По мере того, как мир движется вперед в своем стремлении к устойчивым и чистым энергетическим решениям, солнечная энергия вышла в лидеры гонки за более зеленое будущее. Используя обильную и возобновляемую энергию солнца, солнечные фотоэлектрические (PV) системы приобрели широкую популярность, прокладывая путь для замечательной трансформации в способе производства электроэнергии. 
В основе каждой солнечной фотоэлектрической системы лежит важнейший компонент, который позволяет преобразовывать солнечный свет в полезную энергию:солнечный инвертор. Выступая в качестве моста между солнечными панелями и электросетью, солнечные инверторы играют жизненно важную роль в эффективном использовании солнечной энергии. Понимание их принципа работы и изучение их различных типов является ключом к пониманию увлекательной механики преобразования солнечной энергии. Hкак АSоларныйIинверторWорк? Солнечный инвертор — это электронное устройство, преобразующее постоянный ток (DC), вырабатываемый солнечными панелями, в переменный ток (AC), который можно использовать для питания бытовых приборов и подавать в электросеть. Принцип работы солнечного инвертора можно разделить на три основных этапа: преобразование, управление и вывод. Конверсия: Солнечный инвертор сначала получает электричество постоянного тока, вырабатываемое солнечными панелями. Это электричество постоянного тока обычно имеет форму флуктуирующего напряжения, которое меняется в зависимости от интенсивности солнечного света. Основная задача инвертора — преобразовать это переменное напряжение постоянного тока в стабильное напряжение переменного тока, пригодное для потребления. Процесс преобразования включает в себя два ключевых компонента: набор силовых электронных переключателей (обычно биполярные транзисторы с изолированным затвором или IGBT) и высокочастотный трансформатор. Переключатели отвечают за быстрое включение и выключение постоянного напряжения, создавая высокочастотный импульсный сигнал. Затем трансформатор повышает напряжение до желаемого уровня переменного напряжения. Контроль: Стадия управления солнечного инвертора обеспечивает эффективную и безопасную работу процесса преобразования. Она включает в себя использование сложных алгоритмов управления и датчиков для мониторинга и регулирования различных параметров. Некоторые важные функции управления включают в себя: a. Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT): солнечные панели имеют оптимальную рабочую точку, называемую точкой максимальной мощности (MPP), где они вырабатывают максимальную мощность для заданной интенсивности солнечного света. Алгоритм MPPT непрерывно корректирует рабочую точку солнечных панелей, чтобы максимизировать выходную мощность, отслеживая MPP. б. Регулировка напряжения и частоты: система управления инвертора поддерживает стабильное выходное напряжение и частоту переменного тока, как правило, в соответствии со стандартами коммунальной сети. Это обеспечивает совместимость с другими электрическими устройствами и позволяет бесшовную интеграцию с сетью. c. Синхронизация сети: подключенные к сети солнечные инверторы синхронизируют фазу и частоту выходного переменного тока с коммунальной сетью. Эта синхронизация позволяет инвертору возвращать избыточную мощность в сеть или получать мощность из сети, когда солнечной генерации недостаточно. Выход: На последнем этапе солнечный инвертор подает преобразованную электроэнергию переменного тока в электрические нагрузки или сеть. Выход может быть использован двумя способами: a. Системы, подключенные к сети или сетевые: в системах, подключенных к сети, солнечный инвертор подает переменный ток напрямую в коммунальную сеть. Это снижает зависимость от электростанций, работающих на ископаемом топливе, и позволяет осуществлять чистый учет, когда избыточное электричество, вырабатываемое в течение дня, может быть зачтено и использовано в периоды низкой выработки солнечной энергии. б. Системы без подключения к сети: В системах без подключения к сети солнечный инвертор заряжает аккумуляторную батарею в дополнение к подаче питания на электрические нагрузки. Аккумуляторы хранят избыточную солнечную энергию, которую можно использовать в периоды низкой выработки солнечной энергии или ночью, когда солнечные панели не вырабатывают электричество. Характеристики солнечных инверторов: Эффективность: Солнечные инверторы предназначены для работы с высокой эффективностью для максимизации выхода энергии солнечной фотоэлектрической системы. Более высокая эффективность приводит к меньшим потерям энергии в процессе преобразования, гарантируя