Was ist ein Solarwechselrichter?

Während die Welt ihr Streben nach nachhaltigen und sauberen Energielösungen vorantreibt, hat sich die Solarenergie als Spitzenreiter im Wettlauf um eine umweltfreundlichere Zukunft herausgestellt. Durch die Nutzung der reichlich vorhandenen und erneuerbaren Energie der Sonne erfreuen sich Solar-Photovoltaik-Systeme (PV) großer Beliebtheit und ebnen den Weg für einen bemerkenswerten Wandel in der Art und Weise, wie wir Strom erzeugen. Das Herzstück jeder Solar-PV-Anlage ist eine entscheidende Komponente, die die Umwandlung von Sonnenlicht in nutzbare Energie ermöglicht: dieSolarwechselrichter. Als Brücke zwischen den Solarmodulen und dem Stromnetz spielen Solarwechselrichter eine entscheidende Rolle bei der effizienten Nutzung von Solarenergie. Das Verständnis ihres Funktionsprinzips und die Erforschung ihrer verschiedenen Typen ist der Schlüssel zum Verständnis der faszinierenden Mechanismen hinter der Umwandlung von Solarenergie. HWie geht ASolarIWechselrichterWOrk? Ein Solarwechselrichter ist ein elektronisches Gerät, das den von Solarmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt, der zur Stromversorgung von Haushaltsgeräten und zur Einspeisung in das Stromnetz verwendet werden kann. Das Funktionsprinzip eines Solarwechselrichters lässt sich in drei Hauptstufen unterteilen: Umwandlung, Steuerung und Ausgabe. Konvertierung: Der Solarwechselrichter erhält zunächst den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom. Dieser Gleichstrom liegt typischerweise in Form einer schwankenden Spannung vor, die mit der Intensität des Sonnenlichts variiert. Die Hauptaufgabe des Wechselrichters besteht darin, diese variable Gleichspannung in eine stabile, für den Verbrauch geeignete Wechselspannung umzuwandeln. Der Umwandlungsprozess umfasst zwei Schlüsselkomponenten: eine Reihe leistungselektronischer Schalter (normalerweise Bipolartransistoren mit isoliertem Gate oder IGBTs) und einen Hochfrequenztransformator. Die Schalter sind für das schnelle Ein- und Ausschalten der Gleichspannung verantwortlich und erzeugen so ein hochfrequentes Impulssignal. Der Transformator erhöht dann die Spannung auf den gewünschten Wechselspannungspegel. Kontrolle: Die Steuerungsstufe eines Solarwechselrichters sorgt dafür, dass der Umwandlungsprozess effizient und sicher abläuft. Dabei kommen ausgefeilte Steuerungsalgorithmen und Sensoren zur Überwachung und Regelung verschiedener Parameter zum Einsatz. Zu den wichtigen Steuerfunktionen gehören: A. Maximum Power Point Tracking (MPPT): Solarmodule haben einen optimalen Betriebspunkt, den sogenannten Maximum Power Point (MPP), an dem sie bei einer bestimmten Sonnenlichtintensität die maximale Leistung erzeugen. Der MPPT-Algorithmus passt den Betriebspunkt der Solarmodule kontinuierlich an, um die Leistungsabgabe durch Verfolgung des MPP zu maximieren. B. Spannungs- und Frequenzregelung: Das Steuerungssystem des Wechselrichters sorgt für eine stabile AC-Ausgangsspannung und -frequenz, die normalerweise den Standards des Versorgungsnetzes entspricht. Dies gewährleistet die Kompatibilität mit anderen elektrischen Geräten und ermöglicht eine nahtlose Integration in das Stromnetz. C. Netzsynchronisation: Netzgekoppelte Solarwechselrichter synchronisieren Phase und Frequenz des Wechselstromausgangs mit dem öffentlichen Stromnetz. Diese Synchronisierung ermöglicht es dem Wechselrichter, überschüssigen Strom in das Netz zurückzuspeisen oder Strom aus dem Netz zu beziehen, wenn die Solarproduktion nicht ausreicht. Ausgabe: Im letzten Schritt liefert der Solarwechselrichter den umgewandelten Wechselstrom an die elektrischen Verbraucher oder das Netz. Die Ausgabe kann auf zwei Arten genutzt werden: A. Netzgebundene oder netzgekoppelte Systeme: Bei netzgekoppelten