Enciklopedijski uvod v solarne razsmernike

Inverter , znan tudi kot regulator moči in regulator moči, je bistveni del fotovoltaičnega sistema. Glavna funkcija fotovoltaičnega pretvornika je pretvorba enosmerne energije, ki jo ustvarijo sončne celice, v izmenično energijo, ki jo uporabljajo gospodinjski aparati. Vso električno energijo, ki jo proizvedejo sončni kolektorji, mora pretvornik obdelati, preden se lahko odda v zunanji svet. [1] Prek vezja s polnim mostom se procesor SPWM običajno uporablja za modulacijo, filtriranje, povečanje napetosti itd., da se pridobi sinusno napajanje izmeničnega toka, ki ustreza frekvenci svetlobne obremenitve, nazivni napetosti itd. za končne uporabnike sistema. Z inverterjem lahko za napajanje naprav z izmeničnim tokom uporabite enosmerno baterijo.

Uvod:

Sončni sistem za proizvodnjo električne energije AC je sestavljen iz sončnih kolektorjev, krmilnika polnjenja, pretvornika in baterije; solarni sistem za proizvodnjo enosmerne energije ne vključuje pretvornika. Postopek pretvorbe izmeničnega toka v enosmerni se imenuje usmerjanje, vezje, ki zaključi usmerniško funkcijo, se imenuje usmerniško vezje, naprava, ki izvaja usmerjevalni proces, pa se imenuje usmerniška naprava ali usmernik. V skladu s tem se postopek pretvorbe enosmerne moči v izmenični tok imenuje inverter, vezje, ki dopolnjuje funkcijo inverterja, se imenuje invertersko vezje, naprava, ki izvaja inverterski proces, pa se imenuje inverterska oprema ali inverter.

Jedro inverterske naprave je stikalno vezje inverterja, imenovano invertersko vezje. To vezje dopolnjuje funkcijo pretvornika z vklopom in izklopom napajalnega elektronskega stikala. Preklapljanje močnostnih elektronskih stikalnih naprav zahteva določene pogonske impulze in te impulze je mogoče prilagoditi s spreminjanjem napetostnega signala. Vezje, ki ustvarja in uravnava impulze, se pogosto imenuje krmilno vezje ali krmilna zanka. Osnovna struktura inverterske naprave vključuje poleg zgoraj omenjenega inverterskega vezja in krmilnega vezja še zaščitno vezje, izhodno vezje, vhodno vezje, izhodno vezje itd.

Lastnosti:

Zaradi raznolikosti zgradb bo to neizogibno pripeljalo do raznolikosti namestitve sončnih kolektorjev. Da bi povečali učinkovitost pretvorbe sončne energije ob upoštevanju lepega videza stavbe, to zahteva diverzifikacijo naših pretvornikov, da bi dosegli najboljši način sončne energije. Pretvorba.

Centralizirana inverzija

Centralizirani inverter se običajno uporablja v sistemih velikih fotovoltaičnih elektrarn (>10kW). Veliko vzporednih fotonapetostnih nizov je povezanih z enosmernim vhodom istega centraliziranega pretvornika. Na splošno se trifazni napajalni moduli IGBT uporabljajo za visoko moč. Manjši uporabljajo tranzistorje z učinkom polja in krmilnike za pretvorbo DSP za izboljšanje kakovosti ustvarjene moči, tako da je zelo blizu sinusnemu toku. Največja značilnost je visoka moč in nizka cena sistema. Vendar pa na učinkovitost in električno proizvodno zmogljivost celotnega fotovoltaičnega sistema vplivata ujemanje fotovoltaičnih nizov in delno senčenje. Hkrati pa na zanesljivost proizvodnje električne energije celotnega fotovoltaičnega sistema vpliva slabo delovno stanje določene skupine fotovoltaičnih enot. Najnovejše usmeritve raziskav so uporaba krmiljenja prostorske vektorske modulacije in razvoj novih inverterskih topoloških povezav za doseganje visoke učinkovitosti v pogojih delne obremenitve. Na centraliziran pretvornik SolarMax je mogoče pritrditi vmesniško omarico fotovoltaičnih nizov za nadzor vsakega niza fotonapetostnih plošč. Če eden od nizov ne deluje pravilno, bo sistem informacije prenesel na daljinski upravljalnik in ta niz je mogoče ustaviti prek daljinskega upravljanja, tako da okvara enega fotovoltaičnega niza ne bo zmanjšala ali vplivala na delo in izhodno energijo. celotnega fotovoltaičnega sistema.

Strunski pretvornik

Strunski inverterji so postali najbolj priljubljeni inverterji na mednarodnem trgu. Strunski pretvornik temelji na modularnem konceptu. Vsak fotovoltaični niz (1kW-5kW) gre skozi pretvornik, ima sledenje največje konične moči na koncu enosmernega toka in je vzporedno povezan z omrežjem na koncu izmeničnega toka. Veliko velikih fotonapetostnih elektrarn uporablja string inverterje. Prednost je v tem, da nanj ne vplivajo modulske razlike in sence med nizi, hkrati pa zmanjša optimalno obratovalno točko fotovoltaičnih modulov.

