Dall'articolo per capire il principio di funzionamento degli inverter fotovoltaici!

Principio di funzionamento e caratteristiche Principio di funzionamento: Il cuore del dispositivo inverter è il circuito di commutazione dell'inverter, denominato in breve circuito inverter. Questo circuito completa la funzione di inverter accendendo e spegnendo l'interruttore elettronico di potenza. Caratteristiche: (1) È richiesta un'elevata efficienza. A causa del prezzo elevato delle celle solari, per massimizzare l'uso delle celle solari e migliorare l'efficienza del sistema, dobbiamo cercare di migliorare l'efficienza dell'inverter. (2) È richiesta un'elevata affidabilità. Attualmente, i sistemi di centrali fotovoltaiche sono utilizzati principalmente in aree remote. Molte centrali elettriche sono incustodite e mantenute. Ciò richiede che gli inverter abbiano una struttura del circuito ragionevole, una rigorosa selezione dei componenti e che gli inverter abbiano varie funzioni di protezione, come: protezione dall'inversione di polarità CC in ingresso, protezione da cortocircuito in uscita CA, surriscaldamento, protezione da sovraccarico, ecc. (3) L'ingresso la tensione è necessaria per avere un'ampia gamma di adattamento. Perché la tensione terminale della cella solare cambia con il carico e l'intensità della luce solare. Soprattutto quando la batteria sta invecchiando, la sua tensione ai terminali varia ampiamente. Ad esempio, la tensione del terminale di una batteria da 12 V può variare da 10 V a 16 V, il che richiede che l'inverter garantisca il normale funzionamento all'interno di un intervallo di tensione di ingresso CC più ampio.

Classificazione degli inverter fotovoltaici Esistono molti metodi per la classificazione degli inverter, ad esempio: in base al numero di fasi della tensione alternata di uscita dell'inverter, si può suddividere in inverter monofase e inverter trifase; a seconda dei dispositivi a semiconduttore utilizzati nell'inverter Diversi tipi possono essere suddivisi in inverter a transistor, inverter a tiristori e inverter a tiristori con spegnimento. Secondo il principio del circuito inverter, può essere suddiviso in inverter ad oscillazione autoeccitata, inverter a sovrapposizione di onde a gradini e inverter a modulazione di larghezza di impulso. A seconda dell'applicazione nel sistema connesso alla rete o nel sistema ad isola, può essere suddiviso in inverter connesso alla rete e inverter ad isola. Al fine di facilitare la scelta degli inverter per utenze fotovoltaiche, la classificazione si basa esclusivamente sulle diverse occasioni applicabili degli inverter.

1. Inverter centralizzato La tecnologia dell'inverter centralizzato prevede che più stringhe fotovoltaiche parallele siano collegate all'estremità di ingresso CC dello stesso inverter centralizzato. Generalmente, i moduli di potenza IGBT trifase vengono utilizzati per l'alta potenza e l'uso di transistor ad effetto di campo a bassa potenza, mentre si utilizza il controller di conversione DSP per migliorare la qualità dell'energia elettrica generata, rendendola molto vicina alla corrente sinusoidale, generalmente utilizzato nel sistema delle grandi centrali fotovoltaiche (>10kW). La caratteristica principale è l'elevata potenza e il basso costo del sistema. Tuttavia, poiché la tensione e la corrente di uscita delle diverse stringhe fotovoltaiche spesso non sono completamente abbinate (soprattutto quando le stringhe fotovoltaiche sono parzialmente in ombra a causa di nuvolosità, ombra, macchie, ecc.), viene adottata l'inversione centralizzata. Il metodo di modifica comporterà una diminuzione dell'efficienza del processo inverter e una diminuzione dell'energia degli utenti dell'elettricità. Allo stesso tempo, l'affidabilità della generazione di energia dell'intero sistema fotovoltaico è influenzata dal cattivo stato di funzionamento di un gruppo di unità fotovoltaiche. L'ultima direzione della ricerca è l'uso del controllo della modulazione vettoriale dello spazio e lo sviluppo di nuove connessioni della topologia dell'inverter per ottenere un'elevata efficienza in condizioni di carico parziale.

