Mis on päikeseenergia inverter?

Kuna maailm liigub edasi säästvate ja puhaste energialahenduste poole püüdlemisel, on päikeseenergiast saanud rohelisema tuleviku poole püüdlemise teerajaja. Päikese külluslikku ja taastuvat energiat rakendades on päikesepaneelide (PV) süsteemid saavutanud laialdase populaarsuse, sillutades teed märkimisväärsele muutusele elektrienergia tootmises. Iga päikesepaneelide süsteemi keskmes on oluline komponent, mis võimaldab päikesevalgust kasutatavaks energiaks muundada:päikeseenergia inverterPäikesepaneelide ja elektrivõrgu vahelise sillana mängivad päikeseenergia tõhusas kasutamises olulist rolli päikeseinverterid. Nende tööpõhimõtte mõistmine ja erinevate tüüpide uurimine on päikeseenergia muundamise taga oleva põneva mehaanika mõistmise võti. HKuidas A teebSolaarIinverterWork? Päikesepaneelide inverter on elektrooniline seade, mis muundab päikesepaneelide toodetud alalisvoolu (DC) vahelduvvooluks (AC), mida saab kasutada kodumasinate toiteks ja elektrivõrku suunata. Päikesepaneelide inverteri tööpõhimõtet saab jagada kolmeks põhietapiks: muundamine, juhtimine ja väljund. Konversioon: Päikesepaneelide inverter võtab esmalt vastu päikesepaneelide tekitatud alalisvoolu. See alalisvool on tavaliselt kõikuva pinge kujul, mis varieerub vastavalt päikesevalguse intensiivsusele. Inverteri peamine ülesanne on muuta see muutuv alalisvoolupinge stabiilseks tarbimiseks sobivaks vahelduvvoolupingeks. Muundusprotsess hõlmab kahte põhikomponenti: võimsuslülitite komplekti (tavaliselt isoleeritud paisuga bipolaartransistorid ehk IGBT-d) ja kõrgsagedustrafot. Lülitid vastutavad alalispinge kiire sisse- ja väljalülitamise eest, luues kõrgsagedusliku impulsssignaali. Seejärel tõstab trafo pinget soovitud vahelduvpinge tasemele. Kontroll: Päikesepaneelide inverteri juhtimisaste tagab muundamise protsessi tõhusa ja ohutu toimimise. See hõlmab keerukate juhtimisalgoritmide ja andurite kasutamist erinevate parameetrite jälgimiseks ja reguleerimiseks. Mõned olulised juhtimisfunktsioonid on järgmised: a. Maksimaalse võimsuspunkti jälgimine (MPPT): Päikesepaneelidel on optimaalne tööpunkt, mida nimetatakse maksimaalse võimsuspunktiks (MPP), kus nad toodavad antud päikesevalguse intensiivsuse juures maksimaalset võimsust. MPPT algoritm reguleerib pidevalt päikesepaneelide tööpunkti, et maksimeerida väljundvõimsust MPP jälgides. b. Pinge ja sageduse reguleerimine: Inverteri juhtimissüsteem hoiab stabiilset vahelduvvoolu väljundpinget ja -sagedust, mis tavaliselt vastab elektrivõrgu standarditele. See tagab ühilduvuse teiste elektriseadmetega ja võimaldab sujuvat integreerimist võrku. c. Võrgu sünkroniseerimine: Võrku ühendatud päikesepaneelide inverterid sünkroniseerivad vahelduvvoolu väljundi faasi ja sageduse üldkasutatava elektrivõrguga. See sünkroniseerimine võimaldab inverteril suunata liigset energiat tagasi võrku või võtta energiat võrgust, kui päikeseenergia tootmine on ebapiisav. Väljund: Viimases etapis edastab päikeseenergia inverter muundatud vahelduvvoolu elektrilistele koormustele või võrku. Väljundvõimsust saab kasutada kahel viisil: a. Võrku ühendatud süsteemid: Võrku ühendatud süsteemides