Czym jest falownik solarny?

W miarę jak świat zmierza naprzód w dążeniu do zrównoważonych i czystych rozwiązań energetycznych, energia słoneczna wyłania się jako lider w wyścigu o bardziej zieloną przyszłość. Wykorzystując obfitą i odnawialną energię słońca, systemy fotowoltaiczne (PV) zyskały powszechną popularność, torując drogę do niezwykłej transformacji w sposobie, w jaki wytwarzamy energię elektryczną. Sercem każdego systemu fotowoltaicznego jest kluczowy element umożliwiający zamianę światła słonecznego na użyteczną energię:falownik słoneczny. Działając jako pomost między panelami słonecznymi a siecią elektryczną, falowniki słoneczne odgrywają kluczową rolę w efektywnym wykorzystaniu energii słonecznej. Zrozumienie zasady ich działania i zbadanie ich różnych typów jest kluczem do zrozumienia fascynującej mechaniki stojącej za konwersją energii słonecznej. Hco robi ASolarIfalownikWork? Falownik solarny to urządzenie elektroniczne, które zamienia prąd stały (DC) wytwarzany przez panele słoneczne na prąd przemienny (AC), który może być używany do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego i może być wprowadzany do sieci elektrycznej. Zasada działania falownika solarnego może być podzielona na trzy główne etapy: konwersja, kontrola i wyjście. Konwersja: Falownik słoneczny najpierw odbiera prąd stały generowany przez panele słoneczne. Prąd stały jest zazwyczaj w formie zmiennego napięcia, które zmienia się wraz z intensywnością światła słonecznego. Podstawowym zadaniem falownika jest przekształcenie tego zmiennego napięcia stałego w stabilne napięcie przemienne odpowiednie do zużycia. Proces konwersji obejmuje dwa kluczowe komponenty: zestaw przełączników elektronicznych mocy (zwykle tranzystorów bipolarnych z izolowaną bramką lub IGBT) i transformator wysokiej częstotliwości. Przełączniki odpowiadają za szybkie włączanie i wyłączanie napięcia DC, tworząc sygnał impulsowy o wysokiej częstotliwości. Następnie transformator podwyższa napięcie do pożądanego poziomu napięcia AC. Kontrola: Etap sterowania falownika słonecznego zapewnia, że ​​proces konwersji działa wydajnie i bezpiecznie. Obejmuje on wykorzystanie zaawansowanych algorytmów sterowania i czujników do monitorowania i regulacji różnych parametrów. Niektóre ważne funkcje sterowania obejmują: a. Śledzenie punktu maksymalnej mocy (MPPT): Panele słoneczne mają optymalny punkt pracy zwany punktem maksymalnej mocy (MPP), w którym wytwarzają maksymalną moc przy danym natężeniu światła słonecznego. Algorytm MPPT stale dostosowuje punkt pracy paneli słonecznych, aby zmaksymalizować moc wyjściową poprzez śledzenie MPP. b. Regulacja napięcia i częstotliwości: System sterowania falownika utrzymuje stabilne napięcie wyjściowe AC i częstotliwość, zazwyczaj zgodnie ze standardami sieci energetycznej. Zapewnia to zgodność z innymi urządzeniami elektrycznymi i umożliwia bezproblemową integrację z siecią. c. Synchronizacja sieci: Falowniki solarne podłączone do sieci synchronizują fazę i częstotliwość wyjścia prądu przemiennego z siecią energetyczną. Ta synchronizacja umożliwia falownikowi przesyłanie nadmiaru mocy z powrotem do sieci lub pobieranie mocy z sieci, gdy produkcja energii słonecznej jest niewystarczająca. Wyjście: W ostatnim etapie falownik solarny dostarcza przekonwertowaną energię elektryczną AC do obciążeń elektrycznych lub sieci. Wyjście może być wykorzystane na dwa sposoby: a. Systemy sieciowe lub podłączone do sieci: W systemach podłączonych do sieci falownik solarny przesyła prąd AC bezpośrednio do sieci energetycznej. Zmniejsza to zależność od elektrowni