Systemen speist der Solarwechselrichter den Wechselstrom direkt in das öffentliche Stromnetz ein. Dies verringert die Abhängigkeit von Kraftwerken, die auf fossilen Brennstoffen basieren, und ermöglicht ein Net-Metering, bei dem tagsüber erzeugter überschüssiger Strom gutgeschrieben und in Zeiten geringer Solarproduktion genutzt werden kann. B. Off-Grid-Systeme: In Off-Grid-Systemen lädt der Solarwechselrichter zusätzlich zur Stromversorgung der elektrischen Verbraucher eine Batteriebank. Die Batterien speichern überschüssige Solarenergie, die in Zeiten geringer Solarproduktion oder nachts, wenn die Solarmodule keinen Strom erzeugen, genutzt werden kann. Eigenschaften von Solarwechselrichtern: Effizienz: Solarwechselrichter sind so konzipiert, dass sie mit hoher Effizienz arbeiten, um den Energieertrag der Solar-PV-Anlage zu maximieren. Ein höherer Wirkungsgrad führt zu weniger Energieverlusten während des Umwandlungsprozesses und sorgt dafür, dass ein größerer Anteil der Sonnenenergie effektiv genutzt wird. Leistungsabgabe: Solarwechselrichter sind in verschiedenen Leistungsklassen erhältlich, von kleinen Wohnanlagen bis hin zu großen Gewerbeanlagen. Um eine optimale Leistung zu erzielen, sollte die Leistung eines Wechselrichters angemessen auf die Kapazität der Solarmodule abgestimmt sein. Haltbarkeit und Zuverlässigkeit: Solarwechselrichter sind unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, darunter Temperaturschwankungen, Luftfeuchtigkeit und mögliche elektrische Überspannungen. Daher sollten Wechselrichter aus robusten Materialien gebaut und so ausgelegt sein, dass sie diesen Bedingungen standhalten und eine langfristige Zuverlässigkeit gewährleisten. Überwachung und Kommunikation: Viele moderne Solarwechselrichter sind mit Überwachungssystemen ausgestattet, die es Benutzern ermöglichen, die Leistung ihrer Solar-PV-Anlage zu verfolgen. Einige Wechselrichter können auch mit externen Geräten und Softwareplattformen kommunizieren, Echtzeitdaten bereitstellen und eine Fernüberwachung und -steuerung ermöglichen. Sicherheitsmerkmale: Solarwechselrichter verfügen über verschiedene Sicherheitsfunktionen, um sowohl das System als auch die damit arbeitenden Personen zu schützen. Zu diesen Funktionen gehören Überspannungsschutz, Überstromschutz, Erdschlusserkennung und Anti-Islanding-Schutz, der verhindert, dass der Wechselrichter bei Stromausfällen Strom in das Netz einspeist. Klassifizierung von Solarwechselrichtern nach Nennleistung PV-Wechselrichter, auch Solarwechselrichter genannt, können aufgrund ihres Designs, ihrer Funktionalität und ihrer Anwendung in verschiedene Typen eingeteilt werden. Das Verständnis dieser Klassifizierungen kann bei der Auswahl des am besten geeigneten Wechselrichters für eine bestimmte Solar-PV-Anlage hilfreich sein. Im Folgenden sind die Haupttypen von PV-Wechselrichtern aufgeführt, die nach Leistungsniveau klassifiziert sind: Wechselrichter nach Leistungsniveau: hauptsächlich unterteilt in dezentrale Wechselrichter (Strangwechselrichter und Mikrowechselrichter) und zentralisierte Wechselrichter String invertierenEr: String-Wechselrichter sind der am häufigsten verwendete Typ von PV-Wechselrichtern in privaten und gewerblichen Solaranlagen. Sie sind für den Betrieb mehrerer in Reihe geschalteter Solarmodule ausgelegt, die einen „String“ bilden. Der PV-String (1-5 kW) ist heutzutage der beliebteste Wechselrichter auf dem internationalen Markt, da er auf der DC-Seite eine maximale Leistungsspitzennachführung und auf der AC-Seite eine parallele Netzverbindung aufweist. Der von den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom wird in den String-Wechselrichter eingespeist, der ihn in Wechselstrom zur sofortigen Nutzung oder zur Einspeisung ins Netz umwandelt. Stringwechselrichter