Biến tần năng lượng mặt trời là gì?

Khi thế giới tiến lên trong việc theo đuổi các giải pháp năng lượng sạch và bền vững, năng lượng mặt trời đã nổi lên như một người tiên phong trong cuộc đua hướng tới một tương lai xanh hơn. Khai thác nguồn năng lượng dồi dào và tái tạo của mặt trời, các hệ thống quang điện mặt trời (PV) đã trở nên phổ biến rộng rãi, mở đường cho một sự chuyển đổi đáng kể trong cách chúng ta tạo ra điện. Ở trung tâm của mọi hệ thống PV mặt trời đều có một thành phần quan trọng cho phép chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng có thể sử dụng:biến tần năng lượng mặt trời. Hoạt động như cầu nối giữa các tấm pin mặt trời và lưới điện, bộ biến tần năng lượng mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc sử dụng hiệu quả năng lượng mặt trời. Hiểu được nguyên lý hoạt động của chúng và khám phá các loại khác nhau của chúng là chìa khóa để hiểu được cơ chế hấp dẫn đằng sau quá trình chuyển đổi năng lượng mặt trời. How Does ASolarIbộ chuyển đổiWngười ork? Biến tần năng lượng mặt trời là một thiết bị điện tử chuyển đổi điện một chiều (DC) do các tấm pin mặt trời tạo ra thành điện xoay chiều (AC) có thể được sử dụng để cấp điện cho các thiết bị gia dụng và được đưa vào lưới điện. Nguyên lý hoạt động của biến tần năng lượng mặt trời có thể được chia thành ba giai đoạn chính: chuyển đổi, điều khiển và đầu ra. Chuyển đổi: Biến tần năng lượng mặt trời đầu tiên nhận được điện DC do các tấm pin mặt trời tạo ra. Điện DC này thường ở dạng điện áp dao động thay đổi theo cường độ ánh sáng mặt trời. Nhiệm vụ chính của biến tần là chuyển đổi điện áp DC biến đổi này thành điện áp AC ổn định phù hợp để tiêu thụ. Quá trình chuyển đổi bao gồm hai thành phần chính: một bộ công tắc điện tử công suất (thường là bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện hoặc IGBT) và một máy biến áp tần số cao. Các công tắc này có nhiệm vụ bật và tắt điện áp DC nhanh chóng, tạo ra tín hiệu xung tần số cao. Sau đó, máy biến áp sẽ tăng điện áp lên mức điện áp AC mong muốn. Điều khiển: Giai đoạn điều khiển của bộ biến tần năng lượng mặt trời đảm bảo quá trình chuyển đổi hoạt động hiệu quả và an toàn. Nó bao gồm việc sử dụng các thuật toán điều khiển và cảm biến tinh vi để giám sát và điều chỉnh các thông số khác nhau. Một số chức năng điều khiển quan trọng bao gồm: a. Theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT): Các tấm pin mặt trời có một điểm hoạt động tối ưu được gọi là điểm công suất cực đại (MPP), tại đó chúng tạo ra công suất cực đại cho một cường độ ánh sáng mặt trời nhất định. Thuật toán MPPT liên tục điều chỉnh điểm hoạt động của các tấm pin mặt trời để tối đa hóa công suất đầu ra bằng cách theo dõi MPP. b. Điều chỉnh điện áp và tần số: Hệ thống điều khiển của biến tần duy trì điện áp và tần số đầu ra AC ổn định, thường tuân theo các tiêu chuẩn của lưới điện. Điều này đảm bảo khả năng tương thích với các thiết bị điện khác và cho phép tích hợp liền mạch với lưới điện. c. Đồng bộ hóa lưới điện: Biến tần năng lượng mặt trời kết nối lưới điện đồng bộ hóa pha và tần số của đầu ra AC với lưới điện. Sự đồng bộ hóa này cho phép biến tần đưa điện dư trở lại lưới điện hoặc lấy điện từ lưới điện khi sản lượng điện mặt trời không đủ. Đầu ra: Ở giai đoạn cuối, bộ biến tần năng lượng mặt trời cung cấp điện xoay chiều