Шта је соларни инвертор?

Како свет корача напред у потрази за одрживим и чистим енергетским решењима, соларна енергија се појавила као предводник у трци ка зеленијој будућности. Користећи обилну и обновљиву енергију сунца, соларни фотонапонски (ПВ) системи су стекли широку популарност, отварајући пут за изузетну трансформацију у начину на који производимо електричну енергију. У срцу сваког соларног ПВ система лежи кључна компонента која омогућава претварање сунчеве светлости у употребљиву енергију:соларни инверторДелујући као мост између соларних панела и електричне мреже, соларни инвертори играју виталну улогу у ефикасном коришћењу соларне енергије. Разумевање њиховог принципа рада и истраживање њихових различитих типова је кључно за разумевање фасцинантне механике која стоји иза конверзије соларне енергије. HДа ли АSоларIинверторWорк? Соларни инвертор је електронски уређај који претвара једносмерну струју (DC) коју производе соларни панели у наизменичну струју (AC) која се може користити за напајање кућних апарата и доводити у електричну мрежу. Принцип рада соларног инвертора може се поделити у три главне фазе: конверзија, контрола и излаз. Конверзија: Соларни инвертор прво прима једносмерну струју коју генеришу соларни панели. Ова једносмерна струја је обично у облику флуктуирајућег напона који варира у зависности од интензитета сунчеве светлости. Примарни задатак инвертора је да претвори овај променљиви једносмерни напон у стабилан наизменични напон погодан за потрошњу. Процес конверзије укључује две кључне компоненте: сет електронских прекидача за напајање (обично биполарни транзистори са изолованом капијом или IGBT) и високофреквентни трансформатор. Прекидачи су одговорни за брзо укључивање и искључивање једносмерног напона, стварајући високофреквентни импулсни сигнал. Трансформатор затим повећава напон до жељеног нивоа наизменичног напона. Контрола: Фаза управљања соларним инвертором осигурава да процес конверзије функционише ефикасно и безбедно. Она подразумева употребу софистицираних алгоритама управљања и сензора за праћење и регулисање различитих параметара. Неке важне функције управљања укључују: а. Праћење тачке максималне снаге (MPPT): Соларни панели имају оптималну радну тачку која се назива тачка максималне снаге (MPP), где производе максималну снагу за дати интензитет сунчеве светлости. MPPT алгоритам континуирано подешава радну тачку соларних панела како би се максимизирала излазна снага праћењем MPP. б. Регулација напона и фреквенције: Контролни систем инвертора одржава стабилан излазни наизменични напон и фреквенцију, обично пратећи стандарде електронске мреже. Ово обезбеђује компатибилност са другим електричним уређајима и омогућава беспрекорну интеграцију са мрежом. ц. Синхронизација мреже: Соларни инвертори повезани на мрежу синхронизују фазу и фреквенцију излаза наизменичне струје са електричном мрежом. Ова синхронизација омогућава инвертору да врати вишак енергије у мрежу или да црпи енергију из мреже када је производња соларне енергије недовољна. Излаз: У завршној фази, соларни инвертор испоручује конвертовану наизменичну струју електричним оптерећењима или мрежи. Излаз се може користити на два начина: a. Системи на мрежи или системи повезани на мрежу: У системима повезаним на мрежу, соларни инвертор директно доводи наизменичну струју у комуналну мрежу. Ово смањује зависност од електрана на фосилна горива и омогућава нето мерење, где се вишак електричне енергије произведене током дана може приписати и користити током периода ниске производње соларне енергије. б. Системи ван мреже: У системима ван мреже, соларни инвертор пуни батерије поред тога што напаја електрична оптерећења. Батерије складиште вишак соларне енергије, која се може користити током периода ниске производње соларне енергије или ноћу када соларни панели не производе електричну енергију. Карактеристике соларних инвертора: Ефикасност: Соларни инвертори су дизајнирани да раде са високом ефикасношћу како би максимизирали енергетски принос соларног фотонапонског система. Већа ефикасност резултира мањим губитком енергије током процеса