מה זה מהפך סולארי?

כשהעולם צועד קדימה במרדף אחר פתרונות אנרגיה ברי קיימא ונקייה, האנרגיה הסולארית התגלתה כראש מוביל במירוץ לעבר עתיד ירוק יותר. רתימת האנרגיה השופעת והמתחדשת של השמש, מערכות פוטו-וולטאיות סולאריות (PV) זכו לפופולריות נרחבת, וסללו את הדרך לשינוי מדהים באופן שבו אנו מייצרים חשמל. בליבה של כל מערכת PV סולארית טמון מרכיב חיוני המאפשר המרת אור השמש לאנרגיה שמישה:מהפך סולארי. משמשים כגשר בין הפאנלים הסולאריים לרשת החשמל, ממירים סולאריים ממלאים תפקיד חיוני בניצול יעיל של האנרגיה הסולארית. הבנת עקרון העבודה שלהם וחקירת סוגים שונים הם המפתח להבנת המכניקה המרתקת מאחורי המרת אנרגיית השמש. Hאוו האם אSאולרInverterWאורק? מהפך סולארי הוא מכשיר אלקטרוני הממיר את החשמל בזרם ישר (DC) המיוצר על ידי פאנלים סולאריים לחשמל זרם חילופין (AC) שניתן להשתמש בו כדי להפעיל מכשירי חשמל ביתיים ולהזין אותו לרשת החשמל. ניתן לחלק את עקרון העבודה של מהפך סולארי לשלושה שלבים עיקריים: המרה, בקרה ופלט. הֲמָרָה: המהפך הסולארי מקבל תחילה את החשמל DC שנוצר על ידי הפאנלים הסולאריים. חשמל DC זה הוא בדרך כלל בצורה של מתח משתנה המשתנה עם עוצמת אור השמש. המשימה העיקרית של המהפך היא להמיר מתח DC משתנה זה למתח AC יציב המתאים לצריכה. תהליך ההמרה כולל שני מרכיבים מרכזיים: קבוצה של מתגי חשמל אלקטרוניים (בדרך כלל טרנזיסטורים דו-קוטביים עם שער מבודד או IGBT) ושנאי בתדר גבוה. המתגים אחראים להפעלה וכיבוי מהיר של מתח DC, יצירת אות דופק בתדר גבוה. לאחר מכן השנאי מגביר את המתח לרמת מתח AC הרצויה. לִשְׁלוֹט: שלב הבקרה של מהפך סולארי מבטיח שתהליך ההמרה פועל בצורה יעילה ובטוחה. זה כרוך בשימוש באלגוריתמי בקרה ובחיישנים מתוחכמים לניטור וויסות פרמטרים שונים. כמה פונקציות בקרה חשובות כוללות: א. מעקב אחר נקודות כוח מקסימליות (MPPT): לפאנלים סולאריים יש נקודת הפעלה אופטימלית הנקראת נקודת הספק המקסימלית (MPP), שם הם מייצרים את ההספק המרבי עבור עוצמת אור שמש נתונה. אלגוריתם MPPT מתאים באופן רציף את נקודת הפעולה של הפאנלים הסולאריים כדי למקסם את תפוקת הכוח על ידי מעקב אחר MPP. ב. ויסות מתח ותדר: מערכת הבקרה של המהפך שומרת על מתח ותדר AC יציבים, בדרך כלל בהתאם לסטנדרטים של רשת החשמל. זה מבטיח תאימות עם מכשירים חשמליים אחרים ומאפשר אינטגרציה חלקה עם הרשת. ג. סנכרון רשת: ממירים סולאריים המחוברים לרשת מסנכרנים את הפאזה והתדירות של פלט ה-AC עם רשת החשמל. סנכרון זה מאפשר למהפך להזין כוח עודף בחזרה לרשת או לשאוב חשמל מהרשת כאשר הייצור הסולארי אינו מספיק. תְפוּקָה: בשלב הסופי, המהפך הסולארי מספק את חשמל ה-AC המומר לעומסי החשמל או לרשת. ניתן לנצל את הפלט בשתי דרכים: א. מערכות מחוברות לרשת או רשתות: במערכות קשורות לרשת, המהפך הסולארי מזין את חשמל AC ישירות לרשת