Hvað er sólarorkubreytir?

Þar sem heimurinn heldur áfram í leit sinni að sjálfbærum og hreinum orkulausnum hefur sólarorka orðið leiðandi í kapphlaupinu um grænni framtíð. Með því að nýta sér gnægð og endurnýjanlega orku sólarinnar hafa sólarorkukerfi (PV) notið mikilla vinsælda og rutt brautina fyrir merkilegar umbreytingar í því hvernig við framleiðum rafmagn. Í hjarta hvers sólarorkukerfis er mikilvægur þáttur sem gerir kleift að umbreyta sólarljósi í nothæfa orku:sólarorkubreytirSólarspennubreytar gegna lykilhlutverki sem brú milli sólarsella og rafmagnsnetsins og gegna mikilvægu hlutverki í skilvirkri nýtingu sólarorku. Að skilja virkni þeirra og skoða ýmsar gerðir er lykillinn að því að skilja heillandi virkni umbreytingar sólarorku. HHvernig gerir ASÓlarIinverterWverk? Sólarorkubreytir er rafeindabúnaður sem breytir jafnstraumi (DC) sem framleiddur er af sólarplötum í riðstraum (AC) sem hægt er að nota til að knýja heimilistæki og senda inn á rafmagnsnetið. Virkni sólarorkubreytis má skipta í þrjú meginstig: umbreytingu, stjórnun og úttak. Umbreyting: Sólspennubreytirinn tekur fyrst við jafnstraumnum sem sólarsellur framleiða. Þessi jafnstraumur er yfirleitt í formi sveiflukenndrar spennu sem er breytileg eftir styrk sólarljóssins. Helsta verkefni spennubreytisins er að breyta þessari breytilegu jafnstraumsspennu í stöðuga riðstraumsspennu sem hentar til notkunar. Umbreytingarferlið felur í sér tvo lykilþætti: safn af rafeindabúnaði (venjulega einangruðum tvípólum með IGBT-tengingu) og hátíðni spenni. Rofarnir sjá um að kveikja og slökkva hratt á jafnspennunni og mynda þannig hátíðni púlsmerki. Spennirinn hækkar síðan spennuna upp í æskilegt riðspennustig. Stjórnun: Stjórnunarstig sólarorkubreytis tryggir að umbreytingarferlið gangi skilvirkt og örugglega fyrir sig. Það felur í sér notkun háþróaðra stjórnunarreiknirita og skynjara til að fylgjast með og stjórna ýmsum breytum. Meðal mikilvægra stjórnunaraðgerða eru: a. Mæling hámarksaflspunkts (MPPT): Sólarrafhlöður hafa kjörinn rekstrarpunkt sem kallast hámarksaflspunktur (MPP), þar sem þær framleiða hámarksafl fyrir tiltekið sólarljósstyrk. MPPT reikniritið aðlagar stöðugt rekstrarpunkt sólarrafhlöðanna til að hámarka afköstin með því að mæla MPP. b. Spennu- og tíðnistjórnun: Stjórnkerfi invertersins viðheldur stöðugri AC útgangsspennu og tíðni, yfirleitt í samræmi við staðla veitukerfisins. Þetta tryggir samhæfni við önnur raftæki og gerir kleift að samþætta það óaðfinnanlega við raforkukerfið. c. Samstilling við raforkukerfið: Sólarorkubreytar tengdir við raforkukerfið samstilla fasa og tíðni riðstraumsúttaksins við raforkukerfið. Þessi samstilling gerir breytaranum kleift að senda umframorku aftur inn í raforkukerfið eða draga orku úr raforkukerfinu þegar sólarorkuframleiðsla er ófullnægjandi. Úttak: Í lokastigi afhendir sólarorkubreytirinn umbreyttu riðstrauminn til rafmagnsnotenda eða raforkukerfisins. Hægt er að nýta afköstin á tvo vegu: a. Kerfi tengd raforkukerfi eða raforkukerfi: Í kerfum tengdum raforkukerfinu sendir