Güneş enerjisi invertörü nedir?

Dünya sürdürülebilir ve temiz enerji çözümleri arayışında ilerledikçe, güneş enerjisi daha yeşil bir geleceğe doğru yarışta öncü olarak ortaya çıktı. Güneşin bol ve yenilenebilir enerjisinden yararlanan güneş fotovoltaik (PV) sistemleri yaygın bir popülerlik kazanarak, elektrik üretme şeklimizde dikkate değer bir dönüşümün önünü açtı. Her güneş PV sisteminin kalbinde, güneş ışığının kullanılabilir enerjiye dönüştürülmesini sağlayan önemli bir bileşen yer alır:güneş invertörüGüneş panelleri ile elektrik şebekesi arasında köprü görevi gören güneş invertörleri, güneş enerjisinin verimli kullanımında hayati bir rol oynar. Çalışma prensiplerini anlamak ve çeşitli türlerini keşfetmek, güneş enerjisi dönüşümünün ardındaki büyüleyici mekaniği kavramak için önemlidir. HA nasıl yaparSgözIdönüştürücüWork? Güneş enerjisi invertörü, güneş panelleri tarafından üretilen doğru akım (DC) elektriğini, ev aletlerini çalıştırmak ve elektrik şebekesine beslemek için kullanılabilen alternatif akım (AC) elektriğine dönüştüren elektronik bir cihazdır. Güneş enerjisi invertörünün çalışma prensibi üç ana aşamaya ayrılabilir: dönüşüm, kontrol ve çıktı. Dönüşüm: Güneş enerjisi invertörü ilk olarak güneş panelleri tarafından üretilen DC elektriğini alır. Bu DC elektriği genellikle güneş ışığının yoğunluğuna göre değişen dalgalanan bir voltaj biçimindedir. İnvertörün birincil görevi bu değişken DC voltajını tüketime uygun kararlı bir AC voltajına dönüştürmektir. Dönüştürme işlemi iki temel bileşeni içerir: bir dizi güç elektroniği anahtarı (genellikle yalıtımlı kapılı bipolar transistörler veya IGBT'ler) ve yüksek frekanslı bir transformatör. Anahtarlar, DC voltajını hızla açıp kapatmaktan ve yüksek frekanslı bir darbe sinyali oluşturmaktan sorumludur. Transformatör daha sonra voltajı istenen AC voltaj seviyesine yükseltir. Kontrol: Bir güneş invertörünün kontrol aşaması, dönüşüm sürecinin verimli ve güvenli bir şekilde çalışmasını sağlar. Çeşitli parametreleri izlemek ve düzenlemek için gelişmiş kontrol algoritmaları ve sensörlerin kullanımını içerir. Bazı önemli kontrol işlevleri şunlardır: a. Maksimum Güç Noktası Takibi (MPPT): Güneş panellerinin, belirli bir güneş ışığı yoğunluğu için maksimum gücü ürettikleri maksimum güç noktası (MPP) adı verilen optimum bir çalışma noktası vardır. MPPT algoritması, MPP'yi izleyerek güç çıkışını en üst düzeye çıkarmak için güneş panellerinin çalışma noktasını sürekli olarak ayarlar. b. Voltaj ve Frekans Düzenlemesi: İnverterin kontrol sistemi, genellikle şebeke standartlarını takip eden sabit bir AC çıkış voltajı ve frekansı korur. Bu, diğer elektrikli cihazlarla uyumluluğu garanti eder ve şebekeyle sorunsuz entegrasyona olanak tanır. c. Şebeke Senkronizasyonu: Şebekeye bağlı güneş invertörleri, AC çıkışının fazını ve frekansını şebeke şebekesiyle senkronize eder. Bu senkronizasyon, invertörün fazla gücü şebekeye geri beslemesini veya güneş üretimi yetersiz olduğunda şebekeden güç çekmesini sağlar. Çıktı: Son aşamada, güneş enerjisi invertörü dönüştürülen AC elektriğini elektrik yüklerine veya şebekeye iletir. Çıktı iki şekilde kullanılabilir: a. Şebekeye Bağlı veya Şebekeye Bağlı Sistemler: Şebekeye bağlı sistemlerde, güneş invertörü