Uit het artikel om het werkingsprincipe van fotovoltaïsche omvormers te begrijpen!

Werkingsprincipe en kenmerken Werkingsprincipe: De kern van het inverterapparaat is het inverterschakelcircuit, kortweg het invertercircuit genoemd. Dit circuit voltooit de functie van de omvormer door de elektronische vermogensschakelaar in en uit te schakelen. Kenmerken: (1) Hoge efficiëntie is vereist. Vanwege de hoge prijs van zonnecellen moeten we, om het gebruik van zonnecellen te maximaliseren en de systeemefficiëntie te verbeteren, proberen de efficiëntie van de omvormer te verbeteren. (2) Hoge betrouwbaarheid is vereist. Op dit moment worden fotovoltaïsche energiecentrales voornamelijk gebruikt in afgelegen gebieden. Veel elektriciteitscentrales zijn onbeheerd en onderhouden. Dit vereist dat omvormers een redelijke circuitstructuur hebben, een strikte selectie van componenten en vereisen dat omvormers verschillende beveiligingsfuncties hebben, zoals: ingang DC polariteit omgekeerde bescherming, AC-uitgang kortsluitbeveiliging, oververhitting, overbelastingsbeveiliging, enz. (3) De ingang spanning is vereist om een ​​breed aanpassingsbereik te hebben. Omdat de klemspanning van de zonnecel verandert met de belasting en de intensiteit van het zonlicht. Vooral wanneer de batterij veroudert, varieert de klemspanning sterk. De klemspanning van een 12V-batterij kan bijvoorbeeld variëren van 10V tot 16V, waardoor de omvormer normaal moet werken binnen een groter DC-ingangsspanningsbereik.

Classificatie van fotovoltaïsche omvormers Er zijn veel methoden voor de classificatie van omvormers, bijvoorbeeld: afhankelijk van het aantal fasen van de AC-uitgangsspanning van de omvormer, kan deze worden onderverdeeld in enkelfasige omvormers en driefasige omvormers; volgens de halfgeleidercomponenten die in de omvormer worden gebruikt. Verschillende typen kunnen worden onderverdeeld in transistoromvormers, thyristoromvormers en thyristor-uitschakelomvormers. Volgens het principe van het invertercircuit kan het worden onderverdeeld in zelf-opgewonden oscillatie-inverter, getrapte golf-superpositie-inverter en pulsbreedtemodulatie-inverter. Volgens de toepassing in een op het net aangesloten systeem of een off-grid systeem, kan het worden onderverdeeld in een op het net aangesloten omvormer en een off-grid omvormer. Om de selectie van omvormers voor fotovoltaïsche gebruikers te vergemakkelijken, is de classificatie alleen gebaseerd op de verschillende toepasselijke gelegenheden van de omvormers.

1. Gecentraliseerde omvormer Bij gecentraliseerde omvormertechnologie worden meerdere parallelle fotovoltaïsche strings aangesloten op de DC-ingang van dezelfde gecentraliseerde omvormer. Over het algemeen worden driefasige IGBT-voedingsmodules gebruikt voor hoog vermogen en het gebruik van een veldeffecttransistor met laag vermogen, terwijl de DSP-conversiecontroller wordt gebruikt om de kwaliteit van de gegenereerde elektrische energie te verbeteren, waardoor deze zeer dicht bij de sinusgolfstroom komt, over het algemeen gebruikt in het systeem van grote fotovoltaïsche centrales (>10kW). Het grootste kenmerk is het hoge vermogen en de lage kosten van het systeem. Omdat de uitgangsspanning en stroom van verschillende fotovoltaïsche strings echter vaak niet volledig op elkaar zijn afgestemd (vooral wanneer de fotovoltaïsche strings gedeeltelijk in de schaduw liggen vanwege bewolking, schaduw, vlekken, enz.), wordt gecentraliseerde inversie toegepast. De wijze van wijzigen zal leiden tot een afname van het rendement van het inverterproces en een afname van het energieverbruik van de elektriciteitsgebruikers. Tegelijkertijd wordt de betrouwbaarheid van de stroomopwekking van het hele fotovoltaïsche systeem beïnvloed door de slechte werkstatus van een fotovoltaïsche eenheidsgroep. De nieuwste onderzoeksrichting is het gebruik van ruimtevectormodulatieregeling en de ontwikkeling van nieuwe topologieverbindingen van de omvormer om een ​​hoog rendement te verkrijgen onder gedeeltelijke belasting.