sind für ihre Einfachheit, Kosteneffizienz und einfache Installation bekannt. Die Leistung des gesamten Strings hängt jedoch vom Panel mit der niedrigsten Leistung ab, was sich auf die Gesamtsystemeffizienz auswirken kann. Mikrowechselrichter: Mikrowechselrichter sind kleine Wechselrichter, die auf jedem einzelnen Solarpanel einer PV-Anlage installiert werden. Im Gegensatz zu Stringwechselrichtern wandeln Mikrowechselrichter den Gleichstrom direkt auf Panelebene in Wechselstrom um. Dieses Design ermöglicht den unabhängigen Betrieb jedes Panels und optimiert so die Gesamtenergieabgabe des Systems. Mikro-Wechselrichter bieten mehrere Vorteile, darunter Maximum Power Point Tracking (MPPT) auf Panelebene, verbesserte Systemleistung bei verschatteten oder nicht übereinstimmenden Panels, erhöhte Sicherheit aufgrund niedrigerer Gleichspannungen und detaillierte Überwachung der Leistung einzelner Panels. Allerdings sind die höheren Vorabkosten und die potenzielle Komplexität der Installation zu berücksichtigen. Zentralisierte Wechselrichter: Zentralisierte Wechselrichter, auch Groß- oder Großwechselrichter (>10 kW) genannt, werden häufig in großen Solar-PV-Anlagen wie Solarparks oder kommerziellen Solarprojekten eingesetzt. Diese Wechselrichter sind dafür ausgelegt, hohe Gleichstromeingänge von mehreren Strings oder Arrays von Solarmodulen zu verarbeiten und diese für den Netzanschluss in Wechselstrom umzuwandeln. Das größte Merkmal ist die hohe Leistung und die geringen Kosten des Systems. Da jedoch die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom verschiedener PV-Strings oft nicht genau aufeinander abgestimmt sind (insbesondere wenn die PV-Strings aufgrund von Bewölkung, Schatten, Flecken usw. teilweise im Schatten liegen), Der Einsatz eines Zentralwechselrichters führt zu einer geringeren Effizienz des Wechselrichterprozesses und einem geringeren Stromverbrauch im Haushalt. Zentralisierte Wechselrichter haben im Vergleich zu anderen Typen typischerweise eine höhere Leistungskapazität, die von mehreren Kilowatt bis zu mehreren Megawatt reicht. Sie werden an einem zentralen Ort oder einer Wechselrichterstation installiert und mit mehreren Strings oder Arrays von Solarmodulen parallel verbunden. Was macht ein Solarwechselrichter? Photovoltaik-Wechselrichter erfüllen mehrere Funktionen, darunter die Wechselstromumwandlung, die Optimierung der Solarzellenleistung und den Systemschutz. Diese Funktionen umfassen den automatischen Betrieb und die automatische Abschaltung, die Steuerung der Maximalleistungsnachführung, Anti-Islanding (für netzgekoppelte Systeme), automatische Spannungsanpassung (für netzgekoppelte Systeme), DC-Erkennung (für netzgekoppelte Systeme) und DC-Erdungserkennung ( für netzgekoppelte Systeme). Lassen Sie uns kurz die automatische Betriebs- und Abschaltfunktion und die Funktion zur Steuerung der maximalen Leistungsverfolgung untersuchen. 1) Automatische Betriebs- und Abschaltfunktion Nach Sonnenaufgang am Morgen nimmt die Intensität der Sonneneinstrahlung allmählich zu und die Leistung der Solarzellen steigt entsprechend. Wenn die vom Wechselrichter benötigte Ausgangsleistung erreicht ist, beginnt der Wechselrichter automatisch zu laufen. Nach dem Eintritt in den Betrieb überwacht der Wechselrichter ständig die Leistung der Solarzellenkomponenten. Solange die Ausgangsleistung der Solarzellenkomponenten größer ist als die vom Wechselrichter benötigte Ausgangsleistung, läuft der Wechselrichter weiter. bis der Sonnenuntergang aufhört, auch wenn es regnet. Der Wechselrichter funktioniert auch. Wenn die Leistung des Solarzellenmoduls kleiner wird und die Leistung des Wechselrichters nahe bei 0 liegt, geht der Wechselrichter in den Standby-Zustand über. 2) Maximalleistungs-Tracking-Kontrollfunktion Die