suunab päikesepaneelide inverter vahelduvvoolu elektri otse võrku. See vähendab sõltuvust fossiilkütustel töötavatest elektrijaamadest ja võimaldab netomõõtmist, kus päeva jooksul toodetud ülejäävat elektrit saab krediteerida ja kasutada madala päikeseenergia tootmise perioodidel. b. Võrguühenduseta süsteemid: Võrguühenduseta süsteemides laeb päikesepaneelide inverter lisaks elektrilise koormuse toitele ka akupanka. Akud salvestavad liigset päikeseenergiat, mida saab kasutada madala päikeseenergia tootmise ajal või öösel, kui päikesepaneelid elektrit ei tooda. Päikeseenergia inverterite omadused: Tõhusus: Päikesepaneelide inverterid on loodud töötama suure tõhususega, et maksimeerida päikesepaneelide süsteemi energiatootlikkust. Suurem efektiivsus vähendab energiakadu muundamise käigus, tagades suurema osa päikeseenergia efektiivse kasutamise. Väljundvõimsus: Päikesepaneelide invertereid on saadaval erineva võimsusega, alates väikestest elamusüsteemidest kuni suurte äripaigaldisteni. Optimaalse jõudluse saavutamiseks peaks inverteri võimsus olema sobivalt vastavuses päikesepaneelide võimsusega. Vastupidavus ja töökindlus: Päikesepaneelide inverterid puutuvad kokku erinevate keskkonnatingimustega, sealhulgas temperatuurikõikumistega, niiskuse ja võimalike elektrilöögiga. Seetõttu peaksid inverterid olema valmistatud vastupidavatest materjalidest ja konstrueeritud sellistele tingimustele vastu pidama, tagades pikaajalise töökindluse. Jälgimine ja suhtlus: Paljud tänapäevased päikesepaneelide inverterid on varustatud jälgimissüsteemidega, mis võimaldavad kasutajatel jälgida oma päikesepaneelide süsteemi jõudlust. Mõned inverterid saavad suhelda ka väliste seadmete ja tarkvaraplatvormidega, pakkudes reaalajas andmeid ning võimaldades kaugseiret ja -juhtimist. Turvaelemendid: Päikesepaneelide inverteritel on mitmesugused ohutusfunktsioonid, mis kaitsevad nii süsteemi kui ka sellega töötavaid inimesi. Nende funktsioonide hulka kuuluvad ülepingekaitse, ülevoolukaitse, maandusrikke tuvastamine ja saarestumise vastane kaitse, mis takistab inverteril elektrikatkestuste ajal võrku energiat suunamast. Päikeseinverteri klassifikatsioon võimsusreitingu järgi PV-invertereid, tuntud ka kui päikesepaneelide invertereid, saab nende disaini, funktsionaalsuse ja rakenduse põhjal jagada erinevatesse tüüpidesse. Nende klassifikatsioonide mõistmine aitab valida konkreetse päikesepaneelide süsteemi jaoks kõige sobivama inverteri. Järgnevalt on toodud peamised PV-inverterite tüübid, mis on liigitatud võimsustaseme järgi: Inverter vastavalt võimsustasemele: jaguneb peamiselt hajutatud inverteriks (stringinverter ja mikroinverter) ja tsentraliseeritud inverteriks Stringi inverteerimineers: Rist-inverterid on elamu- ja ärihoonete päikesepaneelide paigaldistes kõige sagedamini kasutatavad PV-inverterid. Need on loodud mitme järjestikku ühendatud päikesepaneeli haldamiseks, moodustades „stringi“. PV-stringist (1–5 kW) on tänapäeval saanud rahvusvahelisel turul kõige populaarsem inverter tänu inverterile, millel on maksimaalne võimsustipp alalisvoolu poolel ja paralleelne võrguühendus vahelduvvoolu poolel. Päikesepaneelide toodetud