Biến tần năng lượng mặt trời là gì?

Khi thế giới tiến lên phía trước trong việc theo đuổi các giải pháp năng lượng sạch và bền vững, năng lượng mặt trời đã nổi lên như một người đi đầu trong cuộc đua hướng tới một tương lai xanh hơn. Khai thác nguồn năng lượng dồi dào và có thể tái tạo của mặt trời, các hệ thống quang điện mặt trời (PV) đã trở nên phổ biến rộng rãi, mở đường cho sự chuyển đổi đáng chú ý trong cách chúng ta tạo ra điện. Trọng tâm của mỗi hệ thống quang điện mặt trời là một thành phần quan trọng cho phép chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng có thể sử dụng được:biến tần năng lượng mặt trời. Đóng vai trò là cầu nối giữa các tấm pin mặt trời và lưới điện, bộ biến tần mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc sử dụng hiệu quả năng lượng mặt trời. Hiểu nguyên lý hoạt động của chúng và khám phá các loại khác nhau của chúng là chìa khóa để hiểu được cơ chế hấp dẫn đằng sau quá trình chuyển đổi năng lượng mặt trời. Hồ Có phải AScây thôngIbiến tầnWork? Biến tần năng lượng mặt trời là một thiết bị điện tử chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) do các tấm pin mặt trời tạo ra thành dòng điện xoay chiều (AC) có thể được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị gia dụng và được đưa vào lưới điện. Nguyên lý làm việc của biến tần năng lượng mặt trời có thể được chia thành ba giai đoạn chính: chuyển đổi, điều khiển và đầu ra. Chuyển đổi: Biến tần năng lượng mặt trời trước tiên nhận được điện DC do các tấm pin mặt trời tạo ra. Dòng điện DC này thường ở dạng điện áp dao động thay đổi theo cường độ ánh sáng mặt trời. Nhiệm vụ chính của biến tần là chuyển đổi điện áp DC biến đổi này thành điện áp xoay chiều ổn định phù hợp cho tiêu dùng. Quá trình chuyển đổi bao gồm hai thành phần chính: một bộ công tắc điện tử công suất (thường là các bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện hoặc IGBT) và một máy biến áp tần số cao. Các công tắc có nhiệm vụ bật tắt nhanh chóng điện áp DC, tạo ra tín hiệu xung tần số cao. Sau đó, máy biến áp sẽ tăng điện áp lên mức điện áp xoay chiều mong muốn. Điều khiển: Giai đoạn điều khiển của biến tần năng lượng mặt trời đảm bảo quá trình chuyển đổi diễn ra hiệu quả và an toàn. Nó liên quan đến việc sử dụng các thuật toán điều khiển và cảm biến phức tạp để theo dõi và điều chỉnh các thông số khác nhau. Một số chức năng điều khiển quan trọng bao gồm: Một. Theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT): Các tấm pin mặt trời có điểm vận hành tối ưu được gọi là điểm công suất tối đa (MPP), nơi chúng tạo ra công suất tối đa cho cường độ ánh sáng mặt trời nhất định. Thuật toán MPPT liên tục điều chỉnh điểm vận hành của các tấm pin mặt trời để tối đa hóa công suất đầu ra bằng cách theo dõi MPP. b. Điều chỉnh điện áp và tần số: Hệ thống điều khiển của biến tần duy trì điện áp và tần số đầu ra AC ổn định, thường tuân theo các tiêu chuẩn của lưới điện. Điều này đảm bảo khả năng tương thích với các thiết bị điện khác và cho phép tích hợp liền mạch với lưới điện. c. Đồng bộ hóa lưới điện: Bộ biến tần năng lượng mặt trời nối lưới đồng bộ hóa pha và tần số của đầu ra AC với lưới điện. Sự đồng bộ hóa này cho phép bộ biến tần cung cấp năng lượng dư thừa trở lại lưới điện hoặc rút điện từ lưới điện khi sản xuất năng lượng mặt trời không đủ. Đầu ra: Ở giai đoạn