što je solarni pretvarač?

Dok svijet maršira naprijed u potrazi za održivim i čistim energetskim rješenjima, solarna energija postala je predvodnik u utrci prema zelenijoj budućnosti. Koristeći obilnu i obnovljivu energiju sunca, solarni fotonaponski (PV) sustavi stekli su široku popularnost, utirući put izvanrednoj transformaciji u načinu na koji proizvodimo električnu energiju. U srcu svakog solarnog PV sustava nalazi se ključna komponenta koja omogućuje pretvaranje sunčeve svjetlosti u korisnu energiju:solarni pretvarač. Djelujući kao most između solarnih panela i električne mreže, solarni pretvarači igraju ključnu ulogu u učinkovitom korištenju solarne energije. Razumijevanje njihovog principa rada i istraživanje njihovih različitih vrsta ključno je za razumijevanje fascinantne mehanike koja stoji iza pretvorbe solarne energije. Hkako ASolarInverterWork? Solarni pretvarač je elektronički uređaj koji pretvara istosmjernu (DC) električnu energiju koju proizvode solarni paneli u izmjeničnu struju (AC) koja se može koristiti za napajanje kućanskih uređaja i dovoditi u električnu mrežu. Princip rada solarnog pretvarača može se podijeliti u tri glavne faze: pretvorba, upravljanje i izlaz. pretvorba: Solarni pretvarač prvo prima istosmjernu struju koju generiraju solarni paneli. Ova istosmjerna struja obično je u obliku fluktuirajućeg napona koji varira s intenzitetom sunčeve svjetlosti. Primarni zadatak pretvarača je pretvaranje ovog promjenjivog istosmjernog napona u stabilni izmjenični napon pogodan za potrošnju. Proces pretvorbe uključuje dvije ključne komponente: skup energetskih elektroničkih sklopki (obično bipolarni tranzistori s izoliranim vratima ili IGBT) i visokofrekventni transformator. Prekidači su odgovorni za brzo uključivanje i isključivanje istosmjernog napona, stvarajući visokofrekventni pulsni signal. Transformator tada povećava napon do željene razine izmjeničnog napona. Kontrolirati: Upravljački stupanj solarnog pretvarača osigurava učinkovit i siguran rad procesa pretvorbe. Uključuje korištenje sofisticiranih kontrolnih algoritama i senzora za praćenje i reguliranje različitih parametara. Neke važne kontrolne funkcije uključuju: a. Praćenje točke maksimalne snage (MPPT): Solarni paneli imaju optimalnu radnu točku koja se naziva točka maksimalne snage (MPP), gdje proizvode maksimalnu snagu za određeni intenzitet sunčeve svjetlosti. MPPT algoritam kontinuirano prilagođava radnu točku solarnih ploča kako bi se povećala izlazna snaga praćenjem MPP-a. b. Regulacija napona i frekvencije: Kontrolni sustav pretvarača održava stabilan izlazni napon i frekvenciju izmjenične struje, obično prateći standarde električne mreže. To osigurava kompatibilnost s drugim električnim uređajima i omogućuje besprijekornu integraciju s mrežom. c. Sinkronizacija mreže: Solarni pretvarači spojeni na mrežu sinkroniziraju fazu i frekvenciju AC izlaza s električnom mrežom. Ova sinkronizacija omogućuje pretvaraču da vrati višak energije natrag u mrežu ili izvuče energiju iz mreže kada solarna proizvodnja nije dovoljna. Izlaz: U završnoj fazi, solarni pretvarač isporučuje pretvorenu izmjeničnu struju električnim potrošačima ili mreži. Izlaz se može koristiti na dva načina: a. Sustavi na mreži ili na mreži: U sustavima vezanim na mrežu, solarni pretvarač dovodi izmjeničnu struju izravno u komunalnu mrežu. To smanjuje ovisnost o elektranama na bazi fosilnih goriva i omogućuje neto mjerenje, gdje se višak električne energije proizveden tijekom dana može kreditirati i koristiti tijekom razdoblja niske solarne proizvodnje. b. Sustavi izvan mreže: U sustavima izvan mreže, solarni pretvarač puni bateriju uz opskrbu električnom energijom potrošača. Baterije pohranjuju višak solarne energije, koja se može iskoristiti tijekom vremena niske solarne proizvodnje ili noću kada solarni paneli ne proizvode električnu energiju. Karakteristike solarnih pretvarača: Učinkovitost: Solarni pretvarači dizajnirani su za rad s visokom učinkovitošću kako bi se maksimizirao energetski prinos solarnog PV sustava. Veća učinkovitost rezultira manjim gubitkom energije tijekom procesa pretvorbe, osiguravajući