эффективное использование большей доли солнечной энергии. Выходная мощность: Солнечные инверторы доступны в различных мощностях, от небольших жилых систем до крупномасштабных коммерческих установок. Выходная мощность инвертора должна быть соответствующим образом согласована с мощностью солнечных панелей для достижения оптимальной производительности. Долговечность и надежность: Солнечные инверторы подвергаются воздействию различных условий окружающей среды, включая колебания температуры, влажность и потенциальные скачки напряжения. Поэтому инверторы должны быть изготовлены из прочных материалов и спроектированы так, чтобы выдерживать эти условия, обеспечивая долгосрочную надежность. Мониторинг и связь: Многие современные солнечные инверторы оснащены системами мониторинга, которые позволяют пользователям отслеживать производительность их солнечной фотоэлектрической системы. Некоторые инверторы также могут взаимодействовать с внешними устройствами и программными платформами, предоставляя данные в реальном времени и позволяя осуществлять удаленный мониторинг и управление. Функции безопасности: Солнечные инверторы включают в себя различные функции безопасности для защиты как системы, так и работающих с ней людей. Эти функции включают защиту от перенапряжения, защиту от перегрузки по току, обнаружение замыкания на землю и защиту от изолирования, которая не позволяет инвертору подавать электроэнергию в сеть во время отключений электроэнергии. Классификация солнечных инверторов по номинальной мощности Инверторы PV, также известные как солнечные инверторы, можно классифицировать по различным типам в зависимости от их конструкции, функциональности и применения. Понимание этих классификаций может помочь в выборе наиболее подходящего инвертора для конкретной солнечной фотоэлектрической системы. Ниже приведены основные типы инверторов PV, классифицированные по уровню мощности: Инверторы по уровню мощности: в основном делятся на распределенные инверторы (строчные инверторы и микроинверторы), централизованные инверторы. Инвертировать строкуерс: Струнные инверторы являются наиболее часто используемым типом фотоэлектрических инверторов в жилых и коммерческих солнечных установках. Они предназначены для управления несколькими солнечными панелями, соединенными последовательно, образуя «строку». Струнный фотоэлектрический инвертор (1–5 кВт) стал в настоящее время самым популярным инвертором на международном рынке благодаря инвертору с отслеживанием пиковой мощности на стороне постоянного тока и параллельным подключением к сети на стороне переменного тока. Электричество постоянного тока, вырабатываемое солнечными панелями, подается в строчный инвертор, который преобразует его в электричество переменного тока для немедленного использования или для экспорта в сеть. Строковые инверторы известны своей простотой, экономичностью и легкостью установки. Однако производительность всей строки зависит от панели с самой низкой производительностью, что может повлиять на общую эффективность системы. Микроинверторы: Микроинверторы — это небольшие инверторы, которые устанавливаются на каждой отдельной солнечной панели в фотоэлектрической системе. В отличие от строчных инверторов, микроинверторы преобразуют постоянный ток в переменный прямо на уровне панели. Такая конструкция позволяет каждой панели работать независимо, оптимизируя общую выходную мощность системы. Микроинверторы предлагают несколько преимуществ, включая отслеживание точки максимальной мощности на уровне панели (MPPT), улучшенную производительность системы в затененных или несовпадающих панелях, повышенную безопасность за счет более низкого напряжения постоянного тока и подробный мониторинг производительности отдельных панелей. Однако следует учитывать более высокую первоначальную стоимость и потенциальную сложность установки. Централизованные инверторы: Централизованные инверторы, также известные как крупные или коммунальные инверторы (>10 кВт), обычно используются в крупномасштабных солнечных фотоэлектрических установках, таких как солнечные фермы или коммерческие солнечные проекты. Эти инверторы предназначены для обработки высоких входных постоянных мощностей от нескольких рядов или массивов солнечных панелей и преобразования их в переменный ток для подключения к сети. Главной особенностью системы является высокая мощность и низкая стоимость, но поскольку выходное напряжение и ток различных фотоэлектрических цепочек часто не совпадают в точности (особенно когда фотоэлектрические цепочки частично затенены из-за облачности, тени, пятен и