Obecnie chiński system generowania energii fotowoltaicznej jest głównie systemem DC, który ma ładować energię elektryczną generowaną przez baterię słoneczną, a bateria bezpośrednio dostarcza energię do obciążenia. Na przykład system oświetlenia gospodarstwa domowego zasilanego energią słoneczną w północno-zachodnich Chinach i system zasilania stacji mikrofalowej z dala od sieci to systemy DC. Ten typ systemu ma prostą strukturę i niski koszt. Jednak ze względu na różne napięcia obciążenia DC (takie jak 12 V, 24 V, 48 V itp.) trudno jest osiągnąć standaryzację i kompatybilność systemu, szczególnie w przypadku energii cywilnej, ponieważ większość obciążeń AC jest używana z zasilaniem DC. Trudno jest, aby zasilacz fotowoltaiczny dostarczał energię elektryczną, aby wejść na rynek jako towar. Ponadto generowanie energii fotowoltaicznej ostatecznie osiągnie działanie podłączone do sieci, co musi przyjąć dojrzały model rynkowy. W przyszłości systemy generowania energii fotowoltaicznej AC staną się głównym nurtem generowania energii fotowoltaicznej.
Wymagania dla systemów fotowoltaicznych do zasilania falownikowego
System generowania energii fotowoltaicznej wykorzystujący moc wyjściową AC składa się z czterech części: układu fotowoltaicznego, kontrolera ładowania i rozładowania, akumulatora i falownika (system generowania energii podłączony do sieci może generalnie oszczędzać akumulator), a falownik jest kluczowym elementem. Fotowoltaika ma wyższe wymagania dla falowników:
1. Wymagana jest wysoka wydajność. Ze względu na wysoką cenę ogniw słonecznych w chwili obecnej, aby zmaksymalizować wykorzystanie ogniw słonecznych i poprawić wydajność systemu, konieczne jest podjęcie próby poprawy wydajności falownika.
2. Wymagana jest wysoka niezawodność. Obecnie systemy wytwarzania energii fotowoltaicznej są głównie wykorzystywane w odległych obszarach, a wiele elektrowni jest bezobsługowych i konserwowanych. Wymaga to, aby falownik miał rozsądną strukturę obwodu, ścisły dobór komponentów i wymaga, aby falownik miał różne funkcje zabezpieczające, takie jak zabezpieczenie przed polaryzacją połączenia wejściowego DC, zabezpieczenie przed zwarciem wyjścia AC, przegrzaniem, zabezpieczenie przed przeciążeniem itp.
3. Napięcie wejściowe DC musi mieć szeroki zakres adaptacji. Ponieważ napięcie zacisków akumulatora zmienia się wraz z obciążeniem i intensywnością światła słonecznego, chociaż akumulator ma istotny wpływ na napięcie akumulatora, napięcie akumulatora waha się wraz ze zmianą pozostałej pojemności akumulatora i rezystancji wewnętrznej. Zwłaszcza gdy akumulator się starzeje, jego napięcie zacisków zmienia się szeroko. Na przykład napięcie zacisków akumulatora 12 V może zmieniać się od 10 V do 16 V. Wymaga to, aby falownik działał przy większym napięciu DC. Zapewnij normalną pracę w zakresie napięcia wejściowego i zapewnij stabilność napięcia wyjściowego AC.
4. W systemach fotowoltaicznych o średniej i dużej mocy, wyjście zasilania falownika powinno być falą sinusoidalną z mniejszymi zniekształceniami. Wynika to z faktu, że w systemach o średniej i dużej mocy, jeśli używana jest moc fali prostokątnej, wyjście będzie zawierało więcej składowych harmonicznych, a wyższe harmoniczne będą generować dodatkowe straty. Wiele systemów fotowoltaicznych jest obciążonych sprzętem komunikacyjnym lub pomiarowym. Sprzęt ten ma wyższe wymagania dotyczące jakości sieci energetycznej. Gdy systemy fotowoltaiczne o średniej i dużej mocy są podłączone do sieci, w celu uniknięcia zanieczyszczenia siecią publiczną, falownik musi również wyprowadzać prąd sinusoidalny.
Falownik przetwarza prąd stały na prąd przemienny. Jeśli napięcie prądu stałego jest niskie, jest ono wzmacniane przez transformator prądu przemiennego w celu uzyskania standardowego napięcia i częstotliwości prądu przemiennego. W przypadku falowników o dużej pojemności, ze względu na wysokie napięcie magistrali DC, wyjście AC zazwyczaj nie wymaga transformatora w celu wzmocnienia napięcia do 220 V. W falownikach o średniej i małej pojemności napięcie DC jest stosunkowo niskie, takie jak 12 V. W przypadku 24 V należy zaprojektować obwód podwyższający. Falowniki o średniej i małej pojemności zazwyczaj obejmują obwody falownika push-pull, obwody falownika pełnomostkowego i obwody falownika podwyższającego o wysokiej częstotliwości. Obwody push-pull łączą wtyczkę neutralną transformatora podwyższającego z dodatnim źródłem zasilania, a dwie lampy mocy Praca naprzemienna, wyjściowa moc AC, ponieważ tranzystory mocy są podłączone do wspólnego uziemienia, obwody napędowe i sterujące są proste, a ponieważ transformator ma pewną indukcyjność upływu, może ograniczyć prąd zwarciowy, poprawiając w ten sposób niezawodność obwodu. Wadą jest niskie wykorzystanie transformatora i słaba możliwość sterowania obciążeniami indukcyjnymi.
Układ inwertera pełnomostkowego pokonuje niedociągnięcia układu push-pull. Tranzystor mocy reguluje szerokość impulsu wyjściowego, a wartość skuteczna napięcia wyjściowego AC zmienia się odpowiednio. Ponieważ układ ma pętlę swobodnego biegu, nawet w przypadku obciążeń indukcyjnych, przebieg napięcia wyjściowego nie zostanie zniekształcony. Wadą tego układu jest to, że tranzystory mocy górnego i dolnego ramienia nie współdzielą uziemienia, więc należy użyć dedykowanego układu sterującego lub izolowanego zasilacza. Ponadto, aby zapobiec wspólnemu przewodzeniu górnego i dolnego ramienia mostka, układ musi być zaprojektowany tak, aby można go było wyłączać, a następnie włączać, to znaczy, należy ustawić czas martwy, a struktura układu jest bardziej skomplikowana.
Wyjście układu push-pull i układu mostkowego musi zawierać transformator podwyższający. Ponieważ transformator podwyższający jest duży, ma niską wydajność i jest droższy, wraz z rozwojem elektroniki mocy i technologii mikroelektroniki, technologia konwersji podwyższającej o wysokiej częstotliwości jest wykorzystywana do osiągnięcia odwrotnego. Może realizować falownik o dużej gęstości mocy. Obwód podwyższający stopień przedni tego obwodu falownika przyjmuje strukturę push-pull, ale częstotliwość robocza przekracza 20 kHz. Transformator podwyższający przyjmuje materiał rdzenia magnetycznego o wysokiej częstotliwości, więc jest mały i lekki. Po inwersji wysokiej częstotliwości jest on przekształcany na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości za pośrednictwem transformatora wysokiej częstotliwości, a następnie prąd stały o wysokim napięciu (zwykle powyżej 300 V) jest uzyskiwany za pośrednictwem obwodu filtra prostownika wysokiej częstotliwości, a następnie odwracany za pośrednictwem obwodu falownika częstotliwości mocy.
Dzięki tej strukturze obwodu moc falownika jest znacznie zwiększona, strata bez obciążenia falownika jest odpowiednio zmniejszona, a wydajność jest zwiększona. Wadą obwodu jest to, że obwód jest skomplikowany, a niezawodność jest niższa niż w przypadku dwóch powyższych obwodów.
Obwód sterowania obwodu falownika
Główne obwody wyżej wymienionych inwerterów muszą być zrealizowane przez obwód sterujący. Generalnie istnieją dwie metody sterowania: fala prostokątna oraz fala dodatnia i słaba. Obwód zasilania inwertera z wyjściem fali prostokątnej jest prosty, tani, ale mało wydajny i o dużej zawartości składowych harmonicznych. Wyjście fali sinusoidalnej to trend rozwojowy inwerterów. Wraz z rozwojem technologii mikroelektroniki pojawiły się również mikroprocesory z funkcjami PWM. Dlatego technologia inwertera dla wyjścia fali sinusoidalnej dojrzała.
1. Falowniki z wyjściem prostokątnym obecnie wykorzystują głównie układy scalone z modulacją szerokości impulsu, takie jak SG 3 525, TL 494 itd. Praktyka wykazała, że wykorzystanie układów scalonych SG3525 i wykorzystanie tranzystorów mocy FET jako elementów przełączających może zapewnić stosunkowo wysoką wydajność i cenę falowników. Ponieważ SG3525 ma możliwość bezpośredniego sterowania tranzystorami mocy FET i ma wewnętrzne źródło odniesienia, wzmacniacz operacyjny i funkcję zabezpieczenia podnapięciowego, więc jego obwód peryferyjny jest bardzo prosty.
2. Układ scalony sterowania falownika z wyjściem sinusoidalnym, obwód sterujący falownika z wyjściem sinusoidalnym może być sterowany przez mikroprocesor, taki jak 80 C 196 MC produkowany przez INTEL Corporation i produkowany przez Motorola Company. MP 16 i PI C 16 C 73 produkowane przez MI-CRO CHIP Company itp. Te komputery jednoprocesorowe mają wiele generatorów PWM i mogą ustawiać górne i górne ramiona mostka. W czasie martwym użyj 80 C 196 MC firmy INTEL, aby zrealizować obwód wyjściowy sinusoidalny, 80 C 196 MC, aby zakończyć generowanie sygnału sinusoidalnego i wykryć napięcie wyjściowe AC, aby osiągnąć stabilizację napięcia.
Dobór urządzeń mocy w obwodzie głównym falownika
Wybór głównych podzespołów zasilaniafalownikjest bardzo ważne. Obecnie najczęściej używanymi elementami mocy są tranzystory mocy Darlingtona (BJT), tranzystory polowe mocy (MOS-F ET), tranzystory z izolowaną bramką (IGB). T) i tyrystor wyłączający (GTO) itp., najczęściej używanymi elementami w systemach niskonapięciowych o małej pojemności są tranzystory MOS FET, ponieważ tranzystory MOS FET mają niższy spadek napięcia w stanie włączenia i wyższą Częstotliwość przełączania IG BT jest powszechnie stosowana w systemach wysokiego napięcia i dużej pojemności. Dzieje się tak, ponieważ rezystancja w stanie włączenia tranzystora MOS FET wzrasta wraz ze wzrostem napięcia, a IG BT jest w systemach o średniej pojemności ma większą przewagę, podczas gdy w systemach o super dużej pojemności (powyżej 100 kVA) tranzystory GTO są zazwyczaj stosowane jako elementy mocy.
Czas publikacji: 21-paź-2021
