co to jest falownik solarny?

W miarę jak świat postępuje naprzód w dążeniu do zrównoważonych i czystych rozwiązań energetycznych, energia słoneczna stała się liderem w wyścigu ku bardziej ekologicznej przyszłości. Wykorzystując obfitą i odnawialną energię słoneczną, systemy fotowoltaiczne (PV) zyskały powszechną popularność, torując drogę do niezwykłej transformacji sposobu wytwarzania energii elektrycznej. W sercu każdego systemu fotowoltaicznego leży kluczowy element umożliwiający konwersję światła słonecznego na energię użyteczną:falownik solarny. Działając jako pomost między panelami słonecznymi a siecią elektryczną, falowniki słoneczne odgrywają kluczową rolę w efektywnym wykorzystaniu energii słonecznej. Zrozumienie ich zasady działania i poznanie ich różnych typów jest kluczem do zrozumienia fascynującej mechaniki konwersji energii słonecznej. Hoch, czy ASolarIfalownikWork? Falownik fotowoltaiczny to urządzenie elektroniczne, które przekształca energię elektryczną prądu stałego (DC) wytwarzaną przez panele słoneczne na energię elektryczną prądu przemiennego (AC), która może być wykorzystywana do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego i wprowadzana do sieci elektrycznej. Zasadę działania falownika słonecznego można podzielić na trzy główne etapy: konwersję, sterowanie i moc wyjściową. Konwersja: Falownik fotowoltaiczny najpierw odbiera prąd stały wytwarzany przez panele słoneczne. Ta energia elektryczna prądu stałego ma zazwyczaj postać zmiennego napięcia, które zmienia się w zależności od intensywności światła słonecznego. Podstawowym zadaniem falownika jest konwersja tego zmiennego napięcia stałego na stabilne napięcie prądu przemiennego, nadające się do spożycia. Proces konwersji obejmuje dwa kluczowe elementy: zestaw przełączników energoelektronicznych (zwykle tranzystory bipolarne z izolowaną bramką, czyli IGBT) i transformator wysokiej częstotliwości. Przełączniki odpowiadają za szybkie załączanie i wyłączanie napięcia stałego, tworząc sygnał impulsowy o wysokiej częstotliwości. Następnie transformator zwiększa napięcie do pożądanego poziomu napięcia prądu przemiennego. Kontrola: Etap kontrolny falownika fotowoltaicznego zapewnia, że ​​proces konwersji przebiega efektywnie i bezpiecznie. Polega na wykorzystaniu wyrafinowanych algorytmów sterujących i czujników do monitorowania i regulacji różnych parametrów. Niektóre ważne funkcje sterujące obejmują: A. Śledzenie maksymalnego punktu mocy (MPPT): Panele słoneczne mają optymalny punkt pracy zwany maksymalnym punktem mocy (MPP), w którym wytwarzają maksymalną moc dla danego natężenia światła słonecznego. Algorytm MPPT stale dostosowuje punkt pracy paneli słonecznych, aby zmaksymalizować moc wyjściową, śledząc MPP. B. Regulacja napięcia i częstotliwości: Układ sterowania falownika utrzymuje stabilne napięcie wyjściowe i częstotliwość prądu przemiennego, zazwyczaj zgodnie ze standardami sieci elektroenergetycznej. Zapewnia to kompatybilność z innymi urządzeniami elektrycznymi i pozwala na bezproblemową integrację z siecią. C. Synchronizacja sieci: Inwertery fotowoltaiczne podłączone do sieci synchronizują fazę i częstotliwość wyjścia prądu przemiennego z siecią elektroenergetyczną. Ta synchronizacja umożliwia falownikowi oddawanie nadwyżki energii z powrotem do sieci lub pobieranie energii z sieci, gdy produkcja energii słonecznej jest niewystarczająca. Wyjście: W końcowym etapie falownik solarny dostarcza przekonwertowaną energię elektryczną prądu przemiennego do odbiorników elektrycznych lub sieci. Dane wyjściowe można wykorzystać na dwa sposoby: A. Systemy podłączone do sieci lub podłączone do sieci: W systemach podłączonych do sieci