đã chuyển đổi cho tải điện hoặc lưới điện. Đầu ra có thể được sử dụng theo hai cách: a. Hệ thống hòa lưới hoặc hòa lưới: Trong hệ thống hòa lưới, bộ biến tần năng lượng mặt trời đưa điện xoay chiều trực tiếp vào lưới điện. Điều này làm giảm sự phụ thuộc vào các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch và cho phép đo lường ròng, trong đó điện dư thừa được tạo ra trong ngày có thể được ghi có và sử dụng trong thời gian sản xuất năng lượng mặt trời thấp. b. Hệ thống ngoài lưới điện: Trong hệ thống ngoài lưới điện, bộ biến tần năng lượng mặt trời sạc pin ngoài việc cung cấp điện cho tải điện. Pin lưu trữ năng lượng mặt trời dư thừa, có thể được sử dụng trong thời gian sản xuất năng lượng mặt trời thấp hoặc vào ban đêm khi các tấm pin mặt trời không tạo ra điện. Đặc điểm của Biến tần năng lượng mặt trời: Hiệu quả: Biến tần năng lượng mặt trời được thiết kế để hoạt động với hiệu suất cao nhằm tối đa hóa sản lượng năng lượng của hệ thống PV năng lượng mặt trời. Hiệu suất cao hơn dẫn đến ít tổn thất năng lượng hơn trong quá trình chuyển đổi, đảm bảo rằng một tỷ lệ lớn hơn năng lượng mặt trời được sử dụng hiệu quả. Công suất đầu ra: Biến tần năng lượng mặt trời có nhiều mức công suất khác nhau, từ hệ thống dân dụng nhỏ đến các cơ sở thương mại quy mô lớn. Công suất đầu ra của biến tần phải phù hợp với công suất của tấm pin mặt trời để đạt hiệu suất tối ưu. Độ bền và độ tin cậy: Biến tần năng lượng mặt trời phải chịu nhiều điều kiện môi trường khác nhau, bao gồm biến động nhiệt độ, độ ẩm và xung điện. Do đó, biến tần phải được chế tạo bằng vật liệu chắc chắn và được thiết kế để chịu được những điều kiện này, đảm bảo độ tin cậy lâu dài. Giám sát và Truyền thông: Nhiều bộ biến tần năng lượng mặt trời hiện đại được trang bị hệ thống giám sát cho phép người dùng theo dõi hiệu suất của hệ thống PV năng lượng mặt trời của họ. Một số bộ biến tần cũng có thể giao tiếp với các thiết bị bên ngoài và nền tảng phần mềm, cung cấp dữ liệu thời gian thực và cho phép giám sát và điều khiển từ xa. Tính năng an toàn: Biến tần năng lượng mặt trời tích hợp nhiều tính năng an toàn khác nhau để bảo vệ cả hệ thống và những cá nhân làm việc với nó. Các tính năng này bao gồm bảo vệ quá áp, bảo vệ quá dòng, phát hiện lỗi tiếp đất và bảo vệ chống đảo, ngăn biến tần cung cấp điện vào lưới điện trong thời gian mất điện. Phân loại biến tần năng lượng mặt trời theo công suất định mức Biến tần PV, còn được gọi là biến tần năng lượng mặt trời, có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên thiết kế, chức năng và ứng dụng của chúng. Hiểu được các phân loại này có thể giúp lựa chọn biến tần phù hợp nhất cho một hệ thống PV năng lượng mặt trời cụ thể. Sau đây là các loại biến tần PV chính được phân loại theo mức công suất: Biến tần theo mức công suất: chủ yếu chia thành biến tần phân tán (biến tần chuỗi & biến tần vi mô), biến tần tập trung Chuỗi đảo ngượcnhững người khác: Biến tần chuỗi là loại biến tần PV được sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống năng lượng mặt trời dân dụng và thương mại, chúng được thiết kế để xử lý nhiều tấm pin mặt trời được kết nối nối tiếp, tạo thành một "chuỗi". Chuỗi PV (1-5kw) hiện nay đã trở thành biến tần phổ biến nhất trên thị trường quốc tế thông qua biến tần có chức năng theo dõi đỉnh công suất tối