2. Stringomvormers Stringomvormers zijn gebaseerd op het modulaire concept. Elke fotovoltaïsche string (1-5 kW) gaat door een omvormer en heeft maximale vermogenspiek-tracking aan het DC-uiteinde. Parallelle en netaansluiting is de meest populaire omvormer op de internationale markt geworden. Veel grote fotovoltaïsche energiecentrales gebruiken stringomvormers. Het voordeel is dat het niet wordt beïnvloed door moduleverschillen en schaduwen tussen strings, en tegelijkertijd de mismatch tussen het optimale werkpunt van de fotovoltaïsche module en de omvormer vermindert, waardoor de stroomopwekking toeneemt. Deze technische voordelen verlagen niet alleen de kosten van het systeem, maar verhogen ook de betrouwbaarheid van het systeem. Tegelijkertijd wordt het concept van "master-slave" tussen de strings geïntroduceerd, waardoor het systeem meerdere PV-strings met elkaar verbindt en een of meerdere ervan laat werken wanneer een enkele string elektrische energie geen enkele omvormer kan laten werken. , Om meer elektriciteit te produceren. Het nieuwste concept is dat meerdere omvormers een "team" vormen ter vervanging van het "master-slave" concept, wat de betrouwbaarheid van het systeem een ​​stap verder maakt. Momenteel hebben transformatorloze stringomvormers het voortouw genomen.

3. Micro-omvormer In het traditionele PV-systeem wordt de DC-ingang van elke stringomvormer in serie geschakeld door ongeveer 10 fotovoltaïsche panelen. Wanneer een van de 10 in serie geschakelde panelen niet goed werkt, wordt deze string aangetast. Als de omvormer dezelfde MPPT gebruikt voor meerdere ingangen, wordt ook elke ingang beïnvloed, waardoor de efficiëntie van de stroomopwekking aanzienlijk wordt verminderd. In praktische toepassingen zullen verschillende beschermende factoren zoals wolken, bomen, schoorstenen, dieren, stof, ijs en sneeuw de bovengenoemde factoren veroorzaken, en de situatie is heel gewoon. In het PV-systeem van de micro-omvormer is elk paneel aangesloten op een micro-omvormer. Wanneer een van de panelen niet goed werkt, wordt alleen deze beïnvloed. Alle andere fotovoltaïsche panelen werken in de beste staat, waardoor het totale systeem efficiënter wordt en meer stroom genereert. In praktische toepassingen, als de stringomvormer uitvalt, zullen de panelen van enkele kilowatts niet meer functioneren en is de impact van het falen van de micro-omvormer vrij klein.