falownik fotowoltaiczny dostarcza prąd przemienny bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej. Zmniejsza to zależność od elektrowni wykorzystujących paliwa kopalne i umożliwia pomiary netto, w ramach których nadwyżka energii elektrycznej wytworzonej w ciągu dnia może zostać przelana i wykorzystana w okresach niskiej produkcji energii słonecznej. B. Systemy poza siecią: W systemach poza siecią falownik solarny ładuje zestaw akumulatorów oprócz dostarczania energii do odbiorników elektrycznych. Baterie przechowują nadmiar energii słonecznej, którą można wykorzystać w okresach małej produkcji energii słonecznej lub w nocy, gdy panele słoneczne nie wytwarzają prądu. Charakterystyka falowników fotowoltaicznych: Efektywność: Falowniki fotowoltaiczne są zaprojektowane do pracy z wysoką wydajnością, aby zmaksymalizować uzysk energii z systemu fotowoltaicznego. Wyższa wydajność powoduje mniejsze straty energii podczas procesu konwersji, zapewniając efektywne wykorzystanie większej części energii słonecznej. Moc wyjściowa: Falowniki fotowoltaiczne są dostępne w różnych mocach znamionowych, od małych systemów mieszkaniowych po wielkoskalowe instalacje komercyjne. Aby uzyskać optymalną wydajność, moc wyjściowa falownika powinna być odpowiednio dopasowana do mocy paneli słonecznych. Trwałość i niezawodność: Falowniki fotowoltaiczne są narażone na działanie zmiennych warunków środowiskowych, w tym wahań temperatury, wilgotności i potencjalnych przepięć elektrycznych. Dlatego falowniki powinny być zbudowane z wytrzymałych materiałów i zaprojektowane tak, aby wytrzymać te warunki, zapewniając długoterminową niezawodność. Monitorowanie i komunikacja: Wiele nowoczesnych inwerterów fotowoltaicznych jest wyposażonych w systemy monitorowania, które pozwalają użytkownikom śledzić wydajność ich systemu fotowoltaicznego. Niektóre falowniki mogą również komunikować się z urządzeniami zewnętrznymi i platformami oprogramowania, dostarczając dane w czasie rzeczywistym i umożliwiając zdalne monitorowanie i sterowanie. Funkcje bezpieczeństwa: Falowniki fotowoltaiczne zawierają różne funkcje bezpieczeństwa, które chronią zarówno system, jak i osoby z nim pracujące. Funkcje te obejmują ochronę przed przepięciem, ochronę nadprądową, wykrywanie zwarcia doziemnego i ochronę przed wyspą, która zapobiega dostarczaniu energii przez falownik do sieci podczas przerw w dostawie prądu. Klasyfikacja falowników fotowoltaicznych według mocy znamionowej Falowniki fotowoltaiczne, zwane również falownikami fotowoltaicznymi, można podzielić na różne typy w zależności od ich konstrukcji, funkcjonalności i zastosowania. Zrozumienie tych klasyfikacji może pomóc w wyborze najbardziej odpowiedniego falownika dla konkretnego systemu fotowoltaicznego. Poniżej przedstawiono główne typy falowników fotowoltaicznych sklasyfikowanych według poziomu mocy: Falownik według poziomu mocy: podzielony głównie na falownik rozproszony (inwerter szeregowy i mikroinwerter), falownik scentralizowany Odwrócenie ciąguoni: Falowniki stringowe to najczęściej stosowany typ falowników fotowoltaicznych w domowych i komercyjnych instalacjach fotowoltaicznych. Są one przeznaczone do obsługi wielu paneli słonecznych połączonych szeregowo, tworząc „ciąg”. Ciąg fotowoltaiczny (1-5 kW) stał się obecnie najpopularniejszym falownikiem na rynku międzynarodowym dzięki falownikowi ze śledzeniem maksymalnej mocy szczytowej po stronie prądu stałego i równoległym podłączeniem do sieci po stronie prądu przemiennego. Energia elektryczna prądu stałego wytwarzana przez panele słoneczne jest wprowadzana do falownika szeregowego, który przekształca ją w energię elektryczną prądu przemiennego