S tím, jak svět postupuje vpřed ve snaze o udržitelná a čistá energetická řešení, se solární energie stala průkopníkem v závodě o zelenější budoucnost. Solární fotovoltaické (FV) systémy využívají hojnou a obnovitelnou energii slunce a získaly si širokou popularitu a připravily cestu k pozoruhodné transformaci způsobu, jakým vyrábíme elektřinu. 
Srdcem každého solárního fotovoltaického systému je klíčová součást, která umožňuje přeměnu slunečního záření na využitelnou energii:solární invertorSolární invertory, které fungují jako most mezi solárními panely a elektrickou sítí, hrají zásadní roli v efektivním využití solární energie. Pochopení jejich principu fungování a prozkoumání jejich různých typů je klíčem k pochopení fascinujícího mechanismu přeměny solární energie. HJak to dělá ASolárIměničWork? Solární invertor je elektronické zařízení, které přeměňuje stejnosměrný proud (DC) vyrobený solárními panely na střídavý proud (AC), který lze použít k napájení domácích spotřebičů a dodávat do elektrické sítě. Princip fungování solárního invertoru lze rozdělit do tří hlavních fází: převod, řízení a výstup. Konverze: Solární invertor nejprve přijímá stejnosměrný proud generovaný solárními panely. Tento stejnosměrný proud má obvykle formu kolísavého napětí, které se mění s intenzitou slunečního záření. Primárním úkolem invertoru je převést toto proměnné stejnosměrné napětí na stabilní střídavé napětí vhodné ke spotřebě. Proces převodu zahrnuje dvě klíčové komponenty: sadu výkonových elektronických spínačů (obvykle bipolárních tranzistorů s izolovanou hradlou neboli IGBT) a vysokofrekvenční transformátor. Spínače jsou zodpovědné za rychlé zapínání a vypínání stejnosměrného napětí, čímž vytvářejí vysokofrekvenční pulzní signál. Transformátor poté zvyšuje napětí na požadovanou úroveň střídavého napětí. Řízení: Řídicí fáze solárního invertoru zajišťuje, že proces přeměny probíhá efektivně a bezpečně. Zahrnuje použití sofistikovaných řídicích algoritmů a senzorů pro monitorování a regulaci různých parametrů. Mezi důležité řídicí funkce patří: a. Sledování bodu maximálního výkonu (MPPT): Solární panely mají optimální provozní bod nazývaný bod maximálního výkonu (MPP), kde produkují maximální výkon pro danou intenzitu slunečního záření. Algoritmus MPPT průběžně upravuje provozní bod solárních panelů, aby maximalizoval výstupní výkon sledováním MPP. b. Regulace napětí a frekvence: Řídicí systém střídače udržuje stabilní výstupní střídavé napětí a frekvenci, obvykle v souladu se standardy energetické sítě. To zajišťuje kompatibilitu s dalšími elektrickými zařízeními a umožňuje bezproblémovou integraci do sítě. c. Synchronizace se sítí: Solární střídače připojené k síti synchronizují fázi a frekvenci střídavého výstupu s rozvodnou sítí. Tato synchronizace umožňuje střídači dodávat přebytečný výkon zpět do sítě nebo odebírat energii ze sítě, když je produkce solární energie nedostatečná. Výstup: V závěrečné fázi solární invertor dodává přeměněnou střídavou elektřinu do elektrických spotřebičů nebo do sítě. Výstup lze využít dvěma způsoby: a. Systémy připojené k síti nebo k síti vázané: V systémech vázaných na síť solární střídač dodává střídavou elektřinu přímo do rozvodné sítě. To snižuje závislost na elektrárnách na fosilní paliva a umožňuje měření sítě, kdy lze přebytečnou elektřinu vyrobenou během dne připsat a využít v obdobích s nízkou produkcí solární energie. b. Systémy mimo síť: V systémech mimo síť solární invertor kromě napájení elektrických zátěží také nabíjí baterii. Baterie ukládají přebytečnou solární energii, kterou lze využít v době nízké produkce solární energie nebo v noci, kdy solární panely negenerují elektřinu. Charakteristiky solárních invertorů: Účinnost: Solární invertory jsou navrženy pro provoz s vysokou účinností a maximalizují energetický výnos solárního fotovoltaického systému. Vyšší účinnost vede k menším ztrátám energie během procesu přeměny, což zajišťuje efektivní využití větší