Neusklajenost z inverterjem, s čimer se poveča proizvodnja električne energije. Te tehnične prednosti ne le zmanjšajo stroške sistema, ampak tudi povečajo zanesljivost sistema. Hkrati je uveden koncept "master-slave" med nizi, tako da se lahko, ko moč posameznega niza v sistemu ne more omogočiti delovanja enega pretvornika, poveže več skupin fotovoltaičnih nizov skupaj, da se omogoči en oz. več jih na delo. , s čimer proizvede več električne energije. Najnovejši koncept je, da več pretvornikov tvori "ekipo" med seboj, da bi nadomestili koncept "master-slave", zaradi česar je sistem bolj zanesljiv.

Pretvornik z več strunami

Multi-string inverter izkorišča prednosti centraliziranega in string inverterja, se izogne ​​njihovim pomanjkljivostim in se lahko uporablja za fotovoltaične elektrarne z več kilovati. V razsmerniku z več nizi so vključeni različni individualni sledenje konični moči in pretvorniki DC-to-DC. Enosmerni tok se pretvori v izmenični tok prek skupnega pretvornika enosmernega toka v izmenični tok in se priključi na omrežje. Različne jakosti fotonapetostnih nizov (npr. različna nazivna moč, različno število modulov na niz, različni proizvajalci modulov itd.), različne velikosti ali različne tehnologije fotovoltaičnih modulov, različne orientacije nizov (npr. : vzhod, jug in zahod) , različnih kotov nagiba ali senčenja, je mogoče povezati s skupnim pretvornikom, pri čemer vsak niz deluje pri svoji največji največji moči. Hkrati se zmanjša dolžina enosmernega kabla, kar zmanjša učinek senčenja med strunami in izgubo, ki jo povzročijo razlike med strunami.

Komponentni pretvornik

Modulni pretvornik povezuje vsak fotonapetostni modul z razsmernikom in vsak modul ima neodvisno sledenje največje konične moči, tako da modul in pretvornik bolje sodelujeta. Običajno se uporablja v fotonapetostnih elektrarnah z močjo od 50 W do 400 W, njihova skupna učinkovitost pa je nižja kot pri nizkih pretvornikih. Ker so na AC strani povezani vzporedno, to poveča kompleksnost ožičenja na AC strani in oteži vzdrževanje. Druga stvar, ki jo je treba rešiti, je, kako se bolj učinkovito priključiti na omrežje. Enostaven način je priključitev na omrežje neposredno prek običajnih AC vtičnic, kar lahko zmanjša stroške in namestitev opreme, vendar pogosto varnostni standardi električnega omrežja na različnih mestih morda ne dovoljujejo. Pri tem lahko elektroenergetsko podjetje nasprotuje neposredni priključitvi agregata na običajno gospodinjsko vtičnico. Drug dejavnik, povezan z varnostjo, je, ali je potreben izolacijski transformator (visokofrekvenčni ali nizkofrekvenčni) ali je dovoljen pretvornik brez transformatorja. Ta pretvornik se najpogosteje uporablja v steklenih zavesah.

Učinkovitost sončnega pretvornika

Učinkovitost sončnih razsmernikov se nanaša na rastoči trg solarnih razsmernikov (fotovoltaičnih pretvornikov) zaradi povpraševanja po obnovljivi energiji. In ti pretvorniki zahtevajo izjemno visoko učinkovitost in zanesljivost. Močnostna vezja, uporabljena v teh pretvornikih, so preučena in priporočene so najboljše izbire za stikalne in usmerniške naprave. Splošna struktura fotovoltaičnega pretvornika je prikazana na sliki 1. Na izbiro so trije različni pretvorniki. Sončna svetloba sije na zaporedno povezane solarne module in vsak modul vsebuje niz zaporedno povezanih enot sončnih celic. Napetost enosmernega toka (DC), ki jo ustvarijo solarni moduli, znaša nekaj sto voltov, odvisno od svetlobnih pogojev niza modulov, temperature celic in števila zaporedno povezanih modulov.

Primarna funkcija te vrste pretvornika je pretvorba vhodne enosmerne napetosti v stabilno vrednost. Ta funkcija se izvaja prek ojačevalnega pretvornika in zahteva ojačevalno stikalo in ojačevalno diodo. V prvi arhitekturi stopnji pospeševanja sledi izoliran pretvornik s polnim mostom. Namen polnega mostičnega transformatorja je zagotoviti izolacijo. Drugi mostovni pretvornik na izhodu se uporablja za pretvorbo enosmernega toka iz prvostopenjskega polnega mostičnega pretvornika v napetost izmeničnega toka (AC). Njegov izhod je filtriran, preden se priključi na omrežje AC prek dodatnega dvokontaktnega relejnega stikala, da se zagotovi varna izolacija v primeru okvare in izolacija od napajalnega omrežja ponoči. Druga struktura je neizolirana shema. Med njimi je izmenična napetost neposredno ustvarjena z izhodno enosmerno napetostjo v ojačevalni stopnji. Tretja struktura uporablja inovativno topologijo močnostnih stikal in močnostnih diod za integracijo funkcij ojačevalnika in delov za generiranje izmeničnega toka v namensko topologijo, zaradi česar je pretvornik čim bolj učinkovit kljub zelo nizki učinkovitosti pretvorbe solarnega panela. Skoraj 100 %, a zelo pomembno. V Nemčiji naj bi modul serije 3 kW, nameščen na strehi, obrnjeni proti jugu, proizvedel 2550 kWh na leto. Če izkoristek razsmernika povečamo s 95 % na 96 %, lahko vsako leto proizvedemo dodatnih 25 kWh električne energije. Stroški uporabe dodatnih solarnih modulov za proizvodnjo teh 25 kWh so enakovredni dodajanju pretvornika. Ker povečanje učinkovitosti s 95 % na 96 % ne bo podvojilo stroškov pretvornika, je naložba v učinkovitejši razsmernik neizogibna izbira. Za nastajajoče modele je povečanje učinkovitosti pretvornika na najbolj stroškovno učinkovit način ključno merilo načrtovanja. Kar zadeva zanesljivost in stroške pretvornika, sta to dve drugi kriteriji zasnove. Večja učinkovitost zmanjša temperaturna nihanja v ciklu obremenitve in s tem izboljša zanesljivost, zato so te smernice dejansko povezane. Z uporabo modulov se bo povečala tudi zanesljivost.