2. Inverter di stringa Gli inverter di stringa si basano sul concetto modulare. Ogni stringa fotovoltaica (1-5kw) passa attraverso un inverter e ha l'inseguimento del picco di potenza massima all'estremità DC. La connessione parallela e alla rete è diventata l'inverter più popolare nel mercato internazionale. Molti grandi impianti fotovoltaici utilizzano inverter di stringa. Il vantaggio è che non risente delle differenze di modulo e delle ombre tra le stringhe, e allo stesso tempo riduce il mismatch tra il punto di lavoro ottimale del modulo fotovoltaico e l'inverter, aumentando così la produzione di energia. Questi vantaggi tecnici non solo riducono il costo del sistema, ma aumentano anche l'affidabilità del sistema. Contemporaneamente viene introdotto il concetto di "master-slave" tra le stringhe, che fa sì che il sistema colleghi più stringhe fotovoltaiche tra loro e ne faccia funzionare una o più quando una singola stringa di energia elettrica non può far funzionare un solo inverter. , In modo da produrre più elettricità. L'ultimo concetto è che diversi inverter formano una "squadra" per sostituire il concetto "master-slave", il che rende l'affidabilità del sistema un ulteriore passo avanti. Attualmente, gli inverter di stringa senza trasformatore hanno preso il comando.

3. Micro-inverter Nell'impianto FV tradizionale, il terminale di ingresso DC di ogni inverter di stringa sarà collegato in serie da circa 10 pannelli fotovoltaici. Quando uno dei 10 pannelli collegati in serie non funziona bene, questa stringa sarà interessata. Se l'inverter utilizza lo stesso MPPT per più ingressi, anche ogni ingresso sarà interessato, riducendo notevolmente l'efficienza della generazione di energia. Nelle applicazioni pratiche, vari fattori di riparo come nuvole, alberi, camini, animali, polvere, ghiaccio e neve causeranno i suddetti fattori e la situazione è molto comune. Nell'impianto fotovoltaico del microinverter, ogni pannello è collegato a un microinverter. Quando uno dei pannelli non funziona bene, solo questo sarà interessato. Tutti gli altri pannelli fotovoltaici funzioneranno nelle migliori condizioni di lavoro, rendendo l'intero sistema più efficiente e generando più potenza. Nelle applicazioni pratiche, se l'inverter di stringa si guasta, causerà il mancato funzionamento dei pannelli di diversi kilowatt e l'impatto del guasto del micro-inverter è piuttosto ridotto.

4. Ottimizzatore di potenza L'installazione di un ottimizzatore di potenza (OptimizEr) nel sistema di generazione di energia solare può migliorare notevolmente l'efficienza di conversione e semplificare la funzione dell'inverter (Inverter) per ridurre i costi. Per realizzare un sistema intelligente di generazione di energia solare, l'ottimizzatore di potenza del dispositivo può garantire che ogni cella solare eserciti le migliori prestazioni e monitorare lo stato di consumo della batteria in qualsiasi momento. L'ottimizzatore di potenza è un dispositivo tra il sistema di generazione di energia e l'inverter. Il compito principale è sostituire la migliore funzione di tracciamento del punto di alimentazione originale dell'inverter. L'ottimizzatore di potenza utilizza l'analogia per eseguire scansioni di tracciamento del punto di potenza estremamente veloci semplificando il circuito e una singola cella solare corrisponde a un ottimizzatore di potenza, in modo che ogni cella solare possa effettivamente ottenere il miglior tracciamento del punto di potenza Inoltre, è anche possibile monitorare il lo stato della batteria sempre e ovunque inserendo un chip di comunicazione, segnalare i problemi in tempo reale e consentire al personale competente di ripararli il prima possibile. La funzione dell'inverter fotovoltaico L'inverter non ha solo la funzione di conversione diretta in corrente alternata, ma ha anche la funzione di massimizzare le prestazioni della cella solare e la funzione di protezione dai guasti del sistema. In sintesi, ci sono funzioni di funzionamento e spegnimento automatici, funzione di controllo del tracciamento della potenza massima, funzione anti-singola operazione (per sistema connesso alla rete), funzione di regolazione automatica della tensione (per sistema connesso alla rete), funzione di rilevamento DC (per sistema connesso alla rete). sistema), funzione di rilevamento della messa a terra CC (per sistema connesso alla rete). Ecco una breve introduzione alle funzioni di funzionamento e spegnimento automatici e alla funzione di controllo del monitoraggio della potenza massima.

