Terwijl de wereld steeds meer streeft naar duurzame en schone energieoplossingen, is zonne-energie een koploper geworden in de race naar een groenere toekomst. Door gebruik te maken van de overvloedige en hernieuwbare energie van de zon, hebben fotovoltaïsche (PV) systemen aan populariteit gewonnen en de weg vrijgemaakt voor een opmerkelijke transformatie in de manier waarop we elektriciteit opwekken. 
In het hart van elk zonne-PV-systeem bevindt zich een cruciaal onderdeel dat de omzetting van zonlicht in bruikbare energie mogelijk maakt: dezonne-omvormerZonneomvormers fungeren als brug tussen de zonnepanelen en het elektriciteitsnet en spelen een cruciale rol in de efficiënte benutting van zonne-energie. Inzicht in hun werkingsprincipe en het verkennen van de verschillende typen is essentieel om de fascinerende mechanismen achter de omzetting van zonne-energie te begrijpen. HHoe doet eenSzonneIomvormerWwerk? Een omvormer voor zonne-energie is een elektronisch apparaat dat de gelijkstroom (DC) van zonnepanelen omzet in wisselstroom (AC). Deze stroom kan worden gebruikt om huishoudelijke apparaten van stroom te voorzien en kan vervolgens aan het elektriciteitsnet worden geleverd. Het werkingsprincipe van een omvormer voor zonne-energie kan worden onderverdeeld in drie hoofdfasen: omzetting, regeling en output. Conversie: De omvormer ontvangt eerst de door de zonnepanelen opgewekte gelijkstroom. Deze gelijkstroom bestaat meestal uit een fluctuerende spanning die varieert met de intensiteit van het zonlicht. De primaire taak van de omvormer is om deze variabele gelijkspanning om te zetten in een stabiele wisselspanning die geschikt is voor gebruik. Het conversieproces omvat twee belangrijke componenten: een set vermogenselektronische schakelaars (meestal geïsoleerde bipolaire transistors of IGBT's) en een hoogfrequenttransformator. De schakelaars zijn verantwoordelijk voor het snel in- en uitschakelen van de gelijkspanning, waardoor een hoogfrequent pulssignaal ontstaat. De transformator verhoogt vervolgens de spanning naar de gewenste wisselspanning. Controle: De regelfase van een zonne-omvormer zorgt ervoor dat het omzettingsproces efficiënt en veilig verloopt. Hierbij worden geavanceerde regelalgoritmen en sensoren gebruikt om verschillende parameters te bewaken en te regelen. Enkele belangrijke regelfuncties zijn: a. Maximum Power Point Tracking (MPPT): Zonnepanelen hebben een optimaal werkpunt, het zogenaamde maximum power point (MPP), waarbij ze het maximale vermogen produceren bij een gegeven zonlichtintensiteit. Het MPPT-algoritme past het werkpunt van de zonnepanelen continu aan om de stroomopbrengst te maximaliseren door de MPP te volgen. b. Spannings- en frequentieregeling: Het besturingssysteem van de omvormer handhaaft een stabiele AC-uitgangsspanning en -frequentie, doorgaans volgens de normen van het elektriciteitsnet. Dit garandeert compatibiliteit met andere elektrische apparaten en maakt naadloze integratie met het net mogelijk. c. Netsynchronisatie: Netgekoppelde zonneomvormers synchroniseren de fase en frequentie van de wisselstroom met het elektriciteitsnet. Deze synchronisatie stelt de omvormer in staat om overtollige stroom terug te leveren aan het net of stroom van het net te halen wanneer de zonne-energieproductie onvoldoende is. Uitvoer: In de laatste fase levert de omvormer de omgezette wisselstroom aan de elektriciteitsverbruikers of het net. De opbrengst kan op twee manieren worden gebruikt: a. Netgekoppelde of netgekoppelde systemen: In netgekoppelde systemen levert de zonneomvormer