Що таке сонячний інвертор?

У міру того, як світ рухається вперед у пошуках стійких та чистих енергетичних рішень, сонячна енергетика стала лідером у гонці за більш зелене майбутнє. Використання рясної та відновлюваної енергії сонця, сонячні фотоелектричні (ФЕ) системи здобули широку популярність, прокладаючи шлях до вражаючої трансформації у способах виробництва електроенергії. В основі кожної сонячної фотоелектричної системи лежить ключовий компонент, який дозволяє перетворювати сонячне світло на корисну енергію:сонячний інверторВиступаючи посередником між сонячними панелями та електричною мережею, сонячні інвертори відіграють життєво важливу роль в ефективному використанні сонячної енергії. Розуміння їхнього принципу роботи та вивчення різних типів є ключем до розуміння захопливої ​​механіки перетворення сонячної енергії. HЯк АSолярнийIінверторWорк? Сонячний інвертор — це електронний пристрій, який перетворює постійний струм (DC), що виробляється сонячними панелями, на змінний струм (AC), який можна використовувати для живлення побутових приладів та подавати в електричну мережу. Принцип роботи сонячного інвертора можна розділити на три основні етапи: перетворення, керування та вихідна потужність. Конверсія: Сонячний інвертор спочатку отримує постійний струм, що генерується сонячними панелями. Цей постійний струм зазвичай має форму коливальної напруги, яка змінюється залежно від інтенсивності сонячного світла. Основне завдання інвертора — перетворити цю змінну постійну напругу на стабільну змінну напругу, придатну для споживання. Процес перетворення включає два ключові компоненти: набір силових електронних ключів (зазвичай біполярних транзисторів з ізольованим затвором або IGBT) та високочастотний трансформатор. Ключі відповідають за швидке ввімкнення та вимкнення постійної напруги, створюючи високочастотний імпульсний сигнал. Потім трансформатор підвищує напругу до потрібного рівня змінної напруги. КОНТРОЛЬ: Етап керування сонячним інвертором забезпечує ефективну та безпечну роботу процесу перетворення. Він передбачає використання складних алгоритмів керування та датчиків для моніторингу та регулювання різних параметрів. Деякі важливі функції керування включають: a. Відстеження точки максимальної потужності (MPPT): Сонячні панелі мають оптимальну робочу точку, яка називається точкою максимальної потужності (MPP), де вони виробляють максимальну потужність для заданої інтенсивності сонячного світла. Алгоритм MPPT постійно регулює робочу точку сонячних панелей для максимізації вихідної потужності, відстежуючи MPP. b. Регулювання напруги та частоти: Система керування інвертором підтримує стабільну вихідну напругу та частоту змінного струму, зазвичай відповідно до стандартів комунальної мережі. Це забезпечує сумісність з іншими електричними пристроями та дозволяє безперешкодну інтеграцію з мережею. c. Синхронізація з мережею: Підключені до мережі сонячні інвертори синхронізують фазу та частоту вихідного змінного струму з енергосистемою. Ця синхронізація дозволяє інвертору подавати надлишкову потужність назад у мережу або отримувати енергію з мережі, коли виробництва сонячної енергії недостатньо. Вихід: На заключному етапі сонячний інвертор подає перетворену змінну електроенергію до електричних навантажень або мережі. Вихідний сигнал можна використовувати двома способами: a. Системи, підключені до мережі або мережі: У мережевих системах сонячний інвертор подає електроенергію змінного струму безпосередньо в комунальну мережу. Це зменшує залежність від електростанцій на основі викопного палива та дозволяє використовувати нетто-лічильник, коли надлишок електроенергії, виробленої протягом дня, може бути зарахований та використаний у періоди низького виробництва сонячної енергії. b. Автономні системи: В автономних системах сонячний інвертор заряджає акумуляторну батарею, окрім живлення електричних навантажень. Акумулятори накопичують надлишок сонячної енергії, яку можна використовувати в періоди низького виробництва сонячної енергії або вночі, коли сонячні панелі не виробляють електроенергію. Характеристики сонячних інверторів: Ефективність: Сонячні інвертори розроблені для роботи з високою ефективністю, щоб максимізувати енергетичний вихід сонячної фотоелектричної системи. Вища ефективність призводить до менших втрат енергії під час процесу перетворення, що забезпечує ефективне використання більшої частини сонячної енергії. Вихідна потужність: Сонячні інвертори доступні