(1) Funzionamento automatico e funzione di spegnimento Dopo l'alba al mattino, l'intensità della radiazione solare aumenta gradualmente e aumenta anche la potenza della batteria solare. Quando viene raggiunta la potenza di uscita richiesta dall'inverter, l'inverter inizia automaticamente a funzionare. Dopo essere entrato in funzione, l'inverter monitorerà in ogni momento l'uscita dei componenti delle celle solari. Finché la potenza di uscita dei componenti della cella solare è maggiore della potenza di uscita richiesta dall'inverter, l'inverter continuerà a funzionare; si fermerà fino al tramonto, anche se nuvoloso o piovoso. L'inverter può anche essere azionato. Quando l'uscita del modulo della cella solare si riduce e l'uscita dell'inverter si avvicina a 0, l'inverter entra in uno stato di standby.

(2) Funzione di controllo dell'inseguimento della potenza massima L'uscita del modulo della cella solare varia con l'intensità della radiazione solare e la temperatura del modulo della cella solare stesso (temperatura del chip). Inoltre, poiché il modulo a celle solari ha la caratteristica che la tensione diminuisce all'aumentare della corrente, esiste un punto di lavoro ottimale che può ottenere la massima potenza. Sta cambiando l'intensità della radiazione solare, e ovviamente sta cambiando anche il miglior punto di funzionamento. In relazione a queste modifiche, il punto di funzionamento del modulo a celle solari è sempre al punto di massima potenza e il sistema ottiene sempre la massima potenza in uscita dal modulo a celle solari. Questo tipo di controllo è il controllo di tracciamento della massima potenza. La più grande caratteristica dell'inverter utilizzato nel sistema di generazione di energia solare è che include la funzione di monitoraggio del punto di massima potenza (MPPT).

I principali indicatori tecnici degli inverter fotovoltaici

1. La stabilità della tensione di uscita In un impianto fotovoltaico, l'energia elettrica generata dalla cella solare viene prima immagazzinata dalla batteria, e poi convertita in corrente alternata a 220V o 380V tramite l'inverter. Tuttavia, la batteria è influenzata dalla propria carica e scarica e la sua tensione di uscita varia ampiamente. Ad esempio, la batteria nominale da 12 V può variare da 10,8 a 14,4 V (il superamento di tale intervallo può causare danni alla batteria). Per un inverter qualificato, quando la tensione del terminale di ingresso cambia all'interno di questo intervallo, la variazione della sua tensione di uscita allo stato stazionario non deve superare Plusmn; 5% del valore nominale. Allo stesso tempo, quando il carico cambia improvvisamente, la sua deviazione della tensione di uscita non dovrebbe superare ± 10% del valore nominale.

2. Distorsione della forma d'onda della tensione di uscita Per gli inverter sinusoidali, deve essere specificata la distorsione massima consentita della forma d'onda (o contenuto armonico). Solitamente espresso dalla distorsione della forma d'onda totale della tensione di uscita, il suo valore non deve superare il 5% (l'uscita monofase consente l0%). Poiché la corrente armonica di ordine elevato emessa dall'inverter produrrà perdite aggiuntive come correnti parassite sul carico induttivo, se la distorsione della forma d'onda dell'inverter è troppo grande, causerà un grave riscaldamento dei componenti del carico, che non è favorevole alla sicurezza delle apparecchiature elettriche e pregiudica gravemente l'efficienza operativa del sistema. 3. Frequenza di uscita nominale Per carichi che includono motori, come lavatrici, frigoriferi, ecc., poiché il punto di funzionamento della migliore frequenza del motore è 50Hz, una frequenza troppo alta o troppo bassa causerà il surriscaldamento dell'apparecchiatura, riducendo l'efficienza operativa e la vita utile del sistema. Pertanto, la frequenza di uscita dell'inverter dovrebbe essere un valore relativamente stabile, solitamente 50Hz, e la sua deviazione dovrebbe essere entro Plusmn;l% in condizioni di lavoro normali.

4. Il fattore di potenza del carico rappresenta la capacità dell'inverter di sopportare carichi induttivi o capacitivi. Il fattore di potenza del carico dell'inverter a onda sinusoidale è compreso tra 0,7 e 0,9 e il valore nominale è 0,9. Nel caso di una certa potenza di carico, se il fattore di potenza dell'inverter è basso, la capacità dell'inverter richiesta aumenterà. Da un lato aumenterà il costo e aumenterà la potenza apparente del circuito CA dell'impianto fotovoltaico. All'aumentare della corrente, inevitabilmente aumenteranno le perdite e anche l'efficienza del sistema diminuirà.