zasilanych paliwami kopalnymi i umożliwia rozliczanie netto, w którym nadmiar energii elektrycznej wytworzonej w ciągu dnia może zostać zaliczony i wykorzystany w okresach niskiej produkcji energii słonecznej. b. Systemy poza siecią: W systemach poza siecią falownik słoneczny ładuje bank baterii oprócz dostarczania energii do obciążeń elektrycznych. Baterie przechowują nadmiar energii słonecznej, która może być wykorzystana w okresach niskiej produkcji energii słonecznej lub w nocy, gdy panele słoneczne nie generują energii elektrycznej. Charakterystyka falowników solarnych: Efektywność: Falowniki słoneczne są zaprojektowane do pracy z wysoką wydajnością, aby zmaksymalizować wydajność energetyczną systemu fotowoltaicznego. Wyższa wydajność skutkuje mniejszą utratą energii podczas procesu konwersji, zapewniając, że większa część energii słonecznej jest efektywnie wykorzystywana. Moc wyjściowa: Falowniki słoneczne są dostępne w różnych mocach znamionowych, od małych systemów mieszkalnych po instalacje komercyjne na dużą skalę. Moc wyjściowa falownika powinna być odpowiednio dopasowana do pojemności paneli słonecznych, aby uzyskać optymalną wydajność. Trwałość i niezawodność: Falowniki słoneczne są narażone na różne warunki środowiskowe, w tym wahania temperatury, wilgotność i potencjalne przepięcia elektryczne. Dlatego falowniki powinny być zbudowane z wytrzymałych materiałów i zaprojektowane tak, aby wytrzymać te warunki, zapewniając długoterminową niezawodność. Monitorowanie i komunikacja: Wiele nowoczesnych inwerterów słonecznych jest wyposażonych w systemy monitorowania, które pozwalają użytkownikom śledzić wydajność ich systemu fotowoltaicznego. Niektóre inwertery mogą również komunikować się z urządzeniami zewnętrznymi i platformami oprogramowania, dostarczając dane w czasie rzeczywistym i umożliwiając zdalne monitorowanie i kontrolę. Funkcje bezpieczeństwa: Falowniki słoneczne zawierają różne funkcje bezpieczeństwa, aby chronić zarówno system, jak i osoby z nim pracujące. Funkcje te obejmują zabezpieczenie przeciwprzepięciowe, zabezpieczenie nadprądowe, wykrywanie zwarć doziemnych i zabezpieczenie przed pracą wyspową, które zapobiegają dostarczaniu energii do sieci przez falownik podczas przerw w dostawie prądu. Klasyfikacja falowników słonecznych według mocy znamionowej Falowniki fotowoltaiczne, znane również jako falowniki słoneczne, można podzielić na różne typy w oparciu o ich konstrukcję, funkcjonalność i zastosowanie. Zrozumienie tych klasyfikacji może pomóc w wyborze najbardziej odpowiedniego falownika do konkretnego systemu fotowoltaicznego. Poniżej przedstawiono główne typy falowników fotowoltaicznych klasyfikowane według poziomu mocy: Falowniki według poziomu mocy: dzielą się głównie na falowniki rozproszone (falowniki szeregowe i mikrofalowniki), falowniki scentralizowane Odwróć ciągersi: Falowniki szeregowe są najczęściej stosowanym typem falowników PV w instalacjach solarnych w domach i firmach. Są zaprojektowane do obsługi wielu paneli słonecznych połączonych szeregowo, tworząc „łańcuch”. Łańcuch PV (1-5 kW) stał się obecnie najpopularniejszym falownikiem na rynku międzynarodowym dzięki falownikowi ze śledzeniem szczytu mocy maksymalnej po stronie prądu stałego i równoległym połączeniem sieciowym po stronie prądu przemiennego. Prąd stały generowany przez panele słoneczne jest wprowadzany do falownika szeregowego, który zamienia go na prąd przemienny do natychmiastowego użycia lub do eksportu do sieci. Falowniki szeregowe są znane ze swojej prostoty, opłacalności i łatwości instalacji. Jednak wydajność