Какво е соларен инвертор?

С напредването на света в търсенето на устойчиви и чисти енергийни решения, слънчевата енергия се очертава като лидер в надпреварата към по-зелено бъдеще. Използвайки изобилната и възобновяема енергия на слънцето, слънчевите фотоволтаични (PV) системи придобиват широка популярност, проправяйки пътя за забележителна трансформация в начина, по който генерираме електроенергия. В основата на всяка слънчева фотоволтаична система се намира ключов компонент, който позволява преобразуването на слънчевата светлина в използваема енергия:соларен инверторДействайки като мост между слънчевите панели и електрическата мрежа, слънчевите инвертори играят жизненоважна роля за ефективното използване на слънчевата енергия. Разбирането на техния принцип на работа и изследването на различните им видове е ключово за разбирането на завладяващата механика зад преобразуването на слънчевата енергия. HКак ли АSоларIинверторWорк? Слънчевият инвертор е електронно устройство, което преобразува постоянния ток (DC), произведен от слънчеви панели, в променлив ток (AC), който може да се използва за захранване на домакински уреди и да се подава към електрическата мрежа. Принципът на работа на слънчевия инвертор може да бъде разделен на три основни етапа: преобразуване, управление и изход. Преобразуване: Соларният инвертор първо получава генерираното от слънчевите панели постоянно напрежение. Това постоянно напрежение обикновено е под формата на променливо напрежение, което се променя в зависимост от интензитета на слънчевата светлина. Основната задача на инвертора е да преобразува това променливо постоянно напрежение в стабилно променливо напрежение, подходящо за консумация. Процесът на преобразуване включва два ключови компонента: набор от силови електронни ключове (обикновено биполярни транзистори с изолирана врата или IGBT) и високочестотен трансформатор. Ключовете са отговорни за бързото включване и изключване на постояннотоковото напрежение, създавайки високочестотен импулсен сигнал. След това трансформаторът повишава напрежението до желаното ниво на променливотоковото напрежение. Контрол: Етапът на управление на соларния инвертор гарантира, че процесът на преобразуване протича ефективно и безопасно. Той включва използването на сложни алгоритми за управление и сензори за наблюдение и регулиране на различни параметри. Някои важни функции за управление включват: а. Проследяване на точката на максимална мощност (MPPT): Слънчевите панели имат оптимална работна точка, наречена точка на максимална мощност (MPP), където те произвеждат максимална мощност за даден интензитет на слънчевата светлина. Алгоритъмът MPPT непрекъснато настройва работната точка на слънчевите панели, за да увеличи максимално изходната мощност чрез проследяване на MPP. б. Регулиране на напрежението и честотата: Системата за управление на инвертора поддържа стабилно променливотоково изходно напрежение и честота, обикновено следвайки стандартите на електропреносната мрежа. Това осигурява съвместимост с други електрически устройства и позволява безпроблемна интеграция с мрежата. в. Синхронизация с мрежата: Свързаните към мрежата слънчеви инвертори синхронизират фазата и честотата на променливотоковия изход с електрическата мрежа. Тази синхронизация позволява на инвертора да подава излишната енергия обратно в мрежата или да черпи енергия от мрежата, когато производството на слънчева енергия е недостатъчно. Изход: В последния етап, соларният инвертор доставя преобразуваното променливо електричество към електрическите товари или към мрежата. Изходът може да се използва по два начина: a. Системи, свързани към мрежата или свързани към мрежата: В системите, свързани към мрежата, слънчевият инвертор подава променливотоково електричество директно към електропреносната мрежа. Това намалява зависимостта от електроцентрали, работещи с изкопаеми горива, и позволява нетно измерване, при което излишната електроенергия, генерирана през деня, може да бъде кредитирана и използвана по време на периоди с ниско производство на слънчева енергия. б. Системи извън мрежата: В системите извън мрежата, слънчевият инвертор зарежда батериен блок, освен че захранва електрическите товари. Батериите съхраняват излишната слънчева енергия, която може да се използва по време на ниско производство на слънчева енергия или през нощта, когато слънчевите панели не генерират електричество. Характеристики на слънчевите инвертори: Ефективност: Слънчевите инвертори са проектирани да работят с висока ефективност, за да увеличат максимално енергийния добив на слънчевата фотоволтаична