5. Efficienza dell'inverter L'efficienza di un inverter si riferisce al rapporto tra la sua potenza in uscita e la sua potenza in ingresso in determinate condizioni di lavoro, espresso in percentuale. In generale, il rendimento nominale di un inverter fotovoltaico si riferisce ad un carico puramente resistivo. , Efficienza all'80% del carico. Poiché il costo complessivo dell'impianto fotovoltaico è relativamente elevato, l'efficienza dell'inverter fotovoltaico dovrebbe essere massimizzata, il costo del sistema dovrebbe essere ridotto e le prestazioni in termini di costi dell'impianto fotovoltaico dovrebbero essere migliorate. Attualmente, l'efficienza nominale degli inverter tradizionali è compresa tra l'80% e il 95% e l'efficienza degli inverter a bassa potenza non deve essere inferiore all'85%. Nell'effettivo processo di progettazione dell'impianto fotovoltaico, non solo dovrebbe essere selezionato l'inverter ad alta efficienza, ma anche la configurazione ragionevole del sistema dovrebbe essere adottata per far lavorare il carico dell'impianto fotovoltaico il più vicino possibile al punto di migliore efficienza.

6. Corrente di uscita nominale (o capacità di uscita nominale)

Indica la corrente di uscita nominale dell'inverter entro l'intervallo del fattore di potenza del carico specificato. Alcuni prodotti inverter forniscono la capacità di uscita nominale e l'unità è espressa in VA o kVA. La capacità nominale dell'inverter è quando il fattore di potenza di uscita è 1 (cioè carico resistivo puro), la tensione di uscita nominale è il prodotto della corrente di uscita nominale. 7. Misure di protezione Un inverter con prestazioni eccellenti dovrebbe anche avere funzioni di protezione complete o misure per far fronte a varie situazioni anomale durante l'uso effettivo, in modo da proteggere l'inverter stesso e altri componenti del sistema da danni. (1) Protezione da sottotensione in ingresso: quando la tensione in ingresso è inferiore all'85% della tensione nominale, l'inverter deve essere protetto e visualizzato. (2) Protezione da sovratensione in ingresso: quando la tensione in ingresso è superiore al 130% della tensione nominale, l'inverter deve essere protetto e visualizzato. (3) Protezione da sovracorrente: la protezione da sovracorrente dell'inverter dovrebbe essere in grado di garantire un'azione tempestiva quando il carico è in cortocircuito o la corrente supera il valore consentito per proteggerlo da danni da sovracorrente. Quando la corrente di lavoro supera il 150% di quella nominale, l'inverter dovrebbe essere in grado di proteggere automaticamente. (4) Il tempo di azione della protezione da cortocircuito dell'inverter della protezione da cortocircuito in uscita non deve superare 0,5 s. (5) Protezione del collegamento inverso di ingresso: quando i terminali di ingresso positivo e negativo sono collegati inversamente, l'inverter dovrebbe avere una funzione di protezione e un display. (6) Protezione contro i fulmini: l'inverter dovrebbe avere una protezione contro i fulmini.

(7) Protezione da sovratemperatura, ecc. Inoltre, per gli inverter senza misure di stabilizzazione della tensione, l'inverter dovrebbe anche avere misure di protezione da sovratensione in uscita per proteggere il carico da danni da sovratensione. 8. Le caratteristiche di avviamento rappresentano la capacità dell'inverter di avviarsi con il carico e le sue prestazioni durante il funzionamento dinamico. L'inverter dovrebbe essere garantito per avviarsi in modo affidabile sotto carico nominale. 9. Rumore: trasformatori, induttori di filtro, interruttori elettromagnetici, ventole e altri componenti nelle apparecchiature elettroniche di potenza genereranno rumore. Quando l'inverter è in funzionamento normale, il suo rumore non deve superare gli 80 dB e il rumore di un piccolo inverter non deve superare i 65 dB. Capacità di selezione La selezione degli inverter deve prima considerare di avere una capacità nominale sufficiente per soddisfare i requisiti dell'apparecchiatura per l'energia elettrica sotto il carico massimo. Per un inverter con un unico dispositivo come carico, la selezione della sua capacità nominale è relativamente semplice. Quando l'apparecchiatura elettrica è un carico resistivo puro o il fattore di potenza è maggiore di 0,9, la capacità nominale dell'inverter è selezionata da 1,1 a 1,15 volte la capacità dell'apparecchiatura elettrica. Allo stesso tempo, l'inverter dovrebbe anche avere la capacità di resistere all'impatto di carichi capacitivi e induttivi. Per carichi induttivi generici, come motori, frigoriferi, condizionatori, lavatrici, pompe dell'acqua ad alta potenza, ecc., all'avviamento, la potenza istantanea può essere 5-6 volte la potenza nominale. In questo momento, l'inverter sopporterà una grande potenza istantanea. ondeggiare. Per tali sistemi, la capacità nominale dell'inverter dovrebbe avere un margine sufficiente per garantire che il carico possa essere avviato in modo affidabile e l'inverter ad alte prestazioni possa essere avviato a pieno carico per molte volte senza danneggiare i dispositivi di potenza. Per la propria sicurezza, i piccoli inverter a volte devono utilizzare l'avvio graduale o l'avvio con limitazione di corrente. Precauzioni di installazione e manutenzione