Boost stikalo in dioda

Vse prikazane topologije zahtevajo hitra preklopna stikala. Ojačevalna stopnja in stopnja pretvorbe polnega mostu zahtevata hitro preklopne diode. Poleg tega so za te topologije uporabna tudi stikala, optimizirana za nizkofrekvenčno (100 Hz) preklapljanje. Za katero koli silicijevo tehnologijo bodo imela stikala, optimizirana za hitro preklapljanje, večje prevodne izgube kot stikala, optimizirana za nizkofrekvenčne preklopne aplikacije.

Ojačevalna stopnja je na splošno zasnovana kot pretvornik neprekinjenega toka. Glede na število solarnih modulov v nizu, ki se uporablja v pretvorniku, lahko izberete, ali boste uporabljali naprave 600V ali 1200V. Dve možnosti za močnostna stikala sta MOSFET in IGBT. Na splošno lahko MOSFET-ji delujejo pri višjih preklopnih frekvencah kot IGBT-ji. Poleg tega je treba vedno upoštevati vpliv ohišja diode: v primeru ojačevalne stopnje to ni problem, saj ohišje diode v normalnem načinu delovanja ne prevaja. Izgube prevodnosti MOSFET se lahko izračunajo iz upornosti RDS(ON), ki je sorazmerna z efektivno površino matrice za dano družino MOSFET. Ko se nazivna napetost spremeni s 600 V na 1200 V, se izgube prevodnosti MOSFET-a močno povečajo. Torej, tudi če je nazivni RDS(ON) enakovreden, 1200V MOSFET ni na voljo ali pa je cena previsoka.

Za ojačevalna stikala z nazivno napetostjo 600 V se lahko uporabijo superjunkcijski MOSFET-ji. Za visokofrekvenčne preklopne aplikacije ima ta tehnologija najboljše prevodne izgube. MOSFET-ji z ​​vrednostmi RDS(ON) pod 100 miliohmov v ohišjih TO-220 in MOSFET-ji z ​​vrednostmi RDS(ON) pod 50 miliohmov v ohišjih TO-247. Za solarne pretvornike, ki zahtevajo preklapljanje moči 1200 V, je IGBT ustrezna izbira. Naprednejše tehnologije IGBT, kot sta NPT Trench in NPT Field Stop, so optimizirane za zmanjšanje prevodnih izgub, vendar na račun večjih preklopnih izgub, zaradi česar so manj primerne za ojačevalne aplikacije pri visokih frekvencah.

Na podlagi stare planarne tehnologije NPT je bila razvita naprava FGL40N120AND, ki lahko izboljša učinkovitost ojačevalnega vezja z visoko preklopno frekvenco. Ima EOFF 43uJ/A. V primerjavi z napravami z naprednejšo tehnologijo je EOFF 80uJ/A, vendar ga je treba doseči. Tovrstno delovanje je zelo težko. Pomanjkljivost naprave FGL40N120AND je, da je padec nasičene napetosti VCE(SAT) (3,0 V v primerjavi z 2,1 V pri 125 °C) visok, vendar nizke preklopne izgube pri visokih preklopnih frekvencah povečanja to več kot nadomestijo. Naprava vključuje tudi antiparalelno diodo. Pri normalnem ojačevalnem delovanju ta dioda ne bo prevajala. Vendar pa je med zagonom ali med prehodnimi pogoji možno, da se ojačevalno vezje preklopi v aktivni način, v tem primeru bo prevajala antiparalelna dioda. Ker sam IGBT nima vgrajene diode, je za zagotovitev zanesljivega delovanja potrebna ta dodatno zapakirana dioda. Za ojačevalne diode so potrebne diode za hitro obnovitev, kot so Stealth™ ali ogljikove silicijeve diode. Ogljikovo-silicijeve diode imajo zelo nizko napetost in izgube. Pri izbiri ojačevalne diode je treba upoštevati učinek povratnega povratnega toka (ali spojne kapacitivnosti ogljikovo-silicijeve diode) na ojačevalno stikalo, saj bo to povzročilo dodatne izgube. Tu lahko na novo predstavljena dioda Stealth II FFP08S60S zagotovi večjo zmogljivost. Ko je VDD=390V, ID=8A, di/dt=200A/us in je temperatura ohišja 100ºC, je izračunana preklopna izguba nižja od parametra FFP08S60S 205mJ. Z uporabo diode ISL9R860P2 Stealth doseže ta vrednost 225 mJ. Zato se s tem izboljša tudi učinkovitost pretvornika pri visokih preklopnih frekvencah.

