Inverterių vaidmuo PV sistemose

Pasaulinės energijos transformacijos bangoje saulės energijos generavimas tapo svarbia jėga, turinčia švarias ir atsinaujinančias savybes. PV sistemose, nors keitiklis atrodo nepastebimas, jis vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį ir gali būti vadinamas visos sistemos „širdimi“ ir „smegenys“. Tai ne tik realizuoja pagrindinę galios konversiją, bet ir atlieka įvairias funkcijas, tokias kaip sistemos reguliavimas ir saugos užtikrinimas, o tai daro didelę įtaką PV sistemų energijos gamybos efektyvumui, stabilumui ir ekonomikai. ​

Saulės baterijos paverčia šviesos energiją į direktinės srovės (DC) per fotoelektrinį efektą, tačiau ar ji yra prijungta prie elektros tinklo, ar važiuojant kasdieniais prietaisais, reikia naudoti kintamąją srovę (AC).

Pagrindinė ir pagrindinė keitiklio funkcija yra konvertuoti saulės kolektoriaus sukuriamą nuolatinę nuolatinę srovę į kintamąją kintamąjį, kuris atitiktų reikalavimus. ​

Paimkite namų PV sistemą kaip pavyzdį. Saulės baterijos ant stogo dienos metu nuolat išveda DC. Styginių keitiklis, turintis vardinį 5 kW galią, naudoja vidinius elektroninius įtaisus (pvz., Izoliuotus vartų bipolinius tranzistorius IGBT), kad DC galia konvertuotų į sinusoidinę kintamosios srovės galią 50 Hz dažniu ir 220 V (arba 380 V) perjungimu. Šią kintamosios srovės galią gali tiesiogiai naudoti šaldytuvai, oro kondicionieriai, televizoriai ir kiti prietaisai namuose, o perteklinė galia gali būti prijungta prie maitinimo tinklo, kad būtų pasiekta „savarankiško naudojimo ir perteklinio tinklo galios pertekliaus“. ​

Didelio masto žemės PV elektrinėse centralizuotų keitiklių galios konvertavimo mastas yra dar nuostabesnis. Pavyzdžiui, esant megavatų lygio PV bazei Vakarų Kinijoje, vienas centralizuotas keitiklis, kurio talpa 1 MW gali, gali paversti milijonus vatų nuolatinės srovės energijos į kintamos srovės galią kas valandą, o tai prilygsta tūkstančių namų ūkių elektros poreikiams tenkinti. Šie keitikliai naudoja sudėtingas topologines struktūras ir valdymo algoritmus, kad užtikrintų, jog išėjimo kintamosios srovės galia turi ypač mažą harmoninio iškraipymo greitį (paprastai mažesnį nei 5%), tenkinantį griežtus elektros tinklo energijos kokybės reikalavimus ir vengiant taršos tinkle.

Dėl šviesos intensyvumo, temperatūros, dulkių padengimo ir kitų veiksnių saulės baterijų išėjimo galia visą laiką pasikeis, o keitiklio maksimalios galios taško sekimo (MPPT) funkcija gali sureguliuoti saulės skydelio darbinį tašką realiuoju laiku, kad ji visada išvestų maksimalią galią. ​

Tarkime, kad maksimali saulės kolektoriaus galia standartinėmis bandymo sąlygomis (STC, švitinimas 1000 W/m², temperatūra 25 laipsnis) yra 500 W, tačiau atliekant realų veikimą, silpną šviesą ankstyvą rytą, aukštą temperatūrą vidurdienį ir debesų dangą po pietų sukels saulės skydelio išėjimo galią.

Šiuo metu keitiklis su pažangiais MPPT algoritmais (tokiais kaip perturbacijos stebėjimo metodas ir laidumo padidėjimo metodas) nuolat keičia saulės skydelio veikimo įtampą ir srovę ir tiksliai užrakins maksimalų galios tašką per greitą „bandomojo ir grįžtamojo ryšio ir pakoregavimo“ ciklą.

Remiantis statistika, keitikliai, turintys efektyvią MPPT funkciją, gali padidinti bendrą PV sistemų energijos generavimo efektyvumą 5% - 15%.

Paskirstytuose PV scenarijuose MPPT funkcijos pranašumai yra akivaizdesni. Pvz., Gyvenamojo pastato stogo PV sistemoje skydelių išėjimo charakteristikos skirtingose ​​stygose labai skiriasi, nes kai kurias plokštės blokuoja lapais ir padengtos pastatų šešėliais. Styginių keitikliai arba mikro keitikliai yra aprūpinti nepriklausomais MPPT moduliais kiekvienai eilutei arba kiekvienam skydui, kurie gali atskirai optimizuoti kiekvienos dalies energijos generavimo efektyvumą, išvengti „trumpo plokštės efekto“ ir maksimaliai padidinti visos sistemos energijos generavimą. ​

PV sistema ilgą laiką veikiama lauke ir susiduria su įvairiomis rizikomis, tokiomis kaip tinklelio anomalijos, įrangos gedimai ir natūrali aplinka. Keilio apsaugos funkcija yra tarsi „apsauginė apsauga“, siekiant užtikrinti stabilų sistemos veikimą. ​

Kai dėl gedimo elektros tinklas neveikia, jei PV sistema ir toliau tiekia energiją vietiniam elektros tinklui, bus suformuota „sala“, kuri ne tik sukels elektros smūgio pavojų priežiūros darbuotojams, bet ir sugadins įrangą. Į keitiklį įmontuotas salų apsaugos įtaisas gali greitai aptikti nenormalius dažnio, įtampos ir kitų parametrų pokyčius elektros energijos tiekimo nutraukimo metu ir per 2 sekundes nukirsta išėjimą per 2 sekundes, kad išvengtų salos efekto.

