Do artigo para compreender o princípio de funcionamento dos inversores fotovoltaicos!

Princípio de funcionamento e características Princípio de funcionamento: O núcleo do dispositivo inversor é o circuito de comutação do inversor, abreviadamente conhecido como circuito do inversor. Este circuito completa a função do inversor ligando e desligando a chave eletrônica de potência. Características: (1) É necessária alta eficiência. Devido ao alto preço das células solares, a fim de maximizar o uso de células solares e melhorar a eficiência do sistema, devemos tentar melhorar a eficiência do inversor. (2) É necessária alta confiabilidade. Atualmente, os sistemas de usinas fotovoltaicas são usados ​​principalmente em áreas remotas. Muitas centrais elétricas são autônomas e mantidas. Isso requer que os inversores tenham uma estrutura de circuito razoável, seleção restrita de componentes e exigem que os inversores tenham várias funções de proteção, tais como: proteção reversa de polaridade CC de entrada, proteção de curto-circuito de saída CA, superaquecimento, proteção de sobrecarga, etc. (3) A entrada a tensão é necessária para ter uma ampla faixa de adaptação. Porque a tensão terminal da célula solar muda com a carga e a intensidade da luz solar. Especialmente quando a bateria está envelhecendo, sua tensão terminal varia amplamente. Por exemplo, a tensão do terminal de uma bateria de 12 V pode variar de 10 V a 16 V, o que requer que o inversor garanta a operação normal dentro de uma faixa de tensão de entrada CC maior.

Classificação de inversores fotovoltaicos Existem vários métodos de classificação de inversores, por exemplo: de acordo com o número de fases da tensão CA de saída do inversor, ela pode ser dividida em inversores monofásicos e inversores trifásicos; de acordo com os dispositivos semicondutores usados ​​no inversor Diferentes tipos podem ser divididos em inversores de transistor, inversores de tiristor e inversores de tiristor de desligamento. De acordo com o princípio do circuito do inversor, ele pode ser dividido em inversor de oscilação autoexcitado, inversor de superposição de onda escalonada e inversor de modulação por largura de pulso. De acordo com a aplicação em sistema conectado à rede ou sistema fora da rede, ele pode ser dividido em inversor conectado à rede e inversor fora da rede. Para facilitar a seleção de inversores para usuários fotovoltaicos, a classificação é baseada apenas nas diferentes ocasiões de aplicação dos inversores.

1. Inversor centralizado A tecnologia do inversor centralizado é que vários strings fotovoltaicos paralelos são conectados à entrada CC do mesmo inversor centralizado. Geralmente, os módulos de potência IGBT trifásicos são usados ​​para alta potência, e o uso de transistor de efeito de campo de baixa potência, enquanto usa o controlador de conversão DSP para melhorar a qualidade da energia elétrica gerada, tornando-a muito próxima da corrente senoidal, geralmente utilizado no sistema de grandes centrais fotovoltaicas (> 10kW). A maior característica é a alta potência e o baixo custo do sistema. No entanto, como a tensão de saída e a corrente de diferentes strings fotovoltaicas muitas vezes não são completamente combinadas (especialmente quando as cordas fotovoltaicas estão parcialmente sombreadas devido ao turvamento, sombra, manchas, etc.), a inversão centralizada é adotada. O método de mudança levará a uma diminuição na eficiência do processo do inversor e uma diminuição na energia dos usuários de eletricidade. Ao mesmo tempo, a confiabilidade da geração de energia de todo o sistema fotovoltaico é afetada pelo mau estado de funcionamento de um grupo de unidades fotovoltaicas. A direção da pesquisa mais recente é o uso de controle de modulação vetorial espacial e o desenvolvimento de novas conexões de topologia de inversores para obter alta eficiência em condições de carga parcial.

2. Inversores String Os inversores String baseiam-se no conceito modular. Cada string fotovoltaico (1-5kw) passa por um inversor e tem rastreamento de pico de potência máxima na extremidade CC. A conexão paralela e à rede se tornou o inversor mais popular no mercado internacional. Muitas grandes usinas fotovoltaicas usam inversores string. A vantagem é que não é afetado pelas diferenças de módulo e sombras entre os strings, ao mesmo tempo que reduz o descompasso entre o ponto ótimo de trabalho do módulo fotovoltaico e do inversor, aumentando assim a geração de energia. Essas vantagens técnicas não apenas reduzem o custo do sistema, mas também aumentam a confiabilidade do sistema. Ao mesmo tempo, é introduzido o conceito de "mestre-escravo" entre os strings, o que faz com que o sistema conecte vários strings fotovoltaicos e deixe um ou vários deles trabalharem quando um único string de energia elétrica não pode fazer um único inversor funcionar. , Para produzir mais eletricidade. O conceito mais recente é que vários inversores formam uma "equipe" para substituir o conceito "mestre-escravo", o que torna a confiabilidade do sistema um passo adiante. Atualmente, os inversores string sem transformador assumiram a liderança.

