Trenutno, kineski sistem za proizvodnju fotonaponske energije uglavnom je DC sistem, koji puni električnu energiju generiranu solarnom baterijom, a baterija direktno napaja opterećenje. Na primjer, sistem solarne kućne rasvjete na sjeverozapadu Kine i sistem napajanja mikrovalnih stanica daleko od mreže su svi DC sistemi. Ova vrsta sistema ima jednostavnu strukturu i nisku cijenu. Međutim, zbog različitih DC napona opterećenja (kao što su 12V, 24V, 48V, itd.), teško je postići standardizaciju i kompatibilnost sistema, posebno za civilno napajanje, jer se većina AC opterećenja koristi sa DC napajanjem. Fotonaponskim sistemima za napajanje je teško da uđu na tržište kao roba za proizvodnju električne energije. Osim toga, fotonaponska proizvodnja energije će na kraju postići rad povezan sa mrežom, što mora usvojiti zreo tržišni model. U budućnosti će AC fotonaponski sistemi za proizvodnju energije postati glavni tok fotonaponske proizvodnje energije.
Zahtjevi fotonaponskog sistema za proizvodnju energije za invertersko napajanje
Fotovoltaični sistem za proizvodnju energije koji koristi naizmjeničnu struju sastoji se od četiri dijela: fotovoltaičnog niza, kontrolera punjenja i pražnjenja, baterije i invertera (sistem za proizvodnju energije priključen na mrežu uglavnom može uštedjeti bateriju), a inverter je ključna komponenta. Fotovoltaični sistemi imaju veće zahtjeve za invertere:
1. Potrebna je visoka efikasnost. Zbog trenutne visoke cijene solarnih ćelija, kako bi se maksimizirala upotreba solarnih ćelija i poboljšala efikasnost sistema, potrebno je pokušati poboljšati efikasnost invertera.
2. Potrebna je visoka pouzdanost. Trenutno se fotonaponski sistemi za proizvodnju energije uglavnom koriste u udaljenim područjima, a mnoge elektrane su bez nadzora i održavane. To zahtijeva da inverter ima razumnu strukturu kola, strog odabir komponenti i različite zaštitne funkcije, kao što su zaštita od preopterećenja ulaznog DC polariteta, zaštita od kratkog spoja AC izlaza, pregrijavanja, zaštite od preopterećenja itd.
3. Ulazni DC napon mora imati širok raspon prilagođavanja. Budući da se napon na terminalima baterije mijenja s opterećenjem i intenzitetom sunčeve svjetlosti, iako baterija ima važan utjecaj na napon baterije, napon baterije varira s promjenom preostalog kapaciteta i unutrašnjeg otpora baterije. Posebno kada baterija stari, njen napon na terminalima znatno varira. Na primjer, napon na terminalima baterije od 12 V može varirati od 10 V do 16 V. To zahtijeva da inverter radi na većem DC naponu kako bi se osigurao normalan rad unutar raspona ulaznog napona i osigurala stabilnost izlaznog AC napona.
4. U fotonaponskim sistemima za proizvodnju energije srednjeg i velikog kapaciteta, izlaz inverterskog napajanja trebao bi biti sinusni val s manje izobličenja. To je zato što će u sistemima srednjeg i velikog kapaciteta, ako se koristi pravokutna snaga, izlaz sadržavati više harmonijskih komponenti, a viši harmonici će generirati dodatne gubitke. Mnogi fotonaponski sistemi za proizvodnju energije opterećeni su komunikacijskom ili instrumentalnom opremom. Oprema ima veće zahtjeve u pogledu kvalitete električne mreže. Kada su fotonaponski sistemi za proizvodnju energije srednjeg i velikog kapaciteta povezani na mrežu, kako bi se izbjeglo zagađenje javnom mrežom, inverter također mora davati izlaz sinusne struje.
Inverter pretvara jednosmjernu struju u naizmjeničnu struju. Ako je napon jednosmjerne struje nizak, pojačava se transformatorom naizmjenične struje kako bi se dobio standardni napon i frekvencija naizmjenične struje. Kod invertera velikog kapaciteta, zbog visokog napona na DC sabirnici, AC izlazu uglavnom nije potreban transformator za podizanje napona na 220 V. Kod invertera srednjeg i malog kapaciteta, jednosmjerni napon je relativno nizak, kao što je 12 V. Za 24 V mora se dizajnirati kolo za podizanje napona. Inverteri srednjeg i malog kapaciteta obično uključuju push-pull inverterska kola, inverterska kola s punim mostom i inverterska kola za podizanje visoke frekvencije. Push-pull kola povezuju neutralni utikač transformatora za podizanje napona na pozitivni pol napajanja, a dvije energetske cijevi rade naizmjenično, dajući naizmjeničnu snagu, jer su energetski tranzistori spojeni na zajedničko uzemljenje, pogonski i upravljački krugovi su jednostavni, a budući da transformator ima određenu induktivnost curenja, može ograničiti struju kratkog spoja, čime se poboljšava pouzdanost kruga. Nedostatak je što je iskorištenje transformatora nisko, a sposobnost pokretanja induktivnih opterećenja slaba.