de wisselstroom rechtstreeks aan het elektriciteitsnet. Dit vermindert de afhankelijkheid van energiecentrales op basis van fossiele brandstoffen en maakt saldering mogelijk, waarbij overtollige elektriciteit overdag kan worden verrekend en gebruikt tijdens periodes met een lage zonneproductie. b. Off-grid systemen: In off-grid systemen laadt de omvormer een accu op en levert hij stroom aan de elektrische apparaten. De accu's slaan overtollige zonne-energie op, die kan worden gebruikt tijdens periodes met een lage zonneproductie of 's nachts wanneer de zonnepanelen geen elektriciteit opwekken. Kenmerken van zonneomvormers: Efficiëntie: Omvormers voor zonnepanelen zijn ontworpen om met een hoge efficiëntie te werken en zo de energieopbrengst van het PV-systeem te maximaliseren. Een hogere efficiëntie resulteert in minder energieverlies tijdens het omzettingsproces, waardoor een groter deel van de zonne-energie effectief wordt benut. Vermogen: Zonne-omvormers zijn verkrijgbaar in verschillende vermogens, variërend van kleine residentiële systemen tot grootschalige commerciële installaties. Het vermogen van een omvormer moet goed afgestemd zijn op de capaciteit van de zonnepanelen om optimale prestaties te behalen. Duurzaamheid en betrouwbaarheid: Omvormers voor zonnepanelen worden blootgesteld aan wisselende omgevingsomstandigheden, waaronder temperatuurschommelingen, vochtigheid en mogelijke stroompieken. Omvormers moeten daarom worden gebouwd met robuuste materialen en ontworpen om deze omstandigheden te weerstaan, wat een langdurige betrouwbaarheid garandeert. Monitoring en communicatie: Veel moderne zonne-omvormers zijn uitgerust met monitoringsystemen waarmee gebruikers de prestaties van hun zonne-energiesysteem kunnen volgen. Sommige omvormers kunnen ook communiceren met externe apparaten en softwareplatforms, waardoor realtime gegevens beschikbaar zijn en monitoring en bediening op afstand mogelijk zijn. Veiligheidsvoorzieningen: Zonne-omvormers zijn voorzien van diverse veiligheidsvoorzieningen om zowel het systeem als de mensen die ermee werken te beschermen. Deze voorzieningen omvatten overspanningsbeveiliging, overstroombeveiliging, aardlekdetectie en anti-eilandbeveiliging, die voorkomt dat de omvormer stroom teruglevert aan het net tijdens stroomuitval. Classificatie van zonne-omvormers op basis van vermogen PV-omvormers, ook wel zonne-omvormers genoemd, kunnen worden ingedeeld in verschillende typen op basis van hun ontwerp, functionaliteit en toepassing. Inzicht in deze classificaties kan helpen bij het selecteren van de meest geschikte omvormer voor een specifiek zonne-energiesysteem. Hieronder volgen de belangrijkste typen PV-omvormers, ingedeeld naar vermogen: Omvormer volgens vermogensniveau: voornamelijk onderverdeeld in gedistribueerde omvormers (stringomvormers en microomvormers), gecentraliseerde omvormers String omkereners: Stringomvormers zijn het meest gebruikte type PV-omvormers in residentiële en commerciële zonne-installaties. Ze zijn ontworpen om meerdere in serie geschakelde zonnepanelen te verwerken, waardoor een "string" ontstaat. De PV-string (1-5 kW) is tegenwoordig de populairste omvormer op de internationale markt dankzij een omvormer met maximale piekstroom aan de DC-zijde en parallelle netaansluiting aan de AC-zijde. De door de zonnepanelen opgewekte gelijkstroom wordt naar de stringomvormer geleid, die deze omzet in wisselstroom voor direct gebruik of voor export naar het net. Stringomvormers staan bekend om hun eenvoud, kosteneffectiviteit en eenvoudige installatie. De