části solární energie. Výstupní výkon: Solární střídače jsou k dispozici v různých výkonových stupních, od malých rezidenčních systémů až po velké komerční instalace. Výstupní výkon střídače by měl být vhodně sladěn s kapacitou solárních panelů, aby se dosáhlo optimálního výkonu. Trvanlivost a spolehlivost: Solární střídače jsou vystaveny různým podmínkám prostředí, včetně kolísání teploty, vlhkosti a potenciálních elektrických přepětí. Proto by měly být střídače vyrobeny z robustních materiálů a navrženy tak, aby těmto podmínkám odolaly, a zajistily tak dlouhodobou spolehlivost. Monitorování a komunikace: Mnoho moderních solárních střídačů je vybaveno monitorovacími systémy, které uživatelům umožňují sledovat výkon jejich solárního fotovoltaického systému. Některé střídače mohou také komunikovat s externími zařízeními a softwarovými platformami, poskytovat data v reálném čase a umožňovat vzdálené monitorování a ovládání. Bezpečnostní prvky: Solární střídače obsahují různé bezpečnostní prvky, které chrání jak systém, tak osoby s ním pracující. Mezi tyto funkce patří ochrana proti přepětí, ochrana proti nadproudu, detekce zemního zkratu a ochrana proti ostrovnímu provozu, která brání střídači dodávat energii do sítě během výpadků proudu. Klasifikace solárních střídačů podle výkonu Fotovoltaické střídače, známé také jako solární invertory, lze rozdělit do různých typů na základě jejich konstrukce, funkčnosti a použití. Pochopení těchto klasifikací může pomoci při výběru nejvhodnějšího střídače pro konkrétní solární fotovoltaický systém. Následují hlavní typy fotovoltaických střídačů klasifikovaných podle úrovně výkonu: Měniče podle úrovně výkonu: dělí se hlavně na distribuované měniče (řetězcové měniče a mikro měniče), centralizované měniče Inverze řetězceéři: Stringové střídače jsou nejčastěji používaným typem fotovoltaických střídačů v rezidenčních a komerčních solárních instalacích. Jsou navrženy tak, aby zvládly více solárních panelů zapojených do série, čímž tvoří „řetězec“. FV řetězec (1-5 kW) se v dnešní době stal nejoblíbenějším střídačem na mezinárodním trhu díky střídači s maximálním sledováním výkonových špiček na straně stejnosměrného proudu a paralelnímu připojení k síti na straně střídavého proudu. Stejnosměrný proud generovaný solárními panely je přiváděn do řetězcového střídače, který jej přeměňuje na střídavý proud pro okamžité použití nebo pro export do sítě. Řetězcové střídače jsou známé svou jednoduchostí, cenovou efektivitou a snadnou instalací. Výkon celého řetězce však závisí na nejméně výkonném panelu, což může ovlivnit celkovou účinnost systému. Mikro střídače: Mikro střídače jsou malé střídače, které se instalují na každý jednotlivý solární panel ve fotovoltaickém systému. Na rozdíl od stringových střídačů mikro střídače převádějí stejnosměrný proud na střídavý proud přímo na úrovni panelu. Tato konstrukce umožňuje každému panelu pracovat nezávisle, čímž optimalizuje celkový energetický výkon systému. Mikro střídače nabízejí několik výhod, včetně sledování bodu maximálního výkonu (MPPT) na úrovni panelu, vylepšeného výkonu systému ve stíněných nebo nesourodých panelech, zvýšené bezpečnosti díky nižšímu stejnosměrnému napětí a detailního monitorování výkonu jednotlivých panelů. Je však třeba zvážit vyšší počáteční náklady a potenciální složitost instalace. Centralizované střídače: Centralizované střídače, známé také jako velké nebo užitkové (>10kW) střídače, se běžně používají ve velkých solárních fotovoltaických instalacích, jako jsou solární farmy nebo komerční solární projekty. Tyto střídače jsou navrženy tak, aby zvládaly vysoký stejnosměrný výkon z více řetězců nebo polí solárních panelů a převáděly ho na střídavý proud pro připojení k síti. Největší výhodou je vysoký výkon a nízké náklady systému, ale protože výstupní napětí a proud různých FV řetězců často přesně neodpovídají (zejména pokud jsou FV řetězce částečně zastíněny kvůli oblačnosti, stínu, skvrnám atd.), povede