что такое солнечный инвертор?

По мере того, как мир продвигается вперед в поисках устойчивых и экологически чистых энергетических решений, солнечная энергетика стала лидером в гонке за более «зеленое» будущее. Используя обильную и возобновляемую солнечную энергию, солнечные фотоэлектрические (PV) системы завоевали широкую популярность, прокладывая путь к замечательной трансформации в способах производства электроэнергии. В основе каждой солнечной фотоэлектрической системы лежит важнейший компонент, который позволяет преобразовывать солнечный свет в полезную энергию:солнечный инвертор. Выступая в качестве моста между солнечными панелями и электрической сетью, солнечные инверторы играют жизненно важную роль в эффективном использовании солнечной энергии. Понимание принципа их работы и изучение их различных типов является ключом к пониманию увлекательной механики преобразования солнечной энергии. Hой, АSоларIинвертерWорк? Солнечный инвертор — это электронное устройство, которое преобразует электричество постоянного тока (DC), вырабатываемое солнечными панелями, в электричество переменного тока (AC), которое можно использовать для питания бытовых приборов и подавать в электрическую сеть. Принцип работы солнечного инвертора можно разделить на три основных этапа: преобразование, управление и выход. Преобразование: Солнечный инвертор сначала получает электричество постоянного тока, вырабатываемое солнечными панелями. Это электричество постоянного тока обычно имеет форму переменного напряжения, которое меняется в зависимости от интенсивности солнечного света. Основная задача инвертора — преобразовать это переменное постоянное напряжение в стабильное переменное напряжение, пригодное для потребления. Процесс преобразования включает в себя два ключевых компонента: набор силовых электронных переключателей (обычно биполярные транзисторы с изолированным затвором или IGBT) и высокочастотный трансформатор. Переключатели отвечают за быстрое включение и выключение постоянного напряжения, создавая высокочастотный импульсный сигнал. Затем трансформатор повышает напряжение до желаемого уровня переменного напряжения. Контроль: Стадия управления солнечным инвертором обеспечивает эффективность и безопасность процесса преобразования. Он предполагает использование сложных алгоритмов управления и датчиков для мониторинга и регулирования различных параметров. Некоторые важные функции управления включают в себя: а. Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT). Солнечные панели имеют оптимальную рабочую точку, называемую точкой максимальной мощности (MPPT), где они производят максимальную мощность при заданной интенсивности солнечного света. Алгоритм MPPT непрерывно регулирует рабочую точку солнечных панелей, чтобы максимизировать выходную мощность, отслеживая MPP. б. Регулирование напряжения и частоты. Система управления инвертором поддерживает стабильное выходное напряжение и частоту переменного тока, как правило, в соответствии со стандартами электросети. Это обеспечивает совместимость с другими электрическими устройствами и обеспечивает плавную интеграцию с сетью. в. Синхронизация сети: солнечные инверторы, подключенные к сети, синхронизируют фазу и частоту выходного переменного тока с энергосистемой. Эта синхронизация позволяет инвертору подавать избыточную мощность обратно в сеть или получать энергию из сети, когда выработка солнечной энергии недостаточна. Выход: На заключительном этапе солнечный инвертор подает преобразованную электроэнергию переменного тока в электрические нагрузки или в сеть. Полученный результат можно использовать двумя способами: а. Системы, подключенные к сети или подключенные к сети: в системах, связанных с сетью, солнечный инвертор подает электричество переменного тока непосредственно в энергосистему. Это снижает зависимость от электростанций, работающих на ископаемом топливе, и позволяет осуществлять чистые измерения, при которых избыточная электроэнергия, вырабатываемая в течение дня, может быть зачтена и использована в периоды низкого уровня производства солнечной энергии. б. Автономные системы. В автономных системах солнечный инвертор не только подает питание на электрические нагрузки, но и заряжает аккумуляторную батарею. Аккумуляторы накапливают избыточную солнечную энергию, которую можно использовать в периоды низкой выработки солнечной энергии или ночью, когда солнечные панели не вырабатывают электроэнергию. Характеристики солнечных инверторов: Эффективность: Солнечные инверторы предназначены для работы с высокой эффективностью, чтобы максимизировать выход энергии солнечной фотоэлектрической