cuối, bộ biến tần năng lượng mặt trời cung cấp điện xoay chiều được chuyển đổi cho các phụ tải điện hoặc lưới điện. Đầu ra có thể được sử dụng theo hai cách: Một. Hệ thống nối lưới hoặc gắn lưới: Trong các hệ thống gắn lưới, bộ biến tần năng lượng mặt trời cung cấp điện xoay chiều trực tiếp vào lưới điện. Điều này làm giảm sự phụ thuộc vào các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch và cho phép đo lượng điện ròng, trong đó lượng điện dư thừa được tạo ra trong ngày có thể được ghi có và sử dụng trong thời gian sản xuất năng lượng mặt trời thấp. b. Hệ thống không nối lưới: Trong các hệ thống không nối lưới, bộ biến tần năng lượng mặt trời sẽ sạc pin ngoài việc cung cấp điện cho các phụ tải điện. Pin lưu trữ năng lượng mặt trời dư thừa, có thể được sử dụng trong thời gian năng lượng mặt trời sản xuất thấp hoặc vào ban đêm khi các tấm pin mặt trời không tạo ra điện. Đặc điểm của Biến tần năng lượng mặt trời: Hiệu quả: Bộ biến tần năng lượng mặt trời được thiết kế để hoạt động với hiệu suất cao nhằm tối đa hóa hiệu suất năng lượng của hệ thống điện mặt trời. Hiệu suất cao hơn dẫn đến tổn thất năng lượng ít hơn trong quá trình chuyển đổi, đảm bảo rằng tỷ lệ năng lượng mặt trời lớn hơn được sử dụng hiệu quả. Công suất đầu ra: Bộ biến tần năng lượng mặt trời có sẵn ở nhiều mức công suất khác nhau, từ hệ thống dân cư nhỏ đến lắp đặt thương mại quy mô lớn. Công suất đầu ra của biến tần phải phù hợp với công suất của các tấm pin mặt trời để đạt được hiệu suất tối ưu. Độ bền và độ tin cậy: Bộ biến tần năng lượng mặt trời phải tiếp xúc với các điều kiện môi trường khác nhau, bao gồm biến động nhiệt độ, độ ẩm và khả năng tăng điện. Do đó, bộ biến tần nên được chế tạo bằng vật liệu chắc chắn và được thiết kế để chịu được các điều kiện này, đảm bảo độ tin cậy lâu dài. Giám sát và Truyền thông: Nhiều bộ biến tần năng lượng mặt trời hiện đại được trang bị hệ thống giám sát cho phép người dùng theo dõi hiệu suất của hệ thống quang điện mặt trời của họ. Một số bộ biến tần cũng có thể giao tiếp với các thiết bị bên ngoài và nền tảng phần mềm, cung cấp dữ liệu thời gian thực và cho phép giám sát và điều khiển từ xa. Tính năng an toàn: Bộ biến tần năng lượng mặt trời kết hợp nhiều tính năng an toàn khác nhau để bảo vệ cả hệ thống và các cá nhân làm việc với nó. Các tính năng này bao gồm bảo vệ quá áp, bảo vệ quá dòng, phát hiện lỗi nối đất và bảo vệ chống đảo, giúp ngăn biến tần cấp nguồn vào lưới khi mất điện. Phân loại biến tần năng lượng mặt trời theo xếp hạng công suất Bộ biến tần PV, còn được gọi là bộ biến tần năng lượng mặt trời, có thể được phân thành nhiều loại khác nhau dựa trên thiết kế, chức năng và ứng dụng của chúng. Hiểu những phân loại này có thể giúp lựa chọn bộ biến tần phù hợp nhất cho hệ thống quang điện mặt trời cụ thể. Sau đây là các loại biến tần PV chính được phân loại theo mức công suất: Biến tần theo mức công suất: chủ yếu được chia thành biến tần phân tán (biến tần chuỗi & biến tần vi mô), biến tần tập trung Đảo ngược chuỗiờ: Bộ biến tần chuỗi là loại bộ biến tần PV được sử dụng phổ biến nhất trong lắp đặt năng lượng mặt trời dân dụng và thương mại. Chúng được thiết kế để xử lý nhiều tấm pin mặt trời được kết nối nối tiếp, tạo thành một “chuỗi”. Chuỗi quang điện (1-5kw) đã trở thành biến tần phổ biến nhất trên thị trường quốc tế hiện nay thông