použití centralizovaného střídače k nižší účinnosti invertujícího procesu a nižší spotřebě elektrické energie v domácnosti. Centralizované střídače mají obvykle vyšší výkonovou kapacitu ve srovnání s jinými typy, od několika kilowattů do několika megawattů. Jsou instalovány v centrálním místě nebo střídačové stanici a k nim je paralelně připojeno více řetězců nebo polí solárních panelů. Co dělá solární invertor? Fotovoltaické střídače plní několik funkcí, včetně přeměny střídavého proudu, optimalizace výkonu solárních článků a ochrany systému. Mezi tyto funkce patří automatický provoz a vypínání, sledování maximálního výkonu, ochrana proti ostrovnímu provozu (pro systémy připojené k síti), automatické nastavení napětí (pro systémy připojené k síti), detekce stejnosměrného proudu (pro systémy připojené k síti) a detekce uzemnění stejnosměrného proudu (pro systémy připojené k síti). Pojďme si stručně prozkoumat funkci automatického provozu a vypínání a funkci sledování maximálního výkonu. 1) Funkce automatického provozu a vypnutí Po východu slunce se intenzita slunečního záření postupně zvyšuje a s tím související se zvyšuje i výkon solárních článků. Jakmile je dosaženo požadovaného výkonu střídače, střídač se automaticky spustí. Po spuštění střídač neustále sleduje výkon komponent solárních článků. Dokud je výstupní výkon komponent solárních článků větší než výstupní výkon požadovaný střídačem, střídač bude pokračovat v provozu až do západu slunce, a to i v případě deště. Když se výkon modulu solárních článků sníží a výstup střídače se blíží 0, střídač se přepne do pohotovostního stavu. 2) Funkce sledování maximálního výkonu Výstup solárního článku se mění v závislosti na intenzitě slunečního záření a teplotě samotného solárního článku (teplotě čipu). Navíc, protože solární článek má charakteristiku, že napětí klesá se zvyšujícím se proudem, existuje optimální provozní bod, ve kterém lze dosáhnout maximálního výkonu. S měnící se intenzitou slunečního záření se samozřejmě mění i optimální pracovní bod. V souvislosti s těmito změnami je provozní bod solárního článku vždy v bodě maximálního výkonu a systém vždy získává maximální výstupní výkon ze solárního článku. Tento typ řízení je řízení se sledováním maximálního výkonu. Největší vlastností střídače používaného v systému výroby solární energie je funkce sledování bodu maximálního výkonu (MPPT). Hlavní technické ukazatele fotovoltaického střídače 1. Stabilita výstupního napětí Ve fotovoltaickém systému je elektrická energie generovaná solárním článkem nejprve uložena v baterii a poté je pomocí střídače přeměněna na střídavý proud 220 V nebo 380 V. Baterie je však ovlivněna vlastním nabíjením a vybíjením a její výstupní napětí se mění ve velkém rozsahu. Například jmenovitá 12V baterie má hodnotu napětí, která se může pohybovat mezi 10,8 a 14,4 V (mimo tento rozsah může dojít k poškození baterie). U kvalifikovaného střídače by při změně vstupního napětí v tomto rozsahu neměla odchylka jeho ustáleného výstupního napětí překročit ±5 % jmenovité hodnoty. Zároveň by při náhlé změně zátěže neměla odchylka jeho výstupního napětí překročit ±10 % nad jmenovitou hodnotu. 2. Zkreslení tvaru vlny výstupního napětí U sinusových měničů by mělo být specifikováno maximální povolené zkreslení průběhu (neboli obsah harmonických). Obvykle se vyjadřuje celkovým zkreslením průběhu výstupního napětí a jeho hodnota by neměla překročit 5 % (pro jednofázový výstup je povoleno 10 %). Protože výstup proudu vyšších harmonických složek měniče bude generovat dodatečné ztráty, jako jsou vířivé proudy na indukční zátěži, pokud je zkreslení průběhu měniče příliš velké, způsobí to vážné zahřívání součástí zátěže, což nepřispívá k bezpečnosti elektrických zařízení a vážně ovlivňuje provozní účinnost systému. 