alalisvoolu elekter suunatakse inverterisse, mis muundab selle vahelduvvooluks koheseks kasutamiseks või võrku eksportimiseks. Inverterid on tuntud oma lihtsuse, kulutõhususe ja paigaldamise lihtsuse poolest. Kogu paneelide rea jõudlus sõltub aga kõige nõrgema jõudlusega paneelist, mis võib mõjutada süsteemi üldist efektiivsust. Mikroinverterid: Mikroinverterid on väikesed inverterid, mis paigaldatakse igale päikesepaneelile PV-süsteemis. Erinevalt rõnginverteritest muudavad mikroinverterid alalisvoolu vahelduvvooluks otse paneeli tasandil. See disain võimaldab igal paneelil töötada iseseisvalt, optimeerides süsteemi üldist energiatootlikkust. Mikroinverteritel on mitmeid eeliseid, sealhulgas paneeli tasemel maksimaalse võimsuspunkti jälgimine (MPPT), parem süsteemi jõudlus varjutatud või mittevastavate paneelide puhul, suurem ohutus madalamate alalisvoolupingete tõttu ja üksikute paneelide jõudluse üksikasjalik jälgimine. Siiski on tegurid, mida tuleks arvestada kõrgemate esialgsete kulude ja paigaldamise võimaliku keerukusega. Tsentraliseeritud inverterid: Tsentraliseeritud invertereid, tuntud ka kui suuri või kommunaalteenuste (>10 kW) invertereid, kasutatakse tavaliselt suuremahulistes päikesepaneelide paigaldistes, näiteks päikesefarmides või kommertslikes päikeseenergia projektides. Need inverterid on loodud mitme päikesepaneelide stringi või massiivi suure alalisvoolu sisendvõimsuse käsitlemiseks ja nende muundamiseks vahelduvvooluks võrku ühendamiseks. Suurim omadus on süsteemi suur võimsus ja madal hind, kuid kuna erinevate PV-stringide väljundpinge ja -vool ei ole sageli täpselt sobitatud (eriti kui PV-stringid on osaliselt varjus pilvisuse, varju, plekkide jms tõttu), vähendab tsentraliseeritud inverteri kasutamine inverteerimisprotsessi efektiivsust ja elektrienergia tarbimist majapidamises. Tsentraliseeritud inverteritel on tavaliselt teiste tüüpidega võrreldes suurem võimsus, ulatudes mitmest kilovatist kuni mitme megavatini. Need paigaldatakse tsentraalsesse kohta või inverterjaama ning nendega on paralleelselt ühendatud mitu päikesepaneelide stringi või massiivi. Mida teeb päikesepaneelide inverter? Fotogalvaanilistel inverteritel on mitu funktsiooni, sealhulgas vahelduvvoolu muundamine, päikesepatareide jõudluse optimeerimine ja süsteemi kaitse. Need funktsioonid hõlmavad automaatset töötamist ja väljalülitamist, maksimaalse võimsuse jälgimise juhtimist, saarestumise vastast funktsiooni (võrku ühendatud süsteemide puhul), automaatset pinge reguleerimist (võrku ühendatud süsteemide puhul), alalisvoolu tuvastamist (võrku ühendatud süsteemide puhul) ja alalisvoolu maanduse tuvastamist (võrku ühendatud süsteemide puhul). Vaatleme lühidalt automaatse töötamise ja väljalülitamise funktsiooni ning maksimaalse võimsuse jälgimise juhtimisfunktsiooni. 1) Automaatne töö- ja väljalülitusfunktsioon Pärast hommikust päikesetõusu suureneb päikesekiirguse intensiivsus järk-järgult ja vastavalt sellele suureneb ka päikesepatareide väljundvõimsus. Kui inverteri nõutav väljundvõimsus on saavutatud, hakkab inverter automaatselt tööle. Pärast tööle asumist jälgib inverter pidevalt päikesepatareide komponentide väljundvõimsust. Seni kuni päikesepatareide komponentide väljundvõimsus on suurem kui inverteri nõutav väljundvõimsus, jätkab inverter tööd kuni päikeseloojanguni, isegi vihmase ilmaga. Inverter töötab ka siis, kui päikesepatareide mooduli väljund väheneb ja inverteri väljund on nullilähedane, läheb inverter ooteolekusse. 