Mostna stikala in diode

Po MOSFET polnem mostičnem filtriranju izhodni most ustvari 50Hz sinusno napetost in tokovni signal. Običajna izvedba je uporaba standardne arhitekture polnega mostu (slika 2). Na sliki, če sta stikali zgoraj levo in spodaj desno vklopljeni, se med levim in desnim priključkom naloži pozitivna napetost; če sta stikali na zgornji desni in spodnji levi vklopljeni, se med levim in desnim priključkom naloži negativna napetost. Za to aplikacijo je v določenem časovnem obdobju vključeno le eno stikalo. Eno stikalo je mogoče preklopiti na visoko frekvenco PWM, drugo stikalo pa na nizko frekvenco 50Hz. Ker se zagonsko vezje opira na pretvorbo naprav nižjega cenovnega razreda, so naprave nizkega cenovnega razreda preklopljene na visoko frekvenco PWM, medtem ko so naprave višjega cenovnega razreda preklopljene na nizko frekvenco 50 Hz. Ta aplikacija uporablja stikalo za napajanje 600 V, zato je 600 V superspoj MOSFET zelo primeren za to preklopno napravo za visoke hitrosti. Ker bodo te preklopne naprave vzdržale polni povratni obnovitveni tok drugih naprav, ko je stikalo vklopljeno, so superjunkcije za hitro obnovitev, kot je 600 V FCH47N60F, idealna izbira. Njegov RDS(ON) je 73 miliohmov, njegova prevodna izguba pa je zelo majhna v primerjavi z drugimi podobnimi napravami za hitro obnovitev. Ko se ta naprava pretvori pri 50 Hz, ni treba uporabljati funkcije hitre obnovitve. Te naprave imajo odlične lastnosti dv/dt in di/dt, kar izboljša zanesljivost sistema v primerjavi s standardnimi superjunkcijskimi MOSFET-ji.

Druga možnost, ki jo je vredno raziskati, je uporaba naprave FGH30N60LSD. Je 30A/600V IGBT z nasičeno napetostjo VCE(SAT) le 1,1V. Njegova izklopna izguba EOFF je zelo visoka in doseže 10 mJ, zato je primeren le za nizkofrekvenčno pretvorbo. MOSFET s 50 miliomi ima pri delovni temperaturi RDS(ON) 100 miliomov. Zato ima pri 11A enak VDS kot VCE(SAT) IGBT. Ker ta IGBT temelji na starejši tehnologiji okvare, se VCE(SAT) ne spreminja veliko s temperaturo. Ta IGBT zato zmanjša skupne izgube v izhodnem mostu in s tem poveča splošno učinkovitost pretvornika. Koristno je tudi dejstvo, da FGH30N60LSD IGBT vsakih pol cikla preklopi iz ene tehnologije pretvorbe moči v drugo namensko topologijo. IGBT-ji se tukaj uporabljajo kot topološka stikala. Za hitrejše preklapljanje se uporabljajo običajne in hitre obnovitvene superspojnice. Za namensko topologijo 1200 V in strukturo polnega mostu je zgoraj omenjeno stikalo FGL40N120AND zelo primerno za nove visokofrekvenčne solarne razsmernike. Kadar posebne tehnologije zahtevajo diode, so diode Stealth II, Hyperfast™ II in ogljikovo-silicijeve diode odlične rešitve.

funkcija:

Inverter nima samo funkcije pretvorbe enosmernega toka v izmenični tok, ampak ima tudi funkcijo maksimiranja zmogljivosti sončnih celic in funkcijo zaščite pred napakami sistema. Če povzamemo, obstajajo funkcije samodejnega zagona in zaustavitve, funkcija nadzora sledenja največje moči, funkcija preprečevanja neodvisnega delovanja (za sisteme, povezane z omrežjem), funkcija samodejnega prilagajanja napetosti (za sisteme, povezane z omrežjem), funkcija zaznavanja enosmernega toka (za sisteme, povezane z omrežjem). ) in zaznavanje ozemljitve DC. Funkcija (za sisteme, povezane z omrežjem). Tukaj je kratek uvod v funkcije samodejnega delovanja in izklopa ter funkcijo nadzora sledenja največje moči.

Samodejno delovanje in funkcija izklopa: po sončnem vzhodu zjutraj se intenzivnost sončnega sevanja postopoma povečuje, povečuje pa se tudi izhod sončne celice. Ko je dosežena izhodna moč, potrebna za delovanje pretvornika, pretvornik samodejno začne delovati. Po vstopu v delovanje bo pretvornik ves čas spremljal izhod modulov sončnih celic. Dokler je izhodna moč modulov sončnih celic večja od izhodne moči, potrebne za nalogo pretvornika, bo pretvornik še naprej deloval; ustavil se bo do sončnega zahoda, tudi če Inverter lahko deluje tudi v deževnih dneh. Ko izhod solarnega modula postane manjši in se izhod pretvornika približa 0, pretvornik preide v stanje pripravljenosti.