da se veći udio solarne energije učinkovito koristi. Izlazna snaga: Solarni pretvarači dostupni su u različitim snagama, u rasponu od malih stambenih sustava do velikih komercijalnih instalacija. Izlazna snaga pretvarača trebala bi se na odgovarajući način uskladiti s kapacitetom solarnih ploča kako bi se postigla optimalna izvedba. Trajnost i pouzdanost: Solarni pretvarači izloženi su različitim uvjetima okoline, uključujući temperaturne fluktuacije, vlagu i potencijalne električne udare. Stoga bi pretvarači trebali biti izgrađeni od robusnih materijala i dizajnirani da izdrže ove uvjete, osiguravajući dugoročnu pouzdanost. Praćenje i komunikacija: Mnogi moderni solarni izmjenjivači opremljeni su sustavima za nadzor koji korisnicima omogućuju praćenje performansi njihovog solarnog PV sustava. Neki pretvarači također mogu komunicirati s vanjskim uređajima i softverskim platformama, pružajući podatke u stvarnom vremenu i omogućujući daljinski nadzor i kontrolu. Sigurnosne značajke: Solarni pretvarači uključuju različite sigurnosne značajke za zaštitu sustava i pojedinaca koji rade s njim. Ove značajke uključuju zaštitu od prenapona, zaštitu od prekomjerne struje, detekciju kvara na zemlji i zaštitu od otočivanja, koja sprječava pretvarač da napaja mrežu tijekom nestanka struje. Klasifikacija solarnih pretvarača prema snazi PV pretvarači, također poznati kao solarni pretvarači, mogu se klasificirati u različite vrste na temelju dizajna, funkcionalnosti i primjene. Razumijevanje ovih klasifikacija može pomoći u odabiru najprikladnijeg pretvarača za određeni solarni PV sustav. Slijede glavne vrste fotonaponskih pretvarača klasificiranih prema razini snage: Inverter prema razini snage: uglavnom se dijeli na distribuirani inverter (string inverter & mikro inverter), centralizirani inverter Invertiranje nizaers: String inverteri su najčešće korišteni tip PV invertera u stambenim i komercijalnim solarnim instalacijama, dizajnirani su za rad s više solarnih panela spojenih u seriju, tvoreći "niz". PV niz (1-5kw) je danas postao najpopularniji pretvarač na međunarodnom tržištu putem pretvarača s praćenjem maksimalne vršne snage na istosmjernoj strani i paralelnim mrežnim priključkom na izmjeničnoj strani. Istosmjerna struja koju generiraju solarni paneli dovodi se u string inverter, koji je pretvara u izmjeničnu struju za trenutnu upotrebu ili za izvoz u mrežu. String pretvarači poznati su po svojoj jednostavnosti, isplativosti i lakoći ugradnje. Međutim, performanse cijelog niza ovise o panelu s najlošijim performansama, što može utjecati na ukupnu učinkovitost sustava. Mikro pretvarači: Mikro inverteri su mali inverteri koji se postavljaju na svaki pojedinačni solarni panel u PV sustavu. Za razliku od string invertera, mikro inverteri pretvaraju istosmjernu struju u izmjeničnu na razini ploče. Ovaj dizajn omogućuje svakoj ploči da radi neovisno, optimizirajući ukupnu izlaznu energiju sustava. Mikro pretvarači nude nekoliko prednosti, uključujući praćenje maksimalne točke snage na razini panela (MPPT), poboljšane performanse sustava u zasjenjenim ili neusklađenim panelima, povećanu sigurnost zbog nižih istosmjernih napona i detaljno praćenje performansi pojedinačnih panela. Međutim, viši početni trošak i potencijalna složenost instalacije su čimbenici koje treba uzeti u obzir. Centralizirani pretvarači: Centralizirani pretvarači, također poznati kao veliki ili komunalni (>10kW) pretvarači, obično se koriste u velikim solarnim PV instalacijama, kao što su solarne farme ili komercijalni solarni projekti. Ovi pretvarači su dizajnirani za rukovanje velikim ulazom istosmjerne struje iz više nizova ili nizova solarnih panela i pretvaraju ih u izmjeničnu struju za povezivanje na mrežu. Najveća značajka je velika snaga i niska cijena sustava, ali budući da izlazni napon i struja različitih PV nizova često nisu točno usklađeni (posebno kada su PV nizovi djelomično zasjenjeni zbog naoblake, sjene, mrlja itd.) , upotreba centraliziranog pretvarača dovest će do manje učinkovitosti procesa pretvaranja i manje električne energije u kućanstvu. Centralizirani pretvarači