Pvz., Kai taifūnas pareikalavo paralyžiuoti tam tikroje vietoje esančioje vietoje, vietinis PV sistemos keitiklis, sujungtas su elektros tinklu, nedelsdamas suaktyvino salos apsaugą, veiksmingai užtikrinant remonto personalo saugumą ir įrangos vientisumą. ​

Kai saulės kolektoriaus išėjimo įtampa yra per didelė (pvz., Įtampos viršįtampis dėl staigaus temperatūros kritimo), grandinėje atsiranda trumpo jungimo gedimas, arba apkrovos srovė yra per didelė, keitiklis automatiškai suaktyvins apsaugos mechanizmą, kad nukirstų grandinę arba apribotų srovę, kad būtų išvengta įrangos pažeidimo ir priešgaisrinių akcijų. Tuo pačiu metu keitiklis taip pat turi apsaugos nuo temperatūros funkciją. Kai vidinio galios įtaiso temperatūra yra per aukšta, jis atvėsta, paleisdama aušinimo ventiliatorių, sumažinant išėjimo galią ir kt., Kad būtų užtikrinta, kad įranga veiktų saugioje temperatūros diapazone.

Nuolat didėjant PV įdiegtam pajėgumui, keitiklių vaidmuo tinklelio sąveikoje tampa vis svarbesnis. Tai ne tik sklandžiai integruoti elektros energiją į tinklą, bet ir patenkinti tinklo reikalavimus dėl energijos kokybės, stabilumo ir reguliavimo galimybių. ​

Inverteris kontroliuoja išvesties srovės bangos formą ir fazę, kad išėjimo kintamos srovės galia būtų tokio paties dažnio ir fazės kaip ir tinklo įtampa, ir kontroliuoja harmoninį turinį iki ypač žemo lygio. Pvz., Šiuolaikiniai išmanieji keitikliai gali kontroliuoti dabartinį harmoninio iškraipymo greitį (THD) per 3%, arti idealios sinuso bangos, sumažinti trikdžius į tinklą ir užtikrinti stabilų tinklo veikimą. Be to, keitiklis taip pat gali pakoreguoti galios koeficientą pagal tinklo poreikį, kad jis būtų beveik 1, taip pagerindamas tinklo perdavimo efektyvumą.

Vadovaujama žaliosios elektros energijos globalizacijos, PV sistemos palaipsniui virto iš paprastų energijos generavimo blokų į intelektualius mazgus su tinklo atramos galimybėmis. Naujos keitikliai palaiko tokias funkcijas kaip aktyvus galios reguliavimas ir reaktyviosios galios kompensacija. Kai tinklelio apkrova yra didžiausia, keitiklis gali aktyviai sumažinti išėjimo galią, kad išvengtų poveikio tinklui; Kai tinklelio įtampa yra žema, keitiklis gali išleisti reaktyviąją galią, kad padidintų tinklelio įtampos lygį. Vokietijoje kai kurių PV elektrinių keitikliai suprato „virtualios elektrinės“ funkciją realiuoju laiku susisiekdami su elektros tinklo dispečerinio centru, veiksmingai dalyvavo didžiausio elektros tinklo reguliavimo reguliavime ir pagerino naujos energijos absorbcijos pajėgumą.

Šiuolaikiniai keitikliai paprastai integruoja duomenų rinkimo, komunikacijos ir intelektualios analizės funkcijas, tampa PV sistemos „intelektualia namų tvarkytoja“. Per įmontuotus jutiklius keitiklis stebi nuolatinės srovės įvesties įtampą, srovę, kintamosios srovės išėjimo galią, dažnį, įrangos temperatūrą ir kitus parametrus realiu laiku, ir įkelia duomenis į stebėjimo platformą per laidinę (RS485, Ethernet) arba belaidį (4G, WIFI) ryšį. ​

Veikimo ir priežiūros personalas gali nuotoliniu būdu peržiūrėti veiklos būseną, energijos generavimo duomenis ir PV sistemos gedimų aliarmo informaciją per mobiliojo telefono programą ar kompiuterį. Pvz., Kai dėl dulkių kaupimosi tam tikros skydelio energijos gamyba mažėja, keitiklis išleis laiko žadintuvą ir suras problemos skydą atlikus duomenų analizę, padės veikimo ir priežiūros personalui tiksliai suremontuoti ir sumažinti eksploatavimo ir priežiūros išlaidas. Be to, kai kurie pažengę keitikliai taip pat turi numatomą techninės priežiūros funkcijas. Atlikus istorinių duomenų mašininio mokymosi analizę, iš anksto galima numatyti įrangos gedimo riziką, pasyvią priežiūrą paversti aktyvia priežiūra. ​

Apibendrinant galima pasakyti, kad keitiklis integruoja kelias funkcijas, tokias kaip galios konversija, galios optimizavimas, saugos apsauga, tinklo sąveika ir intelektualus valdymas PV sistemoje. Jos veikla tiesiogiai lemia PV sistemos energijos gamybos efektyvumą, stabilumą ir ekonominę naudą. Tęsiant nuolatinį technologijos tobulinimą, naujos technologijos, tokios kaip silicio karbido įtaisai, AI algoritmai ir daugialypės energijos susiliejimas, dar labiau pagerins keitiklių našumą, skatins PV pramonę vystytis efektyvesne ir intelektualia kryptimi ir labiau prisidės prie pasaulinės energijos transformacijos.