qua biến tần có khả năng theo dõi công suất cực đại tối đa ở phía DC và kết nối lưới song song ở phía AC. Điện DC do các tấm pin mặt trời tạo ra được đưa vào bộ biến tần chuỗi, chuyển đổi thành điện xoay chiều để sử dụng ngay hoặc xuất vào lưới điện. Bộ biến tần chuỗi được biết đến vì tính đơn giản, hiệu quả về chi phí và dễ lắp đặt. Tuy nhiên, hiệu suất của toàn bộ chuỗi phụ thuộc vào bảng điều khiển có hiệu suất thấp nhất, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu quả tổng thể của hệ thống. Biến tần vi mô: Bộ biến tần vi mô là bộ biến tần nhỏ được lắp đặt trên từng tấm pin mặt trời riêng lẻ trong hệ thống PV. Không giống như bộ biến tần chuỗi, bộ biến tần vi mô chuyển đổi điện DC thành AC ngay ở cấp độ bảng điều khiển. Thiết kế này cho phép mỗi tấm pin hoạt động độc lập, tối ưu hóa năng lượng đầu ra tổng thể của hệ thống. Bộ biến tần siêu nhỏ cung cấp một số ưu điểm, bao gồm theo dõi điểm công suất tối đa ở cấp độ bảng điều khiển (MPPT), cải thiện hiệu suất hệ thống trong các bảng bóng mờ hoặc không khớp, tăng độ an toàn do điện áp DC thấp hơn và giám sát chi tiết hiệu suất của từng bảng điều khiển. Tuy nhiên, chi phí trả trước cao hơn và độ phức tạp tiềm ẩn của việc lắp đặt là những yếu tố cần xem xét. Biến tần tập trung: Bộ biến tần tập trung, còn được gọi là bộ biến tần lớn hoặc quy mô tiện ích (> 10kW), thường được sử dụng trong lắp đặt quang điện mặt trời quy mô lớn, chẳng hạn như trang trại năng lượng mặt trời hoặc các dự án năng lượng mặt trời thương mại. Các bộ biến tần này được thiết kế để xử lý đầu vào nguồn DC cao từ nhiều chuỗi hoặc mảng tấm pin mặt trời và chuyển đổi chúng thành nguồn AC để kết nối lưới. Đặc điểm lớn nhất là công suất cao và chi phí thấp của hệ thống, nhưng do điện áp đầu ra và dòng điện của các chuỗi quang điện khác nhau thường không khớp chính xác (đặc biệt khi các chuỗi quang điện bị bóng mờ một phần do mây, bóng, vết bẩn, v.v.) , việc sử dụng biến tần tập trung sẽ dẫn đến hiệu suất của quá trình đảo ngược thấp hơn và tiêu tốn điện năng của hộ gia đình thấp hơn. Bộ biến tần tập trung thường có công suất điện cao hơn so với các loại khác, từ vài kilowatt đến vài megawatt. Chúng được lắp đặt ở vị trí trung tâm hoặc trạm biến tần và nhiều chuỗi hoặc mảng tấm pin mặt trời được kết nối song song với chúng. Biến tần năng lượng mặt trời làm gì? Bộ biến tần quang điện phục vụ nhiều chức năng, bao gồm chuyển đổi AC, tối ưu hóa hiệu suất pin mặt trời và bảo vệ hệ thống. Các chức năng này bao gồm vận hành và tắt tự động, kiểm soát theo dõi công suất tối đa, chống đảo (đối với hệ thống kết nối lưới), điều chỉnh điện áp tự động (đối với hệ thống kết nối lưới), phát hiện DC (đối với hệ thống kết nối lưới) và phát hiện mặt đất DC ( đối với hệ thống nối lưới). Hãy cùng khám phá ngắn gọn chức năng vận hành và tắt máy tự động cũng như chức năng điều khiển theo dõi công suất tối đa. 1) Chức năng vận hành và tắt máy tự động Sau khi mặt trời mọc vào buổi sáng, cường độ bức xạ mặt trời tăng dần và sản lượng pin mặt trời cũng tăng theo. Khi đạt được công suất đầu ra mà biến tần yêu cầu, biến tần sẽ bắt đầu chạy tự động. Sau khi bắt đầu vận hành, biến tần sẽ luôn giám sát đầu ra của các thành phần pin mặt trời, miễn là công suất đầu ra của các thành phần pin mặt trời lớn hơn công suất đầu ra mà biến tần yêu cầu thì biến tần sẽ tiếp