Funkcija nadzora sledenja največje moči: Izhodna moč modula sončne celice se spreminja z intenzivnostjo sončnega sevanja in temperaturo samega modula sončne celice (temperatura čipa). Poleg tega, ker imajo moduli sončnih celic značilnost, da napetost pada z naraščanjem toka, obstaja optimalna delovna točka, ki lahko doseže največjo moč. Spreminja se intenzivnost sončnega obsevanja in očitno se spreminja tudi optimalna delovna točka. V povezavi s temi spremembami se delovna točka modula sončne celice vedno ohranja na točki največje moči in sistem vedno pridobi največjo izhodno moč iz modula sončne celice. Ta vrsta nadzora je nadzor sledenja največje moči. Največja značilnost pretvornikov, ki se uporabljajo v sistemih za proizvodnjo sončne energije, je, da vključujejo funkcijo sledenja maksimalne moči (MPPT).

vrsta

Klasifikacija področja uporabe

(1) Navadni pretvornik

DC 12V ali 24V vhod, AC 220V, 50Hz izhod, moč od 75W do 5000W, nekateri modeli imajo AC in DC pretvorbo, torej funkcijo UPS.

(2) Pretvornik/polnilec vse-v-enem

Pri tej vrsti pretvornika lahko uporabniki uporabljajo različne oblike napajanja za napajanje bremen izmeničnega toka: ko je prisotno napajanje izmeničnega toka, se napajanje izmeničnega toka uporablja za napajanje bremena prek pretvornika ali za polnjenje baterije; ko ni napajanja z izmeničnim tokom, se za napajanje bremena izmeničnega toka uporablja baterija. . Uporablja se lahko v povezavi z različnimi viri energije: baterije, generatorji, sončne celice in vetrne turbine.

(3) Posebni razsmernik za pošto in telekomunikacije

Zagotovite visokokakovostne 48V pretvornike za poštne in telekomunikacijske storitve. Izdelki so kvalitetni, visoko zanesljivi, modularni (modul je 1KW) inverterji, imajo N+1 redundanco funkcijo in možnost razširitve (moč od 2KW do 20KW). ).

(4) Posebni pretvornik za letalstvo in vojsko

Ta tip pretvornika ima vhod 28 Vdc in lahko zagotovi naslednje AC izhode: 26 Vac, 115 Vac, 230 Vac. Njegova izhodna frekvenca je lahko: 50Hz, 60Hz in 400Hz, izhodna moč pa se giblje od 30VA do 3500VA. Obstajajo tudi pretvorniki DC-DC in frekvenčni pretvorniki, namenjeni letalstvu.

Razvrstitev izhodne valovne oblike

(1) Pravokotni inverter

Izhodna valovna oblika izmenične napetosti pretvornika kvadratnega vala je kvadratni val. Razsmerniška vezja, ki jih uporablja ta tip pretvornika, niso popolnoma enaka, vendar je skupna značilnost, da je vezje razmeroma preprosto in da je število uporabljenih električnih stikalnih cevi majhno. Načrtovana moč je običajno med sto vati in enim kilovatom. Prednosti pretvornika kvadratnega vala so: preprosto vezje, nizka cena in enostavno vzdrževanje. Pomanjkljivost je, da pravokotna valovna napetost vsebuje veliko število harmonikov visokega reda, ki bodo povzročili dodatne izgube v napravah za obremenitev z induktorji ali transformatorji z železnim jedrom, kar bo povzročilo motnje radijskih sprejemnikov in nekatere komunikacijske opreme. Poleg tega ima ta vrsta pretvornika pomanjkljivosti, kot so premajhno območje regulacije napetosti, nepopolna zaščitna funkcija in relativno visok hrup.

(2) Stopenjski inverter

Valovna oblika izmenične napetosti te vrste pretvornika je stopničasti val. Obstaja veliko različnih linij za pretvornik za realizacijo izhodnega valovanja korakov, število korakov v obliki izhodnega valovanja pa se zelo razlikuje. Prednost stopenjskega pretvornika je v tem, da je izhodna valovna oblika bistveno izboljšana v primerjavi s kvadratnim valom, vsebnost harmonikov visokega reda pa je zmanjšana. Ko koraki dosežejo več kot 17, lahko izhodna valovna oblika doseže kvazisinusni val. Pri uporabi izhoda brez transformatorja je splošna učinkovitost zelo visoka. Pomanjkljivost je, da vezje za superpozicijo lestvičastih valov uporablja veliko elektronk za vklopna stikala in nekatere oblike vezja zahtevajo več nizov vhodov enosmerne moči. To povzroča težave pri združevanju in ožičenju nizov sončnih celic ter uravnoteženem polnjenju baterij. Poleg tega ima stopniščna valovna napetost še vedno nekaj visokofrekvenčnih motenj radijskih sprejemnikov in nekatere komunikacijske opreme.

Sinusni inverter

Izhodna valovna oblika izmenične napetosti pretvornika sinusnega vala je sinusni val. Prednosti pretvornika s sinusnim valom so, da ima dobro izhodno valovno obliko, zelo nizko popačenje, majhne motnje radijskih sprejemnikov in opreme ter nizek šum. Poleg tega ima popolne zaščitne funkcije in visoko splošno učinkovitost. Slabosti so: vezje je relativno zapleteno, zahteva visoko tehnologijo vzdrževanja in je drago.

Razvrstitev zgornjih treh tipov razsmernikov je v pomoč načrtovalcem in uporabnikom fotonapetostnih sistemov in vetrnih elektrarn pri prepoznavanju in izbiri razsmernikov. Pravzaprav imajo pretvorniki z enako valovno obliko še vedno velike razlike v načelih vezja, uporabljenih napravah, metodah krmiljenja itd.