AC elektriğini doğrudan şebekeye besler. Bu, fosil yakıt bazlı enerji santrallerine olan bağımlılığı azaltır ve gün içinde üretilen fazla elektriğin kredilendirilebildiği ve düşük güneş üretimi dönemlerinde kullanılabildiği net ölçüme olanak tanır. b. Şebeke Dışı Sistemler: Şebeke dışı sistemlerde, güneş enerjisi invertörü elektrik yüklerine güç sağlamanın yanı sıra bir akü bankasını da şarj eder. Aküler, düşük güneş üretimi zamanlarında veya güneş panellerinin elektrik üretmediği gecelerde kullanılabilen fazla güneş enerjisini depolar. Güneş İnvertörlerinin Özellikleri: Yeterlik: Güneş enerjisi invertörleri, güneş PV sisteminin enerji verimini en üst düzeye çıkarmak için yüksek verimlilikle çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Daha yüksek verimlilik, dönüşüm süreci sırasında daha az enerji kaybıyla sonuçlanır ve güneş enerjisinin daha büyük bir kısmının etkili bir şekilde kullanılmasını sağlar. Güç Çıkışı: Güneş invertörleri, küçük konut sistemlerinden büyük ölçekli ticari kurulumlara kadar çeşitli güç değerlerinde mevcuttur. Bir invertörün güç çıkışı, optimum performans elde etmek için güneş panellerinin kapasitesiyle uygun şekilde eşleştirilmelidir. Dayanıklılık ve Güvenilirlik: Güneş enerjisi invertörleri, sıcaklık dalgalanmaları, nem ve potansiyel elektrik dalgalanmaları gibi değişen çevre koşullarına maruz kalır. Bu nedenle, invertörler sağlam malzemelerle üretilmeli ve bu koşullara dayanacak şekilde tasarlanmalı, böylece uzun vadeli güvenilirlik sağlanmalıdır. İzleme ve İletişim: Birçok modern güneş enerjisi invertörü, kullanıcıların güneş PV sistemlerinin performansını izlemelerine olanak tanıyan izleme sistemleriyle donatılmıştır. Bazı invertörler ayrıca harici cihazlar ve yazılım platformlarıyla iletişim kurabilir, gerçek zamanlı veri sağlayabilir ve uzaktan izleme ve kontrol sağlayabilir. Güvenlik Özellikleri: Güneş enerjisi invertörleri, hem sistemi hem de onunla çalışan kişileri korumak için çeşitli güvenlik özellikleri içerir. Bu özellikler arasında aşırı gerilim koruması, aşırı akım koruması, toprak arızası tespiti ve invertörün elektrik kesintileri sırasında şebekeye güç vermesini engelleyen ada önleme koruması bulunur. Güç Derecesine Göre Güneş İnverter Sınıflandırması PV invertörleri, güneş invertörleri olarak da bilinir, tasarım, işlevsellik ve uygulama temelinde farklı tiplere sınıflandırılabilir. Bu sınıflandırmaları anlamak, belirli bir güneş PV sistemi için en uygun invertörü seçmeye yardımcı olabilir. Aşağıda güç seviyesine göre sınıflandırılan ana PV invertör tipleri verilmiştir: Güç seviyesine göre inverter: esas olarak dağıtılmış inverter (dizi inverter ve mikro inverter), merkezi inverter olarak ayrılır Dize Ters Çevirmeers: Dize invertörleri, konut ve ticari güneş enerjisi kurulumlarında en yaygın kullanılan PV invertör türüdür, seri olarak bağlanan ve bir "dize" oluşturan birden fazla güneş panelini idare edecek şekilde tasarlanmıştır. PV dizisi (1-5kw), DC tarafında maksimum güç tepe izleme ve AC tarafında paralel şebeke bağlantısı olan bir invertör aracılığıyla günümüzde uluslararası pazardaki en popüler invertör haline gelmiştir. Güneş panelleri tarafından üretilen DC elektriği, onu hemen kullanım veya şebekeye ihraç için AC