całego szeregu zależy od panelu o najniższej wydajności, co może mieć wpływ na ogólną wydajność systemu. Mikroinwertery: Mikroinwertery to małe inwertery instalowane na każdym indywidualnym panelu słonecznym w systemie PV. W przeciwieństwie do inwerterów szeregowych, mikroinwertery zamieniają prąd stały na prąd przemienny bezpośrednio na poziomie panelu. Taka konstrukcja pozwala każdemu panelowi działać niezależnie, optymalizując ogólną moc wyjściową systemu. Mikroinwertery oferują kilka zalet, w tym śledzenie maksymalnego punktu mocy (MPPT) na poziomie panelu, ulepszoną wydajność systemu w zacienionych lub niedopasowanych panelach, zwiększone bezpieczeństwo dzięki niższym napięciom stałym i szczegółowe monitorowanie wydajności poszczególnych paneli. Jednak wyższe koszty początkowe i potencjalna złożoność instalacji to czynniki, które należy wziąć pod uwagę. Falowniki scentralizowane: Centralne falowniki, znane również jako falowniki o dużej lub przemysłowej mocy (>10 kW), są powszechnie stosowane w dużych instalacjach fotowoltaicznych, takich jak farmy słoneczne lub komercyjne projekty solarne. Falowniki te są zaprojektowane do obsługi wysokich mocy wejściowych DC z wielu ciągów lub tablic paneli słonecznych i przekształcania ich w prąd przemienny do podłączenia do sieci. Najważniejszą zaletą systemu jest duża moc i niski koszt, ale ponieważ napięcie wyjściowe i prąd różnych łańcuchów fotowoltaicznych często nie są idealnie dopasowane (szczególnie, gdy łańcuchy fotowoltaiczne są częściowo zacienione z powodu zachmurzenia, cienia, plam itp.), użycie scentralizowanego falownika spowoduje niższą wydajność procesu inwertowania i niższe zużycie energii elektrycznej w gospodarstwie domowym. Centralne inwertery mają zazwyczaj większą moc w porównaniu do innych typów, od kilku kilowatów do kilku megawatów. Są instalowane w centralnej lokalizacji lub stacji inwerterowej, a wiele ciągów lub tablic paneli słonecznych jest do nich podłączonych równolegle. Do czego służy falownik solarny? Falowniki fotowoltaiczne pełnią wiele funkcji, w tym konwersję prądu przemiennego, optymalizację wydajności ogniw słonecznych i ochronę systemu. Funkcje te obejmują automatyczną pracę i wyłączanie, kontrolę śledzenia maksymalnej mocy, zapobieganie pracy wyspowej (dla systemów podłączonych do sieci), automatyczną regulację napięcia (dla systemów podłączonych do sieci), wykrywanie prądu stałego (dla systemów podłączonych do sieci) i wykrywanie uziemienia prądu stałego (dla systemów podłączonych do sieci). Przyjrzyjmy się pokrótce funkcji automatycznej pracy i wyłączania oraz funkcji kontroli śledzenia maksymalnej mocy. 1) Funkcja automatycznej pracy i wyłączania Po wschodzie słońca rano intensywność promieniowania słonecznego stopniowo wzrasta, a moc ogniw słonecznych odpowiednio wzrasta. Gdy moc wyjściowa wymagana przez falownik zostanie osiągnięta, falownik zaczyna działać automatycznie. Po wejściu do działania falownik będzie cały czas monitorował moc wyjściową komponentów ogniw słonecznych, dopóki moc wyjściowa komponentów ogniw słonecznych będzie większa niż moc wyjściowa wymagana przez falownik, falownik będzie kontynuował pracę; aż do ustania zachodu słońca, nawet jeśli pada deszcz Falownik również działa. Gdy moc wyjściowa modułu ogniw słonecznych stanie się mniejsza, a moc wyjściowa falownika zbliży się do 0, falownik przejdzie w stan gotowości. 