Lühidalt öeldes võib PV-inverteri tööprotsessi jagada kolme põhietappi:võimsuse kogumine ja optimeerimine, DC-AC konversioonjagrid-ühendatud/väljas-võrgu kohandamine. Järgnev on üksikasjalik jaotus põhiprintsiipide, põhimoodulite ja võtmetehnoloogiate vaatenurgast.
I. Põhilised tööeesmärgid
PV-moodulite väljundomadused on väga vastuvõtlikud valgustuse ja temperatuuri suhtes, mis näitab mittelineaarset seost väljundpinge ja voolu vahel. Lisaks ei saa otse genereeritud alalisvoolu elektrivõrku otse ühendada ega kasutada tavalisi vahelduvvoolu koormusi. Seetõttu peab inverter saavutama kaks põhieesmärki:
Maksimeerige väljundvõimsust: Jälgige PV-moodulite maksimaalset väljundvõimsust reaalajas MPPT-tehnoloogia abil, et parandada energiatootmise efektiivsust nii palju kui võimalik.
Lainekuju ja sünkroniseerimine: teisendage alalisvoolu siinuslikuks vahelduvvooluks, mis vastab võrgustandarditele (vooluvõrguga ühtlustatud pinge, sageduse ja faasiga), et tagada võrguga ühendatud ohutus-või stabiilne töö{1}}väljalülitatud võrgukoormuste korral.
II. Fotogalvaaniliste inverterite põhiline tööprotsess
Võttes kõige tavalisemavõrguga-ühendatud PV-inverteridNäiteks võib üldise tööprotsessi jagada neljaks etapiks:
1. samm: alalisvoolu sisend ja filtreerimine (alalisvoolu-poolne töötlemine)
Jada-/paralleelselt{0}}ühendatud PV-moodulite alalisvoolu väljund ei ole absoluutselt stabiilne, pinge pulsatsioonid ja voolukõikumised on põhjustatud valgustuse muutustest ja moodulite omaduste erinevustest.
Inverter ühendub esmalt alalisvooluga läbi aDC kaitsme(liigvoolukaitse jaoks) ja aDC liigpingepiirik(liigpingekaitseks).
Seejärel filtriahel, mis koosnebAlalisvoolu filtri kondensaatorid/ induktiivpoolidkasutatakse alalispinge kõikumiste tasandamiseks, pakkudes stabiilse alalisvoolu sisendit järgnevaks teisendusastmeks.
2. samm: maksimaalse võimsuspunkti jälgimine (MPPT)
See on inverteri võtmelüli energiatootmise tõhususe parandamiseks. Põhiprintsiip on tuvastada PV-moodulite väljundpinge ja vool reaalajasjuhtimisalgoritmid, arvutage voolu väljundvõimsus ja reguleerige dünaamiliselt inverteri alalisvoolu sisendpinget, et PV-moodulid töötaksid kogu aeg maksimaalse väljundvõimsuse punktis.
Levinud MPPT algoritmid: Häirimine ja vaatlus (P&O), inkrementaalne juhtivus (INC). Nende hulgas on inkrementaalse juhtivuse meetodil suurem täpsus ja see sobib kiirete valgustuse muutustega stsenaariumide jaoks.
Rakendusmeetod: Reguleerige alalispinget läbi aDC-DC-muundur(nt Boost step{0}}up circuit). Kui PV-moodulite väljundpinge on madal, suurendab Boost-ahel selle inversiooniks sobiva alalisvoolu siini pingeni (nt 380 V alalisvoolu siini, mis vastab 380 V vahelduvvoolu väljundile).
3. toiming: DC-AC muundamine (tuuma inversiooni etapp)
See on inverteri põhifunktsioon, mis põhiliselt muudab stabiilse alalisvoolu vahelduvvooluks, mis sarnaneb siinuslainele kõrge-sagedusega sisse-väljalülitamise kaudu.toiteelektroonilised lülitusseadmed. Erinevate topoloogiliste struktuuride järgi jaguneb see peamiseltühefaasilised{0}}inverterid(madala energiatarbega{0}}tsiviilrakenduste jaoks) jakolme-faasiinverterid(tööstuslike ja kaubanduslike suure võimsusega-rakenduste jaoks), järgides ühtseid põhiprintsiipe:
Seadmete vahetamine: Võetakse kasutusele isoleeritud paisuga bipolaarsed transistorid (IGBT) või metall{0}}oksiid-pooljuhtvälja-efekttransistorid (MOSFET), mis on "elektroonilised lülitid" võimsuse muundamiseks ja suudavad mikrosekundite jooksul sisse--välja lülitada.
Inverteri silla topoloogia: Kõige sagedamini kasutatav ontäis-sildinverteri vooluring(4 lülitusseadmega ühe-faasi ja 6 kolme-faasi jaoks). Võttes näitena ühe-faasi täis-sillaahela:
Kontroller väljubImpulsi laiuse modulatsiooni (PWM) signaalid4 IGBT sisse-{0}}väljalülitamise jada ja töötsükli juhtimiseks.
Reguleerides impulsi laiust, filtreeritakse lülitusseadmete "ruutlaine impulssjada" väljund, et moodustada siinuslainele lähedane vahelduvvool.
