В момента китайската фотоволтаична система за производство на електроенергия е основно DC система, която зарежда електрическата енергия, генерирана от слънчевата батерия, а батерията директно захранва товара. Например, соларната система за битово осветление в Северозападен Китай и системата за захранване на микровълнови станции, далеч от мрежата, са DC системи. Този тип система има проста структура и ниска цена. Поради различните DC напрежения на товара (като 12V, 24V, 48V и др.), обаче е трудно да се постигне стандартизация и съвместимост на системата, особено за гражданско електрозахранване, тъй като повечето AC товари използват DC захранване. За фотоволтаичните захранвания е трудно да доставят електроенергия, за да навлязат на пазара като стока. Освен това, фотоволтаичното производство на електроенергия в крайна сметка ще достигне мрежова работа, което ще изисква да се възприеме зрял пазарен модел. В бъдеще AC фотоволтаичните системи за производство на електроенергия ще се превърнат в основен продукт за производство на фотоволтаична енергия.
Изисквания на фотоволтаичната система за генериране на енергия за инверторно захранване
Системата за генериране на фотоволтаична енергия, използваща променливотоков изход, се състои от четири части: фотоволтаична решетка, контролер за зареждане и разреждане, батерия и инвертор (свързаната към мрежата система за генериране на енергия обикновено може да спести батерията), като инверторът е ключовият компонент. Фотоволтаичните системи имат по-високи изисквания към инверторите:
1. Необходима е висока ефективност. Поради високата цена на слънчевите клетки в момента, за да се увеличи максимално използването на слънчеви клетки и да се подобри ефективността на системата, е необходимо да се опитаме да подобрим ефективността на инвертора.
2. Необходима е висока надеждност. В момента фотоволтаичните системи за производство на електроенергия се използват главно в отдалечени райони и много електроцентрали са без надзор и поддръжка. Това изисква инверторът да има разумна схема, стриктен подбор на компоненти и различни защитни функции, като например защита от промяна на полярността на входния DC, защита от късо съединение на AC изхода, защита от прегряване, защита от претоварване и др.
3. Входното постоянно напрежение (DC) трябва да има широк диапазон на адаптация. Тъй като напрежението на клемите на батерията се променя в зависимост от натоварването и интензивността на слънчевата светлина, въпреки че батерията има важен ефект върху напрежението на батерията, то се колебае с промяната на оставащия капацитет и вътрешното съпротивление на батерията. Особено когато батерията старее, напрежението на клемите ѝ варира значително. Например, напрежението на клемите на 12 V батерия може да варира от 10 V до 16 V. Това изисква инверторът да работи с по-голямо постоянно напрежение, за да се осигури нормална работа в рамките на диапазона на входното напрежение и стабилност на изходното променливо напрежение.
4. При фотоволтаични системи за производство на електроенергия със среден и голям капацитет, изходът на инверторното захранване трябва да бъде синусоида с по-малко изкривяване. Това е така, защото при системи със среден и голям капацитет, ако се използва мощност с правоъгълна вълна, изходът ще съдържа повече хармонични компоненти, а по-високите хармоници ще генерират допълнителни загуби. Много фотоволтаични системи за производство на електроенергия са натоварени с комуникационно или инструментално оборудване. Оборудването има по-високи изисквания към качеството на електрическата мрежа. Когато фотоволтаичните системи за производство на електроенергия със среден и голям капацитет са свързани към мрежата, за да се избегне замърсяване с обществената мрежа, инверторът също трябва да извежда синусоидален ток.
Инверторът преобразува постоянен ток в променлив ток. Ако напрежението на постоянния ток е ниско, то се усилва от трансформатор за променлив ток, за да се получи стандартно напрежение и честота на променлив ток. При инверторите с голям капацитет, поради високото напрежение на DC шината, изходът на променлив ток обикновено не се нуждае от трансформатор за повишаване на напрежението до 220V. При инверторите със среден и малък капацитет постоянното напрежение е сравнително ниско, например 12V. За 24V трябва да се проектира усилваща верига. Инверторите със среден и малък капацитет обикновено включват push-pull инверторни схеми, full-bridge инверторни схеми и високочестотни усилващи инверторни схеми. Push-pull схемите свързват нулевия щепсел на усилващия трансформатор към положителния полюс на захранването и двете захранващи лампи работят алтернативно, изходът на променлив ток е нисък, тъй като силовите транзистори са свързани към общата земя, задвижващите и управляващите вериги са прости и тъй като трансформаторът има известна индуктивност на утечка, той може да ограничи тока на късо съединение, като по този начин подобрява надеждността на веригата. Недостатъкът е, че използването на трансформатора е ниско и способността за управление на индуктивни товари е лоша.