2) Funkcja śledzenia maksymalnej mocy Moc wyjściowa modułu ogniwa słonecznego zmienia się wraz z intensywnością promieniowania słonecznego i temperaturą samego modułu ogniwa słonecznego (temperatura chipa). Ponadto, ponieważ moduł ogniwa słonecznego ma cechę, że napięcie maleje wraz ze wzrostem prądu, istnieje optymalny punkt pracy, który może uzyskać maksymalną moc. Intensywność promieniowania słonecznego ulega zmianie, więc oczywiście najlepszy punkt pracy również ulega zmianie. W odniesieniu do tych zmian punkt pracy modułu ogniwa słonecznego zawsze znajduje się w punkcie maksymalnej mocy, a system zawsze uzyskuje maksymalną moc wyjściową z modułu ogniwa słonecznego. Ten rodzaj sterowania to sterowanie śledzeniem maksymalnej mocy. Największą cechą falownika stosowanego w systemie wytwarzania energii słonecznej jest funkcja śledzenia punktu maksymalnej mocy (MPPT). Główne wskaźniki techniczne falownika fotowoltaicznego 1. Stabilność napięcia wyjściowego W systemie fotowoltaicznym energia elektryczna generowana przez ogniwo słoneczne jest najpierw magazynowana przez akumulator, a następnie zamieniana na prąd przemienny 220 V lub 380 V za pośrednictwem falownika. Jednak akumulator jest poddawany własnemu ładowaniu i rozładowywaniu, a jego napięcie wyjściowe zmienia się w szerokim zakresie. Na przykład nominalny akumulator 12 V ma wartość napięcia, która może zmieniać się między 10,8 a 14,4 V (poza tym zakresem może spowodować uszkodzenie akumulatora). W przypadku wykwalifikowanego falownika, gdy napięcie zacisków wejściowych zmienia się w tym zakresie, zmiana jego ustalonego napięcia wyjściowego nie powinna przekraczać Plusmn; 5% wartości znamionowej. Jednocześnie, gdy obciążenie zmienia się nagle, odchylenie jego napięcia wyjściowego nie powinno przekraczać ±10% wartości znamionowej. 2. Zniekształcenie przebiegu napięcia wyjściowego W przypadku falowników sinusoidalnych należy określić maksymalne dopuszczalne zniekształcenie przebiegu (lub zawartość harmonicznych). Zazwyczaj wyraża się je całkowitym zniekształceniem przebiegu napięcia wyjściowego, a jego wartość nie powinna przekraczać 5% (10% jest dozwolone dla wyjścia jednofazowego). Ponieważ prąd harmoniczny wyższego rzędu wyprowadzany przez falownik będzie generował dodatkowe straty, takie jak prądy wirowe na obciążeniu indukcyjnym, jeśli zniekształcenie przebiegu falownika jest zbyt duże, spowoduje to poważne nagrzewanie się elementów obciążenia, co nie sprzyja bezpieczeństwu urządzeń elektrycznych i poważnie wpływa na wydajność pracy systemu. 3. Znamionowa częstotliwość wyjściowa W przypadku obciążeń obejmujących silniki, takich jak pralki, lodówki itp., ponieważ optymalna częstotliwość robocza silników wynosi 50 Hz, zbyt wysokie lub zbyt niskie częstotliwości spowodują nagrzewanie się sprzętu, co obniży wydajność roboczą systemu i skróci jego żywotność, dlatego częstotliwość wyjściowa falownika powinna mieć stosunkowo stabilną wartość, zwykle częstotliwość sieciową 50 Hz, a jej odchylenie powinno mieścić się w granicach plus minus 1% w normalnych warunkach pracy. 4. Współczynnik mocy obciążenia Scharakteryzuj zdolność falownika z obciążeniem indukcyjnym lub pojemnościowym. Współczynnik mocy obciążenia falownika sinusoidalnego wynosi 0,7~0,9, a wartość znamionowa wynosi 0,9. W przypadku określonej mocy obciążenia, jeśli współczynnik mocy falownika jest niski, wydajność wymaganego falownika wzrośnie. Z jednej strony wzrosną koszty, a jednocześnie wzrośnie pozorna moc obwodu prądu przemiennego układu fotowoltaicznego. Wraz ze wzrostem prądu nieuchronnie wzrosną straty, a wydajność układu również spadnie. 