2) Maksimaalse võimsuse jälgimise juhtimisfunktsioon Päikesepatarei mooduli väljundvõimsus varieerub vastavalt päikesekiirguse intensiivsusele ja päikesepatarei mooduli enda temperatuurile (kiibi temperatuur). Lisaks, kuna päikesepatarei moodulil on omadus, et pinge väheneb voolutugevuse suurenemisega, on olemas optimaalne tööpunkt, mis võimaldab saavutada maksimaalse võimsuse. Päikesekiirguse intensiivsuse muutudes muutub loomulikult ka parim tööpunkt. Nende muutustega võrreldes on päikesepatarei mooduli tööpunkt alati maksimaalse võimsuse punktis ja süsteem saab päikesepatarei moodulist alati maksimaalse väljundvõimsuse. Seda tüüpi juhtimist nimetatakse maksimaalse võimsuse jälgimise juhtimiseks. Päikeseenergia tootmise süsteemis kasutatava inverteri suurim omadus on maksimaalse võimsuse punkti jälgimise (MPPT) funktsioon. Fotogalvaanilise inverteri peamised tehnilised näitajad 1. Väljundpinge stabiilsus Fotogalvaanilises süsteemis salvestatakse päikesepatarei tekitatud elektrienergia esmalt akusse ja seejärel muundatakse see inverteri abil 220 V või 380 V vahelduvvooluks. Akut mõjutab aga selle enda laadimine ja tühjenemine ning selle väljundpinge kõigub laias vahemikus. Näiteks nimipingega 12 V aku pinge võib varieeruda vahemikus 10,8–14,4 V (sellest vahemikust väljas olles võib aku kahjustuda). Kvalifitseeritud inverteri puhul ei tohiks sisendpinge muutumine selles vahemikus muutudes ületada ±5% nimiväärtusest. Samal ajal ei tohiks koormuse järsu muutumise korral väljundpinge hälve ületada ±10% nimiväärtusest. 2. Väljundpinge lainekuju moonutus Siinuslaine inverterite puhul tuleks määrata maksimaalne lubatud lainekuju moonutus (või harmooniline sisu). Tavaliselt väljendatakse seda väljundpinge lainekuju kogumoonutusena ja selle väärtus ei tohiks ületada 5% (ühefaasilise väljundi puhul on lubatud 10%). Kuna inverteri väljundis olev kõrge harmooniline vool tekitab induktiivkoormusel täiendavaid kadusid, näiteks pöörisvoolusid, põhjustab inverteri liiga suur lainekuju moonutus koormuskomponentide tõsist kuumenemist, mis ei soodusta elektriseadmete ohutust ja mõjutab oluliselt süsteemi töö efektiivsust. 3. Nimiväljundsagedus Mootoreid sisaldavate koormuste, näiteks pesumasinate, külmikute jms puhul, kuna mootorite optimaalne töösageduspunkt on 50 Hz, põhjustavad liiga kõrged või liiga madalad sagedused seadmete kuumenemist, vähendades süsteemi töö efektiivsust ja kasutusiga. Seetõttu peaks inverteri väljundsagedus olema suhteliselt stabiilne, tavaliselt toitesagedus 50 Hz, ja selle hälve peaks normaalsetes töötingimustes olema pluss 1%. 4. Koormusvõimsustegur Iseloomustage inverteri võimekust induktiivse või mahtuvusliku koormuse korral. Siinuslaine inverteri koormusvõimsustegur on 0,7–0,9 ja nimiväärtus on 0,9. Teatud koormusvõimsuse korral, kui inverteri võimsustegur on madal, suureneb vajaliku inverteri võimsus. Ühelt poolt suurenevad kulud ja samal ajal suureneb fotogalvaanilise süsteemi vahelduvvooluahela näivvõimsus. Voolu suurenemisega suurenevad paratamatult kaod ja väheneb ka süsteemi efektiivsus. 