3. Jmenovitá výstupní frekvence U zátěží zahrnujících motory, jako jsou pračky, ledničky atd., jelikož optimální provozní frekvence motorů je 50 Hz, příliš vysoké nebo příliš nízké frekvence způsobí zahřívání zařízení, což sníží provozní účinnost a životnost systému. Výstupní frekvence měniče by proto měla mít relativně stabilní hodnotu, obvykle síťovou frekvenci 50 Hz, a její odchylka by měla být za normálních provozních podmínek v rozmezí ±1 %. 4. Účiník zátěže Charakterizujte schopnost střídače pracovat s indukční nebo kapacitní zátěží. Účiník sinusového střídače je 0,7~0,9 a jmenovitá hodnota je 0,9. V případě určitého výkonu zátěže, pokud je účiník střídače nízký, se zvýší potřebný výkon střídače. Na jedné straně se zvýší náklady a zároveň se zvýší zdánlivý výkon střídavého obvodu fotovoltaického systému. S rostoucím proudem se nevyhnutelně zvýší ztráta a sníží se i účinnost systému. 5. Účinnost měniče Účinnost střídače se vztahuje k poměru jeho výstupního výkonu k vstupnímu výkonu za specifikovaných provozních podmínek, vyjádřenému v procentech. Obecně se nominální účinnost fotovoltaického střídače vztahuje k čistě odporové zátěži. Za podmínky účinnosti zátěže 80 % je účinnost zátěže vysoká. Vzhledem k tomu, že celkové náklady na fotovoltaický systém jsou vysoké, měla by být účinnost fotovoltaického střídače maximalizována, aby se snížily náklady systému a zlepšila se cenová výkonnost fotovoltaického systému. V současné době se nominální účinnost běžných střídačů pohybuje mezi 80 % a 95 % a účinnost nízkoenergetických střídačů by neměla být nižší než 85 %. V samotném procesu návrhu fotovoltaického systému by měl být nejen zvolen vysoce účinný střídač, ale také by měla být použita rozumná konfigurace systému, aby zátěž fotovoltaického systému pracovala co nejvíce v bodě nejlepší účinnosti. 6. Jmenovitý výstupní proud (nebo jmenovitá výstupní kapacita) Udává jmenovitý výstupní proud střídače v rámci specifikovaného rozsahu účiníku zátěže. Některé střídače udávají jmenovitý výstupní výkon a jeho jednotka je vyjádřena ve VA nebo kVA. Jmenovitý výkon střídače je součin jmenovitého výstupního napětí a jmenovitého výstupního proudu, když je výstupní účiník 1 (tj. čistě odporová zátěž). 7. Ochranná opatření Měnič s vynikajícím výkonem by měl mít také kompletní ochranné funkce nebo opatření pro řešení různých abnormálních situací, které se vyskytnou během skutečného používání, aby byl chráněn samotný měnič a další komponenty systému před poškozením. 1) Zadejte účet pojištění podpětí: Pokud je vstupní napětí na svorkách nižší než 85 % jmenovitého napětí, měl by být měnič vybaven ochranou a displejem. 2) Vstupní ochrana proti přepětí: Pokud je vstupní napětí na svorkách vyšší než 130 % jmenovitého napětí, měl by být měnič vybaven ochranou a displejem. 3) Nadproudová ochrana: Nadproudová ochrana střídače by měla být schopna zajistit včasnou reakci, když je zátěž zkratována nebo proud překročí povolenou hodnotu, aby se zabránilo poškození přepěťovým proudem. Pokud pracovní proud překročí 150 % jmenovité hodnoty, měl by být střídač schopen automaticky se chránit. 4) ochrana proti zkratu na výstupu Doba ochrany proti zkratu u střídače by neměla překročit 0,5 s. 5) Ochrana proti přepólování vstupu: Pokud jsou kladné a záporné póly vstupní svorky obráceny, měnič by měl mít ochrannou funkci a displej. 6) Ochrana před bleskem: Měnič by měl mít ochranu před bleskem. 7) Ochrana proti přehřátí atd. Kromě toho by u střídačů bez opatření pro stabilizaci napětí měl být střídač vybaven také opatřeními pro ochranu výstupního přepětí, která chrání zátěž před poškozením přepětím. 8. Počáteční charakteristiky Charakterizovat schopnost spouštění měniče se zátěží a výkon během dynamického provozu. Měnič by měl zajistit spolehlivý start při jmenovitém zatížení. 9. Hluk Součásti jako transformátory, filtrační cívky, elektromagnetické spínače a ventilátory ve výkonových elektronických zařízeních generují hluk. Při normálním provozu střídače by jeho hluk neměl překročit 80 dB a hluk malého střídače by neměl překročit 65 dB. Výběrové dovednosti solárních invertorů
Čas zveřejnění: 8. května 2024