החשמל. זה מפחית את התלות בתחנות כוח המבוססות על דלק מאובנים ומאפשר מדידת נטו, שבה ניתן לזכות את עודפי החשמל שנוצרו במהלך היום ולהשתמש בהם בתקופות ייצור סולארי נמוך. ב. מערכות מחוץ לרשת: במערכות מחוץ לרשת, המהפך הסולארי טוען בנק סוללות בנוסף לאספקת החשמל לעומסי החשמל. הסוללות אוגרות עודפי אנרגיה סולארית, אותה ניתן לנצל בתקופות של ייצור סולארי נמוך או בלילה כאשר הפאנלים הסולאריים אינם מייצרים חשמל. מאפיינים של ממירי שמש: יְעִילוּת: ממירי שמש מתוכננים לפעול ביעילות גבוהה כדי למקסם את תפוקת האנרגיה של מערכת ה-PV הסולרית. יעילות גבוהה יותר גורמת לאובדן אנרגיה פחות במהלך תהליך ההמרה, מה שמבטיח שחלק גדול יותר מהאנרגיה הסולארית מנוצל ביעילות. תפוקת חשמל: ממירים סולאריים זמינים בדירוגי הספק שונים, החל ממערכות מגורים קטנות ועד מתקנים מסחריים בקנה מידה גדול. יש להתאים את תפוקת ההספק של מהפך לקיבולת של הפאנלים הסולאריים כדי להשיג ביצועים מיטביים. עמידות ואמינות: ממירי שמש חשופים לתנאי סביבה משתנים, לרבות תנודות טמפרטורה, לחות ונחשולים חשמליים פוטנציאליים. לכן, ממירים צריכים להיבנות מחומרים חזקים ומתוכננים לעמוד בתנאים אלה, מה שמבטיח אמינות לטווח ארוך. ניטור ותקשורת: ממירים סולאריים מודרניים רבים מגיעים מצוידים במערכות ניטור המאפשרות למשתמשים לעקוב אחר הביצועים של מערכת ה-PV הסולרית שלהם. חלק מהממירים יכולים גם לתקשר עם התקנים חיצוניים ופלטפורמות תוכנה, לספק נתונים בזמן אמת ולאפשר ניטור ובקרה מרחוק. תכונות בטיחות: ממירים סולאריים משלבים מאפייני בטיחות שונים כדי להגן הן על המערכת והן על האנשים העובדים איתה. תכונות אלו כוללות הגנת מתח יתר, הגנת זרם יתר, זיהוי תקלות באדמה והגנה נגד אי אי, המונעת מהמהפך להזין חשמל לרשת בזמן הפסקות חשמל. סיווג מהפך סולארי לפי דירוג הספק ממירי PV, הידועים גם כממירי שמש, יכולים להיות מסווגים לסוגים שונים על סמך העיצוב, הפונקציונליות והיישום שלהם. הבנת הסיווגים הללו יכולה לעזור בבחירת המהפך המתאים ביותר למערכת PV סולארית ספציפית. להלן הסוגים העיקריים של ממירי PV המסווגים לפי רמת הספק: מהפך לפי רמת הספק: מחולק בעיקר למהפך מבוזר (מהפך מחרוזת וממיר מיקרו), מהפך מרכזי הפוך מחרוזתers: ממירי מחרוזת הם הסוג הנפוץ ביותר של ממירי PV במתקנים סולאריים למגורים ומסחריים, הם נועדו להתמודד עם פאנלים סולאריים מרובים המחוברים בסדרה, ויוצרים "מחרוזת". מחרוזת ה-PV (1-5kw) הפכה למהפך הפופולרי ביותר בשוק הבינלאומי בימינו באמצעות מהפך עם מעקב שיא הספק מרבי בצד DC וחיבור לרשת מקבילה בצד AC. חשמל DC שנוצר על ידי הפאנלים הסולאריים מוזנים לתוך מהפך המיתרים, הממיר אותו לחשמל AC לשימוש מיידי או לייצוא לרשת. ממירי מיתרים ידועים בפשטות, חסכוניות וקלות ההתקנה שלהם. עם זאת, הביצועים של המחרוזת כולה תלויים בפאנל בעל