prestaties van de gehele string zijn echter afhankelijk van het paneel met de laagste prestaties, wat de algehele efficiëntie van het systeem kan beïnvloeden. Micro-omvormers: Micro-omvormers zijn kleine omvormers die op elk afzonderlijk zonnepaneel in een PV-systeem worden geïnstalleerd. In tegenstelling tot stringomvormers zetten micro-omvormers gelijkstroom direct op paneelniveau om in wisselstroom. Dit ontwerp zorgt ervoor dat elk paneel onafhankelijk kan werken, waardoor de totale energieopbrengst van het systeem wordt geoptimaliseerd. Micro-omvormers bieden verschillende voordelen, waaronder Maximum Power Point Tracking (MPPT) op paneelniveau, verbeterde systeemprestaties bij beschaduwde of niet-passende panelen, verhoogde veiligheid dankzij lagere gelijkspanningen en gedetailleerde monitoring van de prestaties van elk paneel. De hogere initiële kosten en de mogelijke complexiteit van de installatie zijn echter factoren om rekening mee te houden. Gecentraliseerde omvormers: Centrale omvormers, ook wel grote of grootschalige (>10 kW) omvormers genoemd, worden vaak gebruikt in grootschalige zonne-energie-installaties, zoals zonneparken of commerciële zonne-energieprojecten. Deze omvormers zijn ontworpen om het hoge gelijkstroomverbruik van meerdere strings of arrays zonnepanelen te verwerken en om te zetten in wisselstroom voor aansluiting op het net. De belangrijkste kenmerken zijn het hoge vermogen en de lage kosten van het systeem. Maar omdat de uitgangsspanning en de stroomsterkte van verschillende PV-reeksen vaak niet precies op elkaar zijn afgestemd (met name wanneer de PV-reeksen gedeeltelijk in de schaduw liggen, bijvoorbeeld door bewolking, schaduw of vlekken), zal het gebruik van een centrale omvormer leiden tot een lagere efficiëntie van het omvormerproces en een lager elektriciteitsverbruik voor het huishouden. Centrale omvormers hebben doorgaans een hoger vermogen dan andere typen, variërend van enkele kilowatts tot meerdere megawatts. Ze worden geïnstalleerd op een centrale locatie of omvormerstation, en er worden meerdere strings of arrays van zonnepanelen parallel op aangesloten. Wat doet een omvormer? Fotovoltaïsche omvormers vervullen meerdere functies, waaronder wisselstroomconversie, optimalisatie van de prestaties van zonnecellen en systeembeveiliging. Deze functies omvatten automatische in- en uitschakeling, regeling van het maximale vermogen, anti-eilandbedrijf (voor netgekoppelde systemen), automatische spanningsaanpassing (voor netgekoppelde systemen), DC-detectie (voor netgekoppelde systemen) en DC-aarddetectie (voor netgekoppelde systemen). Laten we kort de automatische in- en uitschakelingsfunctie en de regeling van het maximale vermogen bekijken. 1) Automatische bediening en uitschakelfunctie Na zonsopgang neemt de intensiteit van de zonnestraling geleidelijk toe en neemt de output van de zonnecellen dienovereenkomstig toe. Wanneer het door de omvormer benodigde vermogen is bereikt, start de omvormer automatisch. Na inbedrijfstelling bewaakt de omvormer continu de output van de zonnecelcomponenten. Zolang het vermogen van de zonnecelcomponenten groter is dan het door de omvormer benodigde vermogen, blijft de omvormer werken; tot zonsondergang, zelfs als het regent. De omvormer blijft ook werken. Wanneer het vermogen van de zonnecelmodule afneemt en het vermogen van de omvormer bijna nul is, schakelt de omvormer over naar de stand-bymodus. 