elektriğine dönüştüren dize invertörüne beslenir. Dize invertörleri basitlikleri, maliyet etkinlikleri ve kurulum kolaylıklarıyla bilinir. Ancak, tüm dizenin performansı en düşük performans gösteren panele bağlıdır ve bu da genel sistem verimliliğini etkileyebilir. Mikro invertörler: Mikro invertörler, bir PV sistemindeki her bir güneş paneline kurulan küçük invertörlerdir. Dize invertörlerinin aksine, mikro invertörler DC elektriğini doğrudan panel seviyesinde AC'ye dönüştürür. Bu tasarım, her panelin bağımsız olarak çalışmasını sağlayarak sistemin genel enerji çıkışını optimize eder. Mikro invertörler, panel seviyesinde maksimum güç noktası takibi (MPPT), gölgeli veya uyumsuz panellerde iyileştirilmiş sistem performansı, daha düşük DC voltajları nedeniyle artan güvenlik ve bireysel panel performansının ayrıntılı izlenmesi gibi çeşitli avantajlar sunar. Ancak, daha yüksek ön maliyet ve kurulumun potansiyel karmaşıklığı dikkate alınması gereken faktörlerdir. Merkezi İnverterler: Merkezi invertörler, büyük veya kamu ölçeğinde (>10kW) invertörler olarak da bilinir ve güneş çiftlikleri veya ticari güneş projeleri gibi büyük ölçekli güneş PV kurulumlarında yaygın olarak kullanılır. Bu invertörler, birden fazla güneş paneli dizisinden veya dizisinden gelen yüksek DC güç girişlerini işlemek ve bunları şebeke bağlantısı için AC güce dönüştürmek üzere tasarlanmıştır. Sistemin en büyük özelliği yüksek güç ve düşük maliyettir, ancak farklı PV dizilerinin çıkış gerilimi ve akımı çoğu zaman tam olarak eşleşmediğinden (özellikle PV dizileri bulutluluk, gölge, leke vb. nedeniyle kısmen gölgede kaldığında), merkezi invertör kullanımı invertör işleminin daha düşük verimliliğine ve daha düşük ev tipi elektrik enerjisine yol açacaktır. Merkezi invertörler genellikle diğer tiplere kıyasla daha yüksek bir güç kapasitesine sahiptir ve birkaç kilowatt'tan birkaç megawatt'a kadar değişir. Merkezi bir konuma veya invertör istasyonuna kurulurlar ve bunlara paralel olarak birden fazla güneş paneli dizisi veya dizisi bağlanır. Güneş Enerjisi İnvertörü Ne İşe Yarar? Fotovoltaik invertörler, AC dönüşümü, güneş hücresi performansının optimize edilmesi ve sistem koruması gibi birden fazla işlevi yerine getirir. Bu işlevler otomatik çalışma ve kapanma, maksimum güç izleme kontrolü, ada önleme (şebekeye bağlı sistemler için), otomatik voltaj ayarlama (şebekeye bağlı sistemler için), DC algılama (şebekeye bağlı sistemler için) ve DC toprak algılama (şebekeye bağlı sistemler için) içerir. Otomatik çalışma ve kapanma işlevini ve maksimum güç izleme kontrol işlevini kısaca inceleyelim. 1) Otomatik çalışma ve kapanma fonksiyonu Sabah güneş doğduktan sonra güneş radyasyonunun yoğunluğu kademeli olarak artar ve güneş hücrelerinin çıkışı buna göre artar. İnverterin ihtiyaç duyduğu çıkış gücüne ulaşıldığında, inverter otomatik olarak çalışmaya başlar. Çalışmaya girdikten sonra, inverter güneş hücresi bileşenlerinin çıkışını her zaman izleyecektir, güneş hücresi bileşenlerinin çıkış gücü, inverterin ihtiyaç duyduğu çıkış gücünden büyük olduğu sürece inverter çalışmaya devam edecektir; gün batımı durana kadar, yağmurlu olsa bile İnverter de çalışır. Güneş hücresi modülünün çıkışı küçüldüğünde ve inverterin çıkışı 0'a yaklaştığında, inverter bekleme durumu oluşturacaktır. 