Güneş enerjisi invertörlerine ansiklopedi girişi

Çevirici Güç regülatörü ve güç regülatörü olarak da bilinen fotovoltaik sistemin önemli bir parçasıdır. Fotovoltaik invertörün ana işlevi, güneş panelleri tarafından üretilen DC gücünü ev aletleri tarafından kullanılan AC gücüne dönüştürmektir. Güneş panelleri tarafından üretilen elektriğin tamamının dış dünyaya gönderilmeden önce invertör tarafından işlenmesi gerekir. [1] Tam köprü devresi aracılığıyla, SPWM işlemci genellikle sistem son kullanıcıları için aydınlatma yük frekansı, nominal voltaj vb. ile eşleşen sinüzoidal AC gücü elde etmek için modülasyon, filtreleme, voltaj yükseltme vb. işlemlerden geçmek için kullanılır. Bir invertör ile cihazlara AC gücü sağlamak için bir DC pil kullanılabilir.

Giriiş:

Güneş enerjili AC güç üretim sistemi, güneş panelleri, şarj kontrol cihazı, invertör ve bataryadan oluşur; Solar DC enerji üretim sistemi invertör içermez. AC gücün DC güce dönüştürülmesi işlemine doğrultma, doğrultma işlevini tamamlayan devreye doğrultucu devresi, doğrultma işlemini gerçekleştiren cihaza ise doğrultucu cihaz veya doğrultucu denir. Buna bağlı olarak DC gücün AC güce dönüştürülmesi işlemine evirici, evirici işlevini tamamlayan devreye evirici devresi, evirici işlemini gerçekleştiren cihaza da evirici ekipmanı veya evirici denir.

İnverter cihazının çekirdeği, invertör devresi olarak adlandırılan invertör anahtar devresidir. Bu devre, güç elektroniği anahtarını açıp kapatarak invertör fonksiyonunu tamamlar. Güç elektroniği anahtarlama cihazlarının anahtarlanması belirli tahrik darbelerini gerektirir ve bu darbeler bir voltaj sinyali değiştirilerek ayarlanabilir. Darbeleri üreten ve düzenleyen devreye genellikle kontrol devresi veya kontrol döngüsü denir. İnvertör cihazının temel yapısı yukarıda belirtilen invertör devresi ve kontrol devresine ek olarak bir koruma devresi, bir çıkış devresi, bir giriş devresi, bir çıkış devresi vb. içerir.

Özellikler:

Binaların çeşitliliğinden dolayı güneş paneli kurulumlarında da çeşitlilik kaçınılmaz olacaktır. Binanın güzel görünümünü dikkate alırken güneş enerjisinin dönüşüm verimliliğini en üst düzeye çıkarmak amacıyla, güneş enerjisinden en iyi şekilde yararlanmak için invertörlerimizin çeşitlendirilmesi gerekir. Dönüştürmek.

Merkezi inversiyon

Merkezi invertör genellikle büyük fotovoltaik enerji santrallerinin (>10kW) sistemlerinde kullanılır. Aynı merkezi invertörün DC girişine birçok paralel fotovoltaik dizi bağlanır. Genellikle yüksek güç için üç fazlı IGBT güç modülleri kullanılır. Daha küçük olanlar, üretilen gücün kalitesini sinüs dalgası akımına çok yakın olacak şekilde iyileştirmek için alan etkili transistörler kullanır ve DSP dönüşüm kontrolörlerini kullanır. Sistemin en büyük özelliği yüksek gücü ve düşük maliyetidir. Ancak tüm fotovoltaik sistemin verimliliği ve elektrik üretim kapasitesi, fotovoltaik dizilerin uyumundan ve kısmi gölgelemeden etkilenir. Aynı zamanda, tüm fotovoltaik sistemin enerji üretim güvenilirliği, belirli bir fotovoltaik ünite grubunun kötü çalışma durumundan etkilenir. En son araştırma yönleri, kısmi yük koşullarında yüksek verim elde etmek için uzay vektör modülasyon kontrolünün kullanılması ve yeni invertör topolojisi bağlantılarının geliştirilmesidir. SolarMax merkezi invertöre, her bir fotovoltaik yelken paneli dizisini izlemek için bir fotovoltaik dizi arayüz kutusu takılabilir. Dizilerden biri düzgün çalışmıyorsa, sistem Bilgi uzaktan kumandaya iletilir ve bu dizi uzaktan kumandayla durdurulabilir, böylece bir fotovoltaik dizinin arızası işi ve enerji çıkışını azaltmaz veya etkilemez. tüm fotovoltaik sistemin.

Dizi invertörü

Dizi invertörleri uluslararası pazardaki en popüler invertörler haline geldi. Dizi invertörü modüler konsepte dayanmaktadır. Her fotovoltaik dizi (1kW-5kW) bir invertörden geçer, DC ucunda maksimum güç tepe takibine sahiptir ve AC ucunda şebekeye paralel olarak bağlanır. Birçok büyük fotovoltaik enerji santrali dizi invertörleri kullanır. Avantajı, modül farklılıklarından ve diziler arasındaki gölgelerden etkilenmemesi ve aynı zamanda fotovoltaik modüllerin optimum çalışma noktasını düşürmesidir.

İnvertörle uyumsuzluk, dolayısıyla güç üretiminin artması. Bu teknik avantajlar sistem maliyetlerini düşürmenin yanı sıra sistem güvenilirliğini de arttırmaktadır. Aynı zamanda diziler arasına "master-slave" kavramı getirilerek sistemdeki tek bir dizinin gücü tek bir invertörün çalışmasını sağlayamadığı zaman, birkaç grup fotovoltaik dizi birbirine bağlanarak bir veya daha fazlasına izin verilebilir. birçoğu çalışmaya. böylece daha fazla elektrik enerjisi üretilir. En son konsept, birkaç invertörün birbiriyle bir "ekip" oluşturarak "master-slave" konseptinin yerini alması ve sistemi daha güvenilir hale getirmesidir.