Leistung des Solarzellenmoduls variiert mit der Intensität der Sonneneinstrahlung und der Temperatur des Solarzellenmoduls selbst (Chiptemperatur). Da das Solarzellenmodul außerdem die Eigenschaft hat, dass die Spannung mit zunehmendem Strom abnimmt, gibt es einen optimalen Betriebspunkt, an dem die maximale Leistung erzielt werden kann. Die Intensität der Sonneneinstrahlung verändert sich, offensichtlich verändert sich auch der beste Arbeitspunkt. Bezogen auf diese Änderungen liegt der Betriebspunkt des Solarzellenmoduls immer am Punkt maximaler Leistung und das System erhält immer die maximale Leistungsabgabe vom Solarzellenmodul. Bei dieser Art der Steuerung handelt es sich um die Maximalleistungs-Tracking-Steuerung. Das größte Merkmal des in der Solarstromerzeugungsanlage verwendeten Wechselrichters ist die Funktion des Maximum Power Point Tracking (MPPT). Die wichtigsten technischen Indikatoren für Photovoltaik-Wechselrichter 1. Stabilität der Ausgangsspannung Bei der Photovoltaikanlage wird die von der Solarzelle erzeugte elektrische Energie zunächst in der Batterie gespeichert und dann über den Wechselrichter in 220-V- oder 380-V-Wechselstrom umgewandelt. Allerdings wird die Batterie durch ihre eigene Ladung und Entladung beeinflusst und ihre Ausgangsspannung schwankt in einem großen Bereich. Beispielsweise hat die Nennspannung der 12-V-Batterie einen Spannungswert, der zwischen 10,8 und 14,4 V schwanken kann (außerhalb dieses Bereichs kann es zu Schäden an der Batterie kommen). Wenn sich bei einem qualifizierten Wechselrichter die Eingangsklemmenspannung innerhalb dieses Bereichs ändert, sollte die Schwankung seiner stationären Ausgangsspannung Plusmn nicht überschreiten; 5 % des Nennwertes. Gleichzeitig sollte bei plötzlichen Laständerungen die Abweichung der Ausgangsspannung nicht mehr als ±10 % über dem Nennwert liegen. 2. Wellenformverzerrung der Ausgangsspannung Bei Sinus-Wechselrichtern sollte die maximal zulässige Wellenformverzerrung (oder der Oberwellengehalt) angegeben werden. Sie wird normalerweise durch die gesamte Wellenformverzerrung der Ausgangsspannung ausgedrückt und sollte 5 % nicht überschreiten (bei einphasigem Ausgang sind 10 % zulässig). Da der vom Wechselrichter ausgegebene Oberschwingungsstrom höherer Ordnung zusätzliche Verluste wie Wirbelströme an der induktiven Last erzeugt, führt eine zu große Wellenformverzerrung des Wechselrichters zu einer starken Erwärmung der Lastkomponenten, was nicht förderlich ist die Sicherheit elektrischer Geräte und beeinträchtigt das System erheblich. Betriebseffizienz. 3. Nennausgangsfrequenz Da der optimale Frequenzbetriebspunkt der Motoren bei Lasten einschließlich Motoren wie Waschmaschinen, Kühlschränken usw. bei 50 Hz liegt, führen zu hohe oder zu niedrige Frequenzen zu einer Erwärmung der Geräte, was die Betriebseffizienz und Lebensdauer des Systems verringert. Daher sollte die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters einen relativ stabilen Wert haben, normalerweise eine Netzfrequenz von 50 Hz, und ihre Abweichung sollte unter normalen Arbeitsbedingungen innerhalb von Plusmn;1 % liegen. 4. Lastleistungsfaktor Charakterisieren Sie die Fähigkeit des Wechselrichters bei induktiver oder kapazitiver Last. Der Lastleistungsfaktor des Sinus-Wechselrichters beträgt 0,7 bis 0,9 und der Nennwert beträgt 0,9. Bei einer bestimmten Lastleistung erhöht sich die Kapazität des benötigten Wechselrichters, wenn der Leistungsfaktor des Wechselrichters niedrig ist. Einerseits steigen die Kosten, gleichzeitig erhöht sich die Scheinleistung des Wechselstromkreises der Photovoltaikanlage. Mit zunehmendem Strom nimmt zwangsläufig der Verlust zu und auch die Systemeffizienz nimmt ab. 5. Effizienz des Wechselrichters Der Wirkungsgrad des Wechselrichters bezieht sich