4. Power optimizer De installatie van een power optimizer (OptimizEr) in het zonne-energieopwekkingssysteem kan de conversie-efficiëntie aanzienlijk verbeteren en de omvormerfunctie (omvormer) vereenvoudigen om de kosten te verlagen. Om een ​​slim zonne-energieopwekkingssysteem te realiseren, kan de power optimizer van het apparaat ervoor zorgen dat elke zonnecel de beste prestaties levert en op elk moment de status van het batterijverbruik bewaken. De power optimizer is een apparaat tussen het stroomopwekkingssysteem en de omvormer. De belangrijkste taak is het vervangen van de oorspronkelijke beste stroompuntvolgfunctie van de omvormer. De power optimizer maakt gebruik van analogie om extreem snelle best power point tracking scans uit te voeren door het circuit te vereenvoudigen en een enkele zonnecel komt overeen met een power optimizer, zodat elke zonnecel inderdaad de beste power point tracking kan bereiken. batterijstatus altijd en overal door het plaatsen van een communicatiechip, meld problemen in realtime en laat relevant personeel ze zo snel mogelijk repareren. De functie van de fotovoltaïsche omvormer De omvormer heeft niet alleen de functie van direct-naar-ac conversie, maar heeft ook de functie van het maximaliseren van de prestaties van de zonnecel en de functie van systeemstoringsbeveiliging. Samenvattend zijn er automatische bedienings- en uitschakelfuncties, maximale vermogensvolgbesturingsfunctie, anti-enkelvoudige werkingsfunctie (voor op het net aangesloten systeem), automatische spanningsaanpassingsfunctie (voor op het net aangesloten systeem), DC-detectiefunctie (voor op het net aangesloten systeem) systeem), DC-aardingsdetectie Functie (voor netgekoppeld systeem). Hier is een korte inleiding tot de automatische bedienings- en uitschakelfuncties en de regelfunctie voor het volgen van maximaal vermogen.

(1) Automatische werking en uitschakelfunctie Na zonsopgang in de ochtend neemt de intensiteit van de zonnestraling geleidelijk toe en neemt ook de output van de zonnebatterij toe. Wanneer het door de omvormer benodigde uitgangsvermogen is bereikt, begint de omvormer automatisch te werken. Na ingebruikname zal de omvormer te allen tijde het vermogen van de zonnecelcomponenten bewaken. Zolang het uitgangsvermogen van de zonnecelcomponenten groter is dan het uitgangsvermogen dat de omvormer nodig heeft, blijft de omvormer draaien; het stopt tot zonsondergang, zelfs als het bewolkt of regenachtig is. De omvormer kan ook worden bediend. Wanneer de output van de zonnecelmodule kleiner wordt en de output van de omvormer de 0 nadert, gaat de omvormer in een stand-by toestand.

(2) Regelfunctie voor maximale vermogensvolging De output van de zonnecelmodule varieert met de intensiteit van de zonnestraling en de temperatuur van de zonnecelmodule zelf (chiptemperatuur). Bovendien, omdat de zonnecelmodule de eigenschap heeft dat de spanning afneemt met de toename van de stroom, is er een optimaal werkpunt dat het maximale vermogen kan verkrijgen. De intensiteit van zonnestraling verandert, en uiteraard verandert ook het beste werkpunt. Ten opzichte van deze veranderingen ligt het werkpunt van de zonnecelmodule altijd op het maximale vermogen en haalt het systeem altijd het maximale vermogen uit de zonnecelmodule. Dit soort controle is de maximale vermogensvolgregeling. Het grootste kenmerk van de omvormer die wordt gebruikt in het systeem voor het opwekken van zonne-energie, is dat deze de functie van Maximum Power Point Tracking (MPPT) bevat.

De belangrijkste technische indicatoren van fotovoltaïsche omvormers

1. De stabiliteit van de uitgangsspanning In een fotovoltaïsch systeem wordt de door de zonnecel opgewekte elektrische energie eerst door de accu opgeslagen en vervolgens via de omvormer omgezet in 220V of 380V wisselstroom. De batterij wordt echter beïnvloed door zijn eigen opladen en ontladen, en de uitgangsspanning varieert sterk. De nominale 12V-batterij kan bijvoorbeeld variëren van 10,8 tot 14,4V (overschrijding van dit bereik kan schade aan de batterij veroorzaken). Voor een gekwalificeerde omvormer mag, wanneer de spanning van de ingangsklem binnen dit bereik verandert, de verandering in de uitgangsspanning in stabiele toestand Plusmn niet overschrijden; 5% van de nominale waarde. Tegelijkertijd, wanneer de belasting plotseling verandert, mag de afwijking van de uitgangsspanning niet groter zijn dan ± 10% van de nominale waarde.