з різною потужністю, починаючи від невеликих житлових систем і закінчуючи великими комерційними установками. Вихідна потужність інвертора повинна бути належним чином узгоджена з потужністю сонячних панелей для досягнення оптимальної продуктивності. Довговічність та надійність: Сонячні інвертори піддаються впливу різних умов навколишнього середовища, включаючи коливання температури, вологість та потенційні електричні перенапруги. Тому інвертори повинні бути виготовлені з міцних матеріалів та спроектовані таким чином, щоб витримувати ці умови, забезпечуючи довгострокову надійність. Моніторинг та комунікація: Багато сучасних сонячних інверторів оснащені системами моніторингу, які дозволяють користувачам відстежувати продуктивність своєї сонячної фотоелектричної системи. Деякі інвертори також можуть взаємодіяти із зовнішніми пристроями та програмними платформами, надаючи дані в режимі реального часу та забезпечуючи дистанційний моніторинг і керування. Функції безпеки: Сонячні інвертори оснащені різними функціями безпеки для захисту як системи, так і людей, які з нею працюють. Ці функції включають захист від перенапруги, захист від перевантаження по струму, виявлення замикання на землю та захист від островування, який запобігає подачі електроенергії в мережу інвертором під час відключень електроенергії. Класифікація сонячних інверторів за номінальною потужністю Фотоелектричні інвертори, також відомі як сонячні інвертори, можна класифікувати на різні типи залежно від їхньої конструкції, функціональності та застосування. Розуміння цих класифікацій може допомогти у виборі найбільш підходящого інвертора для конкретної сонячної фотоелектричної системи. Нижче наведено основні типи фотоелектричних інверторів, класифікованих за рівнем потужності: Інвертор за рівнем потужності: в основному поділяється на розподілений інвертор (струнковий інвертор та мікроінвертор), централізований інвертор Інвертування рядкаери: Стрінгові інвертори є найпоширенішим типом фотоелектричних інверторів у житлових та комерційних сонячних установках. Вони призначені для роботи з кількома сонячними панелями, з'єднаними послідовно, утворюючи «ланцюг». Фотоелектричний ланцюг (1-5 кВт) став найпопулярнішим інвертором на міжнародному ринку сьогодні завдяки інвертору з максимальним відстеженням пікової потужності на стороні постійного струму та паралельним підключенням до мережі на стороні змінного струму. Постійний струм, що виробляється сонячними панелями, подається на стрінговий інвертор, який перетворює його на змінний струм для негайного використання або для експорту в мережу. Стрінгові інвертори відомі своєю простотою, економічністю та легкістю встановлення. Однак продуктивність усього стрінгу залежить від найменш продуктивної панелі, що може вплинути на загальну ефективність системи. Мікроінвертори: Мікроінвертори – це невеликі інвертори, які встановлюються на кожну окрему сонячну панель у фотоелектричній системі. На відміну від стрінгових інверторів, мікроінвертори перетворюють постійний струм на змінний безпосередньо на рівні панелі. Така конструкція дозволяє кожній панелі працювати незалежно, оптимізуючи загальну вихідну потужність системи. Мікроінвертори пропонують кілька переваг, включаючи відстеження точки максимальної потужності (MPPT) на рівні панелі, покращену продуктивність системи в затінених або невідповідних панелях, підвищену безпеку завдяки нижчій напрузі постійного струму та детальний моніторинг продуктивності окремих панелей. Однак слід враховувати вищу початкову вартість та потенційну складність встановлення. Централізовані інвертори: Централізовані інвертори, також відомі як великі або комунальні (>10 кВт) інвертори, зазвичай використовуються у великомасштабних сонячних фотоелектричних установках, таких як сонячні електростанції або комерційні сонячні проекти. Ці інвертори призначені для обробки високої постійної потужності від кількох ланцюгів або масивів сонячних панелей та перетворення її в змінну потужність для підключення до мережі. Найбільшою особливістю є висока потужність і низька вартість системи, але оскільки вихідна напруга та струм різних фотоелектричних панелей часто не зовсім відповідають один одному (особливо коли фотоелектричні панелі частково затінені через хмарність, тінь, плями тощо), використання централізованого інвертора призведе до зниження ефективності процесу інвертування та зменшення споживання електроенергії домогосподарствами. Централізовані інвертори