Röviden szólva, a PV inverter munkafolyamata három fő szakaszra osztható:teljesítménygyűjtés és -optimalizálás, DC-AC konverzió, ésgrid-csatlakozva/kikapcsolva-grid adaptáció. Az alábbiakban az alapelvek, az alapvető modulok és a kulcsfontosságú technológiák szemszögéből származó részletes lebontás található:
I. Alapvető munkacélok
A PV modulok kimeneti jellemzői nagyon érzékenyek a megvilágításra és a hőmérsékletre, ami nemlineáris kapcsolatot mutat a kimeneti feszültség és áram között. Ezen túlmenően a közvetlenül előállított egyenáram nem csatlakoztatható közvetlenül a hálózathoz, és nem hajtható meg hagyományos váltakozó áramú terhelés. Ezért az inverternek két alapvető célt kell elérnie:
Maximalizálja a kimeneti teljesítményt: Kövesse nyomon a PV-modulok maximális kimeneti teljesítményét valós időben az MPPT technológián keresztül, hogy a lehető legnagyobb mértékben javítsa az energiatermelés hatékonyságát.
Hullámforma és szinkronizálás: Egyenáramú tápfeszültséget alakítson át szinuszos váltakozó árammá, amely megfelel a hálózati szabványoknak (az elektromos hálózatnak megfelelő feszültséggel, frekvenciával és fázissal), hogy biztosítsa a hálózatra -csatlakoztatott biztonságot vagy a hálózaton kívüli terhelések stabil működését{1}}.
II. A fotovoltaikus inverterek alapvető munkafolyamata
Vegyük a leggyakoribbatgrid{0}}csatlakozott PV inverterekpéldaként a teljes munkafolyamat négy lépésre osztható:
1. lépés: DC bemenet és szűrés (DC{1}}oldali feldolgozás)
A sorosan/párhuzamosan{0}}kapcsolt PV-modulok egyenáramú teljesítménye nem teljesen stabil, feszültséghullámokkal és áramingadozásokkal, amelyeket a megvilágítás változása és a modulok jellemzőinek különbségei okoznak.
Az inverter először az egyenáramra csatlakozik aDC biztosíték(túláramvédelemhez) és aDC túlfeszültség-levezető(túlfeszültség-védelemre).
Ezután egy szűrőáramkör, amelyből állDC szűrő kondenzátorok/induktorokA DC feszültség ingadozásainak kisimítására szolgál, stabil egyenáramú bemenetet biztosítva a következő átalakítási szakaszhoz.
2. lépés: Maximális teljesítménypont követés (MPPT)
Ez az inverter kulcsfontosságú láncszeme az energiatermelés hatékonyságának javításában. Az alapelv a PV modulok kimeneti feszültségének és áramának valós időben történő észlelésevezérlő algoritmusok, számítsa ki az aktuális kimeneti teljesítményt, és dinamikusan állítsa be az inverter egyenáramú bemeneti feszültségét, hogy a PV modulok mindig a maximális kimeneti teljesítmény pontján működjenek.
Általános MPPT algoritmusok: Perturbáció és megfigyelés (P&O), növekményes vezetőképesség (INC). Közülük a növekményes vezetőképesség módszere nagyobb pontossággal rendelkezik, és alkalmas gyors megvilágítási változásokkal járó forgatókönyvekhez.
Megvalósítási módszer: Állítsa be a DC feszültséget aDC-DC konverter(például egy Boost step{0}}áramkör). Ha a PV modulok kimeneti feszültsége alacsony, a Boost áramkör azt egy inverzióra alkalmas egyenáramú busz feszültségre emeli (pl. 380 V DC busz, amely 380 V AC kimenetnek felel meg).
3. lépés: DC-AC átalakítás (alap inverziós szakasz)
Ez az inverter fő funkciója, amely lényegében a stabil egyenáramot alakítja át váltakozó árammá, hasonlóan a szinuszhullámhoz a nagy-frekvenciás be-kikapcsolt működés révén.teljesítményelektronikus kapcsolókészülékek. Különböző topológiai struktúrák szerint főként aegy-fázisú inverterek(alacsony fogyasztású-polgári alkalmazásokhoz) éshárom-fázisváltó(ipari és kereskedelmi nagy teljesítményű{0}}alkalmazásokhoz), következetes alapelvekkel:
Kapcsolóeszközök: Szigetelt kapus bipoláris tranzisztorok (IGBT) vagy fém-oxid-félvezető tér-effekttranzisztorok (MOSFET) kerültek alkalmazásra, amelyek "elektronikus kapcsolók" a teljesítményátalakításhoz, és mikromásodperceken belül befejezhetik a be--kikapcsolást.
Inverter híd topológia: A leggyakrabban használt ateljes-híd inverter áramkör(4 kapcsolóeszközzel egy-fázishoz és 6 három-fázishoz). Példaként az egy-fázisú teljes-híd áramkört vesszük:
A vezérlő kimeneteImpulzusszélesség-modulációs (PWM) jeleka 4 IGBT be-{0}}kikapcsolási sorrendjének és munkaciklusának vezérléséhez.
Az impulzusszélesség beállításával a kapcsolóeszközök által kibocsátott "négyzethullámú impulzussor" szűrésre kerül, hogy a szinuszhullámhoz közeli váltakozó áramot képezzen.