đa ở phía DC và kết nối lưới điện song song ở phía AC. Điện DC do các tấm pin mặt trời tạo ra được đưa vào bộ biến tần chuỗi, bộ biến tần này chuyển đổi thành điện AC để sử dụng ngay hoặc xuất ra lưới điện. Bộ biến tần chuỗi được biết đến với tính đơn giản, hiệu quả về chi phí và dễ lắp đặt. Tuy nhiên, hiệu suất của toàn bộ chuỗi phụ thuộc vào tấm pin có hiệu suất thấp nhất, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu quả chung của toàn bộ hệ thống. Bộ biến tần vi mô: Micro-inverter là bộ biến tần nhỏ được lắp trên từng tấm pin mặt trời riêng lẻ trong hệ thống PV. Không giống như bộ biến tần chuỗi, micro-inverter chuyển đổi điện DC thành AC ngay tại cấp tấm pin. Thiết kế này cho phép từng tấm pin hoạt động độc lập, tối ưu hóa tổng sản lượng năng lượng của hệ thống. Micro-inverter có một số ưu điểm, bao gồm theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT) ở cấp tấm pin, cải thiện hiệu suất hệ thống trong các tấm pin bị che bóng hoặc không khớp, tăng độ an toàn do điện áp DC thấp hơn và giám sát chi tiết hiệu suất của từng tấm pin. Tuy nhiên, chi phí trả trước cao hơn và độ phức tạp tiềm ẩn của quá trình lắp đặt là những yếu tố cần cân nhắc. Biến tần tập trung: Biến tần tập trung, còn được gọi là biến tần lớn hoặc quy mô tiện ích (>10kW), thường được sử dụng trong các hệ thống PV mặt trời quy mô lớn, chẳng hạn như trang trại năng lượng mặt trời hoặc các dự án năng lượng mặt trời thương mại. Các biến tần này được thiết kế để xử lý đầu vào nguồn điện DC cao từ nhiều chuỗi hoặc mảng tấm pin mặt trời và chuyển đổi chúng thành nguồn điện AC để kết nối lưới điện. Đặc điểm lớn nhất là hệ thống có công suất cao và chi phí thấp, nhưng vì điện áp và dòng điện đầu ra của các chuỗi PV khác nhau thường không khớp chính xác (đặc biệt là khi các chuỗi PV bị che bóng một phần do mây mù, bóng râm, vết bẩn, v.v.), việc sử dụng bộ biến tần tập trung sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình đảo ngược và làm giảm năng lượng điện gia dụng. Biến tần tập trung thường có công suất cao hơn so với các loại khác, dao động từ vài kilowatt đến vài megawatt. Chúng được lắp đặt tại một vị trí trung tâm hoặc trạm biến tần, và nhiều chuỗi hoặc mảng tấm pin mặt trời được kết nối song song với chúng. Bộ biến tần năng lượng mặt trời có chức năng gì? Biến tần quang điện có nhiều chức năng, bao gồm chuyển đổi AC, tối ưu hóa hiệu suất của tế bào quang điện và bảo vệ hệ thống. Các chức năng này bao gồm vận hành và tắt máy tự động, điều khiển theo dõi công suất tối đa, chống đảo (đối với hệ thống kết nối lưới điện), điều chỉnh điện áp tự động (đối với hệ thống kết nối lưới điện), phát hiện DC (đối với hệ thống kết nối lưới điện) và phát hiện mặt đất DC (đối với hệ thống kết nối lưới điện). Chúng ta hãy cùng khám phá ngắn gọn về chức năng vận hành và tắt máy tự động và chức năng điều khiển theo dõi công suất tối đa. 1) Chức năng vận hành và tắt máy tự động Sau khi mặt trời mọc vào buổi sáng, cường độ bức xạ mặt trời tăng dần và sản lượng của các tế bào quang điện cũng tăng theo. Khi đạt được công suất đầu ra mà biến tần yêu cầu, biến tần sẽ tự động chạy. Sau khi vào hoạt động, biến tần sẽ theo dõi đầu ra của các thành phần tế bào quang điện mọi lúc, miễn là công suất đầu ra của các thành phần tế bào quang điện lớn hơn công suất đầu ra mà biến