2. Golfvormvervorming van de uitgangsspanning Voor sinusomvormers moet de maximaal toelaatbare golfvormvervorming (of harmonische inhoud) worden gespecificeerd. Gewoonlijk uitgedrukt door de totale golfvormvervorming van de uitgangsspanning, mag de waarde niet hoger zijn dan 5% (eenfasige uitgang staat l0%) toe. Omdat de harmonische stroom van hoge orde die door de omvormer wordt afgegeven, extra verliezen zal veroorzaken, zoals wervelstromen op de inductieve belasting, zal als de vervorming van de golfvorm van de omvormer te groot is, de belastingcomponenten ernstig opwarmen, wat niet bevorderlijk is voor de veiligheid van elektrische apparatuur en heeft ernstige gevolgen voor het systeem Bedrijfsefficiëntie. 3. Nominale uitgangsfrequentie Voor belastingen die motoren bevatten, zoals wasmachines, koelkasten, enz., omdat het beste werkpunt van de motor 50 Hz is, zal een te hoge of te lage frequentie ervoor zorgen dat de apparatuur warm wordt, waardoor de bedrijfsefficiëntie afneemt en levensduur van het systeem. Daarom moet de uitgangsfrequentie van de omvormer een relatief stabiele waarde zijn, meestal 50 Hz, en de afwijking moet onder normale werkomstandigheden binnen Plusmn;l% zijn.

4. De belastingsfactor vertegenwoordigt het vermogen van de omvormer om inductieve of capacitieve belastingen te dragen. De belastingsfactor van de sinusomvormer is 0,7 tot 0,9 en de nominale waarde is 0,9. In het geval van een bepaald belastingsvermogen, als de arbeidsfactor van de omvormer laag is, zal het benodigde vermogen van de omvormer toenemen. Enerzijds zullen de kosten stijgen en zal het schijnbare vermogen van het AC-circuit van het fotovoltaïsche systeem toenemen. Naarmate de stroom toeneemt, zullen de verliezen onvermijdelijk toenemen en zal ook de systeemefficiëntie afnemen.

5. Efficiëntie van de omvormer Het rendement van een omvormer verwijst naar de verhouding tussen het uitgangsvermogen en het ingangsvermogen onder gespecificeerde werkomstandigheden, uitgedrukt als een percentage. In het algemeen verwijst het nominale rendement van een fotovoltaïsche omvormer naar een zuiver ohmse belasting. , Rendement bij 80% belasting. Aangezien de totale kosten van het fotovoltaïsche systeem relatief hoog zijn, moet de efficiëntie van de fotovoltaïsche omvormer worden gemaximaliseerd, moeten de systeemkosten worden verlaagd en moeten de kostenprestaties van het fotovoltaïsche systeem worden verbeterd. Op dit moment ligt het nominale rendement van reguliere omvormers tussen 80% en 95%, en het rendement van energiezuinige omvormers moet minimaal 85% zijn. In het eigenlijke ontwerpproces van het fotovoltaïsche systeem moet niet alleen de hoogrenderende omvormer worden geselecteerd, maar moet ook de redelijke configuratie van het systeem worden aangenomen om de belasting van het fotovoltaïsche systeem zo veel mogelijk in de buurt van het beste efficiëntiepunt te laten werken.