do natychmiastowego wykorzystania lub eksportu do sieci. Falowniki stringowe są znane ze swojej prostoty, opłacalności i łatwości instalacji. Jednakże wydajność całego ciągu zależy od panelu o najniższej wydajności, co może mieć wpływ na ogólną wydajność systemu. Mikroinwertery: Mikroinwertery to małe falowniki instalowane na każdym panelu słonecznym w systemie fotowoltaicznym. W przeciwieństwie do inwerterów stringowych, mikroinwertery przekształcają prąd stały na prąd przemienny bezpośrednio na poziomie panelu. Taka konstrukcja umożliwia niezależną pracę każdego panelu, optymalizując całkowitą moc wyjściową systemu. Mikroinwertery oferują kilka korzyści, w tym śledzenie maksymalnego punktu mocy na poziomie panelu (MPPT), lepszą wydajność systemu w przypadku zacienionych lub niedopasowanych paneli, zwiększone bezpieczeństwo dzięki niższym napięciom prądu stałego oraz szczegółowe monitorowanie wydajności poszczególnych paneli. Należy jednak wziąć pod uwagę wyższy koszt początkowy i potencjalną złożoność instalacji. Scentralizowane falowniki: Falowniki scentralizowane, znane również jako falowniki duże lub falowniki na skalę przemysłową (> 10 kW), są powszechnie stosowane w wielkoskalowych instalacjach fotowoltaicznych, takich jak farmy fotowoltaiczne lub komercyjne projekty fotowoltaiczne. Falowniki te są przeznaczone do obsługi wysokiego napięcia wejściowego prądu stałego z wielu ciągów lub układów paneli słonecznych i przekształcania ich w energię prądu przemiennego w celu podłączenia do sieci. Największą cechą jest duża moc i niski koszt systemu, ale ponieważ napięcie wyjściowe i prąd różnych ciągów fotowoltaicznych często nie są dokładnie dopasowane (zwłaszcza gdy ciągi fotowoltaiczne są częściowo zacienione z powodu zachmurzenia, cienia, plam itp.) zastosowanie scentralizowanego falownika doprowadzi do niższej wydajności procesu odwracania i niższego zużycia energii elektrycznej w gospodarstwie domowym. Falowniki scentralizowane mają zazwyczaj większą moc w porównaniu do innych typów, od kilku kilowatów do kilku megawatów. Instaluje się je w centralnej lokalizacji lub stacji inwerterowej i równolegle podłącza się do nich wiele ciągów lub układów paneli słonecznych. Do czego służy falownik fotowoltaiczny? Falowniki fotowoltaiczne spełniają wiele funkcji, w tym konwersję prądu przemiennego, optymalizację wydajności ogniw słonecznych i ochronę systemu. Funkcje te obejmują automatyczne działanie i wyłączanie, kontrolę śledzenia maksymalnej mocy, zabezpieczenie przed pracą wyspową (w przypadku systemów podłączonych do sieci), automatyczną regulację napięcia (w przypadku systemów podłączonych do sieci), wykrywanie prądu stałego (w przypadku systemów podłączonych do sieci) oraz wykrywanie uziemienia prądu stałego (w przypadku systemów podłączonych do sieci). dla systemów podłączonych do sieci). Przyjrzyjmy się pokrótce funkcji automatycznego działania i wyłączania oraz funkcji kontroli śledzenia mocy maksymalnej. 1) Funkcja automatycznego działania i wyłączania Rano po wschodzie słońca intensywność promieniowania słonecznego stopniowo wzrasta, a tym samym zwiększa się moc ogniw słonecznych. Po osiągnięciu wymaganej przez falownik mocy wyjściowej, falownik rozpoczyna pracę automatycznie. Po wejściu w tryb pracy falownik będzie cały czas monitorował moc wyjściową elementów ogniw słonecznych, dopóki moc wyjściowa elementów ogniw słonecznych będzie większa niż moc wyjściowa wymagana przez falownik, falownik będzie kontynuował pracę; aż do zachodu słońca, nawet jeśli będzie deszczowo. Falownik również działa. Kiedy moc wyjściowa modułu ogniw słonecznych stanie się mniejsza, a moc wyjściowa falownika będzie bliska 0, falownik przejdzie w stan gotowości. 