конверзије, осигуравајући да се већи део соларне енергије ефикасно користи. Излазна снага: Соларни инвертори су доступни у различитим снагама, од малих стамбених система до великих комерцијалних инсталација. Излазна снага инвертора треба да буде одговарајуће усклађена са капацитетом соларних панела како би се постигле оптималне перформансе. Издржљивост и поузданост: Соларни инвертори су изложени различитим условима околине, укључујући температурне флуктуације, влажност и потенцијалне електричне пренапоне. Стога, инвертори треба да буду направљени од робусних материјала и пројектовани да издрже ове услове, осигуравајући дугорочну поузданост. Праћење и комуникација: Многи модерни соларни инвертори опремљени су системима за праћење који омогућавају корисницима да прате перформансе свог соларног фотонапонског система. Неки инвертори такође могу да комуницирају са спољним уређајима и софтверским платформама, пружајући податке у реалном времену и омогућавајући даљинско праћење и контролу. Безбедносне карактеристике: Соларни инвертори укључују разне безбедносне функције како би заштитили и систем и особе које раде са њим. Ове функције укључују заштиту од пренапона, заштиту од прекомерне струје, детекцију споја уземљења и заштиту од острвског напајања, која спречава да инвертор напаја мрежу током нестанка струје. Класификација соларних инвертора према снази ПВ инвертори, познати и као соларни инвертори, могу се класификовати у различите типове на основу њиховог дизајна, функционалности и примене. Разумевање ових класификација може помоћи у избору најприкладнијег инвертора за одређени соларни ПВ систем. Следе главне врсте ПВ инвертора класификованих по нивоу снаге: Инвертор према нивоу снаге: углавном подељен на дистрибуирани инвертор (стринг инвертор и микро инвертор), централизовани инвертор Инвертовање низаери: Стринг инвертори су најчешће коришћени тип ПВ инвертора у стамбеним и комерцијалним соларним инсталацијама, дизајнирани су за рад са више соларних панела повезаних серијски, формирајући „низ“. ПВ низ (1-5 kW) је данас постао најпопуларнији инвертор на међународном тржишту захваљујући инвертору са максималним праћењем вршне снаге на једносмерној страни и паралелном мрежном везом на наизменичној страни. Једносмерна електрична енергија коју генеришу соларни панели се доводи у стринг инвертор, који је претвара у наизменичну струју за тренутну употребу или за извоз у мрежу. Стринг инвертори су познати по својој једноставности, исплативости и лакоћи инсталације. Међутим, перформансе целог стринга зависе од панела са најслабијим перформансама, што може утицати на укупну ефикасност система. Микро инвертори: Микро инвертори су мали инвертори који се инсталирају на сваки појединачни соларни панел у фотонапонском систему. За разлику од стринг инвертора, микро инвертори претварају једносмерну струју у наизменичну директно на нивоу панела. Овај дизајн омогућава сваком панелу да ради независно, оптимизујући укупни енергетски излаз система. Микро инвертори нуде неколико предности, укључујући праћење тачке максималне снаге (MPPT) на нивоу панела, побољшане перформансе система у осенченим или неусклађеним панелима, повећану безбедност због нижих једносмерних напона и детаљно праћење перформанси појединачних панела. Међутим, већи почетни трошкови и потенцијална сложеност инсталације су фактори које треба узети у обзир. Централизовани инвертори: Централизовани инвертори, познати и као велики или комунални (>10kW) инвертори, обично се користе у великим соларним фотонапонским инсталацијама, као што су соларне фарме или комерцијални соларни пројекти. Ови инвертори су дизајнирани да обраде високе једносмерне улазне снаге из више низова или низова соларних панела и да их претворе у наизменичну струју за прикључак на мрежу. Највећа карактеристика је велика снага и ниска цена система, али пошто излазни напон и струја различитих фотонапонских низова често нису потпуно усклађени (посебно када су фотонапонски низови делимично засењени због облачности, сенке, мрља итд.), употреба централизованог инвертора ће довести до ниже ефикасности процеса инвертовања