Çoklu dizi invertörü

Çok dizili invertör, merkezi invertörün ve dizi invertörün avantajlarını kullanır, dezavantajlarını ortadan kaldırır ve birkaç kilovatlık fotovoltaik enerji santrallerine uygulanabilir. Çok dizili invertörde farklı bireysel güç tepe takibi ve DC-DC dönüştürücüler bulunur. DC, ortak bir DC-AC invertörü aracılığıyla AC gücüne dönüştürülür ve şebekeye bağlanır. Fotovoltaik dizilerin farklı değerleri (örneğin farklı anma gücü, dizi başına farklı sayıda modül, farklı modül üreticileri vb.), fotovoltaik modüllerin farklı boyutları veya farklı teknolojileri, dizilerin farklı yönelimleri (örneğin: doğu, güney ve batı) , farklı eğim açıları veya gölgeleme, her bir dizi kendi maksimum güç zirvesinde çalışacak şekilde ortak bir invertöre bağlanabilir. Aynı zamanda DC kablosunun uzunluğu azaltılarak diziler arasındaki gölgeleme etkisi ve diziler arasındaki farklardan kaynaklanan kayıplar en aza indirilir.

Bileşen invertörü

Modül invertörü, her fotovoltaik modülü bir invertöre bağlar ve her modülün bağımsız bir maksimum güç tepe takibi vardır, böylece modül ve invertör daha iyi işbirliği yapar. Genellikle 50W ile 400W arası fotovoltaik enerji santrallerinde kullanılan bu sistemin toplam verimliliği, dizi invertörlerinkinden daha düşüktür. AC tarafında paralel bağlandıkları için bu, AC tarafındaki kablolamanın karmaşıklığını arttırır ve bakımı zorlaştırır. Çözülmesi gereken bir diğer konu ise şebekeye nasıl daha etkin bir şekilde bağlanılacağıdır. Basit yol, şebekeye doğrudan sıradan AC prizleri aracılığıyla bağlanmaktır; bu, maliyetleri ve ekipman kurulumunu azaltabilir, ancak çoğu zaman çeşitli yerlerdeki elektrik şebekesinin güvenlik standartları buna izin vermeyebilir. Bunu yaparken, elektrik şirketi, üretim cihazının sıradan bir ev prizine doğrudan bağlanmasına itiraz edebilir. Güvenlikle ilgili diğer bir faktör, bir izolasyon transformatörünün (yüksek frekans veya düşük frekans) gerekli olup olmadığı veya transformatörsüz bir invertöre izin verilip verilmediğidir. Bu invertör en yaygın olarak cam perde duvarlarda kullanılır.

Solar İnvertör Verimliliği

Güneş enerjisi invertörlerinin verimliliği, yenilenebilir enerji talebi nedeniyle büyüyen güneş enerjisi invertörleri (fotovoltaik invertörler) pazarını ifade eder. Ve bu invertörler son derece yüksek verimlilik ve güvenilirlik gerektirir. Bu invertörlerde kullanılan güç devreleri incelenerek anahtarlama ve doğrultucu cihazlar için en iyi seçimler önerilmektedir. Bir fotovoltaik invertörün genel yapısı Şekil 1'de gösterilmektedir. Aralarından seçim yapabileceğiniz üç farklı invertör vardır. Güneş ışığı seri olarak bağlanan güneş modülleri üzerinde parlar ve her modül seri olarak bağlanan bir dizi güneş pili ünitesi içerir. Güneş modülleri tarafından üretilen doğru akım (DC) voltajı, modül dizisinin aydınlatma koşullarına, hücrelerin sıcaklığına ve seri bağlı modül sayısına bağlı olarak birkaç yüz volt düzeyindedir.

Bu tip invertörün temel işlevi, giriş DC voltajını sabit bir değere dönüştürmektir. Bu fonksiyon bir yükseltme dönüştürücüsü aracılığıyla uygulanır ve bir yükseltme anahtarı ve bir yükseltme diyotu gerektirir. İlk mimaride, yükseltme aşamasını izole edilmiş bir tam köprü dönüştürücü takip eder. Tam köprü transformatörün amacı izolasyon sağlamaktır. Çıkıştaki ikinci tam köprü dönüştürücü, birinci aşama tam köprü dönüştürücüden gelen DC'yi alternatif akım (AC) voltajına dönüştürmek için kullanılır. Çıkışı, bir arıza durumunda güvenli izolasyon ve geceleri besleme şebekesinden izolasyon sağlamak amacıyla ek bir çift kontaklı röle anahtarı aracılığıyla AC şebeke ağına bağlanmadan önce filtrelenir. İkinci yapı izole edilmemiş bir şemadır. Bunlar arasında, AC voltajı, yükseltme aşaması tarafından doğrudan DC voltaj çıkışı tarafından üretilir. Üçüncü yapı, güçlendirme ve AC üretim parçalarının fonksiyonlarını özel bir topolojide entegre etmek için güç anahtarları ve güç diyotlarından oluşan yenilikçi bir topoloji kullanır ve güneş panelinin çok düşük dönüştürme verimliliğine rağmen invertörü mümkün olduğu kadar verimli hale getirir. %100'e yakın ama çok önemli. Almanya'da güneye bakan bir çatıya kurulan 3kW serisi modülün yılda 2550 kWh üretmesi bekleniyor. İnverter verimliliği %95'ten %96'ya çıkarıldığı takdirde her yıl ilave 25kWh elektrik üretilebilecek. Bu 25kWh'yi üretmek için ek güneş modülleri kullanmanın maliyeti, bir invertör eklemeye eşdeğerdir. Verimliliği %95'ten %96'ya çıkarmak invertörün maliyetini iki katına çıkarmayacağından, daha verimli bir invertöre yatırım yapmak kaçınılmaz bir seçimdir. Yeni ortaya çıkan tasarımlar için invertör verimliliğinin en uygun maliyetli şekilde arttırılması önemli bir tasarım kriteridir. İnverterin güvenilirliği ve maliyeti ise diğer iki tasarım kriteridir. Daha yüksek verimlilik, yük döngüsü boyunca sıcaklık dalgalanmalarını azaltır, böylece güvenilirliği artırır; dolayısıyla bu yönergeler aslında birbiriyle ilişkilidir. Modüllerin kullanımı aynı zamanda güvenilirliği de artıracaktır.