Invertersko kolo sa punim mostom prevazilazi nedostatke push-pull kola. Energetski tranzistor podešava širinu izlaznog impulsa, a efektivna vrijednost izlaznog AC napona se mijenja u skladu s tim. Budući da kolo ima petlju slobodnog hoda, čak i kod induktivnih opterećenja, oblik talasa izlaznog napona neće biti izobličen. Nedostatak ovog kola je što energetski tranzistori gornjeg i donjeg kraka mosta ne dijele uzemljenje, pa se mora koristiti namjensko pogonsko kolo ili izolovano napajanje. Pored toga, kako bi se spriječilo zajedničko provođenje gornjeg i donjeg kraka mosta, kolo mora biti dizajnirano tako da se isključi, a zatim uključi, odnosno mora se postaviti mrtvo vrijeme, a struktura kola je složenija.
Izlaz push-pull kola i punog mosta mora dodati pojačavajući transformator. Budući da je pojačavajući transformator velikih dimenzija, male efikasnosti i skuplji, razvojem energetske elektronike i mikroelektronike, koristi se visokofrekventna tehnologija pojačavajuće konverzije za postizanje obrnutog opterećenja. To može ostvariti invertor visoke gustoće snage. Prednje pojačavajuće kolo ovog invertorskog kola usvaja push-pull strukturu, ali radna frekvencija je iznad 20KHz. Pojačavajući transformator koristi visokofrekventni magnetni materijal jezgre, tako da je male veličine i lagan. Nakon visokofrekventne inverzije, pretvara se u visokofrekventnu naizmjeničnu struju putem visokofrekventnog transformatora, a zatim se putem visokofrekventnog ispravljačkog filterskog kola dobija visokonaponska jednosmjerna struja (obično iznad 300V), a zatim se invertuje putem strujnog frekventnog invertorskog kola.
S ovom strukturom kola, snaga invertora je znatno poboljšana, gubitak invertora u praznom hodu je shodno tome smanjen, a efikasnost je poboljšana. Nedostatak kola je što je kolo komplikovano i pouzdanost je niža od gornja dva kola.
Kontrolno kolo invertorskog kola
Glavna kola gore navedenih invertora moraju biti realizovana pomoću kontrolnog kola. Generalno, postoje dvije metode upravljanja: pravougaoni i pozitivni i slabi talas. Kolo napajanja invertora sa pravougaonim izlazom je jednostavno, jeftino, ali niske efikasnosti i velikog udjela harmonijskih komponenti. Sinusni izlaz je trend razvoja invertora. Razvojem mikroelektronske tehnologije, pojavili su se i mikroprocesori sa PWM funkcijama. Stoga je tehnologija invertora za sinusni izlaz sazrela.
1. Invertori sa pravougaonim izlazom trenutno uglavnom koriste integrisana kola sa pulsno-širinskom modulacijom, kao što su SG 3 525, TL 494 i tako dalje. Praksa je pokazala da upotreba integrisanih kola SG3525 i upotreba energetskih FET-ova kao prekidačkih energetskih komponenti može postići relativno visoke performanse i cijenu invertora. Budući da SG3525 ima mogućnost direktnog upravljanja energetskim FET-ovima i ima interni referentni izvor i operativno pojačalo i funkciju zaštite od podnapona, njegov periferni krug je vrlo jednostavan.
2. Integrisano kolo za kontrolu invertora sa sinusnim izlazom, kontrolno kolo invertora sa sinusnim izlazom može biti kontrolisano mikroprocesorom, kao što je 80 C 196 MC proizvođača INTEL Corporation i proizvođača Motorola Company, MP 16 i PI C 16 C 73 proizvođača MI-CRO CHIP Company, itd. Ovi računari sa jednim čipom imaju više PWM generatora i mogu podesiti gornje i gornje premostive krakove. Tokom mrtvog vremena, koristite INTEL-ov 80 C 196 MC za realizaciju kola za sinusni izlaz, 80 C 196 MC za dovršetak generisanja sinusnog signala i detekciju AC izlaznog napona za postizanje stabilizacije napona.
Izbor energetskih uređaja u glavnom strujnom kolu invertera
Izbor glavnih energetskih komponentiinverterje veoma važno. Trenutno, najčešće korištene energetske komponente uključuju Darlingtonove energetske tranzistore (BJT), energetske tranzistore s efektom polja (MOS-F ET), tranzistore s izoliranom kapijom (IGB). T) i tiristor za isključivanje (GTO), itd. Najčešće korišteni uređaji u niskonaponskim sistemima malog kapaciteta su MOS FET, jer MOS FET ima manji pad napona u uključenom stanju i veću frekvenciju prebacivanja IG BT se općenito koristi u visokonaponskim i sistemima velikog kapaciteta. To je zato što se otpor MOS FET-a u uključenom stanju povećava s povećanjem napona, a IG BT ima veću prednost u sistemima srednjeg kapaciteta, dok se u sistemima super velikog kapaciteta (iznad 100 kVA) GTO-ovi općenito koriste kao energetske komponente.
Vrijeme objave: 21. oktobar 2021.