1. Prima dell'installazione, controllare se l'inverter è stato danneggiato durante il trasporto.

2. Quando si sceglie il luogo di installazione, è necessario assicurarsi che non vi siano interferenze da altre apparecchiature elettroniche di potenza nell'area circostante.

3. Prima di effettuare i collegamenti elettrici, assicurarsi di utilizzare materiali opachi per coprire i pannelli fotovoltaici o scollegare l'interruttore automatico lato CC. L'esposizione alla luce solare, gli array fotovoltaici genererà tensioni pericolose.

4. Tutte le operazioni di installazione devono essere eseguite esclusivamente da personale professionale e tecnico.

5. I cavi utilizzati nel sistema di generazione di energia dell'impianto fotovoltaico devono essere saldamente collegati, ben isolati e di specifiche adeguate. Trend di sviluppo Per gli inverter solari, il miglioramento dell'efficienza di conversione dell'energia è un argomento eterno, ma quando l'efficienza del sistema sta diventando sempre più alta, avvicinandosi quasi al 100%, ulteriori miglioramenti dell'efficienza saranno accompagnati da prestazioni a costi inferiori. Pertanto, come mantenere un'elevata efficienza e mantenere una buona competitività di prezzo sarà un argomento importante al momento. Rispetto agli sforzi per migliorare l'efficienza degli inverter, come migliorare l'efficienza dell'intero sistema di inverter sta gradualmente diventando un'altra questione importante per i sistemi di energia solare. In un pannello solare, quando appare un'ombra parziale del 2~3% dell'area, per un inverter con funzione MPPT, quando la potenza di uscita del sistema è scarsa, ci sarà anche un calo di potenza di circa il 20%! Per adattarsi meglio a situazioni come questa, è molto efficace utilizzare funzioni di controllo MPPT uno-a-uno o MPPT multipli per moduli solari singoli o parziali. Poiché il sistema inverter è nello stato di funzionamento connesso alla rete, la dispersione del sistema a terra causerà gravi problemi di sicurezza; inoltre, al fine di migliorare l'efficienza del sistema, la maggior parte dei pannelli solari è collegata in serie per formare un'elevata tensione di uscita CC; A causa del verificarsi di condizioni anomale tra gli elettrodi, è facile produrre un arco CC. A causa dell'elevata tensione CC, è molto difficile spegnere l'arco ed è estremamente facile provocare un incendio. Con l'adozione diffusa di sistemi di inverter solari, anche i problemi di sicurezza del sistema saranno una parte importante della tecnologia degli inverter. Inoltre, il sistema di alimentazione sta introducendo smart。

Il rapido sviluppo e divulgazione della tecnologia delle reti elettriche. Un gran numero di sistemi di energia solare e di nuova energia sono collegati alla rete, il che pone nuove sfide tecniche alla stabilità del sistema di rete intelligente. Progettare un sistema di inverter che possa essere più veloce, preciso e intelligentemente compatibile con le reti intelligenti diventerà una condizione necessaria per i sistemi di inverter solari in futuro.

In generale, lo sviluppo della tecnologia degli inverter si sviluppa con lo sviluppo della tecnologia dell'elettronica di potenza, della tecnologia microelettronica e della moderna teoria del controllo. Con il passare del tempo, la tecnologia degli inverter si sta sviluppando verso una frequenza più elevata, una potenza più elevata, una maggiore efficienza e un volume più piccolo.