система. По-високата ефективност води до по-малки загуби на енергия по време на процеса на преобразуване, което гарантира, че по-голяма част от слънчевата енергия се използва ефективно. Изходна мощност: Слънчевите инвертори се предлагат с различна мощност, варираща от малки жилищни системи до големи търговски инсталации. Изходната мощност на инвертора трябва да бъде подходящо съобразена с капацитета на слънчевите панели, за да се постигне оптимална производителност. Издръжливост и надеждност: Слънчевите инвертори са изложени на различни условия на околната среда, включително температурни колебания, влажност и потенциални електрически пренапрежения. Следователно, инверторите трябва да бъдат изработени от здрави материали и проектирани да издържат на тези условия, осигурявайки дългосрочна надеждност. Мониторинг и комуникация: Много съвременни соларни инвертори са оборудвани със системи за мониторинг, които позволяват на потребителите да проследяват производителността на своята слънчева фотоволтаична система. Някои инвертори могат също да комуникират с външни устройства и софтуерни платформи, предоставяйки данни в реално време и позволявайки дистанционно наблюдение и управление. Функции за безопасност: Слънчевите инвертори включват различни функции за безопасност, за да защитят както системата, така и хората, работещи с нея. Тези функции включват защита от пренапрежение, защита от свръхток, откриване на заземяване и защита срещу островно захранване, която предотвратява подаването на енергия към мрежата от инвертора по време на прекъсвания на електрозахранването. Класификация на слънчевите инвертори по мощност Фотоволтаичните инвертори, известни още като слънчеви инвертори, могат да бъдат класифицирани в различни видове въз основа на техния дизайн, функционалност и приложение. Разбирането на тези класификации може да помогне при избора на най-подходящия инвертор за конкретна слънчева фотоволтаична система. По-долу са изброени основните видове фотоволтаични инвертори, класифицирани по ниво на мощност: Инверторите според нивото на мощност: основно се разделят на разпределени инвертори (стринг инвертор и микро инвертор), централизирани инвертори Инвертиране на низовеърс: Стринг инверторите са най-често използваният тип фотоволтаични инвертори в жилищни и търговски соларни инсталации. Те са проектирани да работят с множество слънчеви панели, свързани последователно, образувайки „стринг“. Фотоволтаичният стринг (1-5kw) се е превърнал в най-популярния инвертор на международния пазар в днешно време, благодарение на инвертор с максимално проследяване на пиковата мощност от страната на постоянен ток и паралелно свързване към мрежата от страната на променлив ток. Постоянният ток, генериран от слънчевите панели, се подава към стринг инвертора, който го преобразува в променлив ток за незабавна употреба или за експорт към мрежата. Стринг инверторите са известни със своята простота, икономическа ефективност и лесен монтаж. Производителността на целия стринг обаче зависи от най-слабо производителния панел, което може да повлияе на цялостната ефективност на системата. Микро инвертори: Микроинверторите са малки инвертори, които се инсталират на всеки отделен слънчев панел във фотоволтаична система. За разлика от стринг инверторите, микроинверторите преобразуват постоянния ток в променлив ток директно на ниво панел. Този дизайн позволява на всеки панел да работи независимо, оптимизирайки общата енергийна мощност на системата. Микроинверторите предлагат няколко предимства, включително проследяване на точката на максимална мощност (MPPT) на ниво панел, подобрена производителност на системата в засенчени или несъответстващи панели, повишена безопасност поради по-ниски DC напрежения и детайлно наблюдение на производителността на отделните панели. Въпреки това, по-високите първоначални разходи и потенциалната сложност на инсталацията са фактори, които трябва да се вземат предвид. Централизирани инвертори: Централизираните инвертори, известни още като големи или комунални (>10kW) инвертори, обикновено се използват в мащабни слънчеви фотоволтаични инсталации, като например слънчеви паркове или търговски слънчеви проекти. Тези инвертори са проектирани да обработват висок постоянен ток от множество струни или масиви от слънчеви панели и да ги преобразуват в променлив ток за свързване към мрежата. Най-голямата характеристика е високата мощност и ниската цена на системата, но тъй като изходното напрежение и ток на различните фотоволтаични низове често не са точно съвпадащи (особено когато фотоволтаичните низове са частично засенчени