Kaip veikia saulės energijos keitiklis?

Kaip saulės inverteris iš tikrųjų veikia fotovoltinėje (PV) sistemoje? Kokį vaidmenį ji atlieka? Ir kodėl saulės baterijų pagaminta elektra negali būti naudojama tiesiai namuose arba tiekiama į tinklą be jos? Šiame straipsnyje paaiškinamas saulės energijos keitiklių veikimo principas, visas veikimo procesas, vidinė struktūra, sistemų tipai ir pramonės tendencijos,{0}}taip pat apžvelgiami aukšto-dažnio žinių taškai PV sektoriuje.

 

Fotovoltinės energijos gamybos principas

1. Kas yra fotovoltinis efektas?

Kad suprastume, kaip veikia inverteris, pirmiausia turime pažvelgti į pagrindinį saulės energijos gamybos principą{0}}fotoelektros efektą.

 

Saulės kolektoriai daugiausia gaminami iš silicio{0}}pagrįstų puslaidininkinių medžiagų, sudarytų iš dviejų sluoksnių: P-tipo silicio ir N-tipo silicio. Kai saulės šviesa patenka į jungties sluoksnį, didelės-energijos fotonai sužadina elektronus puslaidininkyje ir sukuria elektronų ir skylių poras. Veikiant vidiniam elektriniam laukui, šie elektronai ir skylės juda priešingomis kryptimis, sukurdami stabilią elektrovaros jėgą visoje skydelyje. Dėl to susidaro elektros srovė. Šis tiesioginis šviesos energijos pavertimas elektros energija yra žinomas kaip fotovoltinis efektas ir yra visų saulės energijos sistemų pagrindas.

 

 

2. Kodėl saulės energija turi būti apdorojama keitikliu?

Elektra, kurią saulės baterijos generuoja naudojant fotovoltinį efektą, turi dvi pagrindines charakteristikas:

Elektros tipas: nuolatinė srovė (DC), su fiksuota srovės kryptimi ir įtampa, kuri svyruoja priklausomai nuo saulės šviesos intensyvumo

Naudojimo apribojimas: buitiniai prietaisai, pramoninė įranga ir nacionaliniai elektros tinklai veikia kintamąja srove (AC)

 

Nuolatinė srovė turi tam tikrų apribojimų, tokių kaip įtampos reguliavimo sunkumai, didesni perdavimo nuostoliai ir prastas suderinamumas su dauguma elektros apkrovų. Dėl to jis negali būti tiesiogiai naudojamas buitiniams prietaisams ar tiekiamas į tinklą. Saulės keitiklis yra specialiai sukurtas šiai problemai išspręsti, konvertuojant nuolatinę srovę į kintamą, todėl jis yra esminis bet kurios fotovoltinės energijos sistemos komponentas.

 

3. Pilnos PV sistemos komponentai

Standartinę fotovoltinės energijos gamybos sistemą daugiausia sudaro trys pagrindiniai komponentai: saulės baterijos (moduliai) / valdiklis / keitiklis. Priklausomai nuo to, ar yra energijos kaupimas, PV sistemas galima suskirstyti į du pagrindinius tipus:Tinkle{0}}pririšta PV sistema: nėra akumuliatoriaus saugyklos. Elektra konvertuojama keitikliu ir tiesiogiai tiekiama į viešąjį tinklą. Tai yra pagrindinis sprendimas komercinėms, pramoninėms ir didelėms-elektrinėms.Išjungta-tinklelio PV sistema: aprūpinta baterijomis, kad būtų galima kaupti energijos perteklių vėlesniam naudojimui. Šis tipas daugiausia naudojamas atokiose vietovėse, kuriose nėra prieigos prie tinklo.

 

 

Kas yra saulės keitiklis?

