Šta je solarni inverter?

Kako svijet napreduje u potrazi za održivim i čistim energetskim rješenjima, solarna energija se pojavila kao predvodnik u utrci ka zelenijoj budućnosti. Iskorištavajući obilnu i obnovljivu energiju sunca, solarni fotonaponski (PV) sistemi stekli su široku popularnost, otvarajući put izuzetnoj transformaciji u načinu na koji proizvodimo električnu energiju. U srcu svakog solarnog PV sistema leži ključna komponenta koja omogućava pretvaranje sunčeve svjetlosti u upotrebljivu energiju:solarni inverterDjelujući kao most između solarnih panela i električne mreže, solarni inverteri igraju vitalnu ulogu u efikasnom korištenju solarne energije. Razumijevanje njihovog principa rada i istraživanje njihovih različitih tipova ključno je za razumijevanje fascinantne mehanike koja stoji iza konverzije solarne energije. HKako ASolarIinverterWork? Solarni inverter je elektronski uređaj koji pretvara jednosmjernu struju (DC) proizvedenu od strane solarnih panela u naizmjeničnu struju (AC) koja se može koristiti za napajanje kućanskih aparata i dovoditi u električnu mrežu. Princip rada solarnog invertera može se podijeliti u tri glavne faze: konverzija, upravljanje i izlaz. Konverzija: Solarni inverter prvo prima istosmjernu električnu energiju koju generiraju solarni paneli. Ova istosmjerna električna energija je obično u obliku promjenjivog napona koji varira s intenzitetom sunčeve svjetlosti. Primarni zadatak invertera je pretvoriti ovaj promjenjivi istosmjerni napon u stabilan izmjenični napon pogodan za potrošnju. Proces konverzije uključuje dvije ključne komponente: skup energetskih elektronskih prekidača (obično bipolarni tranzistori sa izolovanom kapijom ili IGBT) i visokofrekventni transformator. Prekidači su odgovorni za brzo uključivanje i isključivanje istosmjernog napona, stvarajući visokofrekventni impulsni signal. Transformator zatim povećava napon do željenog nivoa izmjeničnog napona. Kontrola: Faza upravljanja solarnim inverterom osigurava da proces konverzije funkcioniše efikasno i sigurno. Uključuje upotrebu sofisticiranih algoritama upravljanja i senzora za praćenje i regulaciju različitih parametara. Neke važne funkcije upravljanja uključuju: a. Praćenje tačke maksimalne snage (MPPT): Solarni paneli imaju optimalnu radnu tačku koja se naziva tačka maksimalne snage (MPP), gdje proizvode maksimalnu snagu za dati intenzitet sunčeve svjetlosti. MPPT algoritam kontinuirano podešava radnu tačku solarnih panela kako bi se maksimizirala izlazna snaga praćenjem MPP-a. b. Regulacija napona i frekvencije: Kontrolni sistem invertera održava stabilan izlazni naizmjenični napon i frekvenciju, obično u skladu sa standardima elektroenergetske mreže. Ovo osigurava kompatibilnost s drugim električnim uređajima i omogućava besprijekornu integraciju s mrežom. c. Sinhronizacija mreže: Solarni inverteri povezani na mrežu sinhronizuju fazu i frekvenciju AC izlaza sa elektroenergetskom mrežom. Ova sinhronizacija omogućava inverteru da višak energije vrati u mrežu ili da crpi energiju iz mreže kada je proizvodnja solarne energije nedovoljna. Izlaz: U završnoj fazi, solarni inverter isporučuje pretvorenu naizmjeničnu električnu energiju električnim potrošačima ili mreži. Izlaz se može koristiti na dva načina: a. Sistemi na mreži ili sistemi povezani na mrežu: U sistemima povezanim na mrežu, solarni inverter direktno dovodi naizmjeničnu električnu energiju u elektroenergetsku mrežu. Ovo smanjuje ovisnost o elektranama na fosilna goriva i omogućava neto mjerenje, gdje se višak električne energije proizvedene tokom dana može pripisati i koristiti tokom perioda niske proizvodnje solarne energije. b. Sistemi van mreže: U sistemima van mreže, solarni inverter puni baterijski sklop pored napajanja električnih opterećenja. Baterije skladište višak solarne energije, koja se može koristiti tokom perioda niske solarne proizvodnje ili noću kada solarni paneli ne proizvode električnu energiju. Karakteristike solarnih invertera: Efikasnost: Solarni inverteri su dizajnirani da rade s visokom efikasnošću kako bi maksimizirali energetski prinos solarnog PV sistema. Veća efikasnost