Што е соларен инвертер?

Додека светот маршира напред во потрагата по одржливи и чисти енергетски решенија, сончевата енергија се појави како предводник во трката кон позелена иднина. Искористувајќи ја изобилната и обновлива енергија на сонцето, соларните фотоволтаични (PV) системи добија широка популарност, отворајќи го патот за извонредна трансформација во начинот на кој произведуваме електрична енергија. Во срцето на секој соларен фотоволтаичен систем лежи клучна компонента што овозможува претворање на сончевата светлина во употреблива енергија:соларен инвертерДејствувајќи како мост помеѓу соларните панели и електричната мрежа, соларните инвертори играат витална улога во ефикасното искористување на сончевата енергија. Разбирањето на нивниот принцип на работа и истражувањето на нивните различни типови е клучно за разбирање на фасцинантните механизми зад конверзијата на сончевата енергија. HКако ли АSоларIинвертерWорк? Соларниот инвертер е електронски уред кој ја претвора електричната енергија од еднонасочна струја (DC) произведена од сончевите панели во електрична енергија од наизменична струја (AC) што може да се користи за напојување на домашните апарати и да се внесува во електричната мрежа. Принципот на работа на соларниот инвертер може да се подели на три главни фази: конверзија, контрола и излез. Конверзија: Соларниот инвертер прво ја прима еднонасочната електрична енергија генерирана од соларните панели. Оваа еднонасочна електрична енергија е обично во форма на флуктуирачки напон што варира во зависност од интензитетот на сончевата светлина. Примарна задача на инвертерот е да го претвори овој променлив еднонасочен напон во стабилен наизменичен напон погоден за потрошувачка. Процесот на конверзија вклучува две клучни компоненти: сет прекинувачи за електронска енергија (обично биполарни транзистори со изолирана порта или IGBT) и високофреквентен трансформатор. Прекинувачите се одговорни за брзо вклучување и исклучување на еднонасочниот напон, создавајќи високофреквентен импулсен сигнал. Потоа трансформаторот го зголемува напонот до посакуваното ниво на наизменичен напон. Контрола: Контролната фаза на соларниот инвертер осигурува дека процесот на конверзија работи ефикасно и безбедно. Вклучува употреба на софистицирани контролни алгоритми и сензори за следење и регулирање на различни параметри. Некои важни контролни функции вклучуваат: a. Следење на точката на максимална моќност (MPPT): Сончевите панели имаат оптимална работна точка наречена точка на максимална моќност (MPP), каде што произведуваат максимална моќност за даден интензитет на сончева светлина. Алгоритмот MPPT континуирано ја прилагодува работната точка на соларните панели за да се максимизира излезната моќност со следење на MPP. б. Регулација на напонот и фреквенцијата: Контролниот систем на инверторот одржува стабилен излезен напон и фреквенција на наизменична струја, обично следејќи ги стандардите на електричната мрежа. Ова обезбедува компатибилност со други електрични уреди и овозможува беспрекорна интеграција со мрежата. в. Синхронизација на мрежата: Соларните инвертори поврзани на мрежата ја синхронизираат фазата и фреквенцијата на излезот на наизменична струја со комуналната мрежа. Оваа синхронизација му овозможува на инверторот да го врати вишокот енергија назад во мрежата или да црпи енергија од мрежата кога производството на сончева енергија е недоволно. Излез: Во последната фаза, соларниот инвертер ја испорачува конвертираната наизменична електрична енергија до електричните оптоварувања или мрежата. Излезната енергија може да се искористи на два начина: a. Системи поврзани со мрежа или системи поврзани со мрежа: Во системи поврзани со мрежа, соларниот инвертер ја внесува наизменичната електрична енергија директно во комуналната мрежа. Ова ја намалува зависноста од електраните базирани на фосилни горива и овозможува нето мерење, каде што вишокот електрична енергија генерирана во текот на денот може да се кредитира и да се користи за време на периоди на ниско производство на сончева енергија. б. Системи надвор од мрежата: Во системите надвор од мрежата, соларниот инвертер полни и батерии покрај тоа што снабдува енергија до електричните оптоварувања. Батериите складираат вишок сончева енергија, која може да се искористи во време на ниско производство на сончева енергија или ноќе кога соларните панели не произведуваат електрична енергија. Карактеристики на сончевите инвертори: Ефикасност: Соларните инвертори се дизајнирани да работат со висока ефикасност за да се максимизира енергетскиот принос на соларниот фотоволтаичен систем. Повисоката ефикасност резултира