2) Maksimum güç izleme kontrol fonksiyonu Güneş pili modülünün çıkışı, güneş radyasyonunun yoğunluğuna ve güneş pili modülünün kendi sıcaklığına (çip sıcaklığı) göre değişir. Ayrıca, güneş pili modülünün, akımın artmasıyla voltajın azalması özelliğine sahip olması nedeniyle, maksimum gücü elde edebilecek optimum bir çalışma noktası vardır. Güneş radyasyonunun yoğunluğu değiştiğinden, açıkça en iyi çalışma noktası da değişmektedir. Bu değişikliklere göre, güneş pili modülünün çalışma noktası her zaman maksimum güç noktasındadır ve sistem her zaman güneş pili modülünden maksimum güç çıkışını elde eder. Bu tür kontrol, maksimum güç izleme kontrolüdür. Güneş enerjisi üretim sisteminde kullanılan invertörün en büyük özelliği, maksimum güç noktası izleme (MPPT) işlevine sahip olmasıdır. Fotovoltaik İnverterin Ana Teknik Göstergeleri 1. Çıkış voltajının kararlılığı Fotovoltaik sistemde, güneş hücresi tarafından üretilen elektrik enerjisi önce akü tarafından depolanır ve daha sonra invertör aracılığıyla 220V veya 380V alternatif akıma dönüştürülür. Ancak akü kendi şarj ve deşarjından etkilenir ve çıkış voltajı geniş bir aralıkta değişir. Örneğin, nominal 12V akünün voltaj değeri 10,8 ile 14,4V arasında değişebilir (bu aralığın ötesinde aküye zarar verilebilir). Nitelikli bir invertör için, giriş terminal voltajı bu aralıkta değiştiğinde, sabit durum çıkış voltajının değişimi Plusmn'yi; nominal değerin %5'ini aşmamalıdır. Aynı zamanda, yük aniden değiştiğinde, çıkış voltajı sapması nominal değerin ±%10'unu aşmamalıdır. 2. Çıkış voltajının dalga biçimi bozulması Sinüs dalgalı invertörler için, izin verilen maksimum dalga biçimi bozulması (veya harmonik içerik) belirtilmelidir. Genellikle çıkış voltajının toplam dalga biçimi bozulması ile ifade edilir ve değeri %5'i geçmemelidir (%10'a tek fazlı çıkış için izin verilir). İnvertör tarafından üretilen yüksek dereceli harmonik akım, endüktif yükte girdap akımları gibi ek kayıplar üreteceğinden, invertörün dalga biçimi bozulması çok büyükse, yük bileşenlerinin ciddi şekilde ısınmasına neden olur, bu da elektrikli ekipmanın güvenliğine uygun değildir ve sistemin çalışma verimliliğini ciddi şekilde etkiler. 3. Nominal çıkış frekansı Çamaşır makinesi, buzdolabı vb. gibi motor içeren yüklerde, motorların optimum frekans çalışma noktası 50Hz olduğundan, çok yüksek veya çok düşük frekanslar ekipmanın ısınmasına neden olarak sistemin çalışma verimliliğini ve hizmet ömrünü azaltacaktır, bu nedenle invertörün çıkış frekansı nispeten kararlı bir değer olmalı, genellikle güç frekansı 50Hz olmalı ve normal çalışma koşullarında sapması Plusmn;l% içinde olmalıdır. 4. Yük güç faktörü İnverterin endüktif yük veya kapasitif yük ile yeteneğini karakterize edin. Sinüs dalga invertörünün yük güç faktörü 0,7~0,9'dur ve nominal değer 0,9'dur. Belirli bir yük gücü durumunda, invertörün güç faktörü düşükse, gerekli invertörün kapasitesi artacaktır. Bir yandan maliyet artacak ve aynı zamanda, fotovoltaik sistemin AC devresinin görünen gücü artacaktır. Akım arttıkça, kayıp kaçınılmaz olarak artacak ve sistem verimliliği de azalacaktır. 