AC szűrés: Az inverzió utáni váltakozó áramú teljesítmény magas{0}}frekvenciás harmonikusokat tartalmaz, amelyeket ki kell szűrniLC szűrő áramkörAC szűrő induktorokból és kondenzátorokból áll, hogy tiszta szinuszos váltakozó áramot kapjon.
4. lépés: Grid-csatlakozva/Kikapcsolva-Rács adaptálása és védelem (AC-oldali feldolgozás)
1. Grid{1}}csatlakozott inverterek: szinkronizálás és hálózati csatlakozás
Ha az invertert hálózatra{0}}kapcsolt áramtermelésre használják, gondoskodni kell arról, hogy a kimenő váltakozó áramúugyanabban a frekvenciában, fázisban és feszültségbenmint hálózati hálózat:
Valós-időben észleli az elektromos hálózat feszültségfrekvenciáját és fázisátPhase{0}}Locked Loop (PLL) technológia, állítsa be az inverter váltakozó áramú kimenetének fázisát és frekvenciáját, és érje el a pontos szinkronizálást az elektromos hálózattal.
Csatlakoztassa az elektromos hálózathoz egyAC kontaktor, és biztosítsa a hálózathoz{0}}csatlakozás biztonságátszigetelő védelem, túlfeszültség/feszültségcsökkenés védelem, túláramvédelem, frekvenciavédelemstb. (pl. ha az elektromos hálózat áramellátása megszűnik, az inverternek azonnal le kell állítania a működését, nehogy a "szigetelő hatás" veszélyeztesse a karbantartó személyzetet).
2. Kikapcsolt-hálózati inverterek: Közvetlen tápegység
Ha az invertert kikapcsolt{0}}hálózati rendszerben használják (pl. távoli területek fotovoltaikus tápellátása), a szűrt szinuszos váltóáram közvetlenül a terhelésekhez (pl. háztartási készülékek, ipari berendezések) kerül. Eközben energiatároló akkumulátorokkal kombinálható a stabil feszültségszabályozás elérése érdekében.
III. A fotovoltaikus inverterek fő típusai és topológiai különbségek
A különböző típusú inverterek enyhe eltéréseket mutatnak az inverziós fokozat topológiájában, és különböző forgatókönyvekhez alkalmasak:
Központi inverterek(nagy-teljesítményű, ipari/kereskedelmi használatra és fotovoltaikus erőművekre):
Fogadj örökbeteljesítményfrekvenciás transzformátor/nagy{0}}frekvenciás transzformátortopológia. Egyes transzformátor nélküli (nem -szigetelt) típusok kondenzátorokon keresztül érik el a leválasztást, és a teljesítmény eléri a több megawattot. Jellemzőjük a magas szintű integráció, valamint a kényelmes kezelés és karbantartás.
String inverterek(közepes és kis teljesítményű, háztartási használatra és elosztott fotovoltaikus rendszerekre):
Minden PV-sztring független MPPT-vezérlővel van felszerelve, és az inverziós szakasz teljes -híd topológiát alkalmaz. Egymástól függetlenül képes nyomon követni az egyes húrok maximális teljesítménypontját, alkalmazkodva a különböző húrok közötti megvilágítási különbségekhez (pl. árnyékolás).
Mikroinverterek(alacsony-teljesítményű, háztartási fotovoltaikus rendszerekhez):
Közvetlenül a PV-modulok hátoldalára szerelve, egy modulnak megfelelő mikroinverterrel, megvalósítva a "modul{0}}szintű inverziót". A legmagasabb MPPT pontossággal rendelkezik, és alkalmas összetett megvilágítási környezetekhez.
IV. Főbb műszaki mutatók és a teljesítményre gyakorolt hatások
Inverziós hatékonyság: A jó-minőségű inverterek 98% feletti maximális hatékonyságot érhetnek el (európai hatékonyság), ami főként a kapcsolóeszközök vezetési veszteségétől és az MPPT követési pontosságától függ.
Teljes harmonikus torzítás (THD): A hálózathoz{0}}csatlakozott inverterekhez 5% vagy annál kisebb THD szükséges. Minél alacsonyabb a THD, annál tisztább a kimeneti szinuszhullám, és annál kisebb az interferencia az elektromos hálózatban.
MPPT hatékonyság: Általában 99%-nál nagyobb vagy egyenlőnek kell lennie, ami közvetlenül befolyásolja a fotovoltaikus rendszer teljes energiatermelését.
Összegzés
A PV inverter lényege, hogyteljesítményforma-konverziót valósíthat meg nagy{0}}frekvenciás modulációval, teljesítményelektronikus kapcsolóeszközökkel a magként, miközben vezérlési algoritmusokkal valósítja meg a teljesítmény optimalizálását és a hálózati adaptációt. Működési elvének lényege a következőkben rejlik:teljesítményoptimalizálás DC-DC konverterekkel, DC-AC konverzió megvalósítása PWM-modulált inverter hidakkal, és biztonságos hálózati csatlakozás biztosítása fázis-zárt hurkok és védelmi áramkörök révén. Ez az eljárás nem csak a teljesítményelektronikai technológia gyors kapcsolási jellemzőit használja ki, hanem a szabályozáselmélet precíz szabályozását is ötvözi, kulcsfontosságú láncszemként szolgálva a fotovoltaikus energiatermelő rendszerek hatékony energiahasznosításához.