obično imaju veći kapacitet snage u usporedbi s drugim vrstama, u rasponu od nekoliko kilovata do nekoliko megavata. Instaliraju se na središnjoj lokaciji ili inverterskoj stanici, a na njih se paralelno spaja više nizova ili nizova solarnih panela. Čemu služi solarni pretvarač? Fotonaponski pretvarači imaju više funkcija, uključujući AC pretvorbu, optimizaciju performansi solarnih ćelija i zaštitu sustava. Ove funkcije obuhvaćaju automatski rad i isključivanje, kontrolu praćenja maksimalne snage, anti-islanding (za sustave spojene na mrežu), automatsko podešavanje napona (za sustave spojene na mrežu), detekciju istosmjerne struje (za sustave spojene na mrežu) i detekciju istosmjerne struje ( za sustave spojene na mrežu). Istražimo ukratko funkciju automatskog rada i isključivanja te funkciju kontrole praćenja maksimalne snage. 1) Automatski rad i funkcija isključivanja Nakon izlaska sunca u jutarnjim satima, intenzitet sunčevog zračenja postupno se povećava, a izlaz solarnih ćelija raste u skladu s tim. Kada se postigne izlazna snaga potrebna pretvaraču, pretvarač počinje raditi automatski. Nakon ulaska u rad, pretvarač će cijelo vrijeme pratiti izlaz komponenti solarne ćelije, sve dok je izlazna snaga komponenti solarne ćelije veća od izlazne snage koju zahtijeva pretvarač, pretvarač će nastaviti raditi; dok sunce ne prestane, čak i ako je kiša Inverter također radi. Kada izlaz modula solarne ćelije postane manji i izlaz pretvarača je blizu 0, pretvarač će formirati stanje pripravnosti. 2) Kontrolna funkcija praćenja maksimalne snage Izlaz modula solarnih ćelija varira ovisno o intenzitetu sunčevog zračenja i temperaturi samog modula solarnih ćelija (temperatura čipa). Osim toga, budući da modul solarnih ćelija ima karakteristiku da napon opada s povećanjem struje, tako da postoji optimalna radna točka koja može dobiti maksimalnu snagu. Intenzitet sunčevog zračenja se mijenja, očito se mijenja i najbolja radna točka. U odnosu na te promjene, radna točka modula solarnih ćelija uvijek je na točki maksimalne snage, a sustav uvijek dobiva maksimalnu izlaznu snagu iz modula solarnih ćelija. Ova vrsta kontrole je kontrola praćenja maksimalne snage. Najveća značajka pretvarača koji se koristi u sustavu solarne proizvodnje energije je funkcija praćenja maksimalne točke snage (MPPT). Glavni tehnički pokazatelji fotonaponskog pretvarača 1. Stabilnost izlaznog napona U fotonaponskom sustavu električna energija koju generira solarna ćelija najprije se pohranjuje u bateriji, a zatim se pretvara u izmjeničnu struju od 220 V ili 380 V putem pretvarača. Međutim, baterija je pod utjecajem vlastitog punjenja i pražnjenja, a njezin izlazni napon varira u velikom rasponu. Na primjer, nazivna baterija od 12 V ima vrijednost napona koja može varirati između 10,8 i 14,4 V (izvan ovog raspona može uzrokovati oštećenje baterije). Za kvalificirani pretvarač, kada se napon ulaznog priključka mijenja unutar ovog raspona, varijacija njegovog izlaznog napona u stabilnom stanju ne bi trebala premašiti Plusmn; 5% nazivne vrijednosti. U isto vrijeme, kada se opterećenje iznenada promijeni, njegovo odstupanje izlaznog napona ne smije premašiti ±10% iznad nazivne vrijednosti. 2. Izobličenje valnog oblika izlaznog napona Za pretvarače sinusnog vala treba specificirati maksimalno dopušteno izobličenje valnog oblika (ili harmonijski sadržaj). Obično se izražava ukupnim izobličenjem valnog oblika izlaznog napona, a njegova vrijednost ne smije biti veća od 5% (10% je dopušteno za jednofazni izlaz). Budući da će izlazna harmonijska struja visokog reda pretvarača generirati dodatne gubitke poput vrtložnih struja na induktivnom opterećenju, ako je izobličenje valnog oblika pretvarača preveliko, uzrokovat će ozbiljno zagrijavanje komponenti opterećenja, što nije pogodno za sigurnost električne opreme i ozbiljno utječe na sustav. operativna učinkovitost. 