sólarorkubreytirinn riðstrauminn beint inn á raforkukerfið. Þetta dregur úr þörf fyrir jarðefnaeldsneytisorkuver og gerir kleift að nota nettómælingar, þar sem umfram rafmagn sem framleitt er yfir daginn er hægt að nýta á tímabilum þar sem framleiðsla sólarorku er lítil. b. Kerfi utan raforkukerfa: Í kerfum utan raforkukerfa hleður sólarorkubreytirinn rafhlöðubanka auk þess að veita raforku til rafmagnsnotenda. Rafhlöðurnar geyma umfram sólarorku sem hægt er að nýta þegar sólarorkuframleiðsla er lítil eða á nóttunni þegar sólarplöturnar framleiða ekki rafmagn. Einkenni sólarorkubreyta: Skilvirkni: Sólarorkubreytar eru hannaðir til að starfa með mikilli skilvirkni til að hámarka orkunýtingu sólarorkukerfisins. Meiri skilvirkni leiðir til minni orkutaps við umbreytingarferlið, sem tryggir að stærri hluti sólarorkunnar nýtist á skilvirkan hátt. Afköst: Sólarorkubreytar eru fáanlegir í ýmsum aflgjöfum, allt frá litlum íbúðakerfum til stórra atvinnuhúsnæðis. Afköst breytarins ættu að vera í samræmi við afköst sólarsella til að ná sem bestum árangri. Ending og áreiðanleiki: Sólarorkubreytar eru útsettir fyrir mismunandi umhverfisaðstæðum, þar á meðal hitasveiflum, raka og hugsanlegum rafmagnsbylgjum. Þess vegna ættu inverterar að vera smíðaðir úr sterkum efnum og hannaðir til að þola þessar aðstæður, til að tryggja langtímaáreiðanleika. Eftirlit og samskipti: Margir nútíma sólarorkubreytar eru búnir eftirlitskerfum sem gera notendum kleift að fylgjast með afköstum sólarorkuvera sinna. Sumir breytar geta einnig átt samskipti við utanaðkomandi tæki og hugbúnaðarvettvang, sem veitir rauntíma gögn og gerir kleift að fylgjast með og stjórna þeim fjarlægt. Öryggiseiginleikar: Sólarorkubreytar eru með ýmsum öryggiseiginleikum til að vernda bæði kerfið og einstaklingana sem vinna með því. Þessir eiginleikar eru meðal annars ofspennuvörn, ofstraumsvörn, jarðlekaskynjun og eyðingarvörn, sem kemur í veg fyrir að breytirinn veiti rafmagn inn á raforkunetið við rafmagnsleysi. Flokkun sólarspennubreytis eftir aflsmati PV-inverterar, einnig þekktir sem sólarinverterar, er hægt að flokka í mismunandi gerðir út frá hönnun, virkni og notkun. Að skilja þessar flokkanir getur hjálpað til við að velja hentugasta inverterinn fyrir tiltekið sólarorkukerfi. Eftirfarandi eru helstu gerðir PV-invertera flokkaðar eftir aflstigi: Inverter eftir aflstigi: aðallega skipt í dreifðan inverter (strenginverter og örinverter), miðlægan inverter Snúa strengers: Strengjainverterar eru algengasta gerðin af sólarorkuinverterum í íbúðarhúsnæði og atvinnuhúsnæði. Þeir eru hannaðir til að meðhöndla margar sólarplötur sem eru tengdar í röð og mynda „streng“. Sólarorkuinverterinn (1-5kw) hefur orðið vinsælasti inverterinn á alþjóðamarkaði nú til dags með inverter með hámarksaflsmælingu á jafnstraumshliðinni og samsíða tengingu við raforkukerfið á riðstraumshliðinni. Jafnstraumurinn sem sólarsellur mynda er leiddur inn í strengjainverterinn, sem breytir honum í riðstraum til tafarlausrar notkunar eða til útflutnings á raforkunetið. Strengjainverterar