tục chạy; cho đến khi hoàng hôn buông xuống, ngay cả khi trời mưa Biến tần cũng hoạt động. Khi đầu ra của mô-đun pin mặt trời trở nên nhỏ hơn và đầu ra của biến tần gần bằng 0, biến tần sẽ hình thành trạng thái chờ. 2) Chức năng điều khiển theo dõi công suất tối đa Đầu ra của mô-đun pin mặt trời thay đổi theo cường độ bức xạ mặt trời và nhiệt độ của chính mô-đun pin mặt trời (nhiệt độ chip). Ngoài ra, do mô-đun pin mặt trời có đặc điểm là điện áp giảm khi dòng điện tăng nên có một điểm vận hành tối ưu để có thể thu được công suất tối đa. Cường độ bức xạ mặt trời đang thay đổi, rõ ràng điểm làm việc tốt nhất cũng đang thay đổi. Liên quan đến những thay đổi này, điểm vận hành của mô-đun pin mặt trời luôn ở điểm công suất tối đa và hệ thống luôn đạt được công suất đầu ra tối đa từ mô-đun pin mặt trời. Loại điều khiển này là điều khiển theo dõi công suất tối đa. Tính năng lớn nhất của biến tần được sử dụng trong hệ thống phát điện mặt trời là chức năng theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT). Các chỉ số kỹ thuật chính của biến tần quang điện 1. Độ ổn định của điện áp đầu ra Trong hệ thống quang điện, năng lượng điện do pin mặt trời tạo ra trước tiên được lưu trữ trong pin, sau đó được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều 220V hoặc 380V thông qua bộ biến tần. Tuy nhiên, pin bị ảnh hưởng bởi quá trình sạc và xả của chính nó và điện áp đầu ra của nó thay đổi trong một phạm vi lớn. Ví dụ: pin 12V danh nghĩa có giá trị điện áp có thể thay đổi trong khoảng 10,8 đến 14,4V (vượt quá phạm vi này có thể gây hư hỏng pin). Đối với một biến tần đủ tiêu chuẩn, khi điện áp đầu vào đầu vào thay đổi trong phạm vi này, sự biến đổi của điện áp đầu ra ở trạng thái ổn định không được vượt quá Plusmn; 5% giá trị định mức. Đồng thời, khi tải thay đổi đột ngột, độ lệch điện áp đầu ra của nó không được vượt quá ± 10% so với giá trị định mức. 2. Biến dạng dạng sóng của điện áp đầu ra Đối với bộ biến tần sóng hình sin, phải chỉ định độ méo dạng sóng tối đa cho phép (hoặc hàm lượng sóng hài). Nó thường được biểu thị bằng tổng độ méo dạng sóng của điện áp đầu ra và giá trị của nó không được vượt quá 5% (cho phép 10% đối với đầu ra một pha). Do đầu ra dòng điện hài bậc cao của biến tần sẽ tạo ra những tổn thất bổ sung như dòng điện xoáy trên tải cảm ứng, nên nếu độ méo dạng sóng của biến tần quá lớn, nó sẽ gây ra hiện tượng nóng lên nghiêm trọng của các thành phần tải, không có lợi cho mất an toàn của các thiết bị điện và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống. hiệu quả hoạt động. 3. Tần số đầu ra định mức Đối với các tải bao gồm động cơ như máy giặt, tủ lạnh, v.v., do điểm vận hành tần số tối ưu của động cơ là 50Hz nên tần số quá cao hoặc quá thấp sẽ khiến thiết bị nóng lên, làm giảm hiệu suất vận hành và tuổi thọ của hệ thống, do đó, tần số đầu ra của biến tần phải có giá trị tương đối ổn định, thường là tần số nguồn 50Hz và độ lệch của nó phải nằm trong Plusmn;l% trong điều kiện làm việc bình thường. 