tần yêu cầu, biến tần sẽ tiếp tục chạy; cho đến khi hoàng hôn dừng lại, ngay cả khi trời mưa Biến tần cũng hoạt động. Khi đầu ra của mô-đun tế bào quang điện trở nên nhỏ hơn và đầu ra của biến tần gần bằng 0, biến tần sẽ hình thành trạng thái chờ. 2) Chức năng điều khiển theo dõi công suất tối đa Đầu ra của mô-đun pin mặt trời thay đổi theo cường độ bức xạ mặt trời và nhiệt độ của chính mô-đun pin mặt trời (nhiệt độ chip). Ngoài ra, vì mô-đun pin mặt trời có đặc điểm là điện áp giảm khi dòng điện tăng, nên có một điểm hoạt động tối ưu có thể đạt được công suất tối đa. Cường độ bức xạ mặt trời đang thay đổi, rõ ràng điểm làm việc tốt nhất cũng đang thay đổi. So với những thay đổi này, điểm hoạt động của mô-đun pin mặt trời luôn ở điểm công suất cực đại và hệ thống luôn thu được công suất đầu ra tối đa từ mô-đun pin mặt trời. Loại điều khiển này là điều khiển theo dõi công suất cực đại. Tính năng lớn nhất của biến tần được sử dụng trong hệ thống phát điện mặt trời là chức năng theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT). Các chỉ số kỹ thuật chính của biến tần quang điện 1. Độ ổn định của điện áp đầu ra Trong hệ thống quang điện, năng lượng điện do tế bào quang điện tạo ra trước tiên được lưu trữ trong pin, sau đó được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều 220V hoặc 380V thông qua bộ biến tần. Tuy nhiên, pin bị ảnh hưởng bởi quá trình sạc và xả của chính nó và điện áp đầu ra của nó thay đổi trong một phạm vi lớn. Ví dụ, pin 12V danh nghĩa có giá trị điện áp có thể thay đổi trong khoảng từ 10,8 đến 14,4V (vượt quá phạm vi này có thể gây hỏng pin). Đối với một bộ biến tần đủ tiêu chuẩn, khi điện áp đầu vào thay đổi trong phạm vi này, độ biến thiên của điện áp đầu ra trạng thái ổn định của nó không được vượt quá Plusmn; 5% giá trị định mức. Đồng thời, khi tải thay đổi đột ngột, độ lệch điện áp đầu ra của nó không được vượt quá ±10% so với giá trị định mức. 2. Biến dạng dạng sóng của điện áp đầu ra Đối với bộ biến tần sóng sin, cần chỉ định độ méo dạng sóng (hoặc hàm lượng sóng hài) tối đa cho phép. Thông thường, độ méo dạng sóng tổng của điện áp đầu ra không được vượt quá 5% (10% cho phép đối với đầu ra một pha). Vì đầu ra dòng điện sóng hài bậc cao của bộ biến tần sẽ tạo ra các tổn thất bổ sung như dòng điện xoáy trên tải cảm ứng, nếu độ méo dạng sóng của bộ biến tần quá lớn sẽ gây ra hiện tượng nóng nghiêm trọng các thành phần tải, không có lợi cho sự an toàn của thiết bị điện và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả hoạt động của hệ thống. 3. Tần số đầu ra định mức Đối với các tải bao gồm động cơ, chẳng hạn như máy giặt, tủ lạnh, v.v., vì điểm hoạt động tần số tối ưu của động cơ là 50Hz, tần số quá cao hoặc quá thấp sẽ khiến thiết bị nóng lên, làm giảm hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của hệ thống, do đó, tần số đầu ra của biến tần phải là giá trị tương đối ổn định, thường là tần số nguồn 50Hz và độ lệch của nó phải nằm trong phạm vi ± 1% trong điều kiện làm việc bình thường. 