3. Microinversor No sistema fotovoltaico tradicional, o terminal de entrada CC de cada inversor string será conectado em série por cerca de 10 painéis fotovoltaicos. Quando um dos 10 painéis conectados em série não funcionar bem, essa string será afetada. Se o inversor usar o mesmo MPPT para várias entradas, cada entrada também será afetada, reduzindo muito a eficiência de geração de energia. Em aplicações práticas, vários fatores de proteção como nuvens, árvores, chaminés, animais, poeira, gelo e neve causarão os fatores acima, e a situação é muito comum. No sistema fotovoltaico do microinversor, cada painel é conectado a um microinversor. Quando um dos painéis não funciona bem, apenas este será afetado. Todos os outros painéis fotovoltaicos funcionarão nas melhores condições de funcionamento, tornando o sistema geral mais eficiente e gerando mais energia. Em aplicações práticas, se o inversor string falhar, fará com que os painéis de vários quilowatts deixem de funcionar, e o impacto da falha do microinversor é bem pequeno.

4. Otimizador de energia A instalação de um otimizador de energia (OptimizEr) no sistema de geração de energia solar pode melhorar muito a eficiência de conversão e simplificar a função do inversor (Inversor) para reduzir custos. A fim de realizar um sistema de geração de energia solar inteligente, o otimizador de energia do dispositivo pode garantir que cada célula solar exerça o melhor desempenho e monitorar o status do consumo da bateria a qualquer momento. O otimizador de energia é um dispositivo entre o sistema de geração de energia e o inversor. A principal tarefa é substituir a melhor função de rastreamento de ponto de potência original do inversor. O otimizador de energia usa analogia para realizar varreduras extremamente rápidas de rastreamento de melhor ponto de energia, simplificando o circuito e uma única célula solar corresponde a um otimizador de energia, de modo que cada célula solar pode realmente atingir o melhor rastreamento de ponto de energia. Além disso, você também pode monitorar o estado da bateria a qualquer hora e em qualquer lugar inserindo um chip de comunicação, relatar problemas em tempo real e permitir que o pessoal relevante os conserte o mais rápido possível. A função do inversor fotovoltaico O inversor não só tem a função de conversão direto para CA, mas também tem a função de maximizar o desempenho da célula solar e a função de proteção contra falhas do sistema. Em resumo, existem funções automáticas de operação e desligamento, função de controle de rastreamento de potência máxima, função de operação anti-única (para sistema conectado à rede), função de ajuste automático de tensão (para sistema conectado à rede), função de detecção DC (para sistema conectado à rede) ), Função de detecção de aterramento CC (para sistema conectado à rede). Aqui está uma breve introdução à operação automática e funções de desligamento e a função de controle de rastreamento de potência máxima.

(1) Operação automática e função de desligamento Após o nascer do sol da manhã, a intensidade da radiação solar aumenta gradualmente e a saída da bateria solar também aumenta. Quando a potência de saída exigida pelo inversor é alcançada, o inversor automaticamente começa a operar. Após entrar em operação, o inversor monitorará a saída dos componentes da célula solar o tempo todo. Enquanto a potência de saída dos componentes da célula solar for maior do que a potência de saída exigida pelo inversor, o inversor continuará a funcionar; vai parar até o pôr do sol, mesmo se estiver nublado ou chuvoso. O inversor também pode ser operado. Quando a saída do módulo de célula solar fica menor e a saída do inversor se aproxima de 0, o inversor entra em estado de espera.

(2) Função de controle de rastreamento de potência máxima A saída do módulo de célula solar varia com a intensidade da radiação solar e a temperatura do próprio módulo de célula solar (temperatura do chip). Além disso, como o módulo de célula solar tem a característica de que a tensão diminui com o aumento da corrente, existe um ponto de operação ótimo que pode obter a potência máxima. A intensidade da radiação solar está mudando e, obviamente, o melhor ponto operacional também está mudando. Em relação a essas mudanças, o ponto de operação do módulo de célula solar está sempre no ponto de potência máxima e o sistema sempre obtém a potência máxima de saída do módulo de célula solar. Este tipo de controle é o controle de rastreamento de potência máxima. A maior característica do inversor utilizado no sistema de geração de energia solar é que inclui a função de Rastreamento de Ponto de Potência Máxima (MPPT).