Druge metode razvrščanja

1. Glede na frekvenco izhodne izmenične moči ga lahko razdelimo na močnostni frekvenčni pretvornik, srednjefrekvenčni pretvornik in visokofrekvenčni pretvornik. Frekvenca močnostnega frekvenčnega pretvornika je 50 do 60Hz; frekvenca srednjefrekvenčnega pretvornika je običajno 400Hz do več kot deset kHz; frekvenca visokofrekvenčnega pretvornika je na splošno več kot deset kHz do MHz.

2. Glede na število faz, ki jih oddaja pretvornik, ga lahko razdelimo na enofazni pretvornik, trifazni pretvornik in večfazni pretvornik.

3. Glede na namen izhodne moči pretvornika ga lahko razdelimo na aktivni pretvornik in pasivni pretvornik. Vsak razsmernik, ki oddaja električno energijo iz pretvornika v industrijsko električno omrežje, se imenuje aktivni pretvornik; vsak pretvornik, ki prenaša električno energijo, ki jo izhodi pretvornik, na neko električno breme, se imenuje pasivni pretvornik. napravo.

4. Glede na obliko glavnega vezja pretvornika ga lahko razdelimo na enostranski pretvornik, potisni in vlečni pretvornik, polmostni pretvornik in pretvornik s polnim mostom.

5. Glede na vrsto glavne stikalne naprave pretvornika ga lahko razdelimo na tiristorski pretvornik, tranzistorski pretvornik, pretvornik z učinkom polja in pretvornik bipolarnega tranzistorja z izoliranimi vrati (IGBT). Razdelimo ga lahko v dve kategoriji: "polnadzorovani" razsmernik in "popolnoma nadzorovan" pretvornik. Prvi nima možnosti samoizklopa, komponenta pa po vklopu izgubi krmilno funkcijo, zato se imenuje "polkrmiljena" in v to kategorijo spadajo navadni tiristorji; slednji ima možnost samoizklopa, to pomeni, da ni nobene naprave Vklop in izklop je mogoče krmiliti s krmilno elektrodo, zato se imenuje "popolnoma nadzorovan tip". V to kategorijo spadajo močnostni tranzistorji z učinkom polja in dvojni močnostni tranzistorji z izoliranimi vrati (IGBT).

6. Glede na napajanje z enosmernim tokom ga lahko razdelimo na pretvornik napetostnega vira (VSI) in pretvornik tokovnega vira (CSI). Pri prvem je enosmerna napetost skoraj konstantna, izhodna napetost pa je izmenični kvadratni val; pri slednjem je enosmerni tok skoraj konstanten, izhodni tok pa je izmenični kvadratni val.

7. Glede na način krmiljenja pretvornika ga lahko razdelimo na pretvornik s frekvenčno modulacijo (PFM) in pretvornik s širinsko modulacijo impulza (PWM).

8. Glede na način delovanja inverterskega preklopnega vezja ga lahko razdelimo na resonančni pretvornik, pretvornik s trdim preklopom s fiksno frekvenco in pretvornik z mehkim preklopom s fiksno frekvenco.

9. Glede na komutacijsko metodo pretvornika ga lahko razdelimo na razsmernik s komutacijo obremenitve in samokomutirani razsmernik.

Parametri delovanja:

Obstaja veliko parametrov in tehničnih pogojev, ki opisujejo delovanje pretvornika. Tukaj podajamo le kratko razlago tehničnih parametrov, ki se običajno uporabljajo pri ocenjevanju razsmernikov.

1. Okoljski pogoji za uporabo pretvornika. Običajni pogoji uporabe pretvornika: nadmorska višina ne presega 1000 m, temperatura zraka pa je 0~+40 ℃.

2. Pogoji vhodnega napajanja z enosmernim tokom, območje nihanja vhodne enosmerne napetosti: ±15 % vrednosti nazivne napetosti paketa baterij.

3. Nazivna izhodna napetost, znotraj določenega dovoljenega območja nihanja vhodne enosmerne napetosti, predstavlja vrednost nazivne napetosti, ki bi jo moral razsmernik oddajati. Stabilna natančnost vrednosti izhodne nazivne napetosti ima na splošno naslednje določbe:

(1) Med delovanjem v ustaljenem stanju mora biti območje nihanja napetosti omejeno, na primer njegovo odstopanje ne sme presegati ±3 % ali ±5 % nazivne vrednosti.

(2) V dinamičnih situacijah, kjer se obremenitev nenadoma spremeni ali nanjo vplivajo drugi dejavniki motenj, odstopanje izhodne napetosti ne sme preseči ±8 % ali ±10 % nazivne vrednosti.

4. Nazivna izhodna frekvenca, frekvenca izhodne izmenične napetosti pretvornika mora biti razmeroma stabilna vrednost, običajno močna frekvenca 50 Hz. Odstopanje mora biti znotraj ±1 % pri normalnih delovnih pogojih.

5. Nazivni izhodni tok (ali nazivna izhodna zmogljivost) označuje nazivni izhodni tok pretvornika znotraj podanega območja faktorja moči obremenitve. Nekateri pretvorniški izdelki dajejo nazivno izhodno zmogljivost, izraženo v VA ali kVA. Nazivna zmogljivost pretvornika je, ko je izhodni faktor moči 1 (to je čisto uporovna obremenitev), nazivna izhodna napetost je produkt nazivnega izhodnega toka.

6. Nazivna izhodna učinkovitost. Učinkovitost pretvornika je razmerje med njegovo izhodno močjo in vhodno močjo pri določenih delovnih pogojih, izraženo v %. Učinkovitost pretvornika pri nazivni izhodni zmogljivosti je učinkovitost pri polni obremenitvi, učinkovitost pri 10 % nazivne izhodne zmogljivosti pa je učinkovitost pri nizki obremenitvi.