и ниже потрошње електричне енергије у домаћинству. Централизовани инвертори обично имају већи капацитет снаге у поређењу са другим типовима, у распону од неколико киловата до неколико мегавата. Инсталирају се на централној локацији или инверторској станици, а више низова или низова соларних панела је паралелно повезано са њима. Шта ради соларни инвертор? Фотонапонски инвертори служе вишеструким функцијама, укључујући конверзију наизменичне струје, оптимизацију перформанси соларних ћелија и заштиту система. Ове функције обухватају аутоматски рад и искључивање, контролу праћења максималне снаге, спречавање острвског рада (за системе повезане на мрежу), аутоматско подешавање напона (за системе повезане на мрежу), детекцију једносмерне струје (за системе повезане на мрежу) и детекцију уземљења једносмерном струјом (за системе повезане на мрежу). Хајде укратко да истражимо функцију аутоматског рада и искључивања и функцију контроле праћења максималне снаге. 1) Аутоматски рад и функција искључивања Након изласка сунца ујутру, интензитет сунчевог зрачења постепено се повећава, а излаз соларних ћелија се сходно томе повећава. Када се достигне излазна снага потребна инвертору, инвертор почиње аутоматски да ради. Након уласка у рад, инвертор ће стално пратити излаз компоненти соларних ћелија, све док је излазна снага компоненти соларних ћелија већа од излазне снаге потребне инвертору, инвертор ће наставити да ради; све док не престане залазак сунца, чак и ако пада киша. Када излаз модула соларних ћелија постане мањи и излаз инвертора је близу 0, инвертор ће прећи у стање приправности. 2) Функција контроле праћења максималне снаге Излаз модула соларне ћелије варира у зависности од интензитета сунчевог зрачења и температуре самог модула соларне ћелије (температуре чипа). Поред тога, пошто модул соларне ћелије има карактеристику да напон опада са повећањем струје, постоји оптимална радна тачка која може да постигне максималну снагу. Интензитет сунчевог зрачења се мења, очигледно је да се мења и најбоља радна тачка. У односу на ове промене, радна тачка модула соларне ћелије је увек на тачки максималне снаге, а систем увек добија максималну излазну снагу из модула соларне ћелије. Ова врста контроле је контрола праћења максималне снаге. Највећа карактеристика инвертора који се користи у систему за производњу соларне енергије је функција праћења тачке максималне снаге (MPPT). Главни технички индикатори фотонапонског инвертора 1. Стабилност излазног напона У фотонапонском систему, електрична енергија коју генерише соларна ћелија прво се складишти у батерији, а затим се путем инвертора претвара у наизменичну струју од 220 V или 380 V. Међутим, на батерију утиче сопствено пуњење и пражњење, а њен излазни напон варира у великом опсегу. На пример, номинална вредност напона батерије од 12 V може варирати између 10,8 и 14,4 V (ван овог опсега може довести до оштећења батерије). За квалификовани инвертор, када се напон на улазним терминалима промени унутар овог опсега, варијација његовог устаљеног излазног напона не би требало да пређе ±5% од номиналне вредности. Истовремено, када се оптерећење нагло промени, одступање његовог излазног напона не би требало да пређе ±10% од номиналне вредности. 2. Изобличење таласног облика излазног напона За синусне инверторе, треба навести максимално дозвољено изобличење таласног облика (или хармонични садржај). Обично се изражава укупним изобличењем таласног облика излазног напона, а његова вредност не би требало да прелази 5% (10% је дозвољено за једнофазни излаз). Пошто ће струја високог хармоника коју инвертор емитује генерисати додатне губитке, као што су вртложне струје на индуктивном оптерећењу, ако је изобличење таласног облика инвертора превелико, то ће изазвати озбиљно загревање компоненти оптерећења, што не доприноси безбедности електричне опреме и озбиљно утиче на ефикасност рада система. 