зазвичай мають вищу потужність порівняно з іншими типами, від кількох кіловат до кількох мегават. Вони встановлюються в центральному місці або на інверторній станції, і до них паралельно підключаються кілька ланцюгів або масивів сонячних панелей. Що робить сонячний інвертор? Фотоелектричні інвертори виконують кілька функцій, включаючи перетворення змінного струму, оптимізацію продуктивності сонячних елементів та захист системи. Ці функції охоплюють автоматичну роботу та вимикання, контроль відстеження максимальної потужності, захист від островування (для систем, підключених до мережі), автоматичне регулювання напруги (для систем, підключених до мережі), виявлення постійного струму (для систем, підключених до мережі) та виявлення заземлення постійного струму (для систем, підключених до мережі). Давайте коротко розглянемо функцію автоматичної роботи та вимикання, а також функцію контролю відстеження максимальної потужності. 1) Функція автоматичної роботи та вимкнення Після сходу сонця вранці інтенсивність сонячного випромінювання поступово зростає, і відповідно збільшується вихідна потужність сонячних елементів. Коли досягнуто вихідної потужності, необхідної інвертору, інвертор автоматично починає працювати. Після входу в режим роботи інвертор постійно контролює вихідну потужність компонентів сонячного елемента, і доки вихідна потужність компонентів сонячного елемента перевищує вихідну потужність, необхідну інвертору, інвертор продовжуватиме працювати; доки не закінчиться захід сонця, навіть якщо йде дощ. Коли вихідна потужність модуля сонячного елемента зменшується і вихідна потужність інвертора наближається до 0, інвертор переходить у режим очікування. 2) Функція контролю відстеження максимальної потужності Вихідна потужність модуля сонячного елемента змінюється залежно від інтенсивності сонячного випромінювання та температури самого модуля сонячного елемента (температури чіпа). Крім того, оскільки модуль сонячного елемента має характеристику, що напруга зменшується зі збільшенням струму, існує оптимальна робоча точка, яка може забезпечити максимальну потужність. Інтенсивність сонячного випромінювання змінюється, тому, очевидно, змінюється і найкраща робоча точка. Відповідно до цих змін, робоча точка модуля сонячного елемента завжди знаходиться в точці максимальної потужності, і система завжди отримує максимальну вихідну потужність від модуля сонячного елемента. Такий вид керування називається керуванням відстеженням максимальної потужності. Найбільшою особливістю інвертора, що використовується в системі генерації сонячної енергії, є функція відстеження точки максимальної потужності (MPPT). Основні технічні показники фотоелектричного інвертора 1. Стабільність вихідної напруги У фотоелектричній системі електрична енергія, що генерується сонячним елементом, спочатку накопичується акумулятором, а потім перетворюється на змінний струм 220 В або 380 В через інвертор. Однак на акумулятор впливають його власні процеси заряду та розряду, а його вихідна напруга коливається в широкому діапазоні. Наприклад, номінальна напруга акумулятора 12 В може коливатися від 10,8 до 14,4 В (вихід за межі цього діапазону може призвести до пошкодження акумулятора). Для кваліфікованого інвертора, коли вхідна напруга на клемах змінюється в межах цього діапазону, коливання його стаціонарної вихідної напруги не повинно перевищувати ±5% від номінального значення. Водночас, коли навантаження раптово змінюється, відхилення його вихідної напруги не повинно перевищувати ±10% від номінального значення. 2. Спотворення форми сигналу вихідної напруги Для синусоїдальних інверторів слід вказувати максимально допустиме спотворення форми сигналу (або вміст гармонік). Зазвичай воно виражається загальним спотворенням форми сигналу вихідної напруги, і його значення не повинно перевищувати 5% (10% дозволено для однофазного виходу). Оскільки струм високих гармонік, що видаються інвертором, генеруватиме додаткові втрати, такі як вихрові струми на індуктивному навантаженні, якщо спотворення форми сигналу інвертора занадто велике, це спричинить серйозне нагрівання компонентів навантаження, що не сприяє безпеці електрообладнання та серйозно впливає на ефективність роботи системи. 