т. д.), использование централизованного инвертора приведет к снижению эффективности процесса инвертирования и снижению потребления электроэнергии в домохозяйстве. Централизованные инверторы обычно имеют более высокую мощность по сравнению с другими типами, от нескольких киловатт до нескольких мегаватт. Они устанавливаются в центральном месте или на инверторной станции, и к ним параллельно подключаются несколько рядов или массивов солнечных панелей. Что делает солнечный инвертор? Фотоэлектрические инверторы выполняют множество функций, включая преобразование переменного тока, оптимизацию производительности солнечных элементов и защиту системы. Эти функции охватывают автоматическую работу и выключение, отслеживание максимальной мощности, защиту от изолирования (для систем, подключенных к сети), автоматическую регулировку напряжения (для систем, подключенных к сети), обнаружение постоянного тока (для систем, подключенных к сети) и обнаружение заземления постоянного тока (для систем, подключенных к сети). Давайте кратко рассмотрим функцию автоматической работы и выключения, а также функцию отслеживания максимальной мощности. 1) Функция автоматического функционирования и выключения После восхода солнца утром интенсивность солнечного излучения постепенно увеличивается, и выход солнечных элементов соответственно увеличивается. Когда выходная мощность, требуемая инвертором, достигнута, инвертор начинает работать автоматически. После ввода в эксплуатацию инвертор будет контролировать выход компонентов солнечных элементов все время, пока выходная мощность компонентов солнечных элементов больше выходной мощности, требуемой инвертором, инвертор будет продолжать работать; до тех пор, пока не прекратится закат, даже если идет дождь. Инвертор также работает. Когда выход модуля солнечных элементов становится меньше, а выход инвертора близок к 0, инвертор сформирует состояние ожидания. 2) Функция отслеживания максимальной мощности Выходная мощность модуля солнечной батареи меняется в зависимости от интенсивности солнечного излучения и температуры самого модуля солнечной батареи (температуры чипа). Кроме того, поскольку модуль солнечной батареи имеет такую характеристику, что напряжение уменьшается с увеличением тока, поэтому существует оптимальная рабочая точка, которая может получить максимальную мощность. Интенсивность солнечного излучения меняется, очевидно, что наилучшая рабочая точка также меняется. Относительно этих изменений рабочая точка модуля солнечной батареи всегда находится в точке максимальной мощности, и система всегда получает максимальную выходную мощность от модуля солнечной батареи. Этот вид управления является управлением отслеживания максимальной мощности. Самая большая особенность инвертора, используемого в системе генерации солнечной энергии, - это функция отслеживания точки максимальной мощности (MPPT). Основные технические показатели фотоэлектрического инвертора 1. Стабильность выходного напряжения В фотоэлектрической системе электрическая энергия, вырабатываемая солнечным элементом, сначала хранится в аккумуляторе, а затем преобразуется в переменный ток 220 В или 380 В через инвертор. Однако аккумулятор подвержен собственному заряду и разряду, а его выходное напряжение варьируется в большом диапазоне. Например, номинальный аккумулятор 12 В имеет значение напряжения, которое может варьироваться от 10,8 до 14,4 В (выход за пределы этого диапазона может привести к повреждению аккумулятора). Для квалифицированного инвертора, когда напряжение на входных клеммах изменяется в этом диапазоне, изменение его установившегося выходного напряжения не должно превышать Plusmn; 5% от номинального значения. В то же время, когда нагрузка внезапно изменяется, отклонение его выходного напряжения не должно превышать ±10% от номинального значения. 2. Искажение формы выходного напряжения Для синусоидальных инверторов следует указать максимально допустимое искажение формы сигнала (или гармоническое содержание). Обычно оно выражается общим искажением формы сигнала выходного напряжения, и его значение не должно превышать 5% (для однофазного выхода допускается 10%). Поскольку высокочастотный гармонический ток на выходе инвертора будет генерировать дополнительные потери, такие как вихревые токи на индуктивной нагрузке, если искажение формы сигнала инвертора слишком велико, это вызовет серьезный нагрев компонентов нагрузки, что не способствует безопасности электрооборудования и серьезно влияет на эффективность работы системы. 