Güçlendirme anahtarı ve diyot

Gösterilen tüm topolojiler hızlı anahtarlamalı güç anahtarları gerektirir. Güçlendirme aşaması ve tam köprü dönüşüm aşaması, hızlı anahtarlama diyotları gerektirir. Ayrıca düşük frekanslı (100Hz) anahtarlama için optimize edilmiş anahtarlar da bu topolojiler için kullanışlıdır. Herhangi bir silikon teknolojisi için, hızlı anahtarlama için optimize edilmiş anahtarlar, düşük frekanslı anahtarlama uygulamaları için optimize edilmiş anahtarlardan daha yüksek iletim kayıplarına sahip olacaktır.

Yükseltme aşaması genellikle sürekli bir akım modu dönüştürücüsü olarak tasarlanmıştır. İnverterde kullanılan dizideki solar modül sayısına bağlı olarak 600V veya 1200V cihazları kullanmayı seçebilirsiniz. Güç anahtarları için iki seçenek MOSFET'ler ve IGBT'lerdir. Genel olarak konuşursak, MOSFET'ler IGBT'lere göre daha yüksek anahtarlama frekanslarında çalışabilir. Ek olarak, vücut diyotunun etkisi her zaman dikkate alınmalıdır: takviye kademesi durumunda, vücut diyotu normal çalışma modunda iletim yapmadığından bu bir sorun değildir. MOSFET iletim kayıpları, belirli bir MOSFET ailesi için etkili kalıp alanıyla orantılı olan direnç RDS(ON)'den hesaplanabilir. Nominal gerilim 600V'tan 1200V'a değiştiğinde MOSFET'in iletim kayıpları büyük ölçüde artacaktır. Bu nedenle, nominal RDS(ON) eşdeğer olsa bile 1200V MOSFET mevcut değildir veya fiyatı çok yüksektir.

600V değerindeki yükseltme anahtarları için süper bağlantı MOSFET'leri kullanılabilir. Yüksek frekanslı anahtarlama uygulamaları için bu teknoloji en iyi iletim kayıplarına sahiptir. TO-220 paketlerinde RDS(ON) değeri 100 miliohm'un altında olan MOSFET'ler ve TO-247 paketlerinde RDS(ON) değeri 50 miliohm'un altında olan MOSFET'ler. 1200V güç anahtarlaması gerektiren solar invertörler için IGBT uygun seçimdir. NPT Trench ve NPT Field Stop gibi daha gelişmiş IGBT teknolojileri, iletim kayıplarını azaltmak için optimize edilmiştir ancak daha yüksek anahtarlama kayıpları pahasına, bu da onları yüksek frekanslardaki güçlendirme uygulamaları için daha az uygun hale getirir.

Eski NPT düzlemsel teknolojisine dayanarak, yüksek anahtarlama frekansıyla güçlendirme devresinin verimliliğini artırabilen bir FGL40N120AND cihazı geliştirildi. 43uJ/A'lık bir EOFF'a sahiptir. Daha ileri teknolojiye sahip cihazlarla karşılaştırıldığında EOFF 80uJ/A'dır ancak bunun elde edilmesi gerekmektedir. Bu tür bir performans çok zordur. FGL40N120AND cihazının dezavantajı, doyma voltaj düşüşünün VCE(SAT) (125°C'de 3,0V ve 2,1V) yüksek olmasıdır, ancak yüksek yükseltme anahtarlama frekanslarındaki düşük anahtarlama kayıpları bunu fazlasıyla telafi eder. Cihaz ayrıca bir anti-paralel diyotu da entegre eder. Normal güçlendirme işlemi altında bu diyot iletken olmayacaktır. Bununla birlikte, başlatma sırasında veya geçici koşullar sırasında, yükseltme devresinin aktif moda sürülmesi mümkündür, bu durumda anti-paralel diyot iletecektir. IGBT'nin kendisinde bir vücut diyotu bulunmadığından, güvenilir çalışmayı sağlamak için bu birlikte paketlenmiş diyot gereklidir. Güçlendirme diyotları için Stealth™ veya karbon silikon diyotlar gibi hızlı toparlanan diyotlar gereklidir. Karbon-silikon diyotlar çok düşük ileri gerilime ve kayıplara sahiptir. Bir takviye diyotu seçerken, ters toparlanma akımının (veya bir karbon-silikon diyotun bağlantı kapasitansının) takviye anahtarı üzerindeki etkisi dikkate alınmalıdır, çünkü bu ek kayıplara neden olacaktır. Burada yeni piyasaya sürülen Stealth II diyot FFP08S60S daha yüksek performans sağlayabilir. VDD=390V, ID=8A, di/dt=200A/us ve kasa sıcaklığı 100°C olduğunda hesaplanan anahtarlama kaybı FFP08S60S parametresi olan 205mJ'den düşüktür. ISL9R860P2 Stealth diyot kullanıldığında bu değer 225mJ'e ulaşır. Dolayısıyla bu aynı zamanda yüksek anahtarlama frekanslarında invertörün verimliliğini de artırır.