5. Inverteri efektiivsus Inverteri efektiivsus viitab selle väljundvõimsuse ja sisendvõimsuse suhtele kindlaksmääratud töötingimustes, väljendatuna protsentides. Üldiselt viitab fotogalvaanilise inverteri nominaalne efektiivsus puhtale takistuskoormusele 80% koormuse efektiivsuse korral. Kuna fotogalvaanilise süsteemi kogumaksumus on kõrge, tuleks fotogalvaanilise inverteri efektiivsust maksimeerida, et vähendada süsteemi kulusid ja parandada fotogalvaanilise süsteemi kulutõhusust. Praegu on peavoolu inverterite nominaalne efektiivsus 80–95% ja väikese võimsusega inverterite efektiivsus peab olema vähemalt 85%. Fotogalvaanilise süsteemi tegeliku projekteerimisprotsessi käigus tuleks valida mitte ainult suure efektiivsusega inverter, vaid ka süsteemi mõistlik konfiguratsioon, et fotogalvaanilise süsteemi koormus töötaks võimalikult parima efektiivsuspunkti lähedal. 6. Nimiväljundvool (või nimiväljundvõimsus) Näitab inverteri nimiväljundvoolu määratud koormusvõimsusteguri vahemikus. Mõned inverteri tooted näitavad nimiväljundvõimsust ja selle ühikut väljendatakse VA-des või kVA-des. Inverteri nimivõimsus on nimiväljundpinge ja nimiväljundvoolu korrutis, kui väljundvõimsustegur on 1 (st puhtalt aktiivkoormus). 7. Kaitsemeetmed Suurepärase jõudlusega inverteril peaksid olema ka täielikud kaitsefunktsioonid või -meetmed, et tulla toime erinevate ebanormaalsete olukordadega, mis tegeliku kasutamise ajal tekivad, et kaitsta inverterit ennast ja süsteemi teisi komponente kahjustuste eest. 1) Sisestage alapinge kindlustuskonto: Kui sisendpinge on alla 85% nimipingest, peaks inverteril olema kaitse ja ekraan. 2) Sisendi ülepingekaitse: Kui sisendpinge on üle 130% nimipingest, peaks inverteril olema kaitse ja ekraan. 3) Ülekoormuskaitse: Inverteri ülekoormuskaitse peaks tagama õigeaegse reageerimise koormuse lühise või lubatud väärtuse ületamise korral, et vältida ülepingevoolu kahjustusi. Kui töövool ületab 150% nimiväärtusest, peaks inverter automaatselt kaitsma. 4) väljundi lühisekaitse Inverteri lühisekaitse aktsiooniaeg ei tohiks ületada 0,5 sekundit. 5) Sisendi vastupidise polaarsuse kaitse: Kui sisendklemmide positiivsed ja negatiivsed poolused on vastupidised, peaks inverteril olema kaitsefunktsioon ja ekraan. 6) Piksekaitse: Inverteril peaks olema piksekaitse. 7) Ülekuumenemise kaitse jne. Lisaks peaksid pinge stabiliseerimiseta inverterite puhul olema väljundpinge kaitsemeetmed, et kaitsta koormust ülepingekahjustuste eest. 8. Käivitusomadused Inverteri käivitusvõime iseloomustamiseks koormusel ja jõudluse iseloomustamiseks dünaamilisel töötamisel peaks inverter tagama usaldusväärse käivitumise nimikoormuse korral. 9. Müra Elektroonikaseadmete komponendid, nagu trafod, filtridifflektorid, elektromagnetilised lülitid ja ventilaatorid, tekitavad müra. Inverteri normaalse töötamise ajal ei tohiks müra ületada 80 dB ja väikese inverteri müra ei tohiks ületada 65 dB. Päikeseenergia inverterite valikuoskused