Kako izboljšati učinkovitost in proizvodnjo električne energije fotovoltaičnih pretvornikov?

Pomen učinkovitosti pretvorbe fotovoltaičnih pretvornikov

Zelo pomembno je izboljšati učinkovitost pretvorbefotovoltaični pretvorniki . Na primer, če povečamo izkoristek pretvorbe za 1 %, lahko 500KW pretvornik proizvede skoraj 20 kilovatnih ur več električne energije vsak dan v povprečju 4 ure. Na leto lahko proizvede skoraj 7.300 kilovatnih ur električne energije več, v desetih letih pa 73.000 več kilovatnih ur električne energije, kar je enakovredno proizvodnji električne energije 5KW razsmernika. Na ta način lahko stranke prihranijo elektrarno s 5KW pretvornikom, zato moramo za izboljšanje strank v najboljšem interesu čim bolj povečati učinkovitost pretvorbe pretvornika.

Dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost fotovoltaičnega pretvornika

Edini način za izboljšanje učinkovitosti pretvornika je zmanjšanje izgub. Glavne izgube pretvornika izvirajo iz močnostnih stikalnih cevi, kot sta IGBT in MOSFET, ter magnetnih naprav, kot so transformatorji in induktorji. Izgube so povezane s tokom in napetostjo komponent ter postopkom izbranih materialov. Obstajajo odnosi. Izgube IGBT so predvsem izgube prevodnosti in izgube preklapljanja. Izguba prevodnosti je povezana z notranjim uporom naprave in prehajajočim tokom. Preklopna izguba je povezana s preklopno frekvenco naprave in enosmerno napetostjo, ki jo naprava prenese.

Izgube induktorja vključujejo predvsem izgubo bakra in izgubo železa. Izguba bakra se nanaša na izgubo, ki jo povzroči upor tuljave induktorja. Ko tok teče skozi upor tuljave in se segreje, se del električne energije pretvori v toplotno energijo in izgubi. Ker je tuljava na splošno izdelana iz izolirane bakrene žice, je navita, zato se imenuje izguba bakra. Izgubo bakra je mogoče izračunati z merjenjem impedance kratkega stika transformatorja. Izguba železa vključuje dva vidika: ena je izguba zaradi histereze, druga pa izguba zaradi vrtinčnih tokov. Izgubo železa je mogoče izračunati z merjenjem toka brez obremenitve transformatorja.

Kako izboljšati učinkovitost fotovoltaičnega pretvornika?

Trenutno obstajajo tri tehnične poti: ena je uporaba nadzornih metod, kot je modulacija širine impulza vesoljskega vektorja za zmanjšanje izgub; drugi je uporaba materialov iz silicijevega karbida za zmanjšanje notranjega upora napajalnih naprav; tretji je uporaba tristopenjske, petstopenjske in druge večnivojske ravne električne topologije in tehnologije mehkega preklopa, ki zmanjša napetost v napajalni napravi in ​​zmanjša preklopno frekvenco napajalne naprave.

1. Modulacija širine impulza prostorskega vektorja napetosti

Je popolnoma digitalna metoda krmiljenja s prednostmi visoke izrabe enosmerne napetosti in enostavnega krmiljenja ter se pogosto uporablja v pretvornikih. Stopnja izkoriščenosti enosmerne napetosti je visoka in nižjo napetost vodila enosmernega toka je mogoče uporabiti pod isto izhodno napetostjo, s čimer se zmanjša napetost napetosti preklopne naprave, izguba preklopa na napravi je manjša in učinkovitost pretvornika pretvornika se do določene mere izboljša. izboljšava. V sintezi vesoljskih vektorjev obstajajo različne metode kombiniranja vektorskih zaporedij. Z različnimi kombinacijami in zaporedji je mogoče doseči učinek zmanjšanja števila preklopnih časov napajalnih naprav, s čimer se dodatno zmanjšajo preklopne izgube pretvorniških napajalnih naprav.

2. Komponente, ki uporabljajo materiale iz silicijevega karbida

Upor na enoto površine naprav iz silicijevega karbida je le en odstotek upora naprav iz silicija. Odpornost močnostnih naprav, kot so IGBT-ji iz silicijevega karbida, je zmanjšana na eno desetino običajnih silicijevih naprav. Tehnologija silicijevega karbida lahko učinkovito zmanjša Povratni obnovitveni tok diode je majhen, kar lahko zmanjša stikalne izgube na napajalni napravi, ustrezno pa se lahko zmanjša tudi tokovna zmogljivost, ki jo zahteva glavno stikalo. Zato je uporaba diod iz silicijevega karbida kot antiparalelnih diod glavnega stikala najboljši način za izboljšanje učinkovitosti pretvornika. način. V primerjavi s tradicionalnimi silicijevimi antiparalelnimi diodami s hitrim obnavljanjem se po uporabi antiparalelnih diod iz silicijevega karbida povratni obnovitveni tok diode znatno zmanjša, celotna učinkovitost pretvorbe pa se lahko izboljša za 1 %. Po uporabi hitrega IGBT se hitrost preklapljanja pospeši in učinkovitost pretvorbe celotnega stroja se lahko izboljša za 2 %. Ko so antiparalelne diode SiC kombinirane s hitrimi IGBT-ji, bo učinkovitost pretvornika še izboljšana.

3. Mehko preklapljanje in večnivojska tehnologija

Tehnologija mehkega preklapljanja uporablja princip resonance, da se tok ali napetost v stikalni napravi spremeni sinusno ali kvazisinusoidno. Ko tok naravno preseže ničlo, se naprava izklopi; ko napetost naravno preseže ničlo, se naprava vklopi. To zmanjša izgube pri preklapljanju in močno reši težave, kot sta induktivni izklop in kapacitivni vklop. Ko je napetost prek stikalne cevi ali tok, ki teče skozi stikalno cev, enaka nič, se vklopi ali izklopi, tako da v stikalni cevi ni preklopnih izgub. V primerjavi s tradicionalno dvonivojsko strukturo izhod trinivojskega pretvornika poveča ničelno raven, napetost napetosti napajalne naprave pa se prepolovi. Zaradi te prednosti lahko pretvornik pri isti preklopni frekvenci uporablja manjši induktor izhodnega filtra kot dvonivojska struktura, izguba induktorja, stroški in prostornina pa se lahko učinkovito zmanjšajo; in pri enaki izhodni vsebnosti harmonikov, lahko pretvornik uporablja nižjo preklopno frekvenco kot dvonivojska struktura, izguba preklopa naprave je manjša in učinkovitost pretvorbe pretvornika je izboljšana.