הביצועים הנמוכים ביותר, מה שיכול להשפיע על יעילות המערכת הכוללת. ממירי מיקרו: ממירי מיקרו הם ממירים קטנים המותקנים על כל פאנל סולארי בנפרד במערכת PV. בניגוד לממירי מחרוזת, ממירי מיקרו ממירים את החשמל DC ל-AC ממש ברמת הפאנל. עיצוב זה מאפשר לכל פאנל לפעול באופן עצמאי, תוך אופטימיזציה של תפוקת האנרגיה הכוללת של המערכת. ממירי מיקרו מציעים מספר יתרונות, כולל מעקב אחר נקודות כוח מקסימלי ברמת הפאנל (MPPT), ביצועי מערכת משופרים בפאנלים מוצללים או לא תואמים, בטיחות מוגברת עקב מתח DC נמוך יותר, וניטור מפורט של ביצועי פאנל בודדים. עם זאת, העלות הגבוהה יותר מראש והמורכבות הפוטנציאלית של ההתקנה הם גורמים שיש לקחת בחשבון. ממירים מרכזיים: ממירים מרכזיים, הידועים גם כממירים בקנה מידה גדול או שימושי (>10kW), משמשים בדרך כלל במתקני PV סולאריים בקנה מידה גדול, כגון חוות סולאריות או פרויקטים סולאריים מסחריים. ממירים אלו נועדו להתמודד עם כניסות מתח DC גבוהות ממספר מחרוזות או מערכים של פאנלים סולאריים ולהמיר אותם למתח AC לחיבור לרשת. התכונה הגדולה ביותר היא ההספק הגבוה והעלות הנמוכה של המערכת, אך מכיוון שמתח המוצא והזרם של מיתרי PV שונים לרוב אינם מתאימים בדיוק (במיוחד כאשר מיתרי ה-PV מוצלים חלקית עקב עכירות, צל, כתמים וכו'). , השימוש במהפך מרכזי יוביל ליעילות נמוכה יותר של תהליך ההיפוך ואנרגיה ביתית חשמלית נמוכה יותר. לממירים מרכזיים יש בדרך כלל קיבולת הספק גבוהה יותר בהשוואה לסוגים אחרים, החל ממספר קילוואט ועד כמה מגה וואט. הם מותקנים במיקום מרכזי או בתחנת אינוורטר, ומספר מחרוזות או מערכים של פאנלים סולאריים מחוברים אליהם במקביל. מה עושה מהפך סולארי? ממירים פוטו-וולטאיים משרתים פונקציות מרובות, כולל המרת AC, אופטימיזציה של ביצועי תאים סולאריים והגנה על המערכת. פונקציות אלה כוללות פעולה וכיבוי אוטומטיים, בקרת מעקב מרבית הספק, אנטי אי-אי (עבור מערכות מחוברות לרשת), התאמת מתח אוטומטית (עבור מערכות מחוברות לרשת), זיהוי DC (עבור מערכות המחוברות לרשת), וזיהוי קרקע DC ( עבור מערכות מחוברות לרשת). הבה נחקור בקצרה את פונקציית הפעולה והכיבוי האוטומטיים ואת פונקציית בקרת מעקב ההספק המרבי. 1) תפעול וכיבוי אוטומטי לאחר הזריחה בבוקר, עוצמת קרינת השמש עולה בהדרגה, ותפוקת התאים הסולאריים עולה בהתאם. כאשר מגיע כוח המוצא הנדרש על ידי המהפך, המהפך מתחיל לפעול באופן אוטומטי. לאחר הכניסה לפעולה, המהפך יעקוב אחר תפוקת רכיבי התא הסולארי כל הזמן, כל עוד הספק המוצא של רכיבי התא הסולארי גדול מהספק המוצא הנדרש על ידי המהפך, המהפך ימשיך לפעול; עד שהשקיעה תיפסק, גם אם גשום המהפך גם עובד. כאשר הפלט של מודול התא הסולארי קטן יותר והפלט של המהפך קרוב ל-0, המהפך יהווה מצב המתנה. 