системы. Более высокая эффективность приводит к меньшим потерям энергии в процессе преобразования, гарантируя эффективное использование большей части солнечной энергии. Выходная мощность: Солнечные инверторы доступны с различной номинальной мощностью: от небольших бытовых систем до крупномасштабных коммерческих установок. Выходная мощность инвертора должна быть соответствующим образом согласована с мощностью солнечных панелей для достижения оптимальной производительности. Долговечность и надежность: Солнечные инверторы подвергаются воздействию различных условий окружающей среды, включая колебания температуры, влажности и потенциальные скачки напряжения. Поэтому инверторы должны быть изготовлены из прочных материалов и рассчитаны на работу в таких условиях, обеспечивая долгосрочную надежность. Мониторинг и коммуникация: Многие современные солнечные инверторы оснащены системами мониторинга, которые позволяют пользователям отслеживать производительность своей солнечной фотоэлектрической системы. Некоторые инверторы также могут взаимодействовать с внешними устройствами и программными платформами, предоставляя данные в реальном времени и обеспечивая удаленный мониторинг и управление. Функции безопасности: Солнечные инверторы включают в себя различные функции безопасности для защиты как системы, так и людей, работающих с ней. Эти функции включают в себя защиту от перенапряжения, защиту от перегрузки по току, обнаружение замыкания на землю и защиту от изолирования, которая предотвращает подачу энергии инвертором в сеть во время перебоев в подаче электроэнергии. Классификация солнечных инверторов по номинальной мощности Фотоэлектрические инверторы, также известные как солнечные инверторы, можно разделить на различные типы в зависимости от их конструкции, функциональности и применения. Понимание этих классификаций может помочь в выборе наиболее подходящего инвертора для конкретной солнечной фотоэлектрической системы. Ниже приведены основные типы фотоэлектрических инверторов, классифицированные по уровню мощности: Инвертор в зависимости от уровня мощности: в основном делится на распределенный инвертор (струнный инвертор и микроинвертор), централизованный инвертор. Инвертирование строкэр: Струнные инверторы являются наиболее часто используемым типом фотоэлектрических инверторов в бытовых и коммерческих солнечных установках. Они предназначены для работы с несколькими солнечными панелями, соединенными последовательно, образуя «струну». Фотоэлектрическая цепочка (1–5 кВт) в настоящее время стала самым популярным инвертором на международном рынке благодаря инвертору с отслеживанием максимальной пиковой мощности на стороне постоянного тока и параллельным подключением к сети на стороне переменного тока. Электричество постоянного тока, вырабатываемое солнечными панелями, подается в струнный инвертор, который преобразует его в электричество переменного тока для немедленного использования или для экспорта в сеть. Струнные инверторы известны своей простотой, экономичностью и легкостью установки. Однако производительность всей цепочки зависит от панели с наименьшей производительностью, что может повлиять на общую эффективность системы. Микроинверторы: Микроинверторы — это небольшие инверторы, которые устанавливаются на каждую отдельную солнечную панель в фотоэлектрической системе. В отличие от струнных инверторов, микроинверторы преобразуют электричество постоянного тока в переменное прямо на уровне панели. Такая конструкция позволяет каждой панели работать независимо, оптимизируя общую выходную мощность системы. Микроинверторы предлагают несколько преимуществ, включая отслеживание точки максимальной мощности на уровне панели (MPPT), улучшенную производительность системы на затененных или несогласованных панелях, повышенную безопасность за счет более низкого напряжения постоянного тока и детальный мониторинг производительности отдельной панели. Однако следует учитывать более высокие первоначальные затраты и потенциальную сложность установки. Централизованные инверторы: Централизованные инверторы, также известные как инверторы большого или коммунального масштаба (>10 кВт), обычно используются в крупномасштабных солнечных фотоэлектрических установках, таких как солнечные фермы или коммерческие солнечные проекты. Эти инверторы предназначены для обработки высоких входных мощностей постоянного тока от нескольких цепочек или массивов солнечных панелей и преобразования их в мощность переменного тока для подключения к сети. Самой большой особенностью является высокая мощность и низкая стоимость системы, но поскольку выходное напряжение и ток