Kas yra saulės inverteris?

Pasauliui žengiant į priekį siekiant tvarių ir švarių energijos sprendimų, saulės energija tapo viena iš lyderių lenktynėse už žalesnę ateitį. Išnaudodamos gausią ir atsinaujinančią saulės energiją, saulės fotovoltinės (FV) sistemos įgijo didelį populiarumą ir atvėrė kelią įspūdingam elektros energijos gamybos būdo pokyčiui. Kiekvienos saulės energijos sistemos centre yra esminis komponentas, leidžiantis saulės šviesą paversti tinkama naudoti energija:saulės keitiklisSaulės keitikliai, kurie yra tiltas tarp saulės baterijų ir elektros tinklo, atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį efektyviai naudojant saulės energiją. Jų veikimo principo supratimas ir įvairių tipų tyrimas yra labai svarbūs norint suprasti įdomią saulės energijos konversijos mechanizmą. Hkaip veikia ASolarasIkeitiklisWorkas? Saulės keitiklis yra elektroninis įrenginys, kuris saulės baterijų pagamintą nuolatinę srovę (DC) paverčia kintamąja srove (AC), kuria galima maitinti buitinius prietaisus ir tiekti į elektros tinklą. Saulės keitiklio veikimo principą galima suskirstyti į tris pagrindinius etapus: konversiją, valdymą ir išvestį. Konversija: Saulės keitiklis pirmiausia gauna saulės baterijų generuojamą nuolatinę elektros energiją. Ši nuolatinė elektros energija paprastai yra svyruojančios įtampos pavidalu, kuri kinta priklausomai nuo saulės šviesos intensyvumo. Pagrindinė keitiklio užduotis – paversti šią kintamą nuolatinę įtampą stabilia, vartoti tinkama kintama įtampa. Konversijos procesą sudaro du pagrindiniai komponentai: galios elektroninių jungiklių rinkinys (dažniausiai izoliuotų užtūrų bipoliniai tranzistoriai arba IGBT) ir aukšto dažnio transformatorius. Jungikliai yra atsakingi už greitą nuolatinės įtampos įjungimą ir išjungimą, sukuriant aukšto dažnio impulsinį signalą. Tada transformatorius padidina įtampą iki norimo kintamosios įtampos lygio. Valdymas: Saulės keitiklio valdymo etapas užtikrina, kad konversijos procesas veiktų efektyviai ir saugiai. Jame naudojami sudėtingi valdymo algoritmai ir jutikliai, skirti stebėti ir reguliuoti įvairius parametrus. Kai kurios svarbios valdymo funkcijos: a. Maksimalios galios taško sekimas (MPPT): saulės baterijos turi optimalų veikimo tašką, vadinamą maksimalios galios tašku (MPP), kuriame jos sukuria maksimalią galią esant tam tikram saulės šviesos intensyvumui. MPPT algoritmas nuolat reguliuoja saulės baterijų veikimo tašką, kad maksimaliai padidintų galią, sekdamas MPP. b. Įtampos ir dažnio reguliavimas: keitiklio valdymo sistema palaiko stabilią kintamosios srovės išėjimo įtampą ir dažnį, paprastai laikydamasi elektros tinklo standartų. Tai užtikrina suderinamumą su kitais elektros prietaisais ir leidžia sklandžiai integruotis į tinklą. c. Tinklo sinchronizavimas: prie tinklo prijungti saulės keitikliai sinchronizuoja kintamosios srovės išėjimo fazę ir dažnį su elektros tinklu. Ši sinchronizacija leidžia keitikliui tiekti perteklinę energiją atgal į tinklą arba imti energiją iš tinklo, kai saulės energijos gamyba nepakankama. Išvestis: Paskutiniame etape saulės keitiklis tiekia konvertuotą kintamosios srovės elektros energiją elektros apkrovoms arba tinklui. Gauta energija gali būti panaudota dviem būdais: a. Prie tinklo prijungtos arba prijungtos sistemos: prie tinklo prijungtose sistemose saulės keitiklis tiekia kintamąją elektros energiją tiesiai į elektros tinklą. Tai sumažina priklausomybę nuo iškastinį kurą naudojančių elektrinių ir leidžia naudoti grynąjį apskaitą, kai per dieną pagaminta elektros energijos perteklius gali būti įskaitytas ir panaudotas mažos saulės energijos gamybos laikotarpiais. b. Autonominės sistemos: Autonominėse sistemose saulės keitiklis įkrauna akumuliatorių banką ir tiekia energiją elektros apkrovoms. Akumuliatoriai kaupia perteklinę saulės energiją, kurią galima panaudoti esant mažam saulės energijos kiekiui arba naktį, kai saulės baterijos negamina elektros energijos. Saulės keitiklių charakteristikos: Efektyvumas: Saulės keitikliai sukurti taip, kad veiktų dideliu efektyvumu, siekiant maksimaliai padidinti saulės fotovoltinių sistemų energijos išeigą. Didesnis efektyvumas lemia mažesnius energijos nuostolius konversijos proceso metu, užtikrinant, kad būtų efektyviai panaudota didesnė saulės energijos dalis. Galia: Saulės keitikliai būna įvairių galios lygių – nuo ​​mažų gyvenamųjų namų sistemų iki didelių komercinių įrenginių. Norint pasiekti optimalų našumą, keitiklio galia turi būti tinkamai suderinta su saulės baterijų galia. Patvarumas ir patikimumas: Saulės keitikliai yra veikiami įvairių aplinkos sąlygų, įskaitant temperatūros svyravimus, drėgmę ir galimus elektros viršįtampius. Todėl keitikliai turėtų būti pagaminti iš tvirtų medžiagų ir suprojektuoti taip, kad atlaikytų šias sąlygas, užtikrinant ilgalaikį patikimumą. Stebėjimas ir komunikacija: Daugelyje šiuolaikinių saulės keitiklių yra įrengtos stebėjimo sistemos, leidžiančios vartotojams stebėti savo saulės fotovoltinių sistemų našumą. Kai kurie keitikliai taip pat gali bendrauti su išoriniais įrenginiais ir programinės įrangos platformomis, teikdami duomenis realiuoju laiku ir įgalindami nuotolinį stebėjimą bei valdymą. Saugos funkcijos: Saulės keitikliai turi įvairių saugos funkcijų, skirtų apsaugoti tiek sistemą, tiek su ja dirbančius asmenis. Šios funkcijos apima apsaugą nuo viršįtampių, apsaugą nuo viršsrovės, įžeminimo gedimų aptikimą ir apsaugą nuo izoliacijos, kuri neleidžia keitikliui tiekti energijos į tinklą elektros energijos tiekimo sutrikimų metu. Saulės inverterių klasifikacija pagal galios vertę PV keitikliai, dar vadinami saulės inverteriais, gali būti skirstomi į skirtingus tipus pagal jų konstrukciją, funkcionalumą ir pritaikymą. Šių klasifikacijų supratimas gali padėti pasirinkti tinkamiausią keitiklį konkrečiai saulės PV sistemai. Toliau pateikiami pagrindiniai PV keitiklių tipai, klasifikuojami pagal galios lygį: Inverteriai pagal galios lygį: daugiausia skirstomi į paskirstytus inverterius (styginių inverterius ir mikro inverterius), centralizuotus inverterius Stygų invertavimasers: Šviesos grandinės keitikliai yra dažniausiai gyvenamųjų ir komercinių pastatų saulės energijos sistemose naudojami PV keitiklių tipai. Jie skirti valdyti kelias nuosekliai sujungtas saulės baterijas, sudarančias „grandinę“. PV grandinė (1–5 kW) šiais laikais tapo populiariausiu keitikliu tarptautinėje rinkoje dėl keitiklio, kuris gali maksimaliai sekti galią nuolatinės srovės pusėje ir lygiagrečiai prijungti prie tinklo kintamosios srovės pusėje. Saulės baterijų generuojama nuolatinė