eru þekktir fyrir einfaldleika, hagkvæmni og auðvelda uppsetningu. Hins vegar er afköst allrar strengsins háð því hvaða sólarsellur skila minnstum afköstum, sem getur haft áhrif á heildarhagkvæmni kerfisins. Örbreytir: Örbreytarar eru litlir breytarar sem eru settir upp á hverri einstakri sólarplötu í sólarorkukerfi. Ólíkt strengbreytum breyta örbreytarar jafnstraumi í riðstraum beint á sólarplötunni. Þessi hönnun gerir hverri sólarplötu kleift að starfa sjálfstætt og hámarkar heildarorkuframleiðslu kerfisins. Örbreytarar bjóða upp á nokkra kosti, þar á meðal hámarksaflsmælingar (MPPT) á sólarplötunni, bætta kerfisafköst í skuggsælum eða ósamræmdum sólarplötum, aukið öryggi vegna lægri jafnspennu og nákvæma eftirlit með afköstum einstakra sólarplata. Hins vegar eru hærri upphafskostnaður og hugsanleg flækjustig uppsetningar þættir sem þarf að hafa í huga. Miðstýrðir inverterar: Miðstýrðir inverterar, einnig þekktir sem stórir inverterar eða inverterar fyrir veitur (>10 kW), eru almennt notaðir í stórum sólarorkuverum, svo sem sólarorkuverum eða atvinnurekstri. Þessir inverterar eru hannaðir til að takast á við mikla jafnstraumsorku frá mörgum strengjum eða fylkjum af sólarplötum og breyta þeim í riðstraum til tengingar við raforkukerfið. Stærsti eiginleiki kerfisins er mikil afl og lágur kostnaður, en þar sem útgangsspenna og straumur mismunandi sólarstrengja eru oft ekki nákvæmlega eins (sérstaklega þegar sólarstrengirnir eru í hluta skugga vegna skýja, skugga, bletta o.s.frv.), mun notkun miðstýrðs inverters leiða til minni skilvirkni inverterferlisins og minni rafmagnsnotkunar heimila. Miðstýrðir inverterar hafa yfirleitt meiri afkastagetu samanborið við aðrar gerðir, allt frá nokkrum kílóvöttum upp í nokkur megavött. Þeir eru settir upp á miðlægum stað eða inverterastöð og margar strengir eða fylki af sólarplötum eru tengdar við þær samsíða. Hvað gerir sólarorkubreytir? Sólspennubreytar þjóna margvíslegum hlutverkum, þar á meðal riðstraumsumbreytingu, hámarksafköstum sólarsellna og kerfisvernd. Þessir eiginleikar fela í sér sjálfvirka notkun og lokun, stjórnun á hámarksaflsmælingum, eyðingu spennu (fyrir kerfi tengd við raforkukerfið), sjálfvirka spennustillingu (fyrir kerfi tengd við raforkukerfið), jafnstraumsskynjun (fyrir kerfi tengd við raforkukerfið) og jafnstraumsgreiningu á jörðu niðri (fyrir kerfi tengd við raforkukerfið). Við skulum skoða stuttlega sjálfvirka notkun og lokun og stjórnunarvirkni hámarksaflsmælinga. 1) Sjálfvirk notkun og lokunaraðgerð Eftir sólarupprás að morgni eykst styrkur sólargeislunarinnar smám saman og afköst sólarsellunnar aukast í samræmi við það. Þegar afköstin sem inverterinn þarfnast eru náð, byrjar inverterinn að ganga sjálfkrafa. Eftir að hann hefur verið tekinn í notkun mun inverterinn fylgjast með afköstum sólarsellunnar allan tímann, svo lengi sem afköst sólarsellunnar eru meiri en afköstin sem inverterinn þarfnast, mun inverterinn halda áfram að ganga; þar til sólsetur hættir, jafnvel þótt það rigni, virkar inverterinn einnig. Þegar afköst sólarsellunnar verða minni og afköst invertersins eru nálægt 0, fer inverterinn í biðstöðu. 