Saulės energijos keitiklis, taip pat žinomas kaip fotovoltinis (PV) keitiklis, yra galios elektroninis įrenginys, paverčiantis saulės kolektorių masyvo generuojamą kintamą nuolatinę srovę (DC) į tinklelio{0}}dažnio kintamąją srovę (AC). Ji dažnai vadinama fotovoltinės sistemos „širdimi ir smegenimis“.

 

1. Trys pagrindinės funkcijos

Energijos konvertavimas (pagrindinė funkcija): paverčia nestabilią nuolatinės srovės elektros energiją iš saulės kolektorių į standartinę 220 V/380 V sinusinę kintamąją srovę, todėl ji yra suderinama su buitiniais prietaisais ir tinklo reikalavimais.

• Energijos optimizavimas (efektyvumo funkcija): Įrengtas MPPT (maksimalaus galios taško sekimo) technologija, jis nuolat seka saulės spindulių ir temperatūros pokyčius, užtikrindamas, kad saulės kolektoriai veiktų optimalia galia, kad maksimaliai padidintų energijos gamybą.
• Sistemos apsauga (saugos funkcija): integruoti keli apsaugos mechanizmai, įskaitant apsaugą nuo atvirkštinio poliškumo, apsaugą nuo kintamosios srovės trumpojo jungimo, apsaugą nuo perkrovos, apsaugą nuo perkaitimo- ir apsaugą nuo -išsiskyrimo, užkertant kelią įrangos pažeidimams ir tinklo saugai.

 

2. Išplėstinės išmaniosios funkcijos

Šiuolaikiniai išmanieji keitikliai taip pat palaiko duomenų stebėjimą, nuotolinį valdymą ir priežiūrą, tinklo dispečerinį perdavimą ir integraciją su energijos kaupimo sistemomis. Jie gali sekti energijos gamybą, stebėti sistemos būseną realiuoju laiku ir palaikyti išmaniąsias PV bei saulės -plus{2}}saugyklos programas.

 

 

Kaip veikia saulės energijos keitiklis?

Iš esmės keitiklis veikia tokiu procesu: nuolatinės srovės įvestis → įtampos reguliavimas → inversinis perjungimas → filtravimas → kintamosios srovės išėjimas. Visas šis procesas užbaigiamas koordinuotai valdant vidinius galios elektroninius komponentus ir valdymo grandines, nepasikliaujant sudėtingomis mechaninėmis struktūromis.

 

1. Pirmas žingsnis: DC surinkimas ir įvestis

Saulės baterijos yra sujungtos nuosekliai, kad sudarytų PV stygas. Kelios eilutės sujungiamos per nuolatinės srovės jungiklio dėžę, o suminė srovė tiekiama į keitiklio nuolatinės srovės įvesties gnybtą. Šiame etape įvesties galia yra žemos-įtampos, labai kintanti nuolatinė srovė, o įtampos lygis labai svyruoja dėl oro sąlygų, dienos ir nakties ciklų bei šešėlių.

 

2. Antras veiksmas: MPPT (maksimalaus galios taško sekimas)

Tai yra pagrindinis etapas siekiant maksimaliai padidinti energijos išeigą. Inverterio valdymo sistema nuolat stebi įtampą ir srovę iš PV pusės ir dinamiškai koreguoja veikimo parametrus naudodama pažangius algoritmus. Tai darydamas, jis užfiksuoja maksimalų galios tašką esamomis sąlygomis, sumažindamas energijos nuostolius, atsirandančius dėl šešėlio, temperatūros pokyčių ir kintančio saulės šviesos intensyvumo.

 

3. Trečias veiksmas: branduolio inversija (konvertavimas iš nuolatinės srovės į kintamą)

Inversijos proceso esmė slypi keitiklio grandinėje, paprastai pilnoje -tilto topologijoje. Pagrindiniai komponentai apima galios puslaidininkinius jungiklius, tokius kaip IGBT ir MOSFET. Valdymo grandinė tiksliai verčia šiuos jungiklius įjungti ir išjungti dideliu greičiu koordinuota seka, efektyviai keičiant srovės tekėjimo kryptį. Dėl to iš pradžių viena -krypta nuolatinė srovė greitai perjungiama į periodiškai kintamą srovę, suformuojant „neapdorotą kintamosios srovės bangos formą“.

