Накратко казано, работният процес на PV инвертор може да бъде разделен на три основни етапа:събиране на енергия и оптимизация, DC-AC преобразуване, имрежа-свързан/изключен-адаптиране на мрежата. Следва подробна разбивка от гледна точка на основните принципи, основните модули и ключовите технологии:
I. Основни работни цели
Изходните характеристики на фотоволтаичните модули са силно податливи на осветеност и температура, което представлява нелинейна зависимост между изходното напрежение и тока. Освен това директно генерираната постоянна мощност не може да бъде директно свързана към електрическата мрежа или да задвижва конвенционални променливотокови товари. Следователно инверторът трябва да постигне две основни цели:
Увеличете максимално мощността: Проследете точката на максимална изходна мощност на фотоволтаичните модули в реално време чрез MPPT технология, за да подобрите ефективността на генерирането на електроенергия възможно най-много.
Форма на вълната и синхронизация: Преобразувайте постояннотоково захранване в синусоидално променливотоково захранване, което отговаря на мрежовите стандарти (с постоянни напрежение, честота и фаза с електрическата мрежа), за да осигурите-свързана с мрежата безопасност или стабилна работа на товари извън-мрежата.
II. Основен работен процес на фотоволтаични инвертори
Като се вземат най-често срещанитефотоволтаични-свързани към мрежата инверторикато пример, цялостният работен процес може да бъде разделен на четири стъпки:
Стъпка 1: DC вход и филтриране (DC-странична обработка)
Изходът на постоянен ток от последователно/паралелно-свързаните фотоволтаични модули не е абсолютно стабилен, с вълни на напрежението и флуктуации на тока, причинени от промени в осветеността и разлики в характеристиките на модула.
Инверторът първо се свързва към DC захранването чрез aDC предпазител(за защита от свръхток) и aDC разрядник за пренапрежение(за защита от пренапрежение).
След това филтърна верига, съставена отDC филтърни кондензатори/индукторисе използва за изглаждане на колебанията на постояннотоковото напрежение, осигурявайки стабилен входен постоянен ток за последващия етап на преобразуване.
Стъпка 2: Проследяване на максимална мощност (MPPT)
Това е ключова връзка за инвертора за подобряване на ефективността на производството на електроенергия. Основният принцип е да се открие изходното напрежение и ток на фотоволтаичните модули в реално времеалгоритми за управление, изчислете текущата изходна мощност и динамично регулирайте постояннотоковото входно напрежение на инвертора, за да поддържате фотоволтаичните модули работещи в точката на максимална изходна мощност през цялото време.
Често срещани MPPT алгоритми: Смущение и наблюдение (P&O), инкрементална проводимост (INC). Сред тях методът на инкременталната проводимост има по-висока точност и е подходящ за сценарии с бързи промени в осветеността.
Метод на изпълнение: Регулирайте постояннотоковото напрежение чрез aDC-DC преобразувател(като верига за повишаване-нагоре). Когато изходното напрежение на PV модулите е ниско, веригата Boost го повишава до напрежение на DC шината, подходящо за инверсия (напр. 380V DC шина, съответстваща на 380V AC изход).
Стъпка 3: DC-AC преобразуване (Етап на инверсия на ядрото)
Това е основната функция на инвертора, който по същество преобразува стабилно постояннотоково захранване в променливотоково захранване, подобно на синусоида чрез високата-честота на-изключена операция насилови електронни превключващи устройства. Според различни топологични структури, той се разделя главно наеднофазни-инвертори(за граждански приложения с ниска{0}}мощност) итри{0}}фазни инвертори(за промишлени и търговски приложения с висока-мощност), с последователни основни принципи:
Превключващи устройства: Използват се биполярни транзистори с изолиран затвор (IGBT) или метални-оксид-полупроводникови-транзистори с полеви-ефект (MOSFET), които са „електронни превключватели“ за преобразуване на енергия и могат да завършат управлението на включване-изключване в рамките на микросекунди.
Инверторна мостова топология: Най-често използваният епълна-мостова инверторна схема(с 4 превключващи устройства за една-фаза и 6 за три-фаза). Като пример вземем еднофазната-мостова верига:
Контролерът извеждаСигнали с широчинно-импулсна модулация (PWM).за управление на последователността на включване-изключване и работния цикъл на 4-те IGBT.
Чрез регулиране на ширината на импулса, изходът на "поредица от импулси с правоъгълна вълна" от превключващите устройства се филтрира, за да образува променливотоково захранване, близко до синусоида.