различных фотоэлектрических цепочек часто не точно совпадают (особенно когда фотоэлектрические цепочки частично затенены из-за облачности, тени, пятен и т. Использование централизованного инвертора приведет к снижению эффективности процесса инвертирования и снижению потребления электроэнергии в домашних условиях. Централизованные инверторы обычно имеют более высокую мощность по сравнению с другими типами: от нескольких киловатт до нескольких мегаватт. Они устанавливаются в центральном месте или на инверторной станции, и к ним параллельно подключаются несколько цепочек или массивов солнечных панелей. Что делает солнечный инвертор? Фотоэлектрические инверторы выполняют множество функций, включая преобразование переменного тока, оптимизацию производительности солнечных батарей и защиту системы. Эти функции включают в себя автоматическую работу и отключение, контроль максимальной мощности, защиту от изолирования (для систем, подключенных к сети), автоматическую регулировку напряжения (для систем, подключенных к сети), обнаружение постоянного тока (для систем, подключенных к сети) и обнаружение заземления постоянного тока ( для сетевых систем). Давайте кратко рассмотрим функцию автоматической работы и отключения, а также функцию управления отслеживанием максимальной мощности. 1) Функция автоматической работы и отключения. Утром после восхода солнца интенсивность солнечной радиации постепенно увеличивается, и соответственно увеличивается мощность солнечных батарей. Когда достигается выходная мощность, необходимая инвертору, инвертор начинает работать автоматически. После входа в работу инвертор будет постоянно контролировать выходную мощность компонентов солнечных батарей. Пока выходная мощность компонентов солнечных батарей превышает выходную мощность, необходимую инвертору, инвертор будет продолжать работать; пока не закончится закат, даже если идет дождь. Инвертор тоже работает. Когда выходная мощность модуля солнечных батарей становится меньше, а выходная мощность инвертора близка к 0, инвертор переходит в состояние ожидания. 2) Функция контроля максимальной мощности Выходная мощность модуля солнечной батареи зависит от интенсивности солнечного излучения и температуры самого модуля солнечной батареи (температуры чипа). Кроме того, поскольку модуль солнечных батарей имеет характеристику, согласно которой напряжение уменьшается с увеличением тока, существует оптимальная рабочая точка, при которой можно получить максимальную мощность. Меняется интенсивность солнечного излучения, очевидно, меняется и лучшая рабочая точка. По отношению к этим изменениям рабочая точка модуля солнечной батареи всегда находится в точке максимальной мощности, и система всегда получает максимальную выходную мощность от модуля солнечной батареи. Этот вид управления представляет собой контроль отслеживания максимальной мощности. Самой большой особенностью инвертора, используемого в системе производства солнечной энергии, является функция отслеживания точки максимальной мощности (MPPT). Основные технические показатели фотоэлектрического инвертора 1. Стабильность выходного напряжения В фотоэлектрической системе электрическая энергия, генерируемая солнечным элементом, сначала сохраняется в аккумуляторе, а затем преобразуется в переменный ток напряжением 220 В или 380 В через инвертор. Однако на батарею влияет собственный заряд и разряд, а ее выходное напряжение варьируется в большом диапазоне. Например, номинальное напряжение батареи 12 В имеет значение напряжения, которое может варьироваться от 10,8 до 14,4 В (выход за пределы этого диапазона может привести к повреждению батареи). Для квалифицированного инвертора при изменении напряжения на входной клемме в этом диапазоне изменение его установившегося выходного напряжения не должно превышать Plusmn; 5% от номинальной стоимости. В то же время при внезапном изменении нагрузки отклонение ее выходного напряжения не должно превышать ±10% от номинального значения. 2. Искажение формы выходного напряжения. Для синусоидальных инверторов следует указать максимально допустимое искажение формы сигнала (или содержание гармоник). Обычно оно выражается общим искажением формы выходного напряжения, и его значение не должно превышать 5 % (для однофазного выхода допускается 10 %). Поскольку выходной ток гармоник высшего порядка инвертора будет генерировать дополнительные потери, такие как вихревые токи на индуктивной нагрузке, если искажение формы сигнала инвертора слишком велико, это приведет к серьезному нагреву компонентов нагрузки, что не способствует безопасность электрооборудования и серьезно влияет на систему. эффективность работы. 