Köprü anahtarları ve diyotlar

MOSFET tam köprü filtrelemesinden sonra çıkış köprüsü 50Hz sinüzoidal voltaj ve akım sinyali üretir. Yaygın bir uygulama, standart bir tam köprü mimarisinin kullanılmasıdır (Şekil 2). Şekilde sol üst ve sağ alt taraftaki anahtarlar açıldığında sol ve sağ terminaller arasına pozitif gerilim yüklenmektedir; sağ üst ve sol alt taraftaki anahtarlar açılırsa sol ve sağ terminaller arasına negatif voltaj yüklenir. Bu uygulamada belirli bir süre boyunca yalnızca bir anahtar açıktır. Bir anahtar PWM yüksek frekansına, diğeri ise 50Hz düşük frekansına geçirilebilir. Önyükleme devresi düşük uç cihazların dönüşümüne dayandığından, alt uç cihazlar PWM yüksek frekansına, üst uç cihazlar ise 50Hz düşük frekansa geçirilir. Bu uygulama 600V'luk bir güç anahtarı kullanır, dolayısıyla 600V süper bağlantı MOSFET'i bu yüksek hızlı anahtarlama cihazı için çok uygundur. Bu anahtarlama cihazları, anahtar açıkken diğer cihazların tam ters kurtarma akımına dayanacağından, 600V FCH47N60F gibi hızlı kurtarma süper bağlantı cihazları ideal seçimlerdir. RDS(ON) değeri 73 miliohm olup iletim kaybı diğer benzer hızlı kurtarma cihazlarına göre çok düşüktür. Bu cihaz 50Hz'de dönüşüm yaptığında hızlı kurtarma özelliğini kullanmanıza gerek yoktur. Bu cihazlar mükemmel dv/dt ve di/dt özelliklerine sahiptir, bu da standart süper bağlantı MOSFET'lerine kıyasla sistem güvenilirliğini artırır.

Keşfedilmeye değer başka bir seçenek de FGH30N60LSD cihazının kullanılmasıdır. Bu, yalnızca 1,1V doyma voltajı VCE(SAT) olan 30A/600V IGBT'dir. Kapatma kaybı EOFF çok yüksektir, 10 mJ'ye ulaşır, bu nedenle yalnızca düşük frekans dönüşümü için uygundur. 50 miliohm'luk bir MOSFET, çalışma sıcaklığında 100 miliohm'luk bir RDS(ON) direncine sahiptir. Bu nedenle 11A'da IGBT'nin VCE(SAT)'si ile aynı VDS'ye sahiptir. Bu IGBT eski arıza teknolojisine dayandığından, VCE(SAT) sıcaklıkla fazla değişmez. Bu IGBT bu nedenle çıkış köprüsündeki genel kayıpları azaltır, böylece invertörün genel verimliliğini arttırır. FGH30N60LSD IGBT'nin her yarım döngüde bir güç dönüştürme teknolojisinden başka bir özel topolojiye geçmesi de faydalıdır. IGBT'ler burada topolojik anahtarlar olarak kullanılır. Daha hızlı anahtarlama için geleneksel ve hızlı kurtarma süper bağlantı cihazları kullanılır. 1200V özel topoloji ve tam köprü yapısı için yukarıda bahsedilen FGL40N120AND, yeni yüksek frekanslı güneş enerjisi invertörleri için çok uygun bir anahtardır. Özel teknolojiler diyot gerektirdiğinde Stealth II, Hyperfast™ II diyotlar ve karbon-silikon diyotlar mükemmel çözümlerdir.

işlev:

İnvertör yalnızca DC'den AC'ye dönüştürme işlevine sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda güneş pillerinin performansını en üst düzeye çıkarma işlevine ve sistem arıza koruma işlevine de sahiptir. Özetle, otomatik çalıştırma ve kapatma fonksiyonları, maksimum güç izleme kontrol fonksiyonu, bağımsız çalışmayı önleme fonksiyonu (şebeke bağlantılı sistemler için), otomatik voltaj ayarlama fonksiyonu (şebeke bağlantılı sistemler için), DC algılama fonksiyonu (şebeke bağlantılı sistemler için) bulunmaktadır. ) ve DC toprak tespiti. İşlev (şebeke bağlantılı sistemler için). Otomatik çalıştırma ve kapatma işlevlerine ve maksimum güç izleme kontrol işlevine kısa bir giriş burada yer almaktadır.

Otomatik çalışma ve kapatma fonksiyonu: Sabah güneş doğduktan sonra güneş ışınımının yoğunluğu giderek artar ve güneş pilinin çıkışı da artar. İnverterin çalışması için gereken çıkış gücüne ulaşıldığında invertör otomatik olarak çalışmaya başlar. İnvertör, çalışmaya girdikten sonra güneş pili modüllerinin çıkışını her zaman izleyecektir. Güneş pili modüllerinin çıkış gücü, invertör görevi için gereken çıkış gücünden büyük olduğu sürece invertör çalışmaya devam edecektir; İnverter yağmurlu günlerde de çalışabilse bile gün batımına kadar duracaktır. Solar modül çıkışı küçüldüğünde ve invertör çıkışı 0'a yaklaştığında invertör bekleme durumuna girer.