2) Maximale vermogensvolgfunctie Het vermogen van de zonnecelmodule varieert met de intensiteit van de zonnestraling en de temperatuur van de zonnecelmodule zelf (chiptemperatuur). Bovendien heeft de zonnecelmodule de eigenschap dat de spanning afneemt naarmate de stroom toeneemt, waardoor er een optimaal werkpunt is dat het maximale vermogen kan leveren. De intensiteit van de zonnestraling verandert, dus het optimale werkpunt verandert uiteraard ook. Afhankelijk van deze veranderingen bevindt het werkpunt van de zonnecelmodule zich altijd op het punt van maximaal vermogen en haalt het systeem altijd het maximale vermogen uit de zonnecelmodule. Dit type regeling wordt de maximumvermogensregeling genoemd. De belangrijkste functie van de omvormer die in een zonne-energiesysteem wordt gebruikt, is de functie van maximumvermogensregeling (MPPT). De belangrijkste technische indicatoren van fotovoltaïsche omvormers 1. Stabiliteit van de uitgangsspanning In een fotovoltaïsch systeem wordt de door de zonnecel gegenereerde elektrische energie eerst opgeslagen in de accu en vervolgens via de omvormer omgezet in 220 V of 380 V wisselstroom. De accu wordt echter beïnvloed door zijn eigen lading en ontlading, en de uitgangsspanning varieert binnen een groot bereik. Een nominale 12 V accu heeft bijvoorbeeld een spanningswaarde die kan variëren tussen 10,8 en 14,4 V (boven dit bereik kan schade aan de accu veroorzaken). Voor een gekwalificeerde omvormer mag de variatie van de stationaire uitgangsspanning, wanneer de ingangsspanning binnen dit bereik verandert, niet meer bedragen dan ± 5% van de nominale waarde. Tegelijkertijd mag de afwijking van de uitgangsspanning bij plotselinge belasting niet meer dan ± 10% boven de nominale waarde bedragen. 2. Golfvormvervorming van de uitgangsspanning Voor sinusomvormers moet de maximaal toegestane golfvormvervorming (of harmonische inhoud) worden gespecificeerd. Deze wordt meestal uitgedrukt als de totale golfvormvervorming van de uitgangsspanning en mag niet hoger zijn dan 5% (10% is toegestaan voor eenfase-uitgang). Omdat de hoog-orde harmonische stroom die de omvormer afgeeft extra verliezen genereert, zoals wervelstromen op de inductieve belasting, zal een te grote golfvormvervorming van de omvormer leiden tot ernstige verhitting van de belastingscomponenten, wat niet bevorderlijk is voor de veiligheid van elektrische apparatuur en de bedrijfsefficiëntie van het systeem ernstig beïnvloedt. 3. Nominale uitgangsfrequentie Voor belastingen met motoren, zoals wasmachines, koelkasten, enz., geldt dat het optimale frequentiewerkpunt van de motoren 50 Hz is. Te hoge of te lage frequenties kunnen ervoor zorgen dat de apparatuur oververhit raakt, waardoor de bedrijfsefficiëntie en de levensduur van het systeem afnemen. De uitgangsfrequentie moet een relatief stabiele waarde zijn, meestal de netfrequentie 50 Hz, en de afwijking moet onder normale werkomstandigheden binnen ± 1% liggen. 4. Belastingsvermogensfactor Karakteriseer de capaciteit van de omvormer bij inductieve of capacitieve belasting. De belastingsfactor van de sinusomvormer is 0,7 tot 0,9 en de nominale waarde is 0,9. Bij een bepaald belastingsvermogen zal de capaciteit van de omvormer toenemen als de vermogensfactor van de omvormer laag is. Aan de ene kant zullen de kosten stijgen en tegelijkertijd zal het schijnbare vermogen van het wisselstroomcircuit van het fotovoltaïsche systeem toenemen. Naarmate de stroom toeneemt, zal het verlies onvermijdelijk toenemen en zal de efficiëntie van het systeem afnemen. 