3. Номинальная выходная частота Для нагрузок, включающих двигатели, таких как стиральные машины, холодильники и т. д., поскольку оптимальная рабочая частота двигателей составляет 50 Гц, слишком высокие или слишком низкие частоты приведут к нагреву оборудования, что приведет к снижению эффективности работы системы и срока службы. Таким образом, выходная частота инвертора должна быть относительно стабильной величиной, обычно частота сети 50 Гц, а ее отклонение должно быть в пределах ±1% при нормальных рабочих условиях. 4. Коэффициент мощности нагрузки Охарактеризуйте возможности инвертора при индуктивной или емкостной нагрузке. Коэффициент мощности нагрузки синусоидального инвертора составляет 0,7–0,9, а номинальное значение — 0,9. В случае определенной мощности нагрузки, если коэффициент мощности инвертора низкий, мощность требуемого инвертора увеличится. С одной стороны, стоимость увеличится, и в то же время увеличится полная мощность цепи переменного тока фотоэлектрической системы. По мере увеличения тока потери неизбежно будут увеличиваться, а эффективность системы также будет снижаться. 5. Эффективность инвертора КПД инвертора — это отношение его выходной мощности к входной мощности при определенных рабочих условиях, выраженное в процентах. В общем, номинальный КПД фотоэлектрического инвертора относится к чистой резистивной нагрузке. При условии КПД нагрузки 80%. Поскольку общая стоимость фотоэлектрической системы высока, эффективность фотоэлектрического инвертора должна быть максимизирована, чтобы снизить стоимость системы и улучшить экономические показатели фотоэлектрической системы. В настоящее время номинальный КПД обычных инверторов составляет от 80% до 95%, а КПД маломощных инверторов должен составлять не менее 85%. В реальном процессе проектирования фотоэлектрической системы следует не только выбрать высокоэффективный инвертор, но и использовать разумную конфигурацию системы, чтобы нагрузка фотоэлектрической системы работала как можно ближе к точке наилучшего КПД. . 6. Номинальный выходной ток (или номинальная выходная мощность) Указывает номинальный выходной ток инвертора в пределах указанного диапазона коэффициента мощности нагрузки. В некоторых инверторных изделиях указана номинальная выходная мощность, и ее единица измерения выражается в ВА или кВА. Номинальная мощность инвертора представляет собой произведение номинального выходного напряжения и номинального выходного тока, когда выходной коэффициент мощности равен 1 (т. е. чисто резистивная нагрузка). 7. Меры защиты Инвертор с отличными характеристиками также должен иметь полные функции защиты или меры для устранения различных нештатных ситуаций, возникающих во время фактического использования, чтобы защитить сам инвертор и другие компоненты системы от повреждений. 1) Войдите в учетную запись страхования от пониженного напряжения: Когда напряжение на входной клемме ниже 85% номинального напряжения, инвертор должен иметь защиту и дисплей. 2) Защита от перенапряжения на входе: Когда напряжение на входной клемме превышает 130% номинального напряжения, инвертор должен иметь защиту и дисплей. 3) Защита от перегрузки по току: Защита от перегрузки по току инвертора должна обеспечивать своевременные действия в случае короткого замыкания нагрузки или превышения тока допустимого значения, чтобы предотвратить ее повреждение из-за импульсного тока. Когда рабочий ток превышает 150% номинального значения, инвертор должен иметь возможность автоматической защиты. 4) защита от короткого замыкания на выходе Время срабатывания защиты инвертора от короткого замыкания не должно превышать 0,5 с. 5) Защита от обратной полярности входа: Когда положительный и отрицательный полюсы входной клеммы перепутаны, инвертор должен иметь функцию защиты и дисплей. 6) Молниезащита: Инвертор должен иметь молниезащиту. 7) Защита от перегрева и т. д. Кроме того, для инверторов без мер по стабилизации напряжения инвертор также должен иметь меры защиты от перенапряжения на выходе, чтобы защитить нагрузку от повреждения из-за перенапряжения. 8. Стартовые характеристики Охарактеризовать способность инвертора запускаться под нагрузкой и производительность при динамической работе. Инвертор должен обеспечивать надежный запуск при номинальной нагрузке. 9. Шум Такие компоненты, как трансформаторы, катушки индуктивности фильтров, электромагнитные переключатели и вентиляторы в силовом электронном оборудовании, создают шум. Когда инвертор работает нормально, его шум не должен превышать 80 дБ, а шум небольшого инвертора не должен превышать 65 дБ. Навыки выбора солнечных инверторов