Maksimum güç izleme kontrol fonksiyonu: Güneş pili modülünün çıkışı, güneş ışınımının yoğunluğuna ve güneş pili modülünün sıcaklığına (yonga sıcaklığı) göre değişir. Ayrıca güneş pili modülleri akım arttıkça voltajın düşmesi özelliğine sahip olduğundan maksimum güç elde edebilecek bir optimal çalışma noktası bulunmaktadır. Güneş ışınımının yoğunluğu değişiyor ve elbette en uygun çalışma noktası da değişiyor. Bu değişikliklere bağlı olarak güneş pili modülünün çalışma noktası daima maksimum güç noktasında tutulur ve sistem her zaman güneş pili modülünden maksimum güç çıkışını alır. Bu tür bir kontrol maksimum güç izleme kontrolüdür. Güneş enerjisi üretim sistemlerinde kullanılan invertörlerin en büyük özelliği maksimum güç noktası izleme (MPPT) fonksiyonunu içermesidir.

tip

Uygulama kapsamı sınıflandırması

(1) Sıradan invertör

DC 12V veya 24V giriş, AC 220V, 50Hz çıkış, 75W'tan 5000W'a kadar güç, bazı modellerde AC ve DC dönüşümü, yani UPS işlevi bulunur.

(2) İnvertör/şarj cihazı hepsi bir arada makine

Bu tip invertörde kullanıcılar, AC yüklerine güç sağlamak için çeşitli güç biçimlerini kullanabilirler: AC gücü olduğunda, AC gücü, invertör aracılığıyla yüke güç sağlamak veya pili şarj etmek için kullanılır; AC gücü olmadığında, pil AC yüküne güç sağlamak için kullanılır. . Çeşitli güç kaynaklarıyla birlikte kullanılabilir: piller, jeneratörler, güneş panelleri ve rüzgar türbinleri.

(3) Posta ve telekomünikasyon için özel invertör

Posta ve telekomünikasyon hizmetleri için yüksek kaliteli 48V invertörler sağlayın. Ürünler kaliteli, yüksek güvenilirliğe sahip, modüler (modül 1KW) invertörlerdir ve N+1 yedekleme fonksiyonuna sahiptir ve genişletilebilir (güç 2KW'tan 20KW'a kadar). ).

(4) Havacılık ve askeriye için özel invertör

Bu tip invertörün 28Vdc girişi vardır ve aşağıdaki AC çıkışlarını sağlayabilir: 26Vac, 115Vac, 230Vac. Çıkış frekansı 50Hz, 60Hz ve 400Hz olabilir ve çıkış gücü 30VA ile 3500VA arasında değişir. Ayrıca havacılığa özel DC-DC dönüştürücüler ve frekans dönüştürücüler de bulunmaktadır.

Çıkış dalga biçimi sınıflandırması

(1) Kare dalga invertörü

Kare dalga invertörün AC voltaj dalga biçimi çıkışı bir kare dalgadır. Bu tip invertörlerin kullandığı invertör devreleri birebir aynı değildir ancak ortak özelliği devrenin nispeten basit olması ve kullanılan güç anahtarı tüplerinin sayısının az olmasıdır. Tasarım gücü genellikle yüz watt ile bir kilowatt arasındadır. Kare dalga invertörün avantajları şunlardır: basit devre, ucuz fiyat ve kolay bakım. Dezavantajı, kare dalga voltajının çok sayıda yüksek dereceli harmonik içermesidir; bu, demir çekirdekli indüktörler veya transformatörler içeren yük cihazlarında ek kayıplar üreterek radyolarda ve bazı iletişim ekipmanlarında parazite neden olur. Ayrıca bu tip invertörlerin yetersiz voltaj regülasyon aralığı, eksik koruma fonksiyonu ve nispeten yüksek gürültü gibi dezavantajları vardır.

(2) Adım dalga invertörü

Bu tip invertörün AC voltaj dalga biçimi çıkışı bir adım dalgasıdır. İnvertörün adım dalga çıkışını gerçekleştirmesi için birçok farklı hat vardır ve çıkış dalga biçimindeki adım sayısı büyük ölçüde değişir. Adım dalgalı invertörün avantajı, çıkış dalga formunun kare dalgaya göre önemli ölçüde iyileştirilmesi ve yüksek dereceli harmonik içeriğin azaltılmasıdır. Adımlar 17'den fazlaya ulaştığında, çıkış dalga biçimi yarı sinüsoidal bir dalga elde edebilir. Transformatörsüz çıkış kullanıldığında genel verim çok yüksektir. Dezavantajı, merdiven dalgası süperpozisyon devresinin çok sayıda güç anahtarı tüpü kullanması ve bazı devre formlarının birden fazla DC güç girişi seti gerektirmesidir. Bu, güneş pili dizilerinin gruplandırılmasında, kablolanmasında ve akülerin dengeli şarj edilmesinde sorun yaratır. Buna ek olarak, merdiven dalga voltajı hala radyolara ve bazı iletişim ekipmanlarına yüksek frekanslı girişimde bulunmaktadır.

Sinüs dalgası invertörü

Sinüs dalgası invertörünün AC voltaj dalga biçimi çıkışı sinüs dalgasıdır. Sinüs dalgalı invertörün avantajları, iyi çıkış dalga biçimine sahip olması, çok düşük distorsiyona sahip olması, radyolara ve ekipmanlara çok az müdahale etmesi ve düşük gürültüye sahip olmasıdır. Ayrıca tam koruma fonksiyonlarına ve yüksek genel verimliliğe sahiptir. Dezavantajları ise şunlardır: Devre nispeten karmaşıktır, yüksek bakım teknolojisi gerektirir ve pahalıdır.

Yukarıdaki üç tip invertörün sınıflandırılması, fotovoltaik sistem ve rüzgar enerjisi sistemi tasarımcıları ve kullanıcıları için invertörleri tanımlama ve seçme konusunda faydalıdır. Aslında aynı dalga biçimine sahip invertörlerin devre prensipleri, kullanılan cihazlar, kontrol yöntemleri vb. açısından hala büyük farklılıkları vardır.

