase, aby sa z FV modulov dalo získať maximum energie. To sa dá dosiahnuť pomocou riadiacej slučky maximálneho výkonu, známej aj ako sledovanie maximálneho výkonu (MPPT). Dosiahnutie vysokého pomeru sledovania MPP tiež vyžaduje, aby zvlnenie výstupného napätia FV bolo dostatočne malé, aby sa FV prúd pri prevádzke blízko bodu maximálneho výkonu príliš nezmenil.

Rozsah napätia MPP FV modulov môže byť zvyčajne definovaný v rozsahu 25 V až 45 V, s výkonom približne 250 W a napätím naprázdno pod 50 V.

Použitie a údržba:

použitie

1. Pripojte a nainštalujte zariadenie presne v súlade s požiadavkami návodu na obsluhu a údržbu meniča. Počas inštalácie by ste mali starostlivo skontrolovať: či priemer drôtu spĺňa požiadavky; či sú komponenty a svorky uvoľnené počas prepravy; či sú izolované časti dobre izolované; či uzemnenie systému spĺňa predpisy.

2. Invertor by mal byť prevádzkovaný a používaný striktne v súlade s návodom na použitie a údržbu. Najmä: pred zapnutím stroja venujte pozornosť tomu, či je vstupné napätie normálne; počas prevádzky dávajte pozor na to, či je postupnosť zapínania a vypínania stroja správna a či sú indikácie každého merača a kontrolky normálne.

3. Invertory majú vo všeobecnosti automatickú ochranu pred prerušením obvodu, nadprúdom, prepätím, prehriatím a inými položkami, takže keď sa tieto javy vyskytnú, nie je potrebné manuálne vypínanie; ochranné body automatickej ochrany sú vo všeobecnosti nastavené vo výrobe a nie je potrebné ich znova nastavovať.

4. V invertorovej skrini je vysoké napätie. Operátori vo všeobecnosti nesmú otvárať dvierka skrinky a dvierka skrinky by mali byť v bežných časoch zamknuté.

5. Keď teplota v miestnosti prekročí 30°C, mali by sa prijať opatrenia na odvod tepla a chladenie, aby sa zabránilo poruche zariadenia a predĺžila sa životnosť zariadenia.

Údržba a kontrola

1. Pravidelne kontrolujte, či je kabeláž každej časti meniča pevná a či nie je uvoľnená. Predovšetkým treba dôkladne skontrolovať ventilátor, napájací modul, vstupnú svorku, výstupnú svorku a uzemnenie.

2. Akonáhle sa alarm vypne, nie je povolené jeho okamžité spustenie. Pred spustením je potrebné zistiť príčinu a opraviť ju. Kontrola by sa mala vykonávať striktne v súlade s krokmi špecifikovanými v príručke údržby meniča.

3. Operátori musia absolvovať špeciálne školenie a musia byť schopní určiť príčiny všeobecných porúch a odstrániť ich, ako je šikovná výmena poistiek, komponentov a poškodených dosiek plošných spojov. Nevyškolený personál nesmie obsluhovať zariadenie.

4. Ak dôjde k nehode, ktorú je ťažké odstrániť alebo príčina nehody nie je jasná, mali by sa viesť podrobné záznamy o nehode a mal by byť včas informovaný výrobca meniča, aby sa vyriešil.