поради облачност, сянка, петна и др.), използването на централизиран инвертор ще доведе до по-ниска ефективност на процеса на инвертиране и по-ниска консумация на електроенергия в домакинството. Централизираните инвертори обикновено имат по-висок капацитет на мощност в сравнение с други видове, вариращ от няколко киловата до няколко мегавата. Те се инсталират на централно място или в инверторна станция и към тях се свързват паралелно множество струни или масиви от слънчеви панели. Какво прави един слънчев инвертор? Фотоволтаичните инвертори изпълняват множество функции, включително преобразуване на променлив ток, оптимизиране на производителността на слънчевите клетки и защита на системата. Тези функции обхващат автоматична работа и изключване, контрол на проследяването на максималната мощност, анти-островяване (за мрежово свързани системи), автоматично регулиране на напрежението (за мрежово свързани системи), откриване на постоянен ток (за мрежово свързани системи) и откриване на постоянен ток на земя (за мрежово свързани системи). Нека накратко разгледаме функцията за автоматична работа и изключване и функцията за контрол на проследяването на максималната мощност. 1) Функция за автоматична работа и изключване След изгрев слънце сутринта, интензитетът на слънчевата радиация се увеличава постепенно и съответно се увеличава и мощността на слънчевите клетки. Когато се достигне необходимата изходна мощност на инвертора, той започва да работи автоматично. След влизане в режим на работа, инверторът ще следи мощността на компонентите на слънчевите клетки през цялото време и докато изходната мощност на компонентите на слънчевите клетки е по-голяма от необходимата му мощност, инверторът ще продължи да работи; дори и да вали, инверторът ще работи и до залез слънце. Когато мощността на модула на слънчевите клетки намалее и мощността на инвертора е близо до 0, той ще влезе в режим на готовност. 2) Функция за контрол на максималната мощност Изходната мощност на слънчевия модул варира в зависимост от интензитета на слънчевата радиация и температурата на самия слънчев модул (температура на чипа). Освен това, тъй като слънчевият модул има характеристиката, че напрежението намалява с увеличаване на тока, съществува оптимална работна точка, при която може да се получи максимална мощност. Интензитетът на слънчевата радиация се променя, следователно се променя и най-добрата работна точка. В зависимост от тези промени, работната точка на слънчевия модул винаги е в точката на максимална мощност и системата винаги получава максималната изходна мощност от слънчевия модул. Този вид управление е управление с проследяване на максималната мощност. Най-голямата характеристика на инвертора, използван в системата за генериране на слънчева енергия, е функцията за проследяване на точката на максимална мощност (MPPT). Основните технически показатели на фотоволтаичния инвертор 1. Стабилност на изходното напрежение Във фотоволтаичната система, електрическата енергия, генерирана от слънчевата клетка, първо се съхранява от батерията и след това се преобразува в променлив ток 220V или 380V чрез инвертора. Батерията обаче се влияе от собственото си зареждане и разреждане, а изходното ѝ напрежение варира в широк диапазон. Например, номиналното напрежение на батерията от 12V може да варира между 10,8 и 14,4V (извън този диапазон може да причини повреда на батерията). За квалифициран инвертор, когато входното напрежение на клемите се промени в този диапазон, изменението на стационарното изходно напрежение не трябва да надвишава ±5% от номиналната стойност. В същото време, когато натоварването се промени внезапно, отклонението на изходното напрежение не трябва да надвишава ±10% над номиналната стойност. 2. Изкривяване на формата на вълната на изходното напрежение За синусоидални инвертори трябва да се посочи максимално допустимото изкривяване на формата на вълната (или хармонично съдържание). Обикновено то се изразява чрез общото изкривяване на формата на вълната на изходното напрежение и стойността му не трябва да надвишава 5% (10% е разрешено за еднофазен изход). Тъй като токът с висок порядък на хармоници, извеждан от инвертора, ще генерира допълнителни загуби, като например вихрови токове върху индуктивния товар, ако изкривяването на формата на вълната на инвертора е твърде голямо, това ще причини сериозно нагряване на компонентите на товара, което не е благоприятно за безопасността на електрическото оборудване и сериозно влияе върху работната ефективност на системата. 