Diğer sınıflandırma yöntemleri

1. Çıkış AC gücünün frekansına göre, güç frekans çevirici, orta frekans çevirici ve yüksek frekans çeviriciye ayrılabilir. Güç frekansı invertörünün frekansı 50 ila 60Hz'dir; orta frekanslı invertörün frekansı genellikle 400Hz ila on kHz'den fazladır; Yüksek frekanslı invertörün frekansı genellikle on kHz ila MHz'den fazladır.

2. İnverterin çıkardığı faz sayısına göre tek fazlı invertör, üç fazlı invertör ve çok fazlı invertör olarak ayrılabilir.

3. İnverterin çıkış gücünün hedefine göre aktif invertör ve pasif invertöre ayrılabilir. İnvertörün elektrik enerjisi çıkışını endüstriyel güç şebekesine ileten herhangi bir invertöre aktif invertör adı verilir; Evirici tarafından çıkan elektrik enerjisini bir miktar elektrik yüküne ileten herhangi bir eviriciye pasif evirici denir. cihaz.

4. İnvertör ana devresinin şekline göre, tek uçlu invertör, itme-çekme invertör, yarım köprü invertör ve tam köprü invertöre ayrılabilir.

5. İnverterin ana anahtarlama cihazının tipine göre tristörlü invertör, transistörlü invertör, alan etkili invertör ve yalıtımlı geçit bipolar transistör (IGBT) invertöre ayrılabilir. İki kategoriye ayrılabilir: "yarı kontrollü" invertör ve "tam kontrollü" invertör. Birincisinin kendi kendine kapanma özelliği yoktur ve bileşen açıldıktan sonra kontrol işlevini kaybeder, bu nedenle buna "yarı kontrollü" denir ve sıradan tristörler bu kategoriye girer; ikincisi kendi kendine kapanma özelliğine sahiptir, yani cihaz yoktur. Açma ve kapama kontrol elektrodu tarafından kontrol edilebilir, dolayısıyla buna "tam kontrollü tip" denir. Güç alanı etkili transistörler ve yalıtımlı kapı çift güç transistörlerinin (IGBT) tümü bu kategoriye aittir.

6. DC güç kaynağına göre gerilim kaynaklı invertör (VSI) ve akım kaynaklı invertör (CSI) olarak ikiye ayrılabilir. İlkinde, DC voltajı neredeyse sabittir ve çıkış voltajı alternatif bir kare dalgadır; ikincisinde, DC akımı neredeyse sabittir ve çıkış akımı alternatif bir kare dalgadır.

7. İnverter kontrol yöntemine göre, frekans modülasyonlu (PFM) invertör ve darbe genişlik modülasyonlu (PWM) invertöre ayrılabilir.

8. İnverter anahtarlama devresinin çalışma moduna göre rezonans invertör, sabit frekanslı sert anahtarlama invertörü ve sabit frekanslı yumuşak anahtarlama invertörü olarak ayrılabilir.

9. İnverterin komütasyon yöntemine göre, yük-komütasyonlu invertör ve kendi kendini değiştiren invertör olarak ikiye ayrılabilir.

Performans parametreleri:

Bir invertörün performansını tanımlayan birçok parametre ve teknik koşul vardır. Burada sadece invertörleri değerlendirirken yaygın olarak kullanılan teknik parametrelerin kısa bir açıklamasını veriyoruz.

1. İnvertörün kullanımına ilişkin çevresel koşullar. İnverterin normal kullanım koşulları: rakım 1000 m'yi aşmaz ve hava sıcaklığı 0~+40°C'dir.

2. DC giriş güç kaynağı koşulları, giriş DC voltaj dalgalanma aralığı: Pil takımının nominal voltaj değerinin ±%15'i.

3. Nominal çıkış voltajı, giriş DC voltajının belirtilen izin verilen dalgalanma aralığı dahilinde olup, invertörün çıkış vermesi gereken nominal voltaj değerini temsil eder. Çıkış anma gerilimi değerinin kararlı doğruluğu genel olarak aşağıdaki hükümlere sahiptir:

(1) Kararlı durum çalışması sırasında voltaj dalgalanma aralığı sınırlandırılmalıdır; örneğin sapması, nominal değerin ±%3'ünü veya ±%5'ini aşmamalıdır.

(2) Yükün aniden değiştiği veya diğer girişim faktörlerinden etkilendiği dinamik durumlarda, çıkış voltajı sapması nominal değerin ±%8'ini veya ±%10'unu aşmamalıdır.

4. Nominal çıkış frekansı, invertör çıkış AC voltajının frekansı, genellikle 50Hz güç frekansı olan nispeten kararlı bir değer olmalıdır. Normal çalışma koşullarında sapmanın ±%1 aralığında olması gerekir.

5. Nominal çıkış akımı (veya nominal çıkış kapasitesi), belirtilen yük güç faktörü aralığı dahilinde sürücünün nominal çıkış akımını gösterir. Bazı invertör ürünleri, VA veya kVA olarak ifade edilen nominal çıkış kapasitesini verir. İnverterin nominal kapasitesi, çıkış güç faktörü 1 olduğunda (yani tamamen dirençli yük), nominal çıkış gerilimi, nominal çıkış akımının çarpımıdır.

6. Nominal çıktı verimliliği. İnverterin verimliliği, % olarak ifade edilen, belirtilen çalışma koşulları altında çıkış gücünün giriş gücüne oranıdır. İnverterin nominal çıkış kapasitesindeki verimliliği tam yük verimliliğidir ve nominal çıkış kapasitesinin %10'undaki verimliliği düşük yük verimliliğidir.