 

4. Ketvirtas žingsnis: filtravimas, įtampos didinimas ir bangos formos formavimas

Pradinė kintamosios srovės bangos forma, sukurta inversijos būdu, turi reikšmingų harmonikų ir nėra tinkama tiesioginiam naudojimui. Inverterio viduje esantys komponentai, tokie kaip filtrai, induktoriai (reaktoriai) ir transformatoriai, patobulina bangos formą pašalindami triukšmą, stabilizuodami signalą ir padidindami įtampą iki standartinio tinklo lygio. Rezultatas yra sklandus, stabilus sinusoidinis kintamosios srovės išėjimas.

 

5. Penktas žingsnis: maitinimo išvestis arba tinklo prijungimas

Kondicionuota kintamosios srovės energija paskirstoma per kintamosios srovės skirstomąją spintą. Dalis elektros energijos naudojama tiekti-svetainės apkrovas (pvz., gamyklas ar buitinius prietaisus), o energijos perteklius tiekiamas į viešąjį tinklą. Išjungtose-tinklo sistemose energijos perteklius kaupiamas baterijose ir vėliau iškraunamas, kad būtų tiekiama elektra, kai nėra saulės šviesos.

 

 

Kaip pasirinkti saulės keitiklį įvairioms reikmėms?

Atsižvelgiant į galios diapazoną, taikymo scenarijus ir darbo režimus, saulės energijos keitikliai paprastai skirstomi į keturis pagrindinius tipus. Atranka vadovaujasi aiškiais pramonės principais:

 

1. Mikro inverteriai (200 W–1500 W)

Kiekvienas saulės skydelis yra suporuotas su savo keitikliu, kuris modulio lygiu atlieka nuolatinės srovės -į-AC konversiją. Jie daugiausia naudojami gyvenamųjų namų stogams ir mažoms paskirstytoms PV sistemose. Mikro inverteriai gerai veikia tamsesnėmis sąlygomis, tačiau jų vieneto kaina yra didesnė.

 

2. Styginiai keitikliai (1,5 kW–250 kW, įprastiniai 60–175 kW)

Šiuo metu plačiausiai naudojamas tipas, užimantis didžiausią rinkos dalį. Vienas inverteris jungiamas prie kelių PV stygų, todėl užtikrinamas didelis MPPT tikslumas ir didelis atsparumas gedimams. Tinka gyvenamiesiems, komerciniams ir mažiems{2}}–-vidutiniams pramoniniams stogams ir vis dažniau naudojamas didelėse-žemės{5}}montuojamose elektrinėse. Pasaulinės rinkos dalis viršijo 58%.

 

3. Centralizuoti styginiai (paskirstyti) keitikliai (1MW–10MW)

Įrengti tarp styginių ir centrinių keitiklių, jie idealiai tinka dideliems{0}}žemėje montuojamiems augalams su sudėtingu reljefu arba daliniu šešėliavimu. Jie subalansuoja energijos gamybos efektyvumą ir lengvesnį valdymą bei priežiūrą.

 

4. Centriniai keitikliai (250kW–10MW)

Sukurta didelės{0}}galios centralizuotam konvertavimui, pasižymi aukšta įtampa, maža kaina už vatą ir supaprastinta priežiūra. Dažniausiai naudojamas dideliuose-saulės energijos ūkiuose, žemės ūkio energijos projektuose ir plūduriuojančiose PV sistemose. Naujausi modeliai gali pasiekti itin-didelę iki 3,125 MW galią ir palaiko integruotus inverterių-transformatorių sprendimus.