rezultira manjim gubitkom energije tokom procesa konverzije, osiguravajući da se veći dio solarne energije efikasno iskoristi. Izlazna snaga: Solarni inverteri su dostupni u različitim snagama, od malih stambenih sistema do velikih komercijalnih instalacija. Izlazna snaga invertera treba biti odgovarajuće usklađena s kapacitetom solarnih panela kako bi se postigle optimalne performanse. Izdržljivost i pouzdanost: Solarni inverteri su izloženi različitim uslovima okoline, uključujući temperaturne fluktuacije, vlažnost i potencijalne električne prenapone. Stoga, inverteri trebaju biti izrađeni od robusnih materijala i dizajnirani da izdrže ove uslove, osiguravajući dugoročnu pouzdanost. Praćenje i komunikacija: Mnogi moderni solarni inverteri opremljeni su sistemima za praćenje koji omogućavaju korisnicima da prate performanse svog solarnog PV sistema. Neki inverteri također mogu komunicirati s vanjskim uređajima i softverskim platformama, pružajući podatke u stvarnom vremenu i omogućavajući daljinsko praćenje i upravljanje. Sigurnosne karakteristike: Solarni inverteri uključuju različite sigurnosne funkcije kako bi zaštitili i sistem i osobe koje s njim rade. Ove funkcije uključuju zaštitu od prenapona, zaštitu od prekomjerne struje, detekciju kvara uzemljenja i zaštitu od islandinga, koja sprječava da inverter napaja mrežu tokom nestanka struje. Klasifikacija solarnih invertera prema snazi PV inverteri, poznati i kao solarni inverteri, mogu se klasificirati u različite tipove na osnovu njihovog dizajna, funkcionalnosti i primjene. Razumijevanje ovih klasifikacija može pomoći u odabiru najprikladnijeg invertera za određeni solarni PV sistem. Slijede glavne vrste PV invertera klasifikovanih po nivou snage: Inverter prema nivou snage: uglavnom se dijeli na distribuirani inverter (string inverter i mikro inverter), centralizirani inverter Inverzija stringaeri: String inverteri su najčešće korištena vrsta PV invertera u stambenim i komercijalnim solarnim instalacijama, dizajnirani su za rukovanje više solarnih panela spojenih u seriju, formirajući "niz". PV niz (1-5 kW) postao je najpopularniji inverter na međunarodnom tržištu danas zahvaljujući inverteru s maksimalnim praćenjem vršne snage na DC strani i paralelnom vezom na mrežu na AC strani. Istosmjerna struja koju generiraju solarni paneli dovodi se u string inverter, koji je pretvara u naizmjeničnu struju za trenutnu upotrebu ili za izvoz u mrežu. String inverteri su poznati po svojoj jednostavnosti, isplativosti i lakoći instalacije. Međutim, performanse cijelog niza zavise od panela s najnižim performansama, što može utjecati na ukupnu efikasnost sistema. Mikro inverteri: Mikro inverteri su mali inverteri koji se instaliraju na svaki pojedinačni solarni panel u PV sistemu. Za razliku od string invertera, mikro inverteri pretvaraju istosmjernu struju u izmjeničnu struju direktno na nivou panela. Ovaj dizajn omogućava svakom panelu da radi nezavisno, optimizujući ukupni energetski izlaz sistema. Mikro inverteri nude nekoliko prednosti, uključujući praćenje tačke maksimalne snage (MPPT) na nivou panela, poboljšane performanse sistema u zasjenjenim ili neusklađenim panelima, povećanu sigurnost zbog nižih istosmjernih napona i detaljno praćenje performansi pojedinačnih panela. Međutim, veći početni troškovi i potencijalna složenost instalacije su faktori koje treba uzeti u obzir. Centralizirani inverteri: Centralizirani inverteri, poznati i kao veliki ili inverteri za komunalne potrebe (>10kW), obično se koriste u velikim solarnim fotonaponskim instalacijama, kao što su solarne farme ili komercijalni solarni projekti. Ovi inverteri su dizajnirani za rukovanje visokim istosmjernim ulazima snage iz više nizova ili nizova solarnih panela i njihovo pretvaranje u izmjeničnu struju za priključak na mrežu. Najveća karakteristika je velika snaga i niska cijena sistema, ali budući da izlazni napon i struja različitih PV nizova često nisu u potpunosti usklađeni (posebno kada su PV nizovi djelomično zasjenjeni zbog oblačnosti, sjene, mrlja itd.), upotreba centraliziranog invertera će dovesti do niže efikasnosti procesa inverzije i niže