Vahelduvvoolu filtreerimine: vahelduvvoolu võimsus pärast inversiooni sisaldab kõrgsageduslikke{0}}harmoonikuid, mis tuleb välja filtreeridaLC-filtri ahelkoosneb vahelduvvoolufiltri induktiivpoolidest ja kondensaatoritest puhta sinusoidaalse vahelduvvoolu saamiseks.
4. toiming: võrgu-ühendamine/väljas-võrgu kohandamine ja kaitse (AC-poolne töötlemine)
1. Võrgu{1}}ühendatud inverterid: sünkroonimine ja võrguühendus
Kui inverterit kasutatakse võrguga{0}}ühendatud elektritootmiseks, on vaja tagada, et väljundvoolu vahelduvvoolsamas sageduses, faasis ja pingesvooluvõrguna:
Tuvastage reaalajas{0}}toitevõrgu pinge sagedus ja faasPhase{0}}Locked Loop (PLL) tehnoloogia, reguleerige inverteri vahelduvvoolu väljundi faasi ja sagedust ning saavutage täpne sünkroniseerimine elektrivõrguga.
Ühendage elektrivõrguga läbi anVahelduvvoolu kontaktorja tagage võrguga ühendatud{0}}ohutussaarte kaitse, ülepinge/alapinge kaitse, ülevoolukaitse, sageduskaitsejm (nt kui elektrivõrk on välja lülitatud, peab inverter viivitamatult töö lõpetama, et "saareefekt" ei ohustaks hoolduspersonali).
2. Välja lülitatud-võrguinverterid: otsetoiteallikas
Kui inverterit kasutatakse väljalülitatud{0}}võrgusüsteemis (nt fotogalvaaniline toiteallikas kaugemates piirkondades), antakse filtreeritud sinusoidne vahelduvvool otse koormustele (nt kodumasinad, tööstusseadmed). Vahepeal saab seda kombineerida energiasalvestitega, et saavutada stabiilne pingeregulatsioon.
III. Fotogalvaaniliste inverterite peamised tüübid ja topoloogilised erinevused
Erinevat tüüpi inverteritel on inversiooniastme topoloogias väikesed erinevused ja need sobivad erinevate stsenaariumide jaoks:
Tsentraalsed inverterid(suure{0}}võimsusega, tööstuslikuks/kommertskasutuseks ja fotogalvaanilistele elektrijaamadele):
Võtta omakstoitesagedusmuundur/kõrgsagedus{0}}trafotopoloogia. Mõned trafodeta (mitte-isoleeritud) tüübid saavutavad isolatsiooni kondensaatorite kaudu, mille võimsus ulatub mitme megavatini. Neid iseloomustab kõrge integreeritus ning mugav kasutamine ja hooldus.
Stringi inverterid(keskmise ja väikese võimsusega, majapidamises kasutamiseks ja hajutatud fotogalvaaniliste süsteemide jaoks):
Iga PV string on varustatud sõltumatu MPPT-kontrolleriga ja inversioonietapp kasutab täielikku -sillatopoloogiat. See suudab iseseisvalt jälgida iga stringi maksimaalset võimsuspunkti, kohanedes erinevate stringide valgustuse erinevustega (nt varjutus).
Mikroinverterid(madala võimsusega-, majapidamises kasutatavate fotogalvaaniliste süsteemide jaoks):
Paigaldatakse otse PV-moodulite tagaküljele, ühe mikroinverteriga, mis vastab ühele moodulile, realiseerides "mooduli-taseme inversiooni". Sellel on kõrgeim MPPT täpsus ja see sobib keerukate valgustuskeskkondade jaoks.
IV. Peamised tehnilised näitajad ja mõju tulemuslikkusele
Inversiooni efektiivsus: Kvaliteetsed{0}}inverterid võivad saavutada maksimaalse efektiivsuse üle 98% (Euroopa tõhusus), mis sõltub peamiselt lülitusseadmete juhtivuse kadumisest ja MPPT jälgimise täpsusest.
Täielik harmooniline moonutus (THD): Võrguga{0}}ühendatud inverterid nõuavad THD-d, mis on väiksem või võrdne 5%. Mida madalam on THD, seda puhtam on väljund siinuslaine ja seda väiksemad on häired elektrivõrgus.
MPPT efektiivsus: Üldjuhul peab see olema suurem kui 99%, mis mõjutab otseselt fotogalvaanilise süsteemi üldist energiatootmist.
Kokkuvõte
PV-inverteri põhiolemus onteostada võimsusvormi muundamine kõrgsagedusliku{0}}modulatsiooni abil, mille tuumaks on elektrilised lülitusseadmed, saavutades samal ajal võimsuse optimeerimise ja võrgu kohandamise juhtimisalgoritmide abil. Selle tööpõhimõtte tuum seisneb:võimsuse optimeerimine alalisvoolu-alalisvoolumuundurite kaudu, alalisvoolu-vahelduvvoolu muundamine PWM-moduleeritud invertersildade abil ning turvalise võrguühenduse tagamine faasi-lukustatud ahelate ja kaitseahelate kaudu. See protsess ei kasuta mitte ainult jõuelektroonika tehnoloogia kiireid lülitusomadusi, vaid ühendab ka juhtimisteooria täpse reguleerimise, mis on võtmelüli energia tõhusaks kasutamiseks fotogalvaanilistes elektritootmissüsteemides.