 

Pasirinkimo gairės: didelės antžeminės{0}}elektrinės: centriniai arba centralizuoti styginiai keitikliai. Komerciniai ir pramoniniai / gyvenamieji paskirstyti PV: styginiai keitikliai. Didelio-tikslumo gyvenamųjų namų scenarijai: mikro inverteriai

 

Išvada

Paprastais žodžiais tariant, saulės keitiklio veikimo principą galima apibendrinti taip:

Saulės baterijos paverčia saulės šviesą į svyruojančią nuolatinės srovės energiją per fotovoltinį efektą. Tada keitiklis optimizuoja išvestį per MPPT, atlieka nuolatinės srovės ir kintamosios srovės konvertavimą naudodamas galios elektroninį perjungimą ir patobulina bangos formą filtruodamas ir reguliuodamas įtampą, -kurių metu galiausiai tiekiama stabili kintamoji srovė apkrovoms arba tinklo integravimui.

 

„Yahua Lighting“ teikia vieno-saulės energijos sistemos sprendimus, įskaitant PV modulius, didelio-efektyvumo styginius ir centrinius keitiklius, energijos kaupimo sistemas, integruotą saulės energijos gatvių apšvietimą ir visą įjungimo -įjungimo / išjungimo{4}}tinklo paskirstymo įrangą. Turėdami brandžią galios elektronikos technologiją ir didelę lauko projektų patirtį, teikiame pritaikytus sprendimus gyvenamųjų namų stogams, komerciniams ir pramoniniams objektams, dideliems-saulės energijos ūkiams ir atšiaurioms aplinkoms, pvz., pakrantėms ar{7}}korozinėms vietovėms. Norėdami gauti daugiau informacijos, susisiekite: sales@sxyhzm.com

 

DUK

1 klausimas: ar saulės energiją galima naudoti tiesiogiai be keitiklio?

A: Ne. Saulės baterijos gamina nuolatinės srovės elektros energiją, o dauguma prietaisų ir elektros tinklų naudoja kintamą srovę. Nuolatinės srovės maitinimą sunku reguliuoti ir ji kelia pavojų saugai, todėl prieš naudojimą ją reikia konvertuoti keitikliu.

 

2 klausimas: kuo skiriasi tinklo{1}}pririšti ir išjungti{2}}tinklo keitikliai?

A: Tinklo{0}}pririštiems keitikliams nereikia baterijų, o maitinimas tiekiamas tiesiai į tinklą, todėl jie tinka daugumai gyvenamųjų ir komercinių patalpų. Išjungti-tinklo keitikliai veikia su baterijomis, kad kauptų energiją ir yra naudojami vietose, kuriose nėra prieigos prie tinklo.

 

3 klausimas: kaip pasirinkti kvadratinės bangos ir grynos sinusinės bangos keitiklius?

A: Kvadratinės bangos keitikliai yra mažos{0}}kainos, tačiau sukuria didelius harmoninius iškraipymus ir tinka tik mažoms, paprastoms apkrovoms. Grynieji sinuso bangos keitikliai užtikrina švarią išvestį, suderinamą su visais prietaisais ir yra būtini gyvenamosioms ir komercinėms PV sistemoms.

 

4 klausimas: kiek laiko veikia saulės keitiklis?

A: Pagrindiniai komponentai, tokie kaip IGBT, paprastai yra skirti 10–15 metų. Tinkamai prižiūrint, aukštos-kokybės keitikliai gali tarnauti 15+ metų, nors dažnai jie yra pirmasis pagrindinis PV sistemos komponentas, kurį reikia pakeisti.

 

5 klausimas: Kodėl styginiai inverteriai tampa vis populiaresni?

A: Jie siūlo tikslesnį MPPT sekimą, mažesnius nuostolius šešėlinėmis sąlygomis ir nuolat mažėjančias išlaidas. Kartu su sparčiu paskirstytų PV augimu jų rinkos dalis nuolat didėja.