potrošnje električne energije u domaćinstvu. Centralizirani inverteri obično imaju veći kapacitet snage u usporedbi s drugim vrstama, u rasponu od nekoliko kilovata do nekoliko megavata. Instaliraju se na centralnoj lokaciji ili inverterskoj stanici, a više nizova ili nizova solarnih panela je paralelno povezano na njih. Šta radi solarni inverter? Fotonaponski inverteri imaju više funkcija, uključujući konverziju izmjenične struje, optimizaciju performansi solarnih ćelija i zaštitu sistema. Ove funkcije obuhvataju automatski rad i isključivanje, kontrolu praćenja maksimalne snage, anti-islanding (za sisteme povezane na mrežu), automatsko podešavanje napona (za sisteme povezane na mrežu), detekciju jednosmjerne struje (za sisteme povezane na mrežu) i detekciju uzemljenja jednosmjerne struje (za sisteme povezane na mrežu). Ukratko ćemo istražiti funkciju automatskog rada i isključivanja i funkciju kontrole praćenja maksimalne snage. 1) Automatski rad i funkcija isključivanja Nakon izlaska sunca ujutro, intenzitet sunčevog zračenja postepeno se povećava, a time se povećava i izlaz solarnih ćelija. Kada se dostigne izlazna snaga potrebna inverteru, inverter automatski počinje s radom. Nakon ulaska u režim rada, inverter će cijelo vrijeme pratiti izlaz komponenti solarne ćelije i, sve dok je izlazna snaga komponenti solarne ćelije veća od izlazne snage potrebne inverteru, inverter će nastaviti s radom; čak i ako pada kiša, inverter će raditi sve do zalaska sunca. Kada se izlaz modula solarne ćelije smanji i izlaz invertera približi nuli, inverter će preći u stanje pripravnosti. 2) Funkcija kontrole praćenja maksimalne snage Izlazna snaga modula solarne ćelije varira u zavisnosti od intenziteta sunčevog zračenja i temperature samog modula solarne ćelije (temperature čipa). Pored toga, budući da modul solarne ćelije ima karakteristiku da se napon smanjuje sa povećanjem struje, postoji optimalna radna tačka koja može postići maksimalnu snagu. Intenzitet sunčevog zračenja se mijenja, očigledno je da se mijenja i najbolja radna tačka. U odnosu na ove promjene, radna tačka modula solarne ćelije je uvijek u tački maksimalne snage, a sistem uvijek dobija maksimalnu izlaznu snagu iz modula solarne ćelije. Ova vrsta kontrole je kontrola praćenja maksimalne snage. Najveća karakteristika invertera koji se koristi u sistemu za proizvodnju solarne energije je funkcija praćenja tačke maksimalne snage (MPPT). Glavni tehnički pokazatelji fotonaponskog invertera 1. Stabilnost izlaznog napona U fotonaponskom sistemu, električna energija koju generiše solarna ćelija prvo se skladišti u bateriji, a zatim se putem invertera pretvara u naizmjeničnu struju od 220 V ili 380 V. Međutim, na bateriju utiču njeno punjenje i pražnjenje, a njen izlazni napon varira u velikom rasponu. Na primjer, nominalna baterija od 12 V ima vrijednost napona koja može varirati između 10,8 i 14,4 V (izvan ovog raspona može doći do oštećenja baterije). Za kvalifikovani inverter, kada se ulazni napon na terminalu promijeni unutar ovog raspona, promjena njegovog ustaljenog izlaznog napona ne bi trebala prelaziti ±5% nazivne vrijednosti. Istovremeno, kada se opterećenje naglo promijeni, odstupanje njegovog izlaznog napona ne bi trebalo prelaziti ±10% nazivne vrijednosti. 2. Izobličenje talasnog oblika izlaznog napona Za sinusoidne invertore treba odrediti maksimalno dozvoljeno izobličenje talasnog oblika (ili harmonijski sadržaj). Obično se izražava ukupnim izobličenjem talasnog oblika izlaznog napona, a njegova vrijednost ne smije prelaziti 5% (10% je dozvoljeno za jednofazni izlaz). Budući da će izlaz struje visokog reda harmonika iz invertora generirati dodatne gubitke poput vrtložnih struja na induktivnom opterećenju, ako je izobličenje talasnog oblika invertora preveliko, to će uzrokovati ozbiljno zagrijavanje komponenti opterećenja, što ne doprinosi sigurnosti električne opreme i ozbiljno utiče na efikasnost rada sistema. 