auf das Verhältnis seiner Ausgangsleistung zur Eingangsleistung unter bestimmten Arbeitsbedingungen, ausgedrückt in Prozent. Im Allgemeinen bezieht sich der Nennwirkungsgrad eines Photovoltaik-Wechselrichters auf eine reine Widerstandslast. Unter der Bedingung eines Lastwirkungsgrads von 80 %. Da die Gesamtkosten der Photovoltaikanlage hoch sind, sollte der Wirkungsgrad des Photovoltaik-Wechselrichters maximiert werden, um die Systemkosten zu senken und die Kostenleistung der Photovoltaikanlage zu verbessern. Derzeit liegt der Nennwirkungsgrad von Mainstream-Wechselrichtern zwischen 80 % und 95 %, und der Wirkungsgrad von Wechselrichtern mit geringer Leistung muss mindestens 85 % betragen. Im eigentlichen Designprozess einer Photovoltaikanlage sollte nicht nur ein hocheffizienter Wechselrichter ausgewählt werden, sondern auch eine sinnvolle Konfiguration des Systems verwendet werden, um die Last der Photovoltaikanlage so weit wie möglich in der Nähe des besten Effizienzpunkts arbeiten zu lassen . 6. Nennausgangsstrom (oder Nennausgangskapazität) Gibt den Nennausgangsstrom des Wechselrichters innerhalb des angegebenen Lastleistungsfaktorbereichs an. Bei einigen Wechselrichterprodukten wird die Nennausgangskapazität angegeben und die Einheit wird in VA oder kVA ausgedrückt. Die Nennkapazität des Wechselrichters ist das Produkt aus der Nennausgangsspannung und dem Nennausgangsstrom, wenn der Ausgangsleistungsfaktor 1 beträgt (d. h. rein ohmsche Last). 7. Schutzmaßnahmen Ein Wechselrichter mit hervorragender Leistung sollte außerdem über umfassende Schutzfunktionen oder -maßnahmen verfügen, um verschiedene ungewöhnliche Situationen zu bewältigen, die während des tatsächlichen Gebrauchs auftreten, um den Wechselrichter selbst und andere Komponenten des Systems vor Schäden zu schützen. 1) Geben Sie das Unterspannungsversicherungskonto ein: Wenn die Eingangsklemmenspannung weniger als 85 % der Nennspannung beträgt, sollte der Wechselrichter über einen Schutz und eine Anzeige verfügen. 2) Eingangsüberspannungsschutz: Wenn die Eingangsklemmenspannung mehr als 130 % der Nennspannung beträgt, sollte der Wechselrichter über einen Schutz und eine Anzeige verfügen. 3) Überstromschutz: Der Überstromschutz des Wechselrichters sollte in der Lage sein, rechtzeitig zu reagieren, wenn die Last kurzgeschlossen wird oder der Strom den zulässigen Wert überschreitet, um eine Beschädigung durch den Überstrom zu verhindern. Wenn der Arbeitsstrom 150 % des Nennwerts überschreitet, sollte der Wechselrichter in der Lage sein, automatisch zu schützen. 4) Ausgangskurzschlussschutz Die Auslösezeit des Wechselrichters für den Kurzschlussschutz sollte 0,5 s nicht überschreiten. 5) Eingangs-Verpolungsschutz: Wenn die positiven und negativen Pole der Eingangsklemme vertauscht sind, sollte der Wechselrichter über eine Schutzfunktion und eine Anzeige verfügen. 6) Blitzschutz: Der Wechselrichter sollte über einen Blitzschutz verfügen. 7) Übertemperaturschutz usw. Darüber hinaus sollte der Wechselrichter bei Wechselrichtern ohne Spannungsstabilisierungsmaßnahmen auch über Ausgangsüberspannungsschutzmaßnahmen verfügen, um die Last vor Überspannungsschäden zu schützen. 8. Starteigenschaften Zur Charakterisierung der Fähigkeit des Wechselrichters, unter Last zu starten, und der Leistung im dynamischen Betrieb. Der Wechselrichter sollte einen zuverlässigen Start unter Nennlast gewährleisten. 9. Lärm Komponenten wie Transformatoren, Filterinduktivitäten, elektromagnetische Schalter und Lüfter in leistungselektronischen Geräten erzeugen Geräusche. Wenn der Wechselrichter normal läuft, sollte sein Geräuschpegel 80 dB nicht überschreiten, und der Geräuschpegel eines kleinen Wechselrichters sollte 65 dB nicht überschreiten. Auswahlfähigkeiten von Solarwechselrichtern