Пълно-мостовата инверторна схема преодолява недостатъците на двутактовата схема. Мощният транзистор регулира ширината на изходния импулс и ефективната стойност на изходното променливо напрежение се променя съответно. Тъй като схемата има контур за свободен ход, дори при индуктивни товари, формата на вълната на изходното напрежение няма да бъде изкривена. Недостатъкът на тази схема е, че мощните транзистори на горното и долното рамо на моста не споделят земя, така че трябва да се използва специална задвижваща схема или изолирано захранване. Освен това, за да се предотврати общата проводимост на горното и долното рамо на моста, трябва да се проектира схема, която да се изключва и след това да се включва, т.е. трябва да се зададе мъртво време, а структурата на схемата е по-сложна.
Изходът на двутактовите и мостовите схеми изисква добавяне на повишаващ трансформатор. Тъй като повишаващият трансформатор е голям по размер, с ниска ефективност и по-скъп, с развитието на силовата електроника и микроелектронните технологии се използва технология за високочестотно повишаващо преобразуване, за да се постигне обратна оборота. Това може да реализира инвертор с висока плътност на мощността. Предната усилваща верига на тази инверторна схема използва двутактова структура, но работната честота е над 20KHz. Усилващият трансформатор използва високочестотен магнитен материал на сърцевината, така че е малък по размер и лек. След високочестотна инверсия, той се преобразува във високочестотен променлив ток чрез високочестотен трансформатор, след което се получава високоволтов постоянен ток (обикновено над 300V) чрез високочестотна токоизправителна филтърна верига и след това се инвертира чрез верига на силов честотен инвертор.
С тази структура на веригата, мощността на инвертора е значително подобрена, загубите на празен ход на инвертора са съответно намалени и ефективността е подобрена. Недостатъкът на веригата е, че е сложна и надеждността е по-ниска от горните две вериги.
Управляваща верига на инверторната верига
Основните схеми на гореспоменатите инвертори трябва да бъдат реализирани чрез управляваща верига. Обикновено има два метода на управление: правоъгълна и положителна и слаба вълна. Захранващата верига на инвертора с правоъгълен изход е проста, с ниска цена, но с ниска ефективност и голямо съдържание на хармонични компоненти. Синусоидалният изход е тенденцията в развитието на инверторите. С развитието на микроелектронната технология се появиха и микропроцесори с PWM функции. Следователно, инверторната технология за синусоидален изход е узряла.
1. Инверторите с правоъгълен изход в момента използват предимно интегрални схеми с импулсно-широчинна модулация, като SG 3 525, TL 494 и т.н. Практиката е доказала, че използването на интегрални схеми SG3525 и използването на силови FET транзистори като импулсни силови компоненти може да постигне сравнително висока производителност и цена на инверторите. Тъй като SG3525 има способността директно да управлява силови FET транзистори, има вътрешен източник на референтен сигнал, операционен усилвател и функция за защита от ниско напрежение, периферната му схема е много проста.
2. Интегралната схема за управление на инвертора със синусоидален изход. Управляващата верига на инвертора със синусоидален изход може да се управлява от микропроцесор, като например 80 C 196 MC, произведен от INTEL Corporation, и произведен от Motorola Company, MP 16 и PI C 16 C 73, произведени от MI-CRO CHIP Company и др. Тези едночипови компютри имат множество PWM генератори и могат да настройват горните и горните мостови рамена. По време на пауза, 80 C 196 MC на компанията INTEL използва за реализиране на синусоидалната изходна верига, 80 C 196 MC за завършване на генерирането на синусоидален сигнал и засичане на променливотоковото изходно напрежение за постигане на стабилизиране на напрежението.
Избор на захранващи устройства в главната верига на инвертора
Изборът на основните силови компоненти наинверторе много важно. В момента най-използваните силови компоненти включват Дарлингтънови силови транзистори (BJT), силови полеви транзистори (MOS-F ET), изолирани гейт транзистори (IGB). T) и изключващи тиристори (GTO) и др. Най-използваните устройства в нисковолтови системи с малък капацитет са MOS FET, тъй като MOS FET имат по-нисък пад на напрежението във включено състояние и по-висока честота на превключване. IG BT обикновено се използва във високоволтови и голямокапацитетни системи. Това е така, защото съпротивлението във включено състояние на MOS FET се увеличава с увеличаване на напрежението и IG BT има по-голямо предимство в системи със среден капацитет, докато в системи със свръхголям капацитет (над 100 kVA) GTO обикновено се използват като силови компоненти.
Време на публикуване: 21 октомври 2021 г.
