Stručne povedané, pracovný proces PV invertora možno rozdeliť do troch základných etáp:zber energie a optimalizácia, Konverzia DC-ACaprispôsobenie mriežky-pripojené/vypnuté-. Nasleduje podrobný rozpis z pohľadu základných princípov, základných modulov a kľúčových technológií:
I. Hlavné pracovné ciele
Výstupné charakteristiky FV modulov sú vysoko citlivé na osvetlenie a teplotu, čo predstavuje nelineárny vzťah medzi výstupným napätím a prúdom. Navyše, priamo generovaný jednosmerný prúd nemôže byť priamo pripojený k elektrickej sieti alebo poháňať konvenčné AC záťaže. Preto musí menič dosiahnuť dva hlavné ciele:
Maximalizujte výstupný výkon: Sledujte maximálny výstupný bod FV modulov v reálnom čase pomocou technológie MPPT, aby ste čo najviac zlepšili efektivitu výroby energie.
Tvar vlny a synchronizácia: Premeňte jednosmerný prúd na sínusový striedavý prúd, ktorý spĺňa štandardy siete (s konzistentným napätím, frekvenciou a fázou s napájacou sieťou), aby ste zaistili-bezpečnosť pripojenia k sieti alebo stabilnú prevádzku pri vypnutom{1}}zaťažení siete.
II. Základný pracovný proces fotovoltaických meničov
Užívanie najbežnejšíchFV invertory pripojené k sieti-ako príklad možno celkový pracovný proces rozdeliť do štyroch krokov:
Krok 1: DC vstup a filtrovanie (DC-strana spracovania)
Výstup jednosmerného prúdu sériovo/paralelne{0}}zapojených fotovoltických modulov nie je absolútne stabilný, pričom dochádza k zvlneniam napätia a kolísaniu prúdu spôsobeným zmenami osvetlenia a rozdielmi v charakteristikách modulov.
Striedač sa najskôr pripojí k jednosmernému prúdu cez aDC poistka(pre nadprúdovú ochranu) a aDC zvodič prepätia(pre prepäťovú ochranu).
Potom sa vytvorí filtračný obvod zložený zDC filtračné kondenzátory/tlmivkysa používa na vyrovnanie kolísania jednosmerného napätia a poskytuje stabilný jednosmerný vstup pre následnú fázu konverzie.
Krok 2: Sledovanie maximálneho výkonu (MPPT)
Toto je kľúčový odkaz pre menič na zlepšenie účinnosti výroby energie. Hlavným princípom je detekcia výstupného napätia a prúdu FV modulov v reálnom časeriadiacich algoritmovvypočítajte aktuálny výstupný výkon a dynamicky upravte vstupné jednosmerné napätie meniča tak, aby FV moduly neustále pracovali na úrovni maximálneho výstupného výkonu.
Bežné algoritmy MPPT: Perturbácia a pozorovanie (P&O), prírastková vodivosť (INC). Spomedzi nich má metóda prírastkovej vodivosti vyššiu presnosť a je vhodná pre scenáre s rýchlymi zmenami osvetlenia.
Spôsob implementácie: Upravte jednosmerné napätie pomocou aDC-prevodník jednosmerného prúdu(ako je napríklad zosilňovací okruh-nahor). Keď je výstupné napätie FV modulov nízke, obvod Boost ho zosilní na jednosmerné napätie zbernice vhodné na inverziu (napr. 380 V jednosmerná zbernica zodpovedajúca výstupu 380 V AC).
Krok 3: Konverzia DC-AC (fáza základnej inverzie)
Toto je hlavná funkcia meniča, ktorý v podstate premieňa stabilný jednosmerný prúd na striedavý prúd podobný sínusovej vlne prostredníctvom vysoko{0}}frekvencie zapnutia-vypnutiavýkonové elektronické spínacie zariadenia. Podľa rôznych topologických štruktúr sa delí najmä najednofázové{0}invertory(pre civilné aplikácie s nízkym{0}}príkonom) atrojfázovými{0}invertormi(pre priemyselné a komerčné vysokovýkonné-aplikácie) s konzistentnými základnými princípmi:
Spínacie zariadenia: Používajú sa bipolárne tranzistory s izolovaným hradlom (IGBT) alebo kovové -oxidové-polovodičové tranzistory-efektové tranzistory (MOSFET), ktoré sú „elektronickými spínačmi“ na konverziu energie a dokážu dokončiť zapnutie-v priebehu mikrosekúnd.
Topológia invertorového mostíka: Najčastejšie sa používaúplný-mostový invertorový okruh(so 4 spínacími zariadeniami pre jedno-fázový a 6 pre troj-fázový). Vezmime si ako príklad jednofázový úplný-mostíkový okruh:
Výstupy regulátoraSignály pulznej šírkovej modulácie (PWM).na ovládanie zapínacej{0}}sekvencie a pracovného cyklu 4 IGBT.
Úpravou šírky impulzu sa výstup "sledu impulzov štvorcových vĺn" spínacími zariadeniami filtruje, aby sa vytvoril striedavý prúd blízky sínusovej vlne.