3. Номінальна вихідна частота Для навантажень, включаючи двигуни, такі як пральні машини, холодильники тощо, оскільки оптимальна робоча частота двигунів становить 50 Гц, занадто висока або занадто низька частота призведе до нагрівання обладнання, знижуючи ефективність роботи та термін служби системи, тому вихідна частота інвертора повинна бути відносно стабільним значенням, зазвичай частотою живлення 50 Гц, а її відхилення має бути в межах ±1% за нормальних робочих умов. 4. Коефіцієнт потужності навантаження Охарактеризуйте здатність інвертора працювати з індуктивним або ємнісним навантаженням. Коефіцієнт потужності навантаження синусоїдального інвертора становить 0,7~0,9, а номінальне значення — 0,9. У випадку певної потужності навантаження, якщо коефіцієнт потужності інвертора низький, потужність необхідного інвертора зростатиме. З одного боку, зростатимуть витрати, і водночас збільшуватиметься видима потужність кола змінного струму фотоелектричної системи. Зі збільшенням струму неминуче зростатимуть втрати, а також знижуватиметься ефективність системи. 5. Ефективність інвертора Коефіцієнт корисної дії інвертора визначається співвідношенням його вихідної потужності до вхідної потужності за певних робочих умов, вираженим у відсотках. Загалом, номінальний коефіцієнт корисної дії фотоелектричного інвертора стосується чистого резистивного навантаження. За умови коефіцієнта корисної дії навантаження 80% становить коефіцієнт корисної дії. Оскільки загальна вартість фотоелектричної системи висока, коефіцієнт корисної дії фотоелектричного інвертора слід максимізувати, щоб зменшити вартість системи та покращити її економічні показники. Наразі номінальний коефіцієнт корисної дії основних інверторів становить від 80% до 95%, а коефіцієнт корисної дії інверторів низької потужності має бути не менше 85%. У процесі проектування фотоелектричної системи слід не лише вибрати високоефективний інвертор, але й використовувати розумну конфігурацію системи, щоб навантаження фотоелектричної системи працювало якомога ближче до точки найкращої корисної дії. 6. Номінальний вихідний струм (або номінальна вихідна потужність) Вказує номінальний вихідний струм інвертора в межах заданого діапазону коефіцієнта потужності навантаження. Деякі інверторні продукти вказують номінальну вихідну потужність, одиниця вимірювання якої виражається у ВА або кВА. Номінальна потужність інвертора дорівнює добутку номінальної вихідної напруги та номінального вихідного струму, коли коефіцієнт вихідної потужності дорівнює 1 (тобто, чисто резистивне навантаження). 7. Заходи захисту Інвертор з відмінною продуктивністю також повинен мати повний спектр захисних функцій або заходів для вирішення різних аномальних ситуацій, що виникають під час фактичного використання, щоб захистити сам інвертор та інші компоненти системи від пошкоджень. 1) Введіть рахунок страхування від низької напруги: Коли напруга на вхідних клемах нижча за 85% від номінальної напруги, інвертор повинен мати захист та індикацію. 2) Захист від перенапруги на вході: Коли напруга на вхідних клемах перевищує 130% від номінальної напруги, інвертор повинен мати захист та індикацію. 3) Захист від перевантаження по струму: Захист інвертора від перевантаження по струму повинен забезпечувати своєчасне реагування у разі короткого замикання навантаження або перевищення струму допустимого значення, щоб запобігти пошкодженню внаслідок імпульсного струму. Коли робочий струм перевищує 150% від номінального значення, інвертор повинен мати можливість автоматичного захисту. 4) захист від короткого замикання на виході Час спрацьовування захисту від короткого замикання інвертора не повинен перевищувати 0,5 с. 5) Захист від зворотної полярності входу: Коли позитивний та негативний полюси вхідного терміналу змінені місцями, інвертор повинен мати функцію захисту та відображати на дисплеї. 6) Захист від блискавки: Інвертор повинен мати захист від блискавки. 7) Захист від перегріву тощо. Крім того, для інверторів без заходів стабілізації напруги, інвертор також повинен мати заходи захисту від перенапруги на виході для захисту навантаження від пошкодження внаслідок перенапруги. 8. Пускові характеристики Охарактеризувати здатність інвертора запускатися з навантаженням та характеристики під час динамічної роботи. Інвертор повинен забезпечувати надійний запуск під номінальним навантаженням. 9. Шум Такі компоненти, як трансформатори, фільтри індуктивності, електромагнітні перемикачі та вентилятори в силовому електронному обладнанні, генеруватимуть шум. Коли інвертор працює нормально, його шум не повинен перевищувати 80 дБ, а шум невеликого інвертора не повинен перевищувати 65 дБ. Навички вибору сонячних інверторів