7. İnverterin maksimum harmonik içeriği. Dirençli yük altında sinüs dalgalı bir invertör için çıkış voltajının maksimum harmonik içeriği ≤%10 olmalıdır.

8. İnverterin aşırı yük kapasitesi, invertörün belirtilen koşullar altında kısa bir süre içinde nominal akım değerinden daha fazla çıkış yapabilme yeteneğini ifade eder. İnverterin aşırı yük kapasitesi, belirtilen yük güç faktörü altında belirli gereksinimleri karşılamalıdır.

9. İnverterin verimliliği, nominal çıkış voltajı, çıkış akımı ve belirtilen yük güç faktörü altında, invertörün çıkış aktif gücünün giriş aktif gücüne (veya DC gücüne) oranıdır.

10. Yük güç faktörü, invertörün endüktif veya kapasitif yükleri taşıma yeteneğini temsil eder. Sinüs dalgası koşullarında yük güç faktörü 0,7~0,9 (gecikme) ve nominal değer 0,9'dur.

11. Asimetriyi yükleyin. %10 asimetrik yük altında, sabit frekanslı üç fazlı bir invertörün çıkış voltajının asimetrisi ≤%10 olmalıdır.

12. Çıkış voltajı dengesizliği. Normal çalışma koşulları altında, invertörün çıkışındaki üç fazlı voltaj dengesizliği (ters sıralı bileşenin pozitif sıralı bileşene oranı), %5 veya %8 gibi genellikle % olarak ifade edilen belirli bir değeri aşmamalıdır.

13. Başlatma özellikleri: Normal çalışma koşulları altında, invertör tam yükte ve yüksüz çalışma koşullarında art arda 5 kez normal şekilde başlatılabilmelidir.

14. Koruma fonksiyonları, invertör kurulmalıdır: kısa devre koruması, aşırı akım koruması, aşırı sıcaklık koruması, aşırı gerilim koruması, düşük gerilim koruması ve faz kaybı koruması. Bunların arasında aşırı gerilim koruması, gerilim stabilizasyon önlemleri olmayan invertörler için, negatif terminali çıkış aşırı gerilimi nedeniyle hasardan korumak için çıkış aşırı gerilim koruma tedbirlerinin olması gerektiği anlamına gelir. Aşırı akım koruması, yük kısa devre olduğunda veya akım izin verilen değeri aştığında, onu aşırı akımdan kaynaklanan hasarlardan korumak için zamanında harekete geçebilmesi gereken invertörün aşırı akım korumasını ifade eder.

15. Parazit ve anti-parazit, invertör, belirtilen normal çalışma koşulları altında genel ortamda elektromanyetik parazite dayanabilmelidir. İnverterin parazit önleme performansı ve elektromanyetik uyumluluğu ilgili standartlara uygun olmalıdır.

16. Sık çalıştırılmayan, izlenmeyen ve bakımı yapılmayan invertörler ≤95db olmalıdır; Sık çalıştırılan, izlenen ve bakımı yapılan invertörler ≤80db olmalıdır.

17. Ekran, invertör, AC çıkış voltajı, çıkış akımı ve çıkış frekansı gibi parametrelerin veri gösterimi ve giriş canlı, enerjili ve arıza durumunun sinyal gösterimi ile donatılmalıdır.

18. İletişim fonksiyonu. Uzaktan iletişim işlevi, kullanıcıların makinenin çalışma durumunu ve depolanan verileri sahaya gitmeden kontrol etmelerine olanak tanır.

19. Çıkış voltajının dalga biçimi bozulması. İnvertör çıkış voltajı sinüzoidal olduğunda, izin verilen maksimum dalga biçimi bozulması (veya harmonik içerik) belirtilmelidir. Genellikle çıkış voltajının toplam dalga biçimi bozulması olarak ifade edilir, değeri %5'i geçmemelidir (tek fazlı çıkış için %10'a izin verilir).

20. İnverterin yük ile başlama yeteneğini ve dinamik çalışma sırasındaki performansını karakterize eden başlatma özellikleri. İnverter, nominal yük altında güvenilir başlatma sağlamalıdır.

21. Gürültü. Güç elektroniği ekipmanındaki transformatörler, filtre indüktörleri, elektromanyetik anahtarlar, fanlar ve diğer bileşenlerin tümü gürültü üretir. İnvertör normal çalışırken gürültüsü 80dB'yi geçmemeli ve küçük bir invertörün gürültüsü 65dB'yi geçmemelidir.

Pil özellikleri:

PV pil

Bir güneş enerjisi invertör sistemi geliştirmek için öncelikle güneş pillerinin (PV hücreleri) farklı özelliklerini anlamak önemlidir. Rp ve Rs ideal koşullar altında sırasıyla sonsuz ve sıfır olan parazitik dirençlerdir.

Işık yoğunluğu ve sıcaklık, PV hücrelerinin çalışma özelliklerini önemli ölçüde etkileyebilir. Akım, ışık yoğunluğuyla orantılıdır ancak ışıktaki değişikliklerin çalışma voltajı üzerinde çok az etkisi vardır. Ancak çalışma voltajı sıcaklıktan etkilenir. Akü sıcaklığındaki bir artış çalışma voltajını azaltır ancak üretilen akım üzerinde çok az etkisi vardır. Aşağıdaki şekil sıcaklık ve ışığın PV modülleri üzerindeki etkilerini göstermektedir.

Işık yoğunluğundaki değişiklikler, pil çıkış gücü üzerinde sıcaklıktaki değişikliklerden daha büyük etkiye sahiptir. Bu, yaygın olarak kullanılan tüm PV malzemeleri için geçerlidir. Bu iki etkinin birleşiminin önemli bir sonucu, bir PV hücresinin gücünün, ışık yoğunluğunun azalması ve/veya sıcaklığın artmasıyla azalmasıdır.