3. Номинална изходна честота За товари, включително двигатели, като перални машини, хладилници и др., тъй като оптималната работна честота на двигателите е 50Hz, твърде високите или твърде ниските честоти ще доведат до прегряване на оборудването, намалявайки работната ефективност и експлоатационния живот на системата. Затова изходната честота на инвертора трябва да бъде относително стабилна стойност, обикновено честота на захранването 50Hz, а отклонението ѝ трябва да бъде в рамките на ±1% при нормални работни условия. 4. Коефициент на мощност на натоварване Характеризирайте способността на инвертора да работи с индуктивен или капацитивен товар. Коефициентът на мощност на синусоидалния инвертор е 0,7~0,9, а номиналната стойност е 0,9. При определена мощност на товара, ако коефициентът на мощност на инвертора е нисък, капацитетът на необходимия инвертор ще се увеличи. От една страна, цената ще се увеличи, а в същото време и видимата мощност на променливотоковата верига на фотоволтаичната система ще се увеличи. С увеличаването на тока загубите неизбежно ще се увеличат, а ефективността на системата също ще намалее. 5. Ефективност на инвертора Ефективността на инвертора се отнася до съотношението на изходната му мощност към входната мощност при определени работни условия, изразено в проценти. Като цяло, номиналната ефективност на фотоволтаичен инвертор се отнася до чисто съпротивително натоварване. При условие на 80% ефективност на натоварването, тя е висока. Тъй като общата цена на фотоволтаичната система е висока, ефективността на фотоволтаичния инвертор трябва да бъде максимална, за да се намалят разходите на системата и да се подобрят нейните разходи. Понастоящем номиналната ефективност на масовите инвертори е между 80% и 95%, а ефективността на инверторите с ниска мощност трябва да бъде не по-малка от 85%. В процеса на проектиране на фотоволтаична система не само трябва да се избере високоефективен инвертор, но и да се използва разумна конфигурация на системата, за да се постигне максимално ефективно натоварване на фотоволтаичната система. 6. Номинален изходен ток (или номинален изходен капацитет) Показва номиналния изходен ток на инвертора в рамките на зададения диапазон на фактора на мощността на товара. Някои инверторни продукти посочват номиналния изходен капацитет, а мерната единица е изразена във VA или kVA. Номиналният капацитет на инвертора е произведението от номиналното изходно напрежение и номиналния изходен ток, когато факторът на мощността на изхода е 1 (т.е. чисто резистивен товар). 7. Мерки за защита Инвертор с отлична производителност трябва да има и пълни защитни функции или мерки за справяне с различни необичайни ситуации, които възникват по време на реална употреба, така че да предпази самия инвертор и други компоненти на системата от повреди. 1) Въведете сметката за осигуряване срещу ниско напрежение: Когато входното напрежение на клемите е по-ниско от 85% от номиналното напрежение, инверторът трябва да има защита и дисплей. 2) Защита от пренапрежение на входа: Когато входното напрежение на клемите е по-високо от 130% от номиналното напрежение, инверторът трябва да има защита и дисплей. 3) Защита от свръхток: Защитата от свръхток на инвертора трябва да може да осигури своевременно действие, когато товарът е късо съединение или токът надвиши допустимата стойност, за да се предотврати повреда от пренапрежение. Когато работният ток надвиши 150% от номиналната стойност, инверторът трябва да може да се защити автоматично. 4) защита от късо съединение на изхода Времето за действие на защитата от късо съединение на инвертора не трябва да надвишава 0,5 s. 5) Защита от обратна полярност на входа: Когато положителният и отрицателният полюс на входния терминал са обърнати, инверторът трябва да има защитна функция и да показва състоянието на индикацията. 6) Защита от мълнии: Инверторът трябва да има мълниезащита. 7) Защита от прегряване и др. Освен това, за инвертори без мерки за стабилизиране на напрежението, инверторът трябва да има и мерки за защита от пренапрежение на изхода, за да предпази товара от повреди от пренапрежение. 8. Стартови характеристики Да се ​​характеризира способността на инвертора да стартира с товар и производителността по време на динамична работа. Инверторът трябва да осигурява надеждно стартиране при номинално натоварване. 9. Шум Компоненти като трансформатори, филтриращи индуктори, електромагнитни превключватели и вентилатори в силовото електронно оборудване генерират шум. Когато инверторът работи нормално, шумът му не трябва да надвишава 80dB, а шумът на малък инвертор не трябва да надвишава 65dB. Умения за избор на слънчеви инвертори