2) פונקציית בקרת מעקב כוח מקסימלית הפלט של מודול התא הסולארי משתנה עם עוצמת קרינת השמש והטמפרטורה של מודול התא הסולארי עצמו (טמפרטורת השבב). בנוסף, מכיוון שלמודול התא הסולארי יש את המאפיין שהמתח יורד עם עליית הזרם, אז יש נקודת הפעלה אופטימלית שיכולה להשיג את ההספק המרבי. עוצמת קרינת השמש משתנה, ברור שגם נקודת העבודה הטובה ביותר משתנה. ביחס לשינויים אלו, נקודת הפעולה של מודול התא הסולארי היא תמיד בנקודת ההספק המקסימלית, והמערכת תמיד משיגה את תפוקת ההספק המקסימלית ממודול התא הסולארי. סוג זה של שליטה הוא בקרת מעקב הכוח המקסימלית. המאפיין הגדול ביותר של המהפך המשמש במערכת ייצור האנרגיה הסולארית הוא הפונקציה של מעקב אחר נקודות הספק המרבי (MPPT). האינדיקטורים הטכניים העיקריים של מהפך פוטו-וולטאי 1. יציבות מתח המוצא במערכת הפוטו-וולטאית, האנרגיה החשמלית המופקת מהתא הסולארי מאוחסנת תחילה על ידי הסוללה, ולאחר מכן מומרת לזרם חילופין של 220V או 380V דרך המהפך. עם זאת, הסוללה מושפעת מהטעינה והפריקה שלה, ומתח המוצא שלה משתנה בטווח גדול. לדוגמה, לסוללת 12V הנומינלית יש ערך מתח שיכול להשתנות בין 10.8 ל-14.4V (מעבר לטווח זה עלול לגרום נזק לסוללה). עבור מהפך מוסמך, כאשר מתח מסוף הכניסה משתנה בטווח זה, השונות של מתח המוצא שלו במצב יציב לא תעלה על Plusmn; 5% מהערך המדורג. יחד עם זאת, כאשר העומס משתנה באופן פתאומי, סטיית מתח המוצא שלו לא תעלה על ±10% מעל הערך המדורג. 2. עיוות צורת גל של מתח המוצא עבור ממירי גלי סינוס, יש לציין את עיוות צורת הגל המקסימלי המותר (או תוכן הרמוני). זה מתבטא בדרך כלל על ידי עיוות צורת הגל הכולל של מתח המוצא, והערך שלו לא יעלה על 5% (מותרים 10% עבור פלט חד פאזי). מכיוון שפלט הזרם ההרמוני מסדר גבוה על ידי המהפך יגרום להפסדים נוספים כגון זרמי מערבולת על העומס האינדוקטיבי, אם עיוות צורת הגל של המהפך גדול מדי, הוא יגרום לחימום רציני של מרכיבי העומס, דבר שאינו תורם ל הבטיחות של ציוד חשמלי ומשפיעה באופן רציני על המערכת. יעילות תפעולית. 3. תדר פלט מדורג לעומסים לרבות מנועים, כגון מכונות כביסה, מקררים וכדומה, מאחר שנקודת ההפעלה בתדר האופטימלית של המנועים היא 50Hz, תדרים גבוהים או נמוכים מדי יגרמו להתחממות הציוד, ויפחיתו את יעילות הפעולה וחיי השירות של המערכת, אז תדר המוצא של המהפך צריך להיות בערך יציב יחסית, בדרך כלל תדר הספק 50Hz, והסטייה שלו צריכה להיות בטווח של Plusmn;l% בתנאי עבודה רגילים. 4. גורם כוח עומס אפיין את יכולת המהפך בעומס אינדוקטיבי או עומס קיבולי. גורם כוח העומס של מהפך גלי הסינוס הוא 0.7~0.9, והערך המדורג הוא 0.9. במקרה של הספק עומס מסוים, אם מקדם ההספק של המהפך נמוך, הקיבולת של המהפך הנדרש תגדל. מצד אחד, העלות תגדל, ובמקביל, הכוח הנראה של מעגל AC של המערכת הפוטו-וולטאית יגדל. ככל שהזרם גדל, ההפסד בהכרח יגדל, וגם יעילות המערכת תרד. 5. יעילות אינוורטר