Os principais indicadores técnicos de inversores fotovoltaicos

1. A estabilidade da tensão de saída Em um sistema fotovoltaico, a energia elétrica gerada pela célula solar é primeiro armazenada pela bateria e depois convertida em corrente alternada de 220V ou 380V através do inversor. No entanto, a bateria é afetada por sua própria carga e descarga, e sua tensão de saída varia amplamente. Por exemplo, a bateria nominal de 12 V pode variar de 10,8 a 14,4 V (exceder esta faixa pode causar danos à bateria). Para um inversor qualificado, quando a tensão do terminal de entrada muda dentro desta faixa, a mudança em sua tensão de saída de estado estacionário não deve exceder Plusmn; 5% do valor nominal. Ao mesmo tempo, quando a carga muda repentinamente, o desvio da tensão de saída não deve exceder ± 10% do valor nominal.

2. Distorção da forma de onda da tensão de saída Para inversores de onda senoidal, a distorção da forma de onda máxima permitida (ou conteúdo harmônico) deve ser especificada. Normalmente expresso pela distorção total da forma de onda da tensão de saída, seu valor não deve exceder 5% (a saída monofásica permite 10%). Como a saída de corrente harmônica de alta ordem pelo inversor produzirá perdas adicionais, como correntes parasitas na carga indutiva, se a distorção da forma de onda do inversor for muito grande, isso causará um sério aquecimento dos componentes da carga, o que não conduz à segurança de equipamentos elétricos e afeta seriamente o sistema Eficiência operacional. 3. Frequência de saída nominal Para cargas que incluem motores, como máquinas de lavar, geladeiras, etc., porque o ponto de operação de melhor frequência do motor é 50 Hz, uma frequência muito alta ou muito baixa fará com que o equipamento aqueça, reduzindo a eficiência operacional e vida útil do sistema. Portanto, a frequência de saída do inversor deve ser um valor relativamente estável, geralmente 50 Hz, e seu desvio deve estar dentro de Plusmn; l% em condições normais de trabalho.

4. O fator de potência de carga representa a capacidade do inversor de transportar cargas indutivas ou capacitivas. O fator de potência de carga do inversor de onda senoidal é 0,7 a 0,9 e o valor nominal é 0,9. No caso de uma determinada potência de carga, se o fator de potência do inversor for baixo, a capacidade do inversor necessária aumentará. Por um lado, o custo aumentará e a potência aparente do circuito CA do sistema fotovoltaico aumentará. Conforme a corrente aumenta, as perdas inevitavelmente aumentarão e a eficiência do sistema também diminuirá.

5. Eficiência do inversor A eficiência de um inversor se refere à relação entre sua potência de saída e sua potência de entrada nas condições de trabalho especificadas, expressa em porcentagem. Em geral, a eficiência nominal de um inversor fotovoltaico se refere a uma carga puramente resistiva. , Eficiência com carga de 80%. Como o custo geral do sistema fotovoltaico é relativamente alto, a eficiência do inversor fotovoltaico deve ser maximizada, o custo do sistema deve ser reduzido e o desempenho de custo do sistema fotovoltaico deve ser melhorado. Atualmente, a eficiência nominal dos inversores principais está entre 80% e 95%, e a eficiência dos inversores de baixa potência não deve ser inferior a 85%. No atual processo de design do sistema fotovoltaico, não apenas o inversor de alta eficiência deve ser selecionado, mas também a configuração razoável do sistema deve ser adotada para fazer a carga do sistema fotovoltaico trabalhar perto do melhor ponto de eficiência tanto quanto possível.

6. Corrente de saída nominal (ou capacidade de saída nominal)

Indica a corrente de saída nominal do inversor dentro da faixa de fator de potência de carga especificada. Alguns produtos do inversor fornecem a capacidade de saída nominal e a unidade é expressa em VA ou kVA. A capacidade nominal do inversor é quando o fator de potência de saída é 1 (ou seja, carga resistiva pura), a tensão de saída nominal é o produto da corrente de saída nominal. 7. Medidas de proteção Um inversor com excelente desempenho também deve ter funções de proteção completas ou medidas para lidar com várias situações anormais durante o uso real, de modo a proteger o próprio inversor e outros componentes do sistema contra danos. (1) Protetor de subtensão de entrada: Quando a tensão de entrada é inferior a 85% da tensão nominal, o inversor deve ser protegido e exibido. (2) Protetor de sobretensão de entrada: Quando a tensão de entrada é superior a 130% da tensão nominal, o inversor deve ser protegido e exibido. (3) Proteção de sobrecorrente: A proteção de sobrecorrente do inversor deve ser capaz de garantir uma ação oportuna quando a carga está em curto-circuito ou a corrente excede o valor permitido para protegê-la de danos por corrente de surto. Quando a corrente de trabalho excede 150% da nominal, o inversor deve ser capaz de se proteger automaticamente. (4) O tempo de ação da proteção de curto-circuito do inversor do protetor de curto-circuito de saída não deve exceder 0,5s. (5) Proteção de conexão reversa de entrada: Quando os terminais de entrada positivo e negativo são conectados inversamente, o inversor deve ter uma função de proteção e display. (6) Proteção contra raios: O inversor deve ter proteção contra raios.