3. Номинална излазна фреквенција За оптерећења која укључују моторе, као што су машине за прање веша, фрижидери итд., пошто је оптимална радна фреквенција мотора 50Hz, превисоке или прениске фреквенције ће проузроковати прегревање опреме, смањујући ефикасност рада и век трајања система, тако да излазна фреквенција инвертора треба да буде релативно стабилна вредност, обично фреквенција напајања 50Hz, а њено одступање треба да буде унутар +/-% под нормалним радним условима. 4. Фактор снаге оптерећења Окарактеришите способност инвертора са индуктивним или капацитивним оптерећењем. Фактор снаге оптерећења синусног инвертора је 0,7~0,9, а номинална вредност је 0,9. У случају одређене снаге оптерећења, ако је фактор снаге инвертора низак, капацитет потребног инвертора ће се повећати. С једне стране, трошкови ће се повећати, а истовремено ће се повећати и привидна снага наизменичног кола фотонапонског система. Како се струја повећава, губици ће се неизбежно повећати, а ефикасност система ће се такође смањити. 5. Ефикасност инвертора Ефикасност инвертора односи се на однос његове излазне снаге и улазне снаге под одређеним радним условима, изражен у процентима. Генерално, номинална ефикасност фотонапонског инвертора односи се на чисто отпорно оптерећење. Под условом ефикасности оптерећења од 80%. Пошто је укупна цена фотонапонског система висока, ефикасност фотонапонског инвертора треба максимизирати како би се смањили трошкови система и побољшале трошковне перформансе фотонапонског система. Тренутно, номинална ефикасност главних инвертора је између 80% и 95%, а ефикасност инвертора мале снаге треба да буде најмање 85%. У стварном процесу пројектовања фотонапонског система, не само да треба одабрати високоефикасан инвертор, већ треба користити и разумну конфигурацију система како би оптерећење фотонапонског система радило што је могуће ближе тачки најбоље ефикасности. 6. Називна излазна струја (или називни излазни капацитет) Означава номиналну излазну струју инвертора унутар наведеног опсега фактора снаге оптерећења. Неки инверторски производи наводе номинални излазни капацитет, а његова јединица је изражена у VA или kVA. Номинални капацитет инвертора је производ номиналног излазног напона и номиналне излазне струје када је излазни фактор снаге 1 (то јест, чисто отпорно оптерећење). 7. Мере заштите Инвертор са одличним перформансама треба такође да има комплетне заштитне функције или мере за решавање различитих абнормалних ситуација које се јављају током стварне употребе, како би се заштитио сам инвертор и друге компоненте система од оштећења. 1) Унесите рачун осигурања за поднапон: Када је напон на улазним терминалима нижи од 85% номиналног напона, инвертор треба да има заштиту и дисплеј. 2) Заштита од пренапона на улазу: Када је напон на улазним терминалима већи од 130% номиналног напона, инвертор треба да има заштиту и дисплеј. 3) Заштита од прекомерне струје: Заштита од прекомерне струје инвертора треба да буде у стању да обезбеди благовремену реакцију када дође до кратког споја оптерећења или струја пређе дозвољену вредност, како би се спречило оштећење услед ударне струје. Када радна струја пређе 150% номиналне вредности, инвертор треба да буде у стању да се аутоматски заштити. 4) заштита од кратког споја на излазу Време деловања заштите од кратког споја инвертора не би требало да пређе 0,5 с. 5) Заштита од обрнутог поларитета улаза: Када су позитивни и негативни полови улазног терминала обрнути, инвертор треба да има заштитну функцију и дисплеј. 6) Заштита од удара грома: Инвертор треба да има заштиту од грома. 7) Заштита од прегревања, итд. Поред тога, за инверторе без мера за стабилизацију напона, инвертор би такође требало да има мере заштите од пренапона на излазу како би заштитио оптерећење од оштећења услед пренапона. 8. Почетне карактеристике Да би се окарактерисала способност инвертора да се покрене са оптерећењем и перформансе током динамичког рада. Инвертор треба да обезбеди поуздано покретање под номиналним оптерећењем. 9. Бука Компоненте као што су трансформатори, индуктори филтера, електромагнетни прекидачи и вентилатори у енергетској електронској опреми генерисаће буку. Када инвертор ради нормално, његова бука не би требало да прелази 80dB, а бука малог инвертора не би требало да прелази 65dB. Вештине избора соларних инвертора