היעילות של המהפך מתייחסת ליחס בין הספק המוצא שלו להספק המבוא בתנאי עבודה מוגדרים, מבוטא באחוזים. באופן כללי, היעילות הנומינלית של מהפך פוטו-וולטאי מתייחסת לעומס התנגדות טהור. בתנאי של יעילות של 80% עומס. מכיוון שהעלות הכוללת של המערכת הפוטו-וולטאית גבוהה, יש למקסם את היעילות של המהפך הפוטו-וולטאי כדי להפחית את עלות המערכת ולשפר את ביצועי העלות של המערכת הפוטו-וולטאית. נכון להיום, היעילות הנומינלית של ממירי מיינסטרים היא בין 80% ל-95%, והיעילות של ממירים בעלי הספק נמוך נדרשת להיות לא פחות מ-85%. בתהליך התכנון בפועל של מערכת פוטו-וולטאית, יש לבחור לא רק במהפך בעל יעילות גבוהה, אלא גם להשתמש בתצורה סבירה של המערכת כדי לגרום לעומס של המערכת הפוטו-וולטאית לעבוד ליד נקודת היעילות הטובה ביותר ככל האפשר. . 6. זרם פלט מדורג (או קיבולת פלט מדורג) מציין את זרם המוצא המדורג של המהפך בטווח גורם הספק העומס שצוין. חלק ממוצרי אינוורטר נותנים את קיבולת הפלט המדורגת, והיחידה שלו מבוטאת ב-VA או kVA. הקיבולת המדורגת של המהפך היא התוצר של מתח המוצא המדורג וזרם המוצא המדורג כאשר מקדם ההספק של המוצא הוא 1 (כלומר עומס התנגדות גרידא). 7. אמצעי הגנה למהפך בעל ביצועים מעולים צריכים להיות גם פונקציות הגנה או אמצעים מלאים להתמודדות עם מצבים חריגים שונים המתרחשים במהלך השימוש בפועל, כדי להגן על המהפך עצמו ושאר רכיבי המערכת מפני נזק. 1) הכנס לחשבון ביטוח תת-מתח: כאשר מתח מסוף הכניסה נמוך מ-85% מהמתח הנקוב, על המהפך להיות בעל הגנה ותצוגה. 2) מגן מתח יתר כניסה: כאשר מתח מסוף הכניסה גבוה מ-130% מהמתח המדורג, על המהפך להיות בעל הגנה ותצוגה. 3) הגנת זרם יתר: הגנת זרם יתר של המהפך אמורה להיות מסוגלת להבטיח פעולה בזמן כאשר העומס מקוצר או שהזרם חורג מהערך המותר, כדי למנוע ממנו להינזק על ידי זרם הנחשול. כאשר זרם העבודה עולה על 150% מהערך המדורג, המהפך אמור להיות מסוגל להגן באופן אוטומטי. 4) הגנה מפני קצר חשמלי בפלט זמן פעולת ההגנה מפני קצר חשמלי של המהפך לא יעלה על 0.5 שניות. 5) הגנת קוטביות הפוכה בכניסה: כאשר הקטבים החיובי והשלילי של מסוף הקלט הופכים, למהפך צריך להיות פונקציית הגנה ותצוגה. 6) הגנת ברקים: למהפך צריך להיות הגנה מפני ברקים. 7) הגנה מפני טמפרטורת יתר וכו'. בנוסף, עבור ממירים ללא אמצעי ייצוב מתח, למהפך צריכים להיות גם אמצעי הגנה מפני מתח יתר במוצא כדי להגן על העומס מפני נזקי מתח יתר. 8. מאפייני התחלה לאפיין את יכולתו של הממיר להתחיל בעומס ואת הביצועים בזמן פעולה דינמית. המהפך אמור להבטיח התנעה אמינה תחת עומס מדורג. 9. רעש רכיבים כגון שנאים, משרני פילטרים, מתגים אלקטרומגנטיים ומאווררים בציוד אלקטרוני הספק ייצרו רעש. כאשר המהפך פועל כרגיל, הרעש שלו לא יעלה על 80dB, והרעש של מהפך קטן לא יעלה על 65dB. מיומנויות בחירה של ממירי שמש