7. Največja harmonska vsebnost pretvornika. Za pretvornik s sinusnim valom mora biti pod uporovno obremenitvijo največja harmonska vsebnost izhodne napetosti ≤10 %.

8. Preobremenitvena zmogljivost pretvornika se nanaša na zmožnost pretvornika, da v kratkem času pod določenimi pogoji proizvede več od nazivne vrednosti toka. Preobremenitvena zmogljivost pretvornika mora izpolnjevati določene zahteve pri navedenem faktorju moči obremenitve.

9. Učinkovitost pretvornika je razmerje med izhodno delovno močjo razsmernika in vhodno delovno močjo (ali močjo enosmernega toka) pri nazivni izhodni napetosti, izhodnem toku in določenem faktorju moči obremenitve.

10. Faktor moči bremena predstavlja sposobnost pretvornika, da prenese induktivne ali kapacitivne obremenitve. V pogojih sinusnega vala je faktor moči obremenitve 0,7~0,9 (zamik), nazivna vrednost pa je 0,9.

11. Asimetrija obremenitve. Pod 10% asimetrično obremenitvijo mora biti asimetrija izhodne napetosti trifaznega pretvornika s fiksno frekvenco ≤10%.

12. Neuravnoteženost izhodne napetosti. V normalnih delovnih pogojih neravnovesje trifazne napetosti (razmerje med komponento obratnega zaporedja in komponento pozitivnega zaporedja), ki ga oddaja pretvornik, ne sme preseči določene vrednosti, običajno izražene v %, na primer 5 % ali 8 %.

13. Značilnosti zagona: V normalnih delovnih pogojih mora biti pretvornik sposoben normalno zagnati 5-krat zaporedoma pri polni obremenitvi in ​​brez obremenitve.

14. Zaščitne funkcije, razsmernik je treba nastaviti: zaščita kratkega stika, zaščita pred previsokim tokom, zaščita pred previsoko temperaturo, zaščita pred prenapetostjo, zaščita pred prenizko napetostjo in zaščita pred fazno izgubo. Med njimi zaščita pred prenapetostjo pomeni, da morajo za razsmernike brez ukrepov za stabilizacijo napetosti obstajati ukrepi za zaščito pred prenapetostjo izhoda, da se negativni priključek zaščiti pred poškodbami zaradi izhodne prenapetosti. Pretokovna zaščita se nanaša na pretokovno zaščito razsmernika, ki bi morala biti sposobna zagotoviti pravočasno ukrepanje, ko je obremenitev v kratkem stiku ali tok preseže dovoljeno vrednost, da se zaščiti pred poškodbami zaradi udarnega toka.

15. Motnje in preprečevanje motenj, pretvornik mora biti sposoben prenesti elektromagnetne motnje v splošnem okolju pod določenimi normalnimi delovnimi pogoji. Delovanje proti motnjam in elektromagnetna združljivost pretvornika morata biti v skladu z ustreznimi standardi.

16. Pretvorniki, ki niso pogosto upravljani, nadzorovani in vzdrževani, morajo biti ≤95db; pretvorniki, ki se pogosto uporabljajo, spremljajo in vzdržujejo, morajo biti ≤80 db.

17. Zaslon, pretvornik mora biti opremljen s podatkovnim prikazom parametrov, kot so izhodna napetost izmeničnega toka, izhodni tok in izhodna frekvenca, ter prikaz signala vhodnega stanja v živo, pod napetostjo in stanja napake.

18. Komunikacijska funkcija. Funkcija oddaljene komunikacije omogoča uporabnikom, da preverijo stanje delovanja naprave in shranjene podatke, ne da bi obiskali spletno mesto.

19. Popačenje valovne oblike izhodne napetosti. Če je izhodna napetost pretvornika sinusna, je treba določiti največje dovoljeno popačenje valovne oblike (ali vsebnost harmonikov). Običajno izražena kot skupno popačenje valovne oblike izhodne napetosti, njena vrednost ne sme preseči 5 % (10 % je dovoljeno za enofazni izhod).

20. Zagonske karakteristike, ki označujejo sposobnost zagona pretvornika z obremenitvijo in njegovo zmogljivost med dinamičnim delovanjem. Pretvornik mora zagotavljati zanesljiv zagon pri nazivni obremenitvi.

21. Hrup. Transformatorji, filtrirni induktorji, elektromagnetna stikala, ventilatorji in druge komponente v napajalni elektronski opremi povzročajo hrup. Ko pretvornik deluje normalno, njegov hrup ne sme preseči 80 dB, hrup majhnega pretvornika pa ne sme preseči 65 dB.

Lastnosti baterije:

PV baterija

Za razvoj solarnega inverterskega sistema je pomembno najprej razumeti različne značilnosti sončnih celic (PV celic). Rp in Rs sta parazitska upora, ki sta v idealnih okoliščinah neskončna oziroma nič.

Intenzivnost svetlobe in temperatura lahko pomembno vplivata na karakteristike delovanja PV celic. Tok je sorazmeren z jakostjo svetlobe, vendar spremembe v svetlobi malo vplivajo na delovno napetost. Na delovno napetost pa vpliva temperatura. Zvišanje temperature akumulatorja zmanjša delovno napetost, vendar le malo vpliva na ustvarjeni tok. Spodnja slika prikazuje učinke temperature in svetlobe na PV module.