2) Funkcja kontroli śledzenia maksymalnej mocy Moc wyjściowa modułu ogniwa słonecznego zmienia się w zależności od intensywności promieniowania słonecznego i temperatury samego modułu ogniwa słonecznego (temperatury chipa). Ponadto, ponieważ moduł ogniw słonecznych ma tę cechę, że napięcie maleje wraz ze wzrostem prądu, istnieje więc optymalny punkt pracy, w którym można uzyskać maksymalną moc. Zmienia się intensywność promieniowania słonecznego, oczywiście zmienia się także najlepszy punkt pracy. W związku z tymi zmianami punkt pracy modułu ogniwa słonecznego zawsze odpowiada punktowi maksymalnej mocy, a system zawsze uzyskuje maksymalną moc wyjściową z modułu ogniwa słonecznego. Ten rodzaj kontroli to kontrola śledzenia maksymalnej mocy. Największą cechą falownika stosowanego w systemie wytwarzania energii słonecznej jest funkcja śledzenia punktu maksymalnej mocy (MPPT). Główne wskaźniki techniczne falownika fotowoltaicznego 1. Stabilność napięcia wyjściowego W systemie fotowoltaicznym energia elektryczna wytwarzana przez ogniwo słoneczne jest najpierw magazynowana w akumulatorze, a następnie przetwarzana przez falownik na prąd przemienny o napięciu 220 V lub 380 V. Jednakże akumulator podlega własnemu ładowaniu i rozładowywaniu, a jego napięcie wyjściowe zmienia się w dużym zakresie. Na przykład nominalny akumulator 12 V ma wartość napięcia, która może wahać się pomiędzy 10,8 a 14,4 V (przekroczenie tego zakresu może spowodować uszkodzenie akumulatora). W przypadku kwalifikowanego falownika, gdy napięcie na zaciskach wejściowych zmienia się w tym zakresie, zmiana jego napięcia wyjściowego w stanie ustalonym nie powinna przekraczać Plusmn; 5% wartości znamionowej. Jednocześnie w przypadku nagłej zmiany obciążenia odchylenie napięcia wyjściowego nie powinno przekraczać ±10% wartości znamionowej. 2. Zniekształcenie przebiegu napięcia wyjściowego W przypadku falowników sinusoidalnych należy określić maksymalne dopuszczalne zniekształcenie przebiegu (lub zawartość harmonicznych). Wyraża się go zazwyczaj poprzez całkowite zniekształcenie przebiegu napięcia wyjściowego, a jego wartość nie powinna przekraczać 5% (dla wyjścia jednofazowego dopuszczalne jest 10%). Ponieważ prąd harmoniczny wyższego rzędu wytwarzany przez falownik będzie generował dodatkowe straty, takie jak prądy wirowe na obciążeniu indukcyjnym, jeśli zniekształcenie kształtu fali falownika będzie zbyt duże, spowoduje to poważne nagrzewanie się elementów obciążenia, co nie sprzyja bezpieczeństwo sprzętu elektrycznego i poważnie wpływa na system. efektywność operacyjna. 3. Znamionowa częstotliwość wyjściowa W przypadku obciążeń obejmujących silniki, takie jak pralki, lodówki itp., ponieważ optymalny punkt pracy częstotliwości silników wynosi 50 Hz, zbyt wysokie lub zbyt niskie częstotliwości spowodują nagrzewanie się sprzętu, zmniejszając wydajność operacyjną i żywotność systemu, więc częstotliwość wyjściowa falownika powinna mieć względnie stabilną wartość, zwykle częstotliwość zasilania 50 Hz, a jej odchylenie powinno mieścić się w granicach Plusmn;l% w normalnych warunkach pracy. 4. Współczynnik mocy obciążenia Scharakteryzować zdolność falownika do obciążenia indukcyjnego lub pojemnościowego. Współczynnik mocy obciążenia falownika sinusoidalnego wynosi 0,7 ~ 0,9, a wartość znamionowa wynosi 0,9. W przypadku określonej mocy obciążenia, jeśli współczynnik mocy falownika jest niski, wydajność wymaganego falownika wzrośnie. Z jednej strony wzrosną koszty, a jednocześnie wzrośnie moc pozorna obwodu prądu przemiennego instalacji fotowoltaicznej. Wraz ze wzrostem prądu straty nieuchronnie wzrosną, a wydajność systemu również spadnie. 