3. Номинальная выходная частота Для нагрузок, включающих двигатели, таких как стиральные машины, холодильники и т. д., поскольку оптимальная рабочая частота двигателей составляет 50 Гц, слишком высокие или слишком низкие частоты приведут к нагреву оборудования, что снизит эффективность работы системы и срок ее службы, поэтому выходная частота инвертора должна быть относительно стабильной величиной, обычно частотой сети 50 Гц, а ее отклонение должно быть в пределах ±1% при нормальных рабочих условиях. 4. Коэффициент мощности нагрузки Охарактеризуйте способность инвертора с индуктивной нагрузкой или емкостной нагрузкой. Коэффициент мощности нагрузки синусоидального инвертора составляет 0,7~0,9, а номинальное значение составляет 0,9. В случае определенной мощности нагрузки, если коэффициент мощности инвертора низкий, мощность требуемого инвертора увеличится. С одной стороны, увеличится стоимость, и в то же время увеличится кажущаяся мощность цепи переменного тока фотоэлектрической системы. По мере увеличения тока неизбежно возрастут потери, а также снизится эффективность системы. 5. Эффективность инвертора Эффективность инвертора относится к отношению его выходной мощности к входной мощности при определенных рабочих условиях, выраженному в процентах. В общем, номинальная эффективность фотоэлектрического инвертора относится к чистой резистивной нагрузке. При условии нагрузки 80% эффективность. Поскольку общая стоимость фотоэлектрической системы высока, эффективность фотоэлектрического инвертора должна быть максимизирована, чтобы снизить стоимость системы и улучшить стоимостные показатели фотоэлектрической системы. В настоящее время номинальная эффективность основных инверторов составляет от 80% до 95%, а эффективность маломощных инверторов должна быть не менее 85%. В реальном процессе проектирования фотоэлектрической системы следует не только выбирать высокоэффективный инвертор, но и использовать разумную конфигурацию системы, чтобы нагрузка фотоэлектрической системы работала вблизи точки наилучшей эффективности, насколько это возможно. 6. Номинальный выходной ток (или номинальная выходная мощность) Указывает номинальный выходной ток инвертора в пределах указанного диапазона коэффициента мощности нагрузки. Некоторые инверторные продукты указывают номинальную выходную мощность, и ее единица выражается в ВА или кВА. Номинальная мощность инвертора является произведением номинального выходного напряжения и номинального выходного тока, когда выходной коэффициент мощности равен 1 (то есть чисто резистивная нагрузка). 7. Меры защиты Инвертор с превосходными характеристиками должен также иметь полный набор защитных функций или мер для реагирования на различные нештатные ситуации, возникающие во время фактического использования, чтобы защитить сам инвертор и другие компоненты системы от повреждений. 1) Введите счет страхования от пониженного напряжения: Если напряжение на входных клеммах ниже 85% от номинального напряжения, инвертор должен иметь защиту и дисплей. 2) Защита от перенапряжения на входе: Если напряжение на входных клеммах превышает 130% от номинального напряжения, инвертор должен иметь защиту и дисплей. 3) Защита от сверхтоков: Защита инвертора от перегрузки по току должна обеспечивать своевременное срабатывание при коротком замыкании нагрузки или превышении током допустимого значения, чтобы предотвратить его повреждение током перегрузки. Когда рабочий ток превышает 150% от номинального значения, инвертор должен иметь возможность автоматической защиты. 4) защита от короткого замыкания на выходе Время срабатывания защиты инвертора от короткого замыкания не должно превышать 0,5 с. 5) Защита от обратной полярности на входе: Если положительный и отрицательный полюса входной клеммы перепутаны, инвертор должен иметь функцию защиты и индикации. 6) Молниезащита: Инвертор должен иметь молниезащиту. 7) Защита от перегрева и т.д. Кроме того, инверторы без мер стабилизации напряжения должны также иметь меры защиты от перенапряжения на выходе, чтобы защитить нагрузку от повреждения из-за перенапряжения. 8. Пусковые характеристики Характеризовать способность инвертора запускаться под нагрузкой и производительность при динамической работе. Инвертор должен обеспечивать надежный запуск при номинальной нагрузке. 9. Шум Такие компоненты, как трансформаторы, индукторы фильтров, электромагнитные переключатели и вентиляторы в силовом электронном оборудовании, будут генерировать шум. Когда инвертор работает нормально, его шум не должен превышать 80 дБ, а шум небольшого инвертора не должен превышать 65 дБ. Навыки выбора солнечных инверторов
Время публикации: 08-05-2024