Maksimum güç noktası (MPP)

Güneş pilleri geniş bir voltaj ve akım aralığında çalışabilir. MPP, aydınlatılan hücre üzerindeki direnç yükünün sıfırdan (kısa devre olayı) çok yüksek bir değere (açık devre olayı) kadar sürekli olarak arttırılmasıyla belirlenir. MPP, V x I'in maksimum değerine ulaştığı ve bu aydınlatma şiddetinde Maksimum güce ulaşılabilen çalışma noktasıdır. Kısa devre (PV voltajı sıfıra eşittir) veya açık devre (PV akımı sıfıra eşittir) olayı meydana geldiğinde çıkış gücü sıfırdır.

Yüksek kaliteli monokristalin silikon güneş pilleri, 25°C sıcaklıkta 0,60 voltluk açık devre voltajı üretir. Tam güneş ışığı ve 25°C hava sıcaklığı ile belirli bir hücrenin sıcaklığı 45°C'ye yakın olabilir, bu da açık devre voltajını yaklaşık 0,55V'a düşürecektir. Sıcaklık arttıkça açık devre voltajı PV Modül kısa devresine kadar düşmeye devam eder.

45°C pil sıcaklığındaki maksimum güç, tipik olarak %80 açık devre voltajında ​​ve %90 kısa devre akımında üretilir. Pilin kısa devre akımı aydınlatma ile hemen hemen orantılıdır ve aydınlatmanın %80 oranında azaltılması durumunda açık devre voltajı ancak %10 oranında azalabilmektedir. Düşük kaliteli piller, akım arttığında voltajı daha hızlı düşürecek ve böylece mevcut güç azalacaktır. Çıktı %70'ten %50'ye, hatta yalnızca %25'e düştü.

Solar mikro invertör, PV modüllerinden maksimum enerji elde edilebilmesi için PV modüllerinin herhangi bir zamanda MPP'de çalışmasını sağlamalıdır. Bu, Maksimum Güç Noktası İzleyici (MPPT) olarak da bilinen maksimum güç noktası kontrol döngüsü kullanılarak gerçekleştirilebilir. Yüksek bir MPP izleme oranına ulaşmak aynı zamanda PV çıkış voltajı dalgalanmasının, maksimum güç noktasına yakın çalışırken PV akımının çok fazla değişmemesini sağlayacak kadar küçük olmasını gerektirir.

PV modüllerinin MPP voltaj aralığı genellikle 25V ila 45V aralığında tanımlanabilir, güç üretimi yaklaşık 250W ve açık devre voltajı 50V'un altındadır.

Kullanım ve bakım:

kullanmak

1. Ekipmanı, invertör çalıştırma ve bakım talimatlarının gerekliliklerine uygun şekilde bağlayın ve kurun. Kurulum sırasında şunları dikkatlice kontrol etmelisiniz: tel çapının gereksinimleri karşılayıp karşılamadığı; taşıma sırasında bileşenlerin ve terminallerin gevşek olup olmadığı; yalıtımlı parçaların iyi yalıtılmış olup olmadığı; sistemin topraklamasının yönetmeliklere uygun olup olmadığı.

2. İnvertör kesinlikle kullanım ve bakım talimatlarına uygun olarak çalıştırılmalı ve kullanılmalıdır. Özellikle: makineyi açmadan önce giriş voltajının normal olup olmadığına dikkat edin; Çalışma sırasında makineyi açma ve kapatma sırasının doğru olup olmadığına ve her sayaç ve gösterge ışığının göstergelerinin normal olup olmadığına dikkat edin.

3. İnvertörler genellikle devre kesintisi, aşırı akım, aşırı gerilim, aşırı ısınma ve diğer öğelere karşı otomatik korumaya sahiptir; dolayısıyla bu olaylar meydana geldiğinde, manuel olarak kapatmaya gerek yoktur; Otomatik korumanın koruma noktaları genellikle fabrikada ayarlanır ve tekrar Ayarlamaya gerek yoktur.

4. İnverter kabininde yüksek voltaj var. Operatörlerin genellikle kabin kapısını açmasına izin verilmez ve kabin kapısı normal zamanlarda kilitlenmelidir.

5. Oda sıcaklığı 30°C'yi aştığında, ekipmanın arızalanmasını önlemek ve ekipmanın servis ömrünü uzatmak için ısı dağıtımı ve soğutma önlemleri alınmalıdır.

Bakım ve muayene

1. İnverterin her bir parçasının kablolarının sağlam olup olmadığını ve herhangi bir gevşeklik olup olmadığını düzenli olarak kontrol edin. Özellikle fan, güç modülü, giriş terminali, çıkış terminali ve topraklama dikkatlice kontrol edilmelidir.

2. Alarm kapandıktan sonra hemen başlatılmasına izin verilmez. Çalıştırmadan önce nedeni bulunmalı ve onarılmalıdır. Muayene kesinlikle invertör bakım kılavuzunda belirtilen adımlara uygun olarak yapılmalıdır.

3. Operatörler özel eğitim almalı ve genel arızaların nedenlerini tespit edebilmeli ve sigortaları, bileşenleri ve hasarlı devre kartlarını ustalıkla değiştirmek gibi bunları ortadan kaldırabilmelidir. Eğitimsiz personelin ekipmanı çalıştırmasına izin verilmez.

4. Ortadan kaldırılması zor bir kaza meydana gelirse veya kazanın nedeni belli değilse, kazanın ayrıntılı kayıtları tutulmalı ve çözüm için invertör üreticisine zamanında bilgi verilmelidir.