3. Nazivna izlazna frekvencija Za opterećenja koja uključuju motore, kao što su perilice rublja, hladnjaci itd., budući da je optimalna frekvencijska radna točka motora 50 Hz, previsoke ili preniske frekvencije uzrokovat će zagrijavanje opreme, smanjujući radnu učinkovitost sustava i vijek trajanja, tako da bi izlazna frekvencija pretvarača trebala biti relativno stabilna vrijednost, obično frekvencija napajanja 50Hz, a njezino odstupanje bi trebalo biti unutar Plusmn;l% u normalnim radnim uvjetima. 4. Faktor snage opterećenja Okarakterizirajte sposobnost pretvarača s induktivnim ili kapacitivnim opterećenjem. Faktor snage opterećenja sinusnog pretvarača je 0,7~0,9, a nazivna vrijednost je 0,9. U slučaju određene snage opterećenja, ako je faktor snage pretvarača nizak, kapacitet potrebnog pretvarača će se povećati. S jedne strane, trošak će se povećati, au isto vrijeme će se povećati prividna snaga AC kruga fotonaponskog sustava. Kako struja raste, gubitak će se neizbježno povećati, a učinkovitost sustava također će se smanjiti. 5. Učinkovitost pretvarača Učinkovitost pretvarača odnosi se na omjer njegove izlazne snage prema ulaznoj snazi ​​u određenim radnim uvjetima, izražena u postocima. Općenito, nazivna učinkovitost fotonaponskog pretvarača odnosi se na čisto otporno opterećenje. Pod uvjetom učinkovitosti opterećenja od 80%. Budući da je ukupni trošak fotonaponskog sustava visok, učinkovitost fotonaponskog pretvarača treba maksimalno povećati kako bi se smanjili troškovi sustava i poboljšala troškovna učinkovitost fotonaponskog sustava. Trenutno je nazivna učinkovitost glavnih pretvarača između 80% i 95%, a učinkovitost pretvarača male snage ne mora biti manja od 85%. U stvarnom procesu projektiranja fotonaponskog sustava, ne samo da treba odabrati visokoučinkoviti pretvarač, već također treba koristiti razumnu konfiguraciju sustava kako bi opterećenje fotonaponskog sustava radilo blizu točke najbolje učinkovitosti što je više moguće . 6. Nazivna izlazna struja (ili nazivni izlazni kapacitet) Označava nazivnu izlaznu struju pretvarača unutar navedenog raspona faktora snage opterećenja. Neki inverterski proizvodi daju nazivni izlazni kapacitet, a njegova jedinica je izražena u VA ili kVA. Nazivni kapacitet pretvarača je umnožak nazivnog izlaznog napona i nazivne izlazne struje kada je izlazni faktor snage 1 (to jest, čisto otporno opterećenje). 7. Mjere zaštite Pretvarač s izvrsnim performansama također bi trebao imati potpune zaštitne funkcije ili mjere za rješavanje raznih neuobičajenih situacija koje se događaju tijekom stvarne uporabe, kako bi zaštitio sam pretvarač i druge komponente sustava od oštećenja. 1) Unesite račun podnaponskog osiguranja: Kada je ulazni napon priključka niži od 85% nazivnog napona, pretvarač treba imati zaštitu i zaslon. 2) Ulazna zaštita od prenapona: Kada je ulazni napon na terminalu viši od 130% nazivnog napona, pretvarač treba imati zaštitu i zaslon. 3) Prekostrujna zaštita: Prekostrujna zaštita pretvarača trebala bi moći osigurati pravodobno djelovanje kada je opterećenje u kratkom spoju ili kada struja premaši dopuštenu vrijednost, kako bi se spriječilo njegovo oštećenje udarnom strujom. Kada radna struja prijeđe 150% nazivne vrijednosti, pretvarač bi trebao imati mogućnost automatske zaštite. 4) izlazna zaštita od kratkog spoja Vrijeme djelovanja zaštite od kratkog spoja pretvarača ne smije biti duže od 0,5 s. 5) Zaštita od obrnutog polariteta ulaza: Kada su pozitivni i negativni pol ulazne stezaljke zamijenjeni, pretvarač bi trebao imati zaštitnu funkciju i zaslon. 6) Zaštita od munje: Pretvarač mora imati zaštitu od munje. 7) Zaštita od previsoke temperature, itd. Osim toga, za pretvarače bez mjera za stabilizaciju napona, pretvarač također treba imati izlazne mjere zaštite od prenapona kako bi se zaštitilo opterećenje od oštećenja zbog prenapona. 8. Polazne karakteristike Karakterizirati sposobnost pretvarača da se pokrene s opterećenjem i performanse tijekom dinamičkog rada. Pretvarač treba osigurati pouzdano pokretanje pod nazivnim opterećenjem. 9. Buka Komponente kao što su transformatori, filtarski induktori, elektromagnetski prekidači i ventilatori u energetskoj elektroničkoj opremi stvarat će buku. Kada pretvarač radi normalno, njegova buka ne smije prelaziti 80 dB, a buka malog pretvarača ne smije prelaziti 65 dB. Vještine odabira solarnih pretvarača