2) Stjórnunarvirkni fyrir hámarksaflsmælingar Afköst sólarsellueiningarinnar eru breytileg eftir styrk sólargeislunarinnar og hitastigi sólarsellueiningarinnar sjálfrar (flísarhitastig). Þar að auki, þar sem sólarsellueiningin hefur þann eiginleika að spennan minnkar með aukinni straumi, er til kjörinn rekstrarpunktur sem getur náð hámarksafli. Styrkur sólargeislunarinnar er að breytast, og augljóslega breytist besti rekstrarpunkturinn einnig. Miðað við þessar breytingar er rekstrarpunktur sólarsellueiningarinnar alltaf við hámarksaflspunktinn og kerfið fær alltaf hámarksaflsúttak frá sólarsellueiningunni. Þessi tegund stýringar er hámarksaflsmælingarstýring. Stærsti eiginleiki invertersins sem notaður er í sólarorkuframleiðslukerfi er hámarksaflsmælingarvirknin (MPPT). Helstu tæknilegu vísbendingar um ljósvirkjaspennubreyti 1. Stöðugleiki útgangsspennu Í sólarorkukerfi er raforkan sem sólarsellan myndar fyrst geymd í rafhlöðunni og síðan breytt í 220V eða 380V riðstraum í gegnum inverterinn. Hins vegar verður rafhlaðan fyrir áhrifum af eigin hleðslu og úthleðslu og útgangsspenna hennar er breytileg innan stórs sviðs. Til dæmis getur nafnspenna 12V rafhlöðu verið á bilinu 10,8 til 14,4V (farið út fyrir þetta bil getur það valdið skemmdum á rafhlöðunni). Fyrir viðurkenndan inverter, þegar inntaksspennan breytist innan þessa bils, ætti breyting á stöðugri útgangsspennu hennar ekki að fara yfir Plusmn; 5% af nafngildinu. Á sama tíma, þegar álagið breytist skyndilega, ætti frávik útgangsspennunnar ekki að fara yfir ±10% yfir nafngildinu. 2. Bylgjuformsröskun útgangsspennu Fyrir sínusbylgjuinvertera ætti að tilgreina hámarks leyfilega bylgjuformsröskun (eða harmoníska innihald). Hún er venjulega tjáð sem heildar bylgjuformsröskun útgangsspennunnar og gildi hennar ætti ekki að fara yfir 5% (10% er leyfilegt fyrir eins fasa útgang). Þar sem háþróaður harmonískur straumur sem inverterinn gefur frá sér mun valda viðbótartapi eins og hvirfilstraumum á spanálaginu, ef bylgjuformsröskun invertersins er of mikil mun það valda alvarlegri upphitun álagsþáttanna, sem er ekki stuðlað að öryggi rafbúnaðar og hefur alvarleg áhrif á rekstrarhagkvæmni kerfisins. 3. Málútgangstíðni Fyrir álag, þar á meðal mótora, svo sem þvottavélar, ísskápa o.s.frv., þar sem kjörtíðni mótoranna er 50Hz, munu of háar eða of lágar tíðnir valda því að búnaðurinn hitnar, sem dregur úr rekstrarhagkvæmni og endingartíma kerfisins. Þess vegna ætti útgangstíðni invertersins að vera tiltölulega stöðug, venjulega afltíðni 50Hz, og frávik hennar ætti að vera innan Plusmn;l% við eðlilegar rekstraraðstæður. 4. Álagsaflstuðull Lýstu getu invertersins við spanálag eða rafrýmd álag. Álagsaflstuðull sinusbylgjuinvertersins er 0,7~0,9 og nafngildið er 0,9. Við ákveðið álagsafl, ef aflstuðull invertersins er lágur, mun afköst nauðsynlegs inverters aukast. Annars vegar mun kostnaðurinn aukast og á sama tíma mun sýnilegt afl riðstraumsrásar sólarorkukerfisins aukast. Þegar straumurinn eykst mun tapið óhjákvæmilega aukast og skilvirkni kerfisins mun einnig minnka. 