6. Nominale uitgangsstroom (of nominale uitgangscapaciteit)

Geeft de nominale uitgangsstroom van de omvormer aan binnen het gespecificeerde bereik van de belastingsfactor. Sommige inverterproducten geven het nominale uitgangsvermogen aan en de eenheid wordt uitgedrukt in VA of kVA. De nominale capaciteit van de omvormer is wanneer de uitgangsvermogensfactor 1 is (dwz pure ohmse belasting), de nominale uitgangsspanning is het product van de nominale uitgangsstroom. 7. Beschermingsmaatregelen Een omvormer met uitstekende prestaties moet ook volledige beschermingsfuncties of maatregelen hebben om verschillende abnormale situaties tijdens het daadwerkelijke gebruik aan te pakken, om de omvormer zelf en andere componenten van het systeem tegen schade te beschermen. (1) Onderspanningsbeveiliging ingang: wanneer de ingangsspanning lager is dan 85% van de nominale spanning, moet de omvormer worden beschermd en weergegeven. (2) Overspanningsbeveiliging ingang: wanneer de ingangsspanning hoger is dan 130% van de nominale spanning, moet de omvormer worden beschermd en weergegeven. (3) Overstroombeveiliging: de overstroombeveiliging van de omvormer moet in staat zijn om tijdige actie te garanderen wanneer de belasting wordt kortgesloten of de stroom de toegestane waarde overschrijdt om deze te beschermen tegen stroomstootschade. Wanneer de werkstroom 150% van de nominale waarde overschrijdt, moet de omvormer automatisch kunnen beschermen. (4) De actietijd van de kortsluitbeveiliging van de omvormer van de kortsluitbeveiliging van de uitgang mag 0,5 s niet overschrijden. (5) Ingang omgekeerde verbindingsbeveiliging: wanneer de positieve en negatieve ingangsaansluitingen omgekeerd zijn aangesloten, moet de omvormer een beveiligingsfunctie en weergave hebben. (6) Bliksembeveiliging: de omvormer moet bliksembeveiliging hebben.

(7) Beveiliging tegen te hoge temperatuur, enz. Bovendien moet de omvormer voor omvormers zonder maatregelen voor spanningsstabilisatie ook over uitgangsspanningsbeveiligingsmaatregelen beschikken om de belasting te beschermen tegen schade door overspanning. 8. De startkarakteristieken vertegenwoordigen het vermogen van de omvormer om te starten met belasting en zijn prestaties tijdens dynamisch bedrijf. De omvormer moet gegarandeerd betrouwbaar starten onder nominale belasting. 9. Ruis: Transformatoren, filterinductoren, elektromagnetische schakelaars, ventilatoren en andere componenten in elektronische vermogensapparatuur veroorzaken ruis. Wanneer de omvormer normaal werkt, mag het geluid niet hoger zijn dan 80 dB en het geluid van een kleine omvormer niet hoger dan 65 dB. Selectievaardigheden Bij de selectie van omvormers moet eerst worden overwogen over voldoende nominale capaciteit te beschikken om te voldoen aan de vereisten van de apparatuur voor elektrisch vermogen onder de maximale belasting. Voor een omvormer met een enkel apparaat als belasting is de selectie van het nominale vermogen relatief eenvoudig. Wanneer de elektrische apparatuur een pure resistieve belasting is of de arbeidsfactor groter is dan 0,9, wordt de nominale capaciteit van de omvormer geselecteerd op 1,1 tot 1,15 keer de capaciteit van de elektrische apparatuur. Tegelijkertijd moet de omvormer ook bestand zijn tegen de impact van capacitieve en inductieve belastingen. Voor algemene inductieve belastingen, zoals motoren, koelkasten, airconditioners, wasmachines, krachtige waterpompen, enz., kan het momentane vermogen bij het starten 5-6 keer het nominale vermogen zijn. Op dit moment zal de omvormer een groot momentaan vermogen verdragen. Golf. Voor dergelijke systemen moet de nominale capaciteit van de omvormer voldoende marge hebben om ervoor te zorgen dat de belasting betrouwbaar kan worden gestart, en de krachtige omvormer kan vele malen op volle belasting worden gestart zonder de vermogensapparaten te beschadigen. Voor hun eigen veiligheid moeten kleine omvormers soms een softstart of stroombegrenzende start gebruiken. Installatievoorzorgsmaatregelen en onderhoud

1. Controleer voor de installatie of de omvormer tijdens het transport is beschadigd.

2. Bij het kiezen van de installatieplaats moet ervoor worden gezorgd dat er geen interferentie is van andere elektronische vermogensapparatuur in de omgeving.