elektros srovė tiekiama į styginių keitiklį, kuris ją paverčia kintama elektros srove, kurią galima naudoti nedelsiant arba eksportuoti į tinklą. Stoginių keitikliai yra žinomi dėl savo paprastumo, ekonomiškumo ir lengvo montavimo. Tačiau visos stygos našumas priklauso nuo mažiausiai našios plokštės, o tai gali turėti įtakos bendram sistemos efektyvumui. Mikro keitikliai: Mikro keitikliai yra maži keitikliai, kurie montuojami ant kiekvienos atskiros saulės baterijos PV sistemoje. Skirtingai nuo styginių keitiklių, mikro keitikliai nuolatinę srovę paverčia kintamąja srove tiesiai plokštės lygmenyje. Ši konstrukcija leidžia kiekvienai plokštei veikti nepriklausomai, optimizuojant bendrą sistemos energijos gamybą. Mikro keitikliai siūlo keletą privalumų, įskaitant plokštės lygmens maksimalios galios taško (MPPT) stebėjimą, geresnį sistemos našumą šešėlinėse arba nesuderintose plokštėse, didesnį saugumą dėl mažesnės nuolatinės įtampos ir išsamų atskirų plokščių našumo stebėjimą. Tačiau reikia atsižvelgti į didesnes pradines išlaidas ir galimą įrengimo sudėtingumą. Centralizuoti keitikliai: Centralizuoti keitikliai, dar vadinami dideliais arba komunalinio masto (>10 kW) keitikliais, dažniausiai naudojami didelio masto saulės fotovoltinių įrenginių, tokių kaip saulės elektrinės ar komerciniai saulės energijos projektai, sistemose. Šie keitikliai skirti apdoroti didelę nuolatinę galią iš kelių saulės baterijų stygų ar masyvų ir paversti ją kintamąja energija, skirta prijungti prie tinklo. Didžiausias sistemos privalumas yra didelė galia ir maža kaina, tačiau kadangi skirtingų FV stygų išėjimo įtampa ir srovė dažnai nėra tiksliai suderintos (ypač kai FV stygos yra iš dalies užtamsintos dėl debesuotumo, pavėsio, dėmių ir pan.), centralizuoto keitiklio naudojimas sumažins invertavimo proceso efektyvumą ir sumažins elektros energijos suvartojimą namuose. Centralizuoti keitikliai paprastai pasižymi didesne galia, palyginti su kitų tipų įrenginiais, kuri svyruoja nuo kelių kilovatų iki kelių megavatų. Jie įrengiami centrinėje vietoje arba keitiklio stotyje, o prie jų lygiagrečiai prijungiamos kelios saulės baterijų stygos arba matricos. Ką veikia saulės keitiklis? Fotovoltiniai keitikliai atlieka kelias funkcijas, įskaitant kintamosios srovės konversiją, saulės elementų našumo optimizavimą ir sistemos apsaugą. Šios funkcijos apima automatinį veikimą ir išjungimą, maksimalios galios sekimo valdymą, apsaugą nuo išsijungimų (prie tinklo prijungtose sistemose), automatinį įtampos reguliavimą (prie tinklo prijungtose sistemose), nuolatinės srovės aptikimą (prie tinklo prijungtose sistemose) ir nuolatinės srovės įžeminimo aptikimą (prie tinklo prijungtose sistemose). Trumpai panagrinėkime automatinio veikimo ir išjungimo funkciją bei maksimalios galios sekimo valdymo funkciją. 1) Automatinio veikimo ir išjungimo funkcija Ryte po saulėtekio saulės spinduliuotės intensyvumas palaipsniui didėja, o atitinkamai didėja ir saulės elementų galia. Kai pasiekiama keitiklio reikalinga išėjimo galia, keitiklis pradeda veikti automatiškai. Įjungęs veikimą, keitiklis nuolat stebi saulės elementų komponentų galią. Kol saulės elementų komponentų išėjimo galia yra didesnė už keitiklio reikalaujamą išėjimo galią, keitiklis toliau veikia; iki saulėlydžio pabaigos, net jei lyja. Inverteris taip pat veikia. Kai saulės elementų modulio galia sumažėja ir keitiklio galia artima 0, keitiklis pereina į budėjimo būseną. 