5. Skilvirkni invertersins Nýtni invertersins vísar til hlutfalls úttaksafls hans og inntaksafls við tilgreindar rekstraraðstæður, gefið upp sem prósenta. Almennt vísar nafnnýtni sólarorkuinvertersins til hreinnar viðnámsálags. Við 80% álagsnýtni. Þar sem heildarkostnaður sólarorkukerfisins er mikill ætti að hámarka nýtni invertersins til að draga úr kerfiskostnaði og bæta kostnaðarafköst sólarorkukerfisins. Eins og er er nafnnýtni almennra invertera á milli 80% og 95% og nýtni lágorkuinvertera þarf að vera ekki minni en 85%. Í raunverulegu hönnunarferli sólarorkukerfisins ætti ekki aðeins að velja hánýtan inverter, heldur einnig að nota sanngjarna stillingu kerfisins til að láta álag sólarorkukerfisins vinna eins nálægt bestu nýtni og mögulegt er. 6. Nafnútgangsstraumur (eða nafnútgangsgeta) Gefur til kynna nafnútgangsstraum invertersins innan tilgreinds álagsaflstuðulsbils. Sumar inverteravörur gefa upp nafnútgangsafköst og eining þess er gefin upp í VA eða kVA. Nafnafköst invertersins er margfeldi nafnútgangsspennu og nafnútgangsstraums þegar útgangsaflstuðullinn er 1 (þ.e. eingöngu viðnámsálag). 7. Verndarráðstafanir Inverter með framúrskarandi afköst ætti einnig að hafa fullkomnar verndaraðgerðir eða ráðstafanir til að takast á við ýmsar óeðlilegar aðstæður sem koma upp við raunverulega notkun, til að vernda inverterinn sjálfan og aðra íhluti kerfisins gegn skemmdum. 1) Sláðu inn reikninginn fyrir undirspennutryggingu: Þegar spenna inntakstengingarinnar er lægri en 85% af nafnspennunni ætti inverterinn að vera með vernd og skjá. 2) Yfirspennuvörn inntaks: Þegar spenna inntakstengingarinnar er hærri en 130% af nafnspennunni ætti inverterinn að vera með vernd og skjá. 3) Ofstraumsvörn: Yfirstraumsvörn invertersins ætti að geta tryggt tímanlega viðbrögð þegar álagið er skammhlaupið eða straumurinn fer yfir leyfilegt gildi, til að koma í veg fyrir að það skemmist af völdum straums. Þegar rekstrarstraumurinn fer yfir 150% af nafngildinu ætti inverterinn að geta sjálfkrafa varið. 4) skammhlaupsvörn fyrir úttak Skammhlaupsvörn invertersins ætti ekki að vera lengri en 0,5 sekúndur. 5) Vernd gegn öfugri pólun inntaks: Þegar jákvæðu og neikvæðu pólarnir á inntakstenginu eru öfugir ætti inverterinn að hafa verndarvirkni og skjá. 6) Eldingarvörn: Inverterinn ætti að vera með eldingarvörn. 7) Ofhitavörn o.s.frv. Að auki, fyrir invertera án spennustöðugleika, ætti inverterinn einnig að hafa yfirspennuverndarráðstafanir til að vernda álagið gegn ofspennuskemmdum. 8. Upphafseiginleikar Að lýsa getu invertersins til að ræsa með álagi og afköstum hans við kraftmikla notkun. Inverterinn ætti að tryggja áreiðanlega ræsingu við málálag. 9. Hávaði Íhlutir eins og spennubreytar, síuspólar, rafsegulrofar og viftur í rafeindabúnaði geta myndað hávaða. Þegar inverterinn gengur eðlilega ætti hávaði hans ekki að fara yfir 80 dB og hávaði lítils inverters ætti ekki að fara yfir 65 dB. Valhæfileikar sólarspennubreyta