со помала загуба на енергија за време на процесот на конверзија, осигурувајќи дека поголем дел од сончевата енергија се користи ефикасно. Излезна моќност: Соларните инвертори се достапни во различни енергетски номинали, почнувајќи од мали станбени системи до големи комерцијални инсталации. Излезната моќност на инверторот треба соодветно да се совпадне со капацитетот на соларните панели за да се постигнат оптимални перформанси. Издржливост и сигурност: Соларните инвертори се изложени на различни услови на животната средина, вклучувајќи температурни флуктуации, влажност и потенцијални електрични пренапони. Затоа, инвертерите треба да бидат изградени од робусни материјали и дизајнирани да издржат овие услови, обезбедувајќи долгорочна сигурност. Мониторинг и комуникација: Многу модерни соларни инвертори се опремени со системи за следење што им овозможуваат на корисниците да ги следат перформансите на нивниот соларен фотоволтаичен систем. Некои инвертори можат да комуницираат и со надворешни уреди и софтверски платформи, обезбедувајќи податоци во реално време и овозможувајќи далечинско следење и контрола. Безбедносни карактеристики: Соларните инвертори вклучуваат различни безбедносни карактеристики за заштита и на системот и на лицата што работат со него. Овие карактеристики вклучуваат заштита од пренапон, заштита од прекумерна струја, откривање на заземјување и заштита од островско поврзување, што го спречува инверторот да напојува електрична енергија во мрежата за време на прекини на електричната енергија. Класификација на соларни инвертори според номиналната моќност Фотоволтаичните инвертори, познати и како соларни инвертори, можат да се класифицираат во различни типови врз основа на нивниот дизајн, функционалност и примена. Разбирањето на овие класификации може да помогне во изборот на најсоодветен инвертер за специфичен соларен фотоволтаичен систем. Следните се главните типови на фотоволтаични инвертори класифицирани според нивото на моќност: Инвертер според нивото на моќност: главно поделен на дистрибуиран инвертер (инвертер за низа и микро инвертер), централизиран инвертер Инвертирање на низаери: Инверторите од низа се најчесто користениот тип на фотоволтаични инвертори во станбени и комерцијални соларни инсталации, тие се дизајнирани да ракуваат со повеќе соларни панели поврзани сериски, формирајќи „низа“. Фотоволтаичниот низ (1-5 kW) стана најпопуларниот инвертер на меѓународниот пазар денес преку инвертер со следење на максималната врвна моќност на страната на еднонасочна струја и паралелно поврзување со мрежата на страната на наизменична струја. Еднонасочната електрична енергија генерирана од сончевите панели се внесува во низовиот инвертер, кој ја претвора во наизменична електрична енергија за непосредна употреба или за извоз во мрежата. Низовите инвертори се познати по својата едноставност, економичност и леснотија на инсталација. Сепак, перформансите на целата низа зависат од панелот со најниски перформанси, што може да влијае на целокупната ефикасност на системот. Микро инвертори: Микро инвертерите се мали инвертори кои се инсталираат на секој поединечен соларен панел во фотоволтаичен систем. За разлика од низинските инвертори, микро инвертерите ја претвораат еднонасочната електрична енергија во наизменична директно на ниво на панел. Овој дизајн му овозможува на секој панел да работи независно, оптимизирајќи го вкупното производство на енергија на системот. Микро инвертерите нудат неколку предности, вклучувајќи следење на максималната точка на моќност (MPPT) на ниво на панел, подобрени перформанси на системот во засенчени или несоодветни панели, зголемена безбедност поради пониските еднонасочни напони и детално следење на перформансите на поединечните панели. Сепак, повисоките почетни трошоци и потенцијалната сложеност на инсталацијата се фактори што треба да се земат предвид. Централизирани инвертори: Централизираните инвертори, познати и како големи или комунални (>10kW) инвертори, најчесто се користат во големи инсталации на соларни фотоволтаични системи, како што се соларни фарми или комерцијални соларни проекти. Овие инвертори се дизајнирани да ракуваат со голема еднонасочна струја од повеќе низи или низи на соларни панели и да ги претворат во наизменична струја за поврзување со мрежата. Најголемата карактеристика е високата моќност и ниската цена на системот, но бидејќи излезниот напон и струјата на различните фотоволтаични низи честопати не се совпаѓаат точно (особено кога фотоволтаичните низи се делумно засенчени поради облачност, сенка, дамки итн.), употребата на централизиран инвертер ќе доведе до помала