3. Nazivna izlazna frekvencija Za opterećenja koja uključuju motore, kao što su mašine za pranje veša, frižideri itd., budući da je optimalna radna tačka frekvencije motora 50Hz, previsoke ili preniske frekvencije će uzrokovati zagrijavanje opreme, smanjujući radnu efikasnost i vijek trajanja sistema, tako da izlazna frekvencija invertora treba da bude relativno stabilna vrijednost, obično frekvencija napajanja 50Hz, a njeno odstupanje treba da bude unutar ±1% pod normalnim radnim uslovima. 4. Faktor snage opterećenja Karakterizirajte sposobnost invertora s induktivnim ili kapacitivnim opterećenjem. Faktor snage opterećenja sinusnog invertora je 0,7~0,9, a nazivna vrijednost je 0,9. U slučaju određene snage opterećenja, ako je faktor snage invertora nizak, kapacitet potrebnog invertora će se povećati. S jedne strane, troškovi će se povećati, a istovremeno će se povećati i prividna snaga AC kola fotonaponskog sistema. Kako se struja povećava, gubici će se neminovno povećati, a efikasnost sistema će se također smanjiti. 5. Efikasnost invertora Efikasnost invertora odnosi se na odnos njegove izlazne snage i ulazne snage pod određenim radnim uslovima, izražen u procentima. Općenito, nominalna efikasnost fotonaponskog invertora odnosi se na čisto otporno opterećenje. Pod uslovom efikasnosti opterećenja od 80% , efikasnost je viša. Budući da je ukupna cijena fotonaponskog sistema visoka, efikasnost fotonaponskog invertora treba maksimizirati kako bi se smanjili troškovi sistema i poboljšale troškove fotonaponskog sistema. Trenutno je nominalna efikasnost glavnih invertora između 80% i 95%, a efikasnost invertora male snage mora biti najmanje 85%. U stvarnom procesu projektovanja fotonaponskog sistema, ne samo da treba odabrati visokoefikasan invertor, već i koristiti razumnu konfiguraciju sistema kako bi opterećenje fotonaponskog sistema radilo što bliže tački najbolje efikasnosti. 6. Nazivna izlazna struja (ili nazivni izlazni kapacitet) Označava nazivnu izlaznu struju invertora unutar navedenog raspona faktora snage opterećenja. Neki invertorski proizvodi navode nazivni izlazni kapacitet, a jedinica je izražena u VA ili kVA. Nazivni kapacitet invertora je proizvod nazivnog izlaznog napona i nazivne izlazne struje kada je faktor izlazne snage 1 (to jest, čisto otporno opterećenje). 7. Zaštitne mjere Inverter sa odličnim performansama treba takođe da ima kompletne zaštitne funkcije ili mjere za rješavanje različitih abnormalnih situacija koje se javljaju tokom stvarne upotrebe, kako bi se zaštitio sam inverter i druge komponente sistema od oštećenja. 1) Unesite račun osiguranja od podnapona: Kada je napon na ulaznim terminalima niži od 85% nazivnog napona, inverter treba da ima zaštitu i displej. 2) Zaštita od prenapona na ulazu: Kada je napon na ulaznim terminalima veći od 130% nazivnog napona, inverter treba da ima zaštitu i displej. 3) Zaštita od prekomjerne struje: Zaštita od prekomjerne struje invertera treba da bude u stanju da osigura pravovremenu reakciju kada dođe do kratkog spoja opterećenja ili struja pređe dozvoljenu vrijednost, kako bi se spriječilo oštećenje usljed udarne struje. Kada radna struja pređe 150% nazivne vrijednosti, inverter treba da bude u stanju da se automatski zaštiti. 4) zaštita od kratkog spoja na izlazu Vrijeme djelovanja zaštite od kratkog spoja invertora ne smije biti duže od 0,5 s. 5) Zaštita od obrnutog polariteta ulaza: Kada su pozitivni i negativni polovi ulaznog terminala obrnuti, inverter bi trebao imati zaštitnu funkciju i displej. 6) Zaštita od udara groma: Inverter treba da ima zaštitu od udara groma. 7) Zaštita od pregrijavanja, itd. Osim toga, za invertere bez mjera za stabilizaciju napona, inverter bi također trebao imati mjere zaštite od prenapona na izlazu kako bi zaštitio opterećenje od oštećenja uzrokovanih prenaponom. 8. Početne karakteristike Karakterizirati sposobnost invertora da se pokrene s opterećenjem i performanse tokom dinamičkog rada. Invertor treba osigurati pouzdano pokretanje pod nazivnim opterećenjem. 9. Buka Komponente poput transformatora, induktiviteta filtera, elektromagnetnih prekidača i ventilatora u energetskoj elektronici generirat će buku. Kada inverter radi normalno, njegova buka ne bi trebala prelaziti 80dB, a buka malog invertera ne bi trebala prelaziti 65dB. Vještine odabira solarnih invertera