4. Hệ số công suất tải Đặc trưng khả năng của biến tần với tải cảm ứng hoặc tải điện dung. Hệ số công suất tải của biến tần sóng hình sin là 0,7 ~ 0,9 và giá trị định mức là 0,9. Trong trường hợp công suất tải nhất định, nếu hệ số công suất của biến tần thấp thì công suất của biến tần cần thiết sẽ tăng lên. Một mặt, chi phí sẽ tăng lên, đồng thời, công suất biểu kiến ​​của mạch điện xoay chiều của hệ thống quang điện sẽ tăng lên. Khi dòng điện tăng lên, tổn thất chắc chắn sẽ tăng lên và hiệu suất của hệ thống cũng sẽ giảm đi. 5. Hiệu suất biến tần Hiệu suất của biến tần đề cập đến tỷ lệ công suất đầu ra của nó với công suất đầu vào trong các điều kiện làm việc được chỉ định, được biểu thị bằng phần trăm. Nói chung, hiệu suất danh nghĩa của biến tần quang điện đề cập đến tải điện trở thuần. Trong điều kiện hiệu suất tải 80%. Do chi phí tổng thể của hệ thống quang điện cao nên hiệu suất của bộ biến tần quang điện phải được tối đa hóa để giảm chi phí hệ thống và cải thiện hiệu suất chi phí của hệ thống quang điện. Hiện tại, hiệu suất danh nghĩa của các bộ biến tần chính thống là từ 80% đến 95%, và hiệu suất của các bộ biến tần công suất thấp yêu cầu không dưới 85%. Trong quá trình thiết kế thực tế của hệ thống quang điện, không chỉ nên chọn bộ biến tần hiệu suất cao mà còn phải sử dụng cấu hình hợp lý của hệ thống để làm cho tải của hệ thống quang điện hoạt động gần điểm hiệu suất tốt nhất càng tốt . 6. Dòng điện đầu ra định mức (hoặc công suất đầu ra định mức) Cho biết dòng điện đầu ra định mức của biến tần trong phạm vi hệ số công suất tải được chỉ định. Một số sản phẩm biến tần cho công suất đầu ra định mức và đơn vị của nó được biểu thị bằng VA hoặc kVA. Công suất định mức của biến tần là tích của điện áp đầu ra định mức và dòng điện đầu ra định mức khi hệ số công suất đầu ra là 1 (nghĩa là tải điện trở thuần). 7. Biện pháp bảo vệ Một biến tần có hiệu suất vượt trội cũng phải có chức năng bảo vệ hoàn chỉnh hoặc các biện pháp xử lý các tình huống bất thường khác nhau xảy ra trong quá trình sử dụng thực tế, nhằm bảo vệ bản thân biến tần và các bộ phận khác của hệ thống khỏi bị hư hỏng. 1) Nhập tài khoản bảo hiểm sụt áp: Khi điện áp đầu vào đầu vào thấp hơn 85% điện áp định mức, biến tần cần được bảo vệ và hiển thị. 2) Bộ bảo vệ quá áp đầu vào: Khi điện áp đầu vào đầu vào cao hơn 130% điện áp định mức, biến tần cần được bảo vệ và hiển thị. 3) Bảo vệ quá dòng: Chức năng bảo vệ quá dòng của biến tần phải có khả năng đảm bảo hoạt động kịp thời khi tải bị đoản mạch hoặc dòng điện vượt quá giá trị cho phép, để tránh bị hư hỏng do dòng điện đột biến. Khi dòng điện làm việc vượt quá 150% giá trị định mức, biến tần sẽ có khả năng tự động bảo vệ. 4) bảo vệ ngắn mạch đầu ra Thời gian tác động bảo vệ ngắn mạch của biến tần không được vượt quá 0,5 giây. 5) Bảo vệ phân cực ngược đầu vào: Khi cực dương và cực âm của cực đầu vào bị đảo ngược, biến tần phải có chức năng bảo vệ và hiển thị. 6) Chống sét: Biến tần nên có khả năng chống sét. 7) Bảo vệ quá nhiệt, v.v. Ngoài ra, đối với các biến tần không có biện pháp ổn định điện áp thì biến tần cũng cần có biện pháp bảo vệ quá áp đầu ra để bảo vệ phụ tải khỏi hư hỏng do quá áp. 8. Đặc tính khởi động Để mô tả khả năng khởi động của biến tần khi có tải và hiệu suất trong quá trình vận hành động. Biến tần phải đảm bảo khởi động đáng tin cậy dưới tải định mức. 9. Tiếng ồn Các bộ phận như máy biến áp, cuộn cảm lọc, công tắc điện từ và quạt trong thiết bị điện tử công suất sẽ phát ra tiếng ồn. Khi biến tần hoạt động bình thường, tiếng ồn của nó không được vượt quá 80dB và tiếng ồn của biến tần nhỏ không được vượt quá 65dB. Kỹ năng lựa chọn Biến tần năng lượng mặt trời