ефикасност на процесот на инвертирање и пониска потрошувачка на електрична енергија во домаќинствата. Централизираните инвертори обично имаат поголем капацитет на моќност во споредба со другите типови, почнувајќи од неколку киловати до неколку мегавати. Тие се инсталираат на централна локација или инвертерска станица, а паралелно се поврзани повеќе низи или низи од соларни панели. Што прави соларен инвертер? Фотоволтаичните инвертори служат за повеќе функции, вклучувајќи конверзија на AC, оптимизирање на перформансите на сончевите ќелии и заштита на системот. Овие функции опфаќаат автоматско работење и исклучување, контрола на следење на максималната моќност, анти-островско поставување (за системи поврзани на мрежа), автоматско прилагодување на напонот (за системи поврзани на мрежа), детекција на DC (за системи поврзани на мрежа) и детекција на заземјување на DC (за системи поврзани на мрежа). Да ги истражиме накратко функцијата за автоматско работење и исклучување и функцијата за контрола на следење на максималната моќност. 1) Автоматско работење и функција за исклучување По изгрејсонце наутро, интензитетот на сончевото зрачење постепено се зголемува, а излезот на сончевите ќелии се зголемува соодветно. Кога ќе се достигне излезната моќност потребна од инверторот, инверторот почнува автоматски да работи. По влегувањето во работа, инверторот постојано ќе го следи излезот на компонентите на сончевите ќелии, сè додека излезната моќност на компонентите на сончевите ќелии е поголема од излезната моќност потребна од инверторот, инверторот ќе продолжи да работи; сè додека не зајде сонцето, дури и ако е дождливо. Инверторот исто така работи. Кога излезот на модулот на сончевите ќелии ќе се намали и излезот на инверторот е блиску до 0, инверторот ќе се претвори во состојба на мирување. 2) Функција за контрола на следење на максималната моќност Излезната моќност на модулот на сончевата ќелија варира во зависност од интензитетот на сончевото зрачење и температурата на самиот модул на сончевата ќелија (температура на чипот). Покрај тоа, бидејќи модулот на сончевата ќелија има карактеристика на намалување на напонот со зголемување на струјата, постои оптимална работна точка што може да ја добие максималната моќност. Интензитетот на сончевото зрачење се менува, очигледно се менува и најдобрата работна точка. Во однос на овие промени, работната точка на модулот на сончевата ќелија е секогаш на точката на максимална моќност, а системот секогаш ја добива максималната излезна моќност од модулот на сончевата ќелија. Овој вид контрола е контрола за следење на максималната моќност. Најголемата карактеристика на инверторот што се користи во системот за производство на сончева енергија е функцијата за следење на точката на максимална моќност (MPPT). Главни технички индикатори на фотоволтаичен инвертер 1. Стабилност на излезниот напон Во фотоволтаичниот систем, електричната енергија генерирана од сончевата ќелија прво се складира од батеријата, а потоа се претвора во наизменична струја од 220V или 380V преку инверторот. Сепак, батеријата е под влијание на сопственото полнење и празнење, а нејзиниот излезен напон варира во голем опсег. На пример, номиналната батерија од 12V има вредност на напон што може да варира помеѓу 10,8 и 14,4V (надвор од овој опсег може да предизвика оштетување на батеријата). За квалификуван инвертер, кога напонот на влезниот терминал се менува во овој опсег, варијацијата на неговиот излезен напон во стационарна состојба не треба да надминува Plusmn; 5% од номиналната вредност. Во исто време, кога оптоварувањето се менува ненадејно, отстапувањето на неговиот излезен напон не треба да надминува ±10% над номиналната вредност. 2. Нарушување на брановата форма на излезниот напон За синусоидни инвертори, треба да се наведе максималната дозволена дисторзија на брановата форма (или содржина на хармоници). Таа обично се изразува со вкупната дисторзија на брановата форма на излезниот напон, а нејзината вредност не треба да надминува 5% (10% е дозволено за еднофазен излез). Бидејќи излезната хармонична струја од висок ред од инверторот ќе генерира дополнителни загуби како што се вртложни струи на индуктивното оптоварување, ако дисторзијата на брановата форма на инверторот е преголема, тоа ќе предизвика сериозно загревање на компонентите на оптоварувањето, што не е погодно за безбедноста на електричната опрема и сериозно влијае на оперативната ефикасност на системот. 