5. Sprawność falownika Sprawność falownika to stosunek jego mocy wyjściowej do mocy wejściowej w określonych warunkach pracy, wyrażony w procentach. Ogólnie rzecz biorąc, wydajność nominalna falownika fotowoltaicznego odnosi się do czystego obciążenia rezystancyjnego. Pod warunkiem sprawności obciążenia 80%. Ponieważ całkowity koszt systemu fotowoltaicznego jest wysoki, należy zmaksymalizować wydajność falownika fotowoltaicznego, aby obniżyć koszty systemu i poprawić wydajność kosztową systemu fotowoltaicznego. Obecnie nominalna sprawność falowników głównego nurtu mieści się w przedziale od 80% do 95%, a sprawność falowników małej mocy musi wynosić nie mniej niż 85%. W rzeczywistym procesie projektowania systemu fotowoltaicznego należy nie tylko dobrać falownik o wysokiej sprawności, ale także zastosować rozsądną konfigurację systemu, aby obciążenie systemu fotowoltaicznego pracowało w miarę możliwości w pobliżu najlepszego punktu sprawności. . 6. Znamionowy prąd wyjściowy (lub znamionowa moc wyjściowa) Wskazuje znamionowy prąd wyjściowy falownika w określonym zakresie współczynnika mocy obciążenia. Niektóre produkty inwerterowe podają znamionową moc wyjściową, a jej jednostkę wyraża się w VA lub kVA. Moc znamionowa falownika jest iloczynem znamionowego napięcia wyjściowego i znamionowego prądu wyjściowego, gdy wyjściowy współczynnik mocy wynosi 1 (tj. obciążenie czysto rezystancyjne). 7. Środki ochrony Falownik o doskonałych parametrach powinien posiadać także kompletne funkcje zabezpieczające lub środki zapobiegające różnym nietypowym sytuacjom, które mogą wystąpić podczas rzeczywistego użytkowania, aby chronić sam falownik i inne elementy systemu przed uszkodzeniem. 1) Podaj konto ubezpieczenia podnapięciowego: Gdy napięcie na zaciskach wejściowych jest niższe niż 85% napięcia znamionowego, falownik powinien być wyposażony w zabezpieczenie i wyświetlacz. 2) Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe wejścia: Gdy napięcie na zaciskach wejściowych jest wyższe niż 130% napięcia znamionowego, falownik powinien być wyposażony w zabezpieczenie i wyświetlacz. 3) Zabezpieczenie nadprądowe: Zabezpieczenie nadprądowe falownika powinno zapewniać szybkie działanie w przypadku zwarcia obciążenia lub gdy prąd przekroczy dopuszczalną wartość, aby zapobiec uszkodzeniu go przez prąd udarowy. Gdy prąd roboczy przekracza 150% wartości znamionowej, falownik powinien mieć możliwość automatycznego zabezpieczenia. 4) zabezpieczenie przed zwarciem wyjścia Czas działania zabezpieczenia zwarciowego falownika nie powinien przekraczać 0,5s. 5) Zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją wejścia: Gdy bieguny dodatni i ujemny zacisku wejściowego zostaną odwrócone, falownik powinien mieć funkcję zabezpieczającą i wyświetlacz. 6) Ochrona odgromowa: Falownik powinien posiadać ochronę odgromową. 7) Ochrona przed przegrzaniem itp. Dodatkowo, w przypadku falowników bez środków stabilizacji napięcia, falownik powinien być również wyposażony w zabezpieczenia przed przepięciem wyjściowym, aby chronić obciążenie przed uszkodzeniami spowodowanymi przepięciem. 8. Charakterystyka rozruchowa Scharakteryzować zdolność falownika do rozruchu pod obciążeniem oraz zachowanie podczas pracy dynamicznej. Falownik powinien zapewniać niezawodny rozruch pod obciążeniem znamionowym. 9. Hałas Elementy takie jak transformatory, cewki filtrujące, przełączniki elektromagnetyczne i wentylatory w sprzęcie energoelektronicznym będą generować hałas. Gdy falownik pracuje normalnie, jego hałas nie powinien przekraczać 80 dB, a hałas małego falownika nie powinien przekraczać 65 dB. Umiejętności doboru falowników fotowoltaicznych