2) Maksimalios galios sekimo valdymo funkcija Saulės elemento modulio galia kinta priklausomai nuo saulės spinduliuotės intensyvumo ir paties saulės elemento modulio temperatūros (mikroschemos temperatūros). Be to, kadangi saulės elemento modulis pasižymi tuo, kad įtampa mažėja didėjant srovei, yra optimalus veikimo taškas, kuriame galima gauti maksimalią galią. Keičiant saulės spinduliuotės intensyvumui, akivaizdu, kad keičiasi ir geriausias veikimo taškas. Atsižvelgiant į šiuos pokyčius, saulės elemento modulio veikimo taškas visada yra maksimalios galios taške, todėl sistema visada gauna maksimalią saulės elemento modulio išėjimo galią. Toks valdymas vadinamas maksimalios galios sekimo valdymu. Svarbiausia keitiklio, naudojamo saulės energijos gamybos sistemoje, savybė yra maksimalios galios taško sekimo (MPPT) funkcija. Pagrindiniai fotovoltinio keitiklio techniniai rodikliai 1. Išėjimo įtampos stabilumas Fotovoltinėje sistemoje saulės elemento generuojama elektros energija pirmiausia kaupiama akumuliatoriuje, o tada keitiklio pagalba paverčiama 220 V arba 380 V kintamąja srove. Tačiau akumuliatorių veikia jo paties įkrovimas ir iškrovimas, todėl jo išėjimo įtampa labai kinta. Pavyzdžiui, nominali 12 V akumuliatoriaus įtampa gali svyruoti nuo 10,8 V iki 14,4 V (jei įtampa viršija šį diapazoną, akumuliatorius gali būti pažeistas). Tinkamo keitiklio atveju, kai įėjimo gnybto įtampa keičiasi šiame diapazone, jo pastoviosios būsenos išėjimo įtampos pokytis neturėtų viršyti ±5 % vardinės vertės. Tuo pačiu metu, kai apkrova staiga pasikeičia, jo išėjimo įtampos nuokrypis neturėtų viršyti ±10 % vardinės vertės. 2. Išėjimo įtampos bangos formos iškraipymas Sinuso formos keitikliams turėtų būti nurodytas didžiausias leistinas bangos formos iškraipymas (arba harmoninis turinys). Paprastai jis išreiškiamas bendru išėjimo įtampos bangos formos iškraipymu, ir jo vertė neturėtų viršyti 5% (vienfaziam išėjimui leidžiama 10%). Kadangi keitiklio išleidžiama aukšto lygio harmoninė srovė sukels papildomus nuostolius, tokius kaip sūkurinės srovės indukcinėje apkrovoje, jei keitiklio bangos formos iškraipymas yra per didelis, tai sukels didelį apkrovos komponentų įkaitimą, o tai nepadeda elektros įrangos saugai ir rimtai veikia sistemos veikimo efektyvumą. 3. Nominalus išėjimo dažnis Apkrovoms, įskaitant variklius, pvz., skalbimo mašinas, šaldytuvus ir kt., kadangi optimalus variklių dažnio veikimo taškas yra 50 Hz, per aukšti arba per žemi dažniai sukels įrangos įkaitimą, sumažindami sistemos veikimo efektyvumą ir tarnavimo laiką, todėl keitiklio išėjimo dažnis turėtų būti santykinai stabili vertė, paprastai maitinimo dažnis 50 Hz, o jo nuokrypis normaliomis darbo sąlygomis turėtų būti ±1 %. 4. Apkrovos galios koeficientas Apibūdinkite keitiklio gebėjimą atlaikyti indukcinę arba talpinę apkrovą. Sinusinės bangos keitiklio apkrovos galios koeficientas yra 0,7–0,9, o vardinė vertė – 0,9. Esant tam tikrai apkrovos galiai, jei keitiklio galios koeficientas yra mažas, reikiamo keitiklio talpa padidės. Viena vertus, padidės kaina, o tuo pačiu metu padidės ir fotovoltinės sistemos kintamosios srovės grandinės matomoji galia. Didėjant srovei, neišvengiamai padidės nuostoliai, o sistemos efektyvumas taip pat mažės. 