AC филтриране: AC захранването след инверсия съдържа високо{0}}честотни хармоници, които трябва да бъдат филтрирани отLC филтърна веригасъставен от AC филтърни индуктори и кондензатори за получаване на чиста синусоидална AC мощност.
Стъпка 4: Адаптиране и защита на мрежата-свързано/изключено- (обработка от страна на AC-)
1. Инвертори,-свързани към мрежата: синхронизация и свързване към мрежата
Ако инверторът се използва за свързано към мрежата-генериране на електроенергия, е необходимо да се гарантира, че изходната променливотокова мощност ев същата честота, фаза и напрежениекато електрическа мрежа:
Откриване в-време на честотата на напрежението и фазата на електрическата мрежаТехнология Phase-Locked Loop (PLL)., регулирайте фазата и честотата на изхода на променлив ток от инвертора и постигнете прецизна синхронизация с електрическата мрежа.
Свържете се към електрическата мрежа чрез anAC контактор, и гарантира-свързана с мрежата безопасност чрезостровна защита, защита от пренапрежение/ниско напрежение, защита от свръхток, защита на честотата, и т.н. (напр., когато електрическата мрежа е прекъсната, инверторът трябва да спре да работи незабавно, за да предотврати "островния ефект" да застраши персонала по поддръжката).
2. Изключени{1}}мрежови инвертори: Директно захранване
Ако инверторът се използва в извън{0}}мрежова система (напр. фотоволтаично захранване в отдалечени райони), филтрираната синусоидална променливотокова мощност се подава директно към товарите (напр. домакински уреди, промишлено оборудване). Междувременно може да се комбинира с батерии за съхранение на енергия, за да се постигне стабилно регулиране на напрежението.
III. Основни видове фотоволтаични инвертори и топологични разлики
Различните типове инвертори имат леки разлики в топологията на етапа на инверсия и са подходящи за различни сценарии:
Централни инвертори(висока-мощност, за промишлена/търговска употреба и фотоволтаични електроцентрали):
осиноветезахранващ честотен трансформатор/-високочестотен трансформатортопология. Някои типове без трансформатори (не-изолирани) постигат изолация чрез кондензатори с мощност, достигаща няколко мегавата. Те се характеризират с висока степен на интеграция и удобна работа и поддръжка.
Струнни инвертори(средна и малка мощност, за битови нужди и разпределени фотоволтаични системи):
Всеки фотоволтаичен низ е оборудван с независим MPPT контролер, а етапът на инверсия приема пълна -мостова топология. Той може да проследява максималната мощност на всяка струна независимо, като се адаптира към разликите в осветеността между различните струни (напр. засенчване).
Микроинвертори(ниска-мощност, за битови фотоволтаични системи):
Директно инсталиран на гърба на фотоволтаичните модули, с един микроинвертор, съответстващ на един модул, реализирайки „инверсия на ниво-модул“. Той има най-високата MPPT прецизност и е подходящ за сложни осветителни среди.
IV. Ключови технически индикатори и въздействия върху производителността
Ефективност на инверсията: Високо{0}}качествените инвертори могат да постигнат максимална ефективност от над 98% (Европейска ефективност), която зависи главно от загубата на проводимост на превключващите устройства и прецизността на проследяване на MPPT.
Общо хармонично изкривяване (THD): Свързаните към мрежата-инвертори изискват THD По-малко или равно на 5%. Колкото по-нисък е THD, толкова по-чиста е изходната синусоида и толкова по-малка е намесата в електрическата мрежа.
MPPT ефективност: Обикновено се изисква да бъде по-голямо или равно на 99%, което пряко влияе върху общото генериране на електроенергия от фотоволтаичната система.
Резюме
Същността на PV инвертора е дареализирайте преобразуване на формата на захранване чрез високо-честотна модулация със силови електронни превключващи устройства като ядро, като същевременно се постига оптимизиране на мощността и адаптиране на мрежата чрез алгоритми за управление. Ядрото на неговия принцип на работа се крие в:реализиране на оптимизиране на мощността чрез DC-DC преобразуватели, постигане на DC-AC преобразуване чрез PWM-модулирани инверторни мостове и осигуряване на безопасно свързване към мрежата чрез фазови-заключени вериги и защитни вериги. Този процес не само използва характеристиките на бързото превключване на силовата електронна технология, но също така съчетава прецизното регулиране на теорията за управление, служейки като ключова връзка за ефективното използване на мощността във фотоволтаичните системи за генериране на електроенергия.