3. Номинална излезна фреквенција За оптоварувања што вклучуваат мотори, како што се машини за перење, фрижидери итн., бидејќи оптималната работна точка на фреквенцијата на моторите е 50Hz, превисоките или прениските фреквенции ќе предизвикаат прегревање на опремата, со што ќе се намали оперативната ефикасност и работниот век на системот, па затоа излезната фреквенција на инверторот треба да биде релативно стабилна вредност, обично фреквенција на напојување 50Hz, а нејзиното отстапување треба да биде во рамките на Plusmn;l% под нормални работни услови. 4. Фактор на моќност на оптоварување Карактеризирајте ја способноста на инверторот со индуктивно оптоварување или капацитивно оптоварување. Факторот на моќност на оптоварувањето на синусоидниот инвертер е 0,7~0,9, а номиналната вредност е 0,9. Во случај на одредена моќност на оптоварувањето, ако факторот на моќност на инверторот е низок, капацитетот на потребниот инвертер ќе се зголеми. Од една страна, цената ќе се зголеми, а во исто време, очигледната моќност на AC колото на фотоволтаичниот систем ќе се зголеми. Со зголемувањето на струјата, загубите неизбежно ќе се зголемат, а ефикасноста на системот исто така ќе се намали. 5. Ефикасност на инверторот Ефикасноста на инверторот се однесува на односот на неговата излезна моќност кон влезната моќност под одредени работни услови, изразена како процент. Општо земено, номиналната ефикасност на фотоволтаичниот инвертер се однесува на чисто отпорно оптоварување. Под услов на ефикасност на оптоварувањето од 80%. Бидејќи вкупната цена на фотоволтаичниот систем е висока, ефикасноста на фотоволтаичниот инвертер треба да се максимизира за да се намалат трошоците на системот и да се подобрат трошоците на фотоволтаичниот систем. Во моментов, номиналната ефикасност на главните инвертори е помеѓу 80% и 95%, а ефикасноста на инвертерите со ниска моќност се бара да биде не помалку од 85%. Во самиот процес на дизајнирање на фотоволтаичен систем, не само што треба да се избере високоефикасен инвертер, туку треба да се користи и разумна конфигурација на системот за да се овозможи оптоварувањето на фотоволтаичниот систем да работи што е можно повеќе блиску до најдобрата точка на ефикасност. 6. Номинална излезна струја (или номинален излезен капацитет) Ја означува номиналната излезна струја на инверторот во рамките на наведениот опсег на фактор на моќност на оптоварувањето. Некои инвертерски производи ја даваат номиналната излезна моќност, а нејзината единица се изразува во VA или kVA. Номиналната моќност на инверторот е производ од номиналниот излезен напон и номиналната излезна струја кога факторот на излезна моќност е 1 (т.е. чисто отпорен товар). 7. Мерки за заштита Инвертер со одлични перформанси треба да има и комплетни заштитни функции или мерки за справување со разни абнормални ситуации што се јавуваат за време на вистинска употреба, со цел да се заштити самиот инвертер и другите компоненти на системот од оштетување. 1) Внесете ја сметката за осигурување од поднапон: Кога напонот на влезниот терминал е помал од 85% од номиналниот напон, инверторот треба да има заштита и дисплеј. 2) Заштитник од пренапон на влезот: Кога напонот на влезниот терминал е поголем од 130% од номиналниот напон, инверторот треба да има заштита и дисплеј. 3) Заштита од прекумерна струја: Заштитата од прекумерна струја на инверторот треба да биде способна да обезбеди навремено дејствување кога товарот е краток спој или струјата ја надминува дозволената вредност, со цел да се спречи оштетување од пренапонска струја. Кога работната струја надминува 150% од номиналната вредност, инверторот треба да биде способна за автоматска заштита. 4) заштита од краток спој на излезот Времето на дејство на заштитата од краток спој на инверторот не треба да надминува 0,5 секунди. 5) Заштита од обратен поларитет на влезот: Кога позитивните и негативните полови на влезниот терминал се обратни, инверторот треба да има заштитна функција и дисплеј. 6) Заштита од гром: Инверторот треба да има заштита од гром. 7) Заштита од прегревање, итн. Дополнително, за инвертори без мерки за стабилизација на напонот, инверторот треба да има и мерки за заштита од пренапон на излезот за да го заштити оптоварувањето од оштетување од пренапон. 8. Почетни карактеристики За да се карактеризира способноста на инверторот да стартува со оптоварување и перформансите за време на динамичка работа. Инверторот треба да обезбеди сигурно стартување под номинално оптоварување. 9. Бучава Компоненти како што се трансформатори, филтерски индуктори, електромагнетни прекинувачи и вентилатори во електронската опрема за напојување ќе генерираат бучава. Кога инверторот работи нормално, неговиот шум не треба да надминува 80dB, а бучавата на мал инвертер не треба да надминува 65dB. Вештини за избор на соларни инвертори