5. Inverterio efektyvumas Inverterio efektyvumas reiškia jo išėjimo galios ir įėjimo galios santykį esant tam tikroms darbo sąlygoms, išreikštą procentais. Apskritai, nominalus fotovoltinio keitiklio efektyvumas reiškia gryną varžinę apkrovą. Esant 80 % apkrovos efektyvumui, kadangi bendra fotovoltinės sistemos kaina yra didelė, fotovoltinio keitiklio efektyvumas turėtų būti maksimalus, siekiant sumažinti sistemos sąnaudas ir pagerinti fotovoltinės sistemos ekonomiškumą. Šiuo metu pagrindinių keitiklių nominalus efektyvumas yra nuo 80 % iki 95 %, o mažos galios keitiklių efektyvumas turi būti ne mažesnis kaip 85 %. Projektuojant fotovoltinę sistemą, reikia ne tik pasirinkti didelio efektyvumo keitiklį, bet ir naudoti pagrįstą sistemos konfigūraciją, kad fotovoltinės sistemos apkrova veiktų kuo arčiau geriausio efektyvumo taško. 6. Nominali išėjimo srovė (arba nominali išėjimo galia) Nurodo keitiklio vardinę išėjimo srovę nurodytame apkrovos galios koeficiento diapazone. Kai kurie keitiklių gaminiai nurodo vardinę išėjimo galią, o jos vienetas išreiškiamas VA arba kVA. Vardinė keitiklio galia yra vardinės išėjimo įtampos ir vardinės išėjimo srovės sandauga, kai išėjimo galios koeficientas yra 1 (t. y. grynai varžinė apkrova). 7. Apsaugos priemonės Puikiai veikiantis keitiklis taip pat turėtų turėti visas apsaugos funkcijas arba priemones, skirtas spręsti įvairias neįprastas situacijas, kylančias faktinio naudojimo metu, kad apsaugotų patį keitiklį ir kitus sistemos komponentus nuo pažeidimų. 1) Įveskite įtampos kritimo draudimo sąskaitą: Kai įėjimo gnybto įtampa yra mažesnė nei 85 % vardinės įtampos, keitiklis turi turėti apsaugą ir ekraną. 2) Įvesties viršįtampio apsauga: Kai įėjimo gnybto įtampa viršija 130 % vardinės įtampos, keitiklis turi turėti apsaugą ir ekraną. 3) Apsauga nuo viršsrovės: Keitiklio apsauga nuo viršsrovės turėtų užtikrinti savalaikį veikimą, kai apkrova trumpai sujungiama arba srovė viršija leistiną vertę, kad viršsrovė nepažeistų keitiklio. Kai darbinė srovė viršija 150 % vardinės vertės, keitiklis turėtų automatiškai apsisaugoti. 4) išėjimo trumpojo jungimo apsauga Keitiklio trumpojo jungimo apsaugos veikimo laikas neturėtų viršyti 0,5 s. 5) Įvesties atvirkštinio poliškumo apsauga: Kai įėjimo gnybto teigiami ir neigiami poliai yra sukeisti vietomis, keitiklis turi turėti apsaugos funkciją ir ekraną. 6) Apsauga nuo žaibo: Keitiklis turi turėti apsaugą nuo žaibo. 7) Apsauga nuo perkaitimo ir kt. Be to, keitikliams be įtampos stabilizavimo priemonių, keitiklyje taip pat turėtų būti išėjimo viršįtampio apsaugos priemonės, skirtos apsaugoti apkrovą nuo viršįtampio žalos. 8. Pradinės charakteristikos Apibūdinti keitiklio gebėjimą paleisti esant apkrovai ir našumą dinaminio veikimo metu. Keitiklis turi užtikrinti patikimą paleidimą esant vardinei apkrovai. 9. Triukšmas Tokie komponentai kaip transformatoriai, filtrų induktoriai, elektromagnetiniai jungikliai ir ventiliatoriai galios elektronikos įrangoje skleis triukšmą. Kai keitiklis veikia normaliai, jo keliamas triukšmas neturėtų viršyti 80 dB, o mažo keitiklio keliamas triukšmas neturėtų viršyti 65 dB. Saulės keitiklių pasirinkimo įgūdžiai