5. İnverter verimliliği İnverterin verimliliği, belirtilen çalışma koşulları altında çıkış gücünün giriş gücüne oranını ifade eder ve yüzde olarak ifade edilir. Genel olarak, bir fotovoltaik invertörün nominal verimliliği saf bir direnç yükünü ifade eder. %80 yük verimliliği koşulu altında. Fotovoltaik sistemin genel maliyeti yüksek olduğundan, sistem maliyetini düşürmek ve fotovoltaik sistemin maliyet performansını iyileştirmek için fotovoltaik invertörün verimliliği en üst düzeye çıkarılmalıdır. Şu anda, ana akım invertörlerin nominal verimliliği %80 ile %95 arasındadır ve düşük güçlü invertörlerin verimliliğinin %85'ten az olmaması gerekmektedir. Bir fotovoltaik sistemin gerçek tasarım sürecinde, yalnızca yüksek verimli bir invertör seçilmemeli, aynı zamanda fotovoltaik sistemin yükünün mümkün olduğunca en iyi verimlilik noktasına yakın çalışmasını sağlamak için sistemin makul bir yapılandırması da kullanılmalıdır. 6. Nominal çıkış akımı (veya nominal çıkış kapasitesi) Belirtilen yük güç faktörü aralığında invertörün nominal çıkış akımını gösterir. Bazı invertör ürünleri nominal çıkış kapasitesini verir ve birimi VA veya kVA olarak ifade edilir. İnvertörün nominal kapasitesi, çıkış güç faktörü 1 olduğunda (yani tamamen dirençli yük) nominal çıkış voltajı ile nominal çıkış akımının çarpımıdır. 7. Koruma önlemleri Mükemmel performansa sahip bir invertör, gerçek kullanım sırasında ortaya çıkabilecek çeşitli anormal durumlarla başa çıkmak için tam koruma fonksiyonlarına veya önlemlerine sahip olmalı, böylece invertörün kendisi ve sistemin diğer bileşenleri hasardan korunmalıdır. 1) Düşük gerilim sigorta hesabına girin: Giriş terminal gerilimi, anma geriliminin %85'inden düşük olduğunda, invertörde koruma ve gösterge bulunmalıdır. 2) Giriş aşırı gerilim koruyucusu: Giriş terminal gerilimi, anma geriliminin %130'undan fazla olduğunda, invertörde koruma ve gösterge bulunmalıdır. 3) Aşırı akım koruması: İnverterin aşırı akım koruması, yük kısa devre olduğunda veya akım izin verilen değeri aştığında zamanında harekete geçebilmeli ve böylece dalgalanma akımından zarar görmesini önleyebilmelidir. Çalışma akımı nominal değerin %150'sini aştığında, invertör otomatik olarak koruma sağlayabilmelidir. 4) çıkış kısa devre koruması İnverterin kısa devre koruma eylem süresi 0,5 saniyeyi geçmemelidir. 5) Giriş ters polarite koruması: Giriş terminalinin pozitif ve negatif kutupları yer değiştirdiğinde, invertörün koruma fonksiyonuna ve göstergesine sahip olması gerekir. 6) Yıldırımdan korunma: İnverterin yıldırım korumasına sahip olması gerekir. 7) Aşırı sıcaklık koruması vb. Ayrıca, gerilim sabitleme önlemleri olmayan invertörlerde, yükü aşırı gerilim hasarından korumak için invertörün ayrıca çıkış aşırı gerilim koruma önlemlerine sahip olması gerekir. 8. Başlangıç ​​özellikleri İnverterin yük altında başlatma yeteneğini ve dinamik çalışma sırasındaki performansını karakterize etmek için. İnverter, nominal yük altında güvenilir başlatma sağlamalıdır. 9. Gürültü Güç elektroniği ekipmanlarındaki transformatörler, filtre indüktörleri, elektromanyetik anahtarlar ve fanlar gibi bileşenler gürültü üretecektir. İnverter normal şekilde çalışırken, gürültüsü 80 dB'yi geçmemeli ve küçük bir invertörün gürültüsü 65 dB'yi geçmemelidir. Güneş Enerjisi İnvertörlerinin Seçim Becerileri