5. Sprawność falownika Sprawność falownika odnosi się do stosunku jego mocy wyjściowej do mocy wejściowej w określonych warunkach pracy, wyrażonej w procentach. Ogólnie rzecz biorąc, nominalna sprawność falownika fotowoltaicznego odnosi się do czystego obciążenia rezystancyjnego. Pod warunkiem 80% sprawności obciążenia. Ponieważ całkowity koszt systemu fotowoltaicznego jest wysoki, sprawność falownika fotowoltaicznego powinna być maksymalizowana w celu obniżenia kosztów systemu i poprawy wydajności kosztowej systemu fotowoltaicznego. Obecnie nominalna sprawność głównych falowników wynosi od 80% do 95%, a sprawność falowników małej mocy musi wynosić nie mniej niż 85%. W rzeczywistym procesie projektowania systemu fotowoltaicznego należy nie tylko wybrać falownik o wysokiej sprawności, ale także należy zastosować rozsądną konfigurację systemu, aby obciążenie systemu fotowoltaicznego działało w pobliżu najlepszego punktu sprawności w jak największym stopniu. 6. Znamionowy prąd wyjściowy (lub znamionowa pojemność wyjściowa) Wskazuje znamionowy prąd wyjściowy falownika w określonym zakresie współczynnika mocy obciążenia. Niektóre produkty falowników podają znamionową moc wyjściową, a jej jednostka jest wyrażona w VA lub kVA. Znamionowa moc falownika jest iloczynem znamionowego napięcia wyjściowego i znamionowego prądu wyjściowego, gdy współczynnik mocy wyjściowej wynosi 1 (czyli obciążenie czysto rezystancyjne). 7. Środki ochrony Falownik o doskonałych parametrach powinien być także wyposażony w kompletne funkcje lub środki zabezpieczające, pozwalające na radzenie sobie z różnymi nietypowymi sytuacjami, które mogą wystąpić podczas użytkowania, chroniąc w ten sposób sam falownik i inne podzespoły systemu przed uszkodzeniem. 1) Wprowadź rachunek ubezpieczenia podnapięciowego: Jeżeli napięcie na zaciskach wejściowych jest niższe niż 85% napięcia znamionowego, falownik powinien być wyposażony w zabezpieczenie i wyświetlacz. 2) Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe wejściowe: Jeżeli napięcie na zaciskach wejściowych jest wyższe niż 130% napięcia znamionowego, falownik powinien być wyposażony w zabezpieczenie i wyświetlacz. 3) Zabezpieczenie nadprądowe: Zabezpieczenie nadprądowe falownika powinno być w stanie zapewnić terminowe działanie, gdy obciążenie jest zwarte lub prąd przekracza dopuszczalną wartość, aby zapobiec uszkodzeniu przez prąd udarowy. Gdy prąd roboczy przekroczy 150% wartości znamionowej, falownik powinien być w stanie automatycznie się zabezpieczyć. 4) zabezpieczenie przeciwzwarciowe wyjścia Czas zadziałania zabezpieczenia przeciwzwarciowego falownika nie powinien przekraczać 0,5 s. 5) Zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją wejścia: W przypadku zamiany biegunów dodatniego i ujemnego zacisku wejściowego, falownik powinien być wyposażony w funkcję zabezpieczenia i wyświetlacz. 6) Ochrona odgromowa: Falownik powinien być wyposażony w zabezpieczenie przeciwprzepięciowe. 7) Zabezpieczenie przed przegrzaniem itp. Ponadto, w przypadku falowników bez stabilizacji napięcia, falownik powinien być wyposażony w zabezpieczenie przeciwprzepięciowe na wyjściu, chroniące obciążenie przed uszkodzeniami spowodowanymi przepięciem. 8. Charakterystyka początkowa Aby scharakteryzować zdolność falownika do rozruchu z obciążeniem i wydajność podczas pracy dynamicznej. Falownik powinien zapewnić niezawodny rozruch przy obciążeniu znamionowym. 9. Hałas Komponenty takie jak transformatory, induktory filtrów, przełączniki elektromagnetyczne i wentylatory w urządzeniach elektronicznych mocy będą generować hałas. Gdy falownik pracuje normalnie, jego hałas nie powinien przekraczać 80 dB, a hałas małego falownika nie powinien przekraczać 65 dB. Umiejętności doboru falowników słonecznych