4. Hệ số công suất tải Đặc trưng cho khả năng của biến tần với tải cảm ứng hoặc tải dung kháng. Hệ số công suất tải của biến tần sóng sin là 0,7~0,9 và giá trị định mức là 0,9. Trong trường hợp công suất tải nhất định, nếu hệ số công suất của biến tần thấp, công suất của biến tần cần thiết sẽ tăng lên. Một mặt, chi phí sẽ tăng lên, đồng thời, công suất biểu kiến ​​của mạch AC của hệ thống quang điện sẽ tăng lên. Khi dòng điện tăng, tổn thất chắc chắn sẽ tăng lên và hiệu suất của hệ thống cũng sẽ giảm. 5. Hiệu suất biến tần Hiệu suất của biến tần đề cập đến tỷ lệ công suất đầu ra của nó với công suất đầu vào trong điều kiện làm việc được chỉ định, được thể hiện dưới dạng phần trăm. Nhìn chung, hiệu suất danh nghĩa của biến tần quang điện đề cập đến tải điện trở thuần. Trong điều kiện hiệu suất tải 80%. Vì tổng chi phí của hệ thống quang điện cao nên hiệu suất của biến tần quang điện phải được tối đa hóa để giảm chi phí hệ thống và cải thiện hiệu suất chi phí của hệ thống quang điện. Hiện tại, hiệu suất danh nghĩa của biến tần chính thống là từ 80% đến 95% và hiệu suất của biến tần công suất thấp được yêu cầu không dưới 85%. Trong quá trình thiết kế thực tế của hệ thống quang điện, không chỉ nên chọn biến tần hiệu suất cao mà còn nên sử dụng cấu hình hệ thống hợp lý để làm cho tải của hệ thống quang điện hoạt động gần điểm hiệu suất tốt nhất càng nhiều càng tốt. 6. Dòng điện đầu ra định mức (hoặc công suất đầu ra định mức) Chỉ ra dòng điện đầu ra định mức của bộ biến tần trong phạm vi hệ số công suất tải được chỉ định. Một số sản phẩm bộ biến tần đưa ra công suất đầu ra định mức và đơn vị của nó được thể hiện bằng VA hoặc kVA. Công suất định mức của bộ biến tần là tích của điện áp đầu ra định mức và dòng điện đầu ra định mức khi hệ số công suất đầu ra là 1 (tức là tải thuần trở). 7. Các biện pháp bảo vệ Một biến tần có hiệu suất tuyệt vời cũng phải có chức năng bảo vệ hoàn chỉnh hoặc các biện pháp xử lý các tình huống bất thường xảy ra trong quá trình sử dụng thực tế, nhằm bảo vệ biến tần và các thành phần khác của hệ thống khỏi bị hư hỏng. 1) Nhập tài khoản bảo hiểm điện áp thấp: Khi điện áp đầu vào thấp hơn 85% điện áp định mức, biến tần phải có chức năng bảo vệ và hiển thị. 2) Bộ bảo vệ quá áp đầu vào: Khi điện áp đầu vào cao hơn 130% điện áp định mức, biến tần phải có chức năng bảo vệ và hiển thị. 3) Bảo vệ quá dòng: Bảo vệ quá dòng của biến tần phải có thể đảm bảo hành động kịp thời khi tải bị đoản mạch hoặc dòng điện vượt quá giá trị cho phép, để tránh bị hư hỏng do dòng điện đột biến. Khi dòng điện làm việc vượt quá 150% giá trị định mức, biến tần phải có thể tự động bảo vệ. 4) bảo vệ ngắn mạch đầu ra Thời gian tác động bảo vệ ngắn mạch của biến tần không được vượt quá 0,5 giây. 5) Bảo vệ phân cực ngược đầu vào: Khi cực dương và cực âm của đầu vào bị đảo ngược, biến tần phải có chức năng bảo vệ và hiển thị. 6) Chống sét: Biến tần phải có chức năng chống sét. 7) Bảo vệ quá nhiệt, v.v. Ngoài ra, đối với các biến tần không có biện pháp ổn định điện áp, biến tần cũng phải có biện pháp bảo vệ quá áp đầu ra để bảo vệ tải khỏi bị hư hỏng do quá áp. 8. Đặc điểm ban đầu Để mô tả khả năng của biến tần khi khởi động với tải và hiệu suất trong quá trình vận hành động. Biến tần phải đảm bảo khởi động đáng tin cậy dưới tải định mức. 9. Tiếng ồn Các thành phần như máy biến áp, cuộn cảm lọc, công tắc điện từ và quạt trong thiết bị điện tử công suất sẽ tạo ra tiếng ồn. Khi biến tần hoạt động bình thường, tiếng ồn của nó không được vượt quá 80dB và tiếng ồn của biến tần nhỏ không được vượt quá 65dB. Kỹ năng lựa chọn biến tần năng lượng mặt trời