3. Voordat u elektrische aansluitingen maakt, moet u ervoor zorgen dat u ondoorzichtige materialen gebruikt om de fotovoltaïsche panelen te bedekken of om de stroomonderbreker aan de DC-zijde los te koppelen. Blootstelling aan zonlicht zullen fotovoltaïsche arrays gevaarlijke spanningen genereren.

4. Alle installatiehandelingen mogen alleen worden uitgevoerd door professioneel en technisch personeel.

5. De kabels die in het energieopwekkingssysteem van het fotovoltaïsche systeem worden gebruikt, moeten stevig zijn aangesloten, goed geïsoleerd zijn en voldoen aan de juiste specificaties. Ontwikkelingstrend Voor zonne-omvormers is het verbeteren van de conversie-efficiëntie van stroom een ​​eeuwig onderwerp, maar wanneer de efficiëntie van het systeem steeds hoger wordt, bijna 100%, zullen verdere efficiëntieverbeteringen gepaard gaan met lagere kostenprestaties. Daarom zal momenteel een belangrijk onderwerp zijn hoe een hoog rendement te behouden en een goede prijsconcurrentie te behouden. Vergeleken met de inspanningen om de efficiëntie van omvormers te verbeteren, wordt hoe de efficiëntie van het gehele omvormersysteem te verbeteren geleidelijk een ander belangrijk punt voor zonne-energiesystemen. In een zonnepaneel, wanneer een gedeeltelijke schaduw van 2~3% van het gebied verschijnt, voor een omvormer met een MPPT-functie, wanneer het uitgangsvermogen van het systeem slecht is, zal er zelfs een vermogensverlies zijn van ongeveer 20%! Om beter aan dit soort situaties aan te passen, is het zeer effectief om één-op-één MPPT of meerdere MPPT-besturingsfuncties te gebruiken voor enkele of gedeeltelijke zonnemodules. Omdat het invertersysteem in de staat van netgekoppelde werking verkeert, zal lekkage van het systeem naar de grond ernstige veiligheidsproblemen veroorzaken; bovendien, om de efficiëntie van het systeem te verbeteren, zijn de meeste zonnepanelen in serie geschakeld om een ​​hoge DC-uitgangsspanning te vormen; Door het optreden van abnormale omstandigheden tussen de elektroden, is het gemakkelijk om een ​​DC-boog te produceren. Door de hoge gelijkspanning is het erg moeilijk om de boog te doven en is het zeer eenvoudig om brand te veroorzaken. Met de wijdverbreide acceptatie van omvormersystemen voor zonne-energie, zullen systeemveiligheidskwesties ook een belangrijk onderdeel vormen van omvormertechnologie. Bovendien luidt het stroomsysteem smart。 in

De snelle ontwikkeling en popularisering van elektriciteitsnettechnologie. Een groot aantal zonne-energiesystemen en andere nieuwe energiesystemen zijn aangesloten op het elektriciteitsnet, wat nieuwe technische uitdagingen met zich meebrengt voor de stabiliteit van het smart grid-systeem. Het ontwerpen van een omvormersysteem dat sneller, nauwkeuriger en intelligenter compatibel is met slimme netten, zal in de toekomst een noodzakelijke voorwaarde worden voor omvormersystemen voor zonne-energie.

Over het algemeen wordt de ontwikkeling van invertertechnologie ontwikkeld met de ontwikkeling van vermogenselektronicatechnologie, micro-elektronische technologie en moderne regeltheorie. Met het verstrijken van de tijd ontwikkelt de invertertechnologie zich in de richting van hogere frequentie, hoger vermogen, hoger rendement en kleiner volume.