Spremembe jakosti svetlobe imajo večji vpliv na izhodno moč baterije kot spremembe temperature. To velja za vse običajno uporabljene PV materiale. Pomembna posledica kombinacije teh dveh učinkov je, da se moč fotonapetostne celice zmanjšuje z zmanjševanjem jakosti svetlobe in/ali naraščanjem temperature.

Največja moč (MPP)

Sončne celice lahko delujejo v širokem razponu napetosti in tokov. MPP se določi z nenehnim povečevanjem uporovne obremenitve osvetljene celice od nič (kratek stik) do zelo visoke vrednosti (odprt tokokrog). MPP je delovna točka, pri kateri V x I doseže največjo vrednost in pri tej jakosti osvetlitve je mogoče doseči največjo moč. Izhodna moč, ko pride do dogodka kratkega stika (PV napetost je enaka nič) ali odprtega tokokroga (PV tok enak nič), je enaka nič.

Visokokakovostne sončne celice iz monokristalnega silicija proizvajajo napetost odprtega tokokroga 0,60 voltov pri temperaturi 25°C. Pri polni sončni svetlobi in temperaturi zraka 25 °C je lahko temperatura dane celice blizu 45 °C, kar bo zmanjšalo napetost odprtega tokokroga na približno 0,55 V. Ko temperatura narašča, napetost odprtega tokokroga še naprej pada, dokler ne pride do kratkega stika PV modula.

Največja moč pri temperaturi baterije 45 °C se običajno proizvede pri 80 % napetosti odprtega tokokroga in 90 % toka kratkega stika. Tok kratkega stika akumulatorja je skoraj sorazmeren z osvetlitvijo, napetost odprtega tokokroga pa se lahko zmanjša le za 10 %, ko se osvetlitev zmanjša za 80 %. Nižje kakovostne baterije bodo hitreje zmanjšale napetost, ko se tok poveča, s čimer se zmanjša razpoložljiva moč. Proizvodnja je padla s 70 % na 50 % ali celo le na 25 %.

Solarni mikropretvornik mora zagotavljati, da fotonapetostni moduli kadar koli delujejo na MPP, tako da je mogoče pridobiti največ energije iz fotonapetostnih modulov. To je mogoče doseči z zanko za nadzor največje moči, znano tudi kot sledilnik maksimalne moči (MPPT). Doseganje visokega razmerja sledenja MPP prav tako zahteva, da je valovanje fotonapetostne izhodne napetosti dovolj majhno, da se fotonapetostni tok ne spremeni preveč, ko deluje blizu točke največje moči.

Območje napetosti MPP fotonapetostnih modulov je običajno mogoče definirati v območju od 25 V do 45 V, s proizvodnjo moči približno 250 W in napetostjo odprtega tokokroga pod 50 V.

Uporaba in vzdrževanje:

uporaba

1. Priključite in namestite opremo strogo v skladu z zahtevami navodil za uporabo in vzdrževanje pretvornika. Med namestitvijo morate natančno preveriti: ali premer žice ustreza zahtevam; ali so sestavni deli in terminali med transportom zrahljani; ali so izolirani deli dobro izolirani; ali ozemljitev sistema ustreza predpisom.

2. Pretvornik je treba upravljati in uporabljati strogo v skladu z navodili za uporabo in vzdrževanje. Še posebej: preden vklopite stroj, bodite pozorni, ali je vhodna napetost normalna; med delovanjem bodite pozorni, ali je zaporedje vklapljanja in izklapljanja stroja pravilno in ali so kazalci posameznega merilnika in indikatorske lučke normalni.

3. Razsmerniki imajo na splošno samodejno zaščito za prekinitev tokokroga, previsoki tok, prenapetost, pregrevanje in drugo, tako da, ko pride do teh pojavov, ni potrebe po ročnem izklopu; zaščitne točke samodejne zaščite so običajno nastavljene v tovarni in jih ni treba znova prilagajati.

4. V omarici pretvornika je visoka napetost. Upravljavci na splošno ne smejo odpirati vrat omare, vrata omare pa morajo biti ob običajnem času zaklenjena.

5. Ko sobna temperatura preseže 30 °C, je treba sprejeti ukrepe za odvajanje toplote in hlajenje, da se prepreči okvara opreme in podaljša življenjska doba opreme.

Vzdrževanje in pregled

1. Redno preverjajte, ali je ožičenje vsakega dela pretvornika trdno in ali je ohlapno. Zlasti je treba skrbno preveriti ventilator, napajalni modul, vhodni terminal, izhodni terminal in ozemljitev.

2. Ko se alarm izklopi, se ne sme takoj zagnati. Pred zagonom je treba ugotoviti vzrok in ga odpraviti. Pregled je treba izvesti strogo v skladu s koraki, določenimi v priročniku za vzdrževanje pretvornika.

3. Operaterji morajo biti deležni posebnega usposabljanja in morajo biti sposobni ugotoviti vzroke splošnih napak in jih odpraviti, na primer spretno zamenjati varovalke, komponente in poškodovana vezja. Neusposobljeno osebje ne sme upravljati opreme.

4. Če pride do nesreče, ki jo je težko odpraviti, ali če je vzrok nesreče nejasen, je treba hraniti podrobno evidenco nesreče in pravočasno obvestiti proizvajalca pretvornika za rešitev.