AC filtrovanie: Napájanie striedavým prúdom po inverzii obsahuje-vysokofrekvenčné harmonické, ktoré je potrebné odfiltrovaťLC filtračný obvodzložené z induktorov a kondenzátorov AC filtra na získanie čistého sínusového striedavého prúdu.
Krok 4: Grid-pripojený/vypnutý-prispôsobenie a ochrana siete (spracovanie na strane AC-)
1. Invertory pripojené k sieti-: Synchronizácia a pripojenie k sieti
Ak sa menič používa na výrobu energie-pripojenej do siete, je potrebné zabezpečiť, aby výstupný striedavý prúd bolv rovnakej frekvencii, fáze a napätíako sieťová sieť:
V reálnom čase{0} zisťuje frekvenciu napätia a fázu elektrickej sieteTechnológia Phase-Locked Loop (PLL)., nastavte fázu a frekvenciu výstupu striedavého prúdu pomocou meniča a dosiahnite presnú synchronizáciu s elektrickou sieťou.
Pripojte sa k elektrickej sieti cez anAC stykača zaistite{0}}bezpečnosť pripojenia k sietiostrovná ochrana, prepäťová/podpäťová ochrana, nadprúdová ochrana, frekvenčná ochrana, atď. (napr. pri výpadku elektrickej siete musí menič okamžite prestať pracovať, aby „ostrovný efekt“ neohrozil personál údržby).
2. Vypnuté-meniče siete: Priame napájanie
Ak sa menič používa vo vypnutom -sieťovom systéme (napr. fotovoltaické napájanie v odľahlých oblastiach), filtrovaný sínusový striedavý prúd sa dodáva priamo do záťaží (napr. domácich spotrebičov, priemyselných zariadení). Medzitým ho možno kombinovať s akumulátormi energie, aby sa dosiahla stabilná regulácia napätia.
III. Hlavné typy fotovoltaických meničov a topologické rozdiely
Rôzne typy meničov majú malé rozdiely v topológii inverzného stupňa a sú vhodné pre rôzne scenáre:
Centrálne meniče(vysoký{0}}výkon, na priemyselné/komerčné použitie a fotovoltaické elektrárne):
Prijaťvýkonový frekvenčný transformátor/vysoko{0}}frekvenčný transformátortopológie. Niektoré beztransformátorové (-neizolované) typy dosahujú izoláciu pomocou kondenzátorov s výkonom dosahujúcim niekoľko megawattov. Vyznačujú sa vysokou integráciou a pohodlnou obsluhou a údržbou.
Strunové invertory(stredný a malý výkon, pre domáce použitie a distribuované fotovoltaické systémy):
Každý reťazec PV je vybavený nezávislým ovládačom MPPT a inverzný stupeň využíva úplnú-topológiu mosta. Môže nezávisle sledovať bod maximálneho výkonu každej struny, pričom sa prispôsobuje rozdielom v osvetlení medzi rôznymi strunami (napr. tienenie).
Mikroinvertory(nízky-príkon, pre domáce fotovoltaické systémy):
Inštaluje sa priamo na zadnú stranu fotovoltických modulov, pričom jeden mikroinvertor zodpovedá jednému modulu, čím sa realizuje „inverzia-úrovne modulu“. Má najvyššiu presnosť MPPT a je vhodný pre komplexné osvetľovacie prostredia.
IV. Kľúčové technické ukazovatele a vplyvy na výkonnosť
Účinnosť inverzie: Vysoko{0}}kvalitné invertory môžu dosiahnuť maximálnu účinnosť nad 98 % (európska účinnosť), ktorá závisí najmä od straty vedenia spínacích zariadení a presnosti sledovania MPPT.
Celkové harmonické skreslenie (THD): Invertory pripojené k sieti- vyžadujú THD menšie alebo rovné 5 %. Čím nižšie je THD, tým čistejšia je výstupná sínusová vlna a tým menšie je rušenie elektrickej siete.
MPPT účinnosť: Vo všeobecnosti sa vyžaduje, aby bola väčšia alebo rovná 99 %, čo priamo ovplyvňuje celkovú výrobu energie fotovoltaického systému.
Zhrnutie
Podstatou FV striedača je torealizovať konverziu formy napájania prostredníctvom vysokofrekvenčnej{0}}modulácie s výkonnými elektronickými spínacími zariadeniami ako jadrom, pričom sa dosiahne optimalizácia výkonu a prispôsobenie siete prostredníctvom riadiacich algoritmov. Základom jeho fungovania je:realizácia optimalizácie výkonu pomocou DC-DC konvertorov, dosiahnutie DC-AC konverzie prostredníctvom PWM-modulovaných invertorových mostíkov a zaistenie bezpečného pripojenia k sieti prostredníctvom fázových-slučiek a ochranných obvodov. Tento proces využíva nielen rýchle spínacie charakteristiky výkonovej elektroniky, ale spája aj presnú reguláciu teórie riadenia, ktorá slúži ako kľúčový článok pre efektívne využitie energie vo fotovoltaických systémoch na výrobu energie.