(7) Proteção contra sobretensão, etc. Além disso, para inversores sem medidas de estabilização de tensão, o inversor também deve ter medidas de proteção de sobretensão de saída para proteger a carga de danos por sobretensão. 8. As características de partida representam a capacidade do inversor de dar partida com carga e seu desempenho durante a operação dinâmica. O inversor deve ter uma partida confiável sob carga nominal. 9. Ruído: Transformadores, indutores de filtro, interruptores eletromagnéticos, ventiladores e outros componentes em equipamentos eletrônicos de potência irão gerar ruído. Quando o inversor está em operação normal, seu ruído não deve exceder 80dB, e o ruído de um inversor pequeno não deve exceder 65dB. Habilidades de seleção A seleção de inversores deve primeiro considerar ter capacidade nominal suficiente para atender aos requisitos do equipamento para energia elétrica sob a carga máxima. Para um inversor com um único dispositivo como carga, a seleção de sua capacidade nominal é relativamente simples. Quando o equipamento elétrico é uma carga resistiva pura ou o fator de potência é maior que 0,9, a capacidade nominal do inversor é selecionada de 1,1 a 1,15 vezes a capacidade do equipamento elétrico. Ao mesmo tempo, o inversor também deve ter a capacidade de resistir ao impacto de cargas capacitivas e indutivas. Para cargas indutivas gerais, como motores, geladeiras, condicionadores de ar, máquinas de lavar, bombas de água de alta potência, etc., na partida, a potência instantânea pode ser de 5 a 6 vezes sua potência nominal. Neste momento, o inversor irá suportar uma grande potência instantânea. surto. Para tais sistemas, a capacidade nominal do inversor deve ter margem suficiente para garantir que a carga possa ser iniciada de forma confiável, e o inversor de alto desempenho pode ser iniciado com carga total muitas vezes sem danificar os dispositivos de energia. Para sua própria segurança, pequenos inversores às vezes precisam usar uma partida suave ou partida por limitação de corrente. Precauções de instalação e manutenção

1. Antes da instalação, verifique se o inversor está danificado durante o transporte.

2. Ao escolher o local de instalação, deve-se garantir que não haja interferência de nenhum outro equipamento eletrônico de potência nas proximidades.

3. Antes de fazer as conexões elétricas, certifique-se de usar materiais opacos para cobrir os painéis fotovoltaicos ou desconectar o disjuntor do lado CC. Exposição à luz solar, matrizes fotovoltaicas irão gerar tensões perigosas.

4. Todas as operações de instalação devem ser realizadas apenas por profissionais e pessoal técnico.

5. Os cabos utilizados no sistema de geração de energia do sistema fotovoltaico devem estar firmemente conectados, bem isolados e com especificações adequadas. Tendência de desenvolvimento Para inversores solares, melhorar a eficiência de conversão de energia é um tópico eterno, mas quando a eficiência do sistema está ficando cada vez mais alta, quase se aproximando de 100%, outras melhorias de eficiência serão acompanhadas por desempenho de custo mais baixo. Portanto, como manter uma alta eficiência e manter uma boa competitividade de preços será um tópico importante no momento. Em comparação com os esforços para melhorar a eficiência dos inversores, como melhorar a eficiência de todo o sistema do inversor está gradualmente se tornando outra questão importante para os sistemas de energia solar. Em um painel solar, quando uma sombra parcial de 2 ~ 3% da área aparece, para um inversor com função MPPT, quando a potência de saída do sistema é ruim, haverá até uma queda de potência de cerca de 20%! Para melhor se adaptar a situações como essa, é muito eficaz usar MPPT um-para-um ou funções de controle MPPT múltiplas para módulos solares simples ou parciais. Como o sistema do inversor está no estado de operação conectado à rede, o vazamento do sistema para o solo causará sérios problemas de segurança; além disso, a fim de melhorar a eficiência do sistema, a maioria dos painéis solares são conectados em série para formar uma alta tensão de saída DC; Devido à ocorrência de condições anormais entre os eletrodos, é fácil produzir um arco CC. Devido à alta tensão DC, é muito difícil extinguir o arco e é extremamente fácil causar um incêndio. Com a ampla adoção de sistemas de inversores solares, as questões de segurança do sistema também serão uma parte importante da tecnologia de inversores. Além disso, o sistema de energia está inaugurando。 inteligente

O rápido desenvolvimento e popularização da tecnologia de rede elétrica. Um grande número de sistemas de energia solar e outros novos sistemas de energia são conectados à rede, o que representa novos desafios técnicos para a estabilidade do sistema de rede inteligente. Projetar um sistema de inversor que possa ser mais rápido, preciso e inteligente compatível com redes inteligentes se tornará uma condição necessária para