5. Omvormerrendement Het rendement van de omvormer verwijst naar de verhouding tussen het uitgangsvermogen en het ingangsvermogen onder bepaalde werkomstandigheden, uitgedrukt als een percentage. Over het algemeen verwijst het nominale rendement van een fotovoltaïsche omvormer naar een zuivere weerstandsbelasting. Onder de voorwaarde van 80% belasting is het rendement. Omdat de totale kosten van het fotovoltaïsche systeem hoog zijn, moet het rendement van de fotovoltaïsche omvormer worden gemaximaliseerd om de systeemkosten te verlagen en de kostenprestaties van het fotovoltaïsche systeem te verbeteren. Momenteel ligt het nominale rendement van gangbare omvormers tussen 80% en 95%, en het rendement van omvormers met een laag vermogen moet minimaal 85% zijn. In het daadwerkelijke ontwerpproces van een fotovoltaïsch systeem moet niet alleen een omvormer met een hoog rendement worden geselecteerd, maar moet ook een redelijke configuratie van het systeem worden gebruikt om de belasting van het fotovoltaïsche systeem zoveel mogelijk in de buurt van het hoogste rendementspunt te laten werken. 6. Nominale uitgangsstroom (of nominale uitgangscapaciteit) Geeft de nominale uitgangsstroom van de omvormer aan binnen het gespecificeerde belastingsfactorbereik. Sommige omvormers geven het nominale uitgangsvermogen aan en de eenheid wordt uitgedrukt in VA of kVA. Het nominale vermogen van de omvormer is het product van de nominale uitgangsspanning en de nominale uitgangsstroom wanneer de uitgangsfactor 1 is (d.w.z. bij een zuiver ohmse belasting). 7. Beschermingsmaatregelen Een omvormer met uitstekende prestaties moet ook over volledige beschermingsfuncties of -maatregelen beschikken om verschillende abnormale situaties die tijdens het daadwerkelijke gebruik kunnen optreden, op te vangen. Zo worden de omvormer zelf en andere componenten van het systeem tegen schade beschermd. 1) Voer de onderspanningsverzekeringsrekening in: Wanneer de ingangsspanning lager is dan 85% van de nominale spanning, moet de omvormer beveiligd en weergegeven worden. 2) Ingangsoverspanningsbeveiliging: Wanneer de ingangsspanning hoger is dan 130% van de nominale spanning, moet de omvormer beveiligd en weergegeven worden. 3) Overstroombeveiliging: De overstroombeveiliging van de omvormer moet tijdig kunnen ingrijpen bij kortsluiting of overschrijding van de toegestane stroomsterkte, om schade door piekstroom te voorkomen. Wanneer de bedrijfsstroom 150% van de nominale waarde overschrijdt, moet de omvormer automatisch kunnen beveiligen. 4) Uitgangskortsluitbeveiliging De kortsluitbeveiligingstijd van de omvormer mag niet langer zijn dan 0,5 s. 5) Beveiliging tegen omgekeerde ingangspolariteit: Wanneer de positieve en negatieve polen van de ingangsaansluiting zijn omgedraaid, moet de omvormer een beveiligingsfunctie en een display hebben. 6) Bliksembeveiliging: De omvormer moet over een bliksembeveiliging beschikken. 7) Beveiliging tegen oververhitting, enz. Bovendien moet de omvormer bij omvormers zonder spanningsstabilisatiemaatregelen ook over uitgangsoverspanningsbeveiligingsmaatregelen beschikken om de belasting te beschermen tegen overspanningsschade. 8. Startkarakteristieken Om het startvermogen van de omvormer onder belasting en de prestaties tijdens dynamisch bedrijf te karakteriseren. De omvormer moet een betrouwbare start onder nominale belasting garanderen. 9. Ruis Componenten zoals transformatoren, filterinductoren, elektromagnetische schakelaars en ventilatoren in vermogenselektronica genereren ruis. Bij een normale werking van de omvormer mag de ruis niet hoger zijn dan 80 dB, en bij een kleine omvormer niet hoger dan 65 dB. Selectievaardigheden van zonne-omvormers
Plaatsingstijd: 8 mei 2024