Obecnie chiński system wytwarzania energii fotowoltaicznej to głównie system prądu stałego, który ma ładować energię elektryczną wytwarzaną przez baterię słoneczną, a bateria bezpośrednio dostarcza energię do obciążenia. Na przykład system oświetlenia słonecznego gospodarstw domowych w północno-zachodnich Chinach i system zasilania stacji mikrofalowej z dala od sieci to systemy prądu stałego. System tego typu ma prostą konstrukcję i niski koszt. Jednakże ze względu na różne napięcia prądu stałego obciążenia (takie jak 12 V, 24 V, 48 V itp.) trudno jest osiągnąć standaryzację i kompatybilność systemu, zwłaszcza w przypadku energetyki cywilnej, ponieważ większość obciążeń prądu przemiennego jest wykorzystywana przy zasilaniu prądem stałym . Instalatorom fotowoltaicznym dostarczającym energię elektryczną trudno jest wejść na rynek jako towar. Ponadto wytwarzanie energii fotowoltaicznej ostatecznie osiągnie działanie przyłączone do sieci, co musi przyjąć dojrzały model rynkowy. W przyszłości systemy fotowoltaiczne prądu przemiennego staną się głównym nurtem wytwarzania energii fotowoltaicznej.
Wymagania stawiane systemowi wytwarzania energii fotowoltaicznej przy zasilaniu inwerterowym
System wytwarzania energii fotowoltaicznej wykorzystujący moc wyjściową prądu przemiennego składa się z czterech części: układu fotowoltaicznego, kontrolera ładowania i rozładowywania, akumulatora i falownika (system wytwarzania energii podłączony do sieci może zazwyczaj oszczędzać akumulator), a falownik jest kluczowym elementem. Fotowoltaika ma wyższe wymagania wobec falowników:
1. Wymagana jest wysoka wydajność. Ze względu na obecnie wysokie ceny ogniw słonecznych, aby zmaksymalizować wykorzystanie ogniw słonecznych i poprawić wydajność systemu, należy dążyć do poprawy wydajności falownika.
2. Wymagana jest wysoka niezawodność. Obecnie fotowoltaiczne systemy wytwarzania energii są stosowane głównie w odległych obszarach, a wiele elektrowni jest bez nadzoru i konserwacji. Wymaga to, aby falownik miał rozsądną strukturę obwodu, ścisły dobór komponentów i wymagał, aby falownik posiadał różne funkcje zabezpieczające, takie jak zabezpieczenie przed polaryzacją wejścia DC, zabezpieczenie przed zwarciem wyjścia AC, przegrzaniem, zabezpieczenie przed przeciążeniem itp.
3. Wymagane jest, aby napięcie wejściowe prądu stałego miało szeroki zakres adaptacji. Ponieważ napięcie na zaciskach akumulatora zmienia się wraz z obciążeniem i natężeniem światła słonecznego, chociaż akumulator ma istotny wpływ na napięcie akumulatora, napięcie akumulatora zmienia się wraz ze zmianą pozostałej pojemności akumulatora i rezystancji wewnętrznej. Zwłaszcza gdy akumulator się starzeje, jego napięcie na zaciskach znacznie się zmienia. Przykładowo napięcie na zaciskach akumulatora 12 V może wahać się od 10 V do 16 V. Wymaga to pracy falownika przy większym napięciu stałym. Zapewnij normalną pracę w zakresie napięcia wejściowego i zapewnij stabilność napięcia wyjściowego AC.
4. W fotowoltaicznych systemach wytwarzania energii o średniej i dużej mocy moc wyjściowa zasilacza falownika powinna mieć przebieg sinusoidalny z mniejszymi zniekształceniami. Dzieje się tak dlatego, że w systemach o średniej i dużej mocy, jeśli używana jest moc fali prostokątnej, sygnał wyjściowy będzie zawierał więcej składowych harmonicznych, a wyższe harmoniczne będą generować dodatkowe straty. Wiele systemów wytwarzania energii fotowoltaicznej jest wyposażonych w sprzęt komunikacyjny lub oprzyrządowanie. Urządzenia mają wyższe wymagania co do jakości sieci energetycznej. Kiedy do sieci podłączone są fotowoltaiczne systemy wytwarzania energii o średniej i dużej mocy, aby uniknąć zanieczyszczenia mocy siecią publiczną, falownik musi również generować prąd sinusoidalny.
Falownik przetwarza prąd stały na prąd przemienny. Jeśli napięcie prądu stałego jest niskie, jest ono wzmacniane przez przekładnik prądu przemiennego w celu uzyskania standardowego napięcia i częstotliwości prądu przemiennego. W przypadku falowników o dużej mocy, ze względu na wysokie napięcie szyny DC, wyjście prądu przemiennego zazwyczaj nie wymaga transformatora w celu podniesienia napięcia do 220 V. W falownikach o średniej i małej mocy napięcie prądu stałego jest stosunkowo niskie, np. 12 V. W przypadku falowników 24 V należy zaprojektować obwód wzmacniający. Falowniki średniej i małej mocy zazwyczaj obejmują obwody falownika typu push-pull, obwody falownika z pełnym mostkiem i obwody falownika podwyższającego o wysokiej częstotliwości. Obwody przeciwsobne łączą wtyczkę neutralną transformatora podwyższającego z dodatnim źródłem zasilania i dwie lampy mocy Praca naprzemienna, wyjściowa moc prądu przemiennego, ponieważ tranzystory mocy są podłączone do wspólnej masy, obwody napędowe i sterujące są proste, a ponieważ transformator ma określoną indukcyjność rozproszenia, może ograniczyć prąd zwarciowy, poprawiając w ten sposób niezawodność obwodu. Wadą jest niskie wykorzystanie transformatora i słaba zdolność do napędzania obciążeń indukcyjnych.
Obwód falownika z pełnym mostkiem eliminuje wady obwodu przeciwsobnego. Tranzystor mocy reguluje szerokość impulsu wyjściowego i odpowiednio zmienia się wartość skuteczna wyjściowego napięcia przemiennego. Ponieważ obwód ma pętlę swobodnego ruchu, nawet w przypadku obciążeń indukcyjnych, kształt fali napięcia wyjściowego nie będzie zniekształcony. Wadą tego obwodu jest to, że tranzystory mocy górnego i dolnego ramienia nie mają wspólnej masy, dlatego należy zastosować dedykowany obwód napędowy lub izolowany zasilacz. Ponadto, aby zapobiec wspólnemu przewodzeniu górnego i dolnego ramienia mostu, należy zaprojektować obwód tak, aby był wyłączany, a następnie włączany, to znaczy musi być ustawiony czas jałowy, a konstrukcja obwodu jest bardziej skomplikowana.
Na wyjściu obwodu przeciwsobnego i obwodu pełnego mostka należy dodać transformator podwyższający. Ponieważ transformator podwyższający jest duży, ma niską wydajność i jest droższy, wraz z rozwojem energoelektroniki i technologii mikroelektroniki, w celu uzyskania odwrotności stosowana jest technologia konwersji podwyższającej o wysokiej częstotliwości. Może realizować falownik o dużej gęstości mocy. Obwód wzmacniający przedniego stopnia tego obwodu falownika przyjmuje strukturę push-pull, ale częstotliwość robocza przekracza 20 kHz. W transformatorze wzmacniającym zastosowano rdzeń magnetyczny o wysokiej częstotliwości, dzięki czemu jest on niewielki i lekki. Po inwersji wysokiej częstotliwości jest on przekształcany na prąd przemienny wysokiej częstotliwości przez transformator wysokiej częstotliwości, a następnie prąd stały o wysokim napięciu (zwykle powyżej 300 V) jest uzyskiwany przez obwód filtra prostownika wysokiej częstotliwości, a następnie odwracany przez transformator obwód przetwornicy częstotliwości sieciowej.
Dzięki takiej strukturze obwodu moc falownika jest znacznie zwiększona, straty falownika bez obciążenia są odpowiednio zmniejszone, a wydajność wzrasta. Wadą obwodu jest to, że jest on skomplikowany, a niezawodność jest niższa niż w przypadku dwóch powyższych obwodów.
Obwód sterujący obwodu falownika
Wszystkie obwody główne wyżej wymienionych falowników muszą być realizowane przez obwód sterujący. Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwie metody kontroli: fala prostokątna oraz fala dodatnia i słaba. Obwód zasilania falownika z wyjściem fali prostokątnej jest prosty, tani, ale ma niską wydajność i zawiera duże składowe harmoniczne. . Wyjście sinusoidalne to trend rozwojowy falowników. Wraz z rozwojem technologii mikroelektroniki pojawiły się także mikroprocesory z funkcjami PWM. Dlatego technologia inwerterowa dla wyjścia fali sinusoidalnej dojrzała.
1. Falowniki z wyjściem o fali prostokątnej wykorzystują obecnie głównie układy scalone z modulacją szerokości impulsu, takie jak SG 3 525, TL 494 i tak dalej. Praktyka pokazała, że zastosowanie układów scalonych SG3525 oraz zastosowanie tranzystorów mocy FET jako przełączalnych elementów mocy umożliwia uzyskanie relatywnie wysokich parametrów wydajnościowych i cenowych falowników. Ponieważ SG3525 ma możliwość bezpośredniego sterowania tranzystorami FET mocy i ma wewnętrzne źródło odniesienia oraz wzmacniacz operacyjny i funkcję zabezpieczenia podnapięciowego, więc jego obwód peryferyjny jest bardzo prosty.
2. Układ scalony sterujący falownikiem z wyjściem sinusoidalnym. Obwód sterujący falownika z wyjściem sinusoidalnym może być sterowany przez mikroprocesor, taki jak 80 C 196 MC firmy INTEL Corporation i wyprodukowany przez firmę Motorola. MP 16 i PI C 16 C 73 produkowane przez firmę MI-CRO CHIP itp. Te jednoukładowe komputery mają wiele generatorów PWM i mogą ustawiać górne i górne ramiona mostka. W czasie martwym użyj 80 C 196 MC firmy INTEL do realizacji obwodu wyjściowego fali sinusoidalnej, 80 C 196 MC do zakończenia generowania sygnału sinusoidalnego i wykrycia napięcia wyjściowego AC w celu uzyskania stabilizacji napięcia.
Dobór urządzeń mocy w obwodzie głównym falownika
Wybór głównych komponentów mocyfalownikjest bardzo ważne. Obecnie do najczęściej stosowanych elementów mocy należą tranzystory mocy Darlingtona (BJT), tranzystory z efektem pola mocy (MOS-F ET), tranzystory z izolowaną bramką (IGB). T) i tyrystor wyłączający (GTO) itp., najczęściej używanymi urządzeniami w systemach niskiego napięcia o małej mocy są MOS FET, ponieważ MOS FET ma niższy spadek napięcia w stanie włączenia i wyższy. Częstotliwość przełączania IG BT jest na ogół stosowane w systemach wysokiego napięcia i dużej mocy. Dzieje się tak dlatego, że rezystancja w stanie włączenia MOS FET wzrasta wraz ze wzrostem napięcia, a IG BT w systemach o średniej mocy ma większą przewagę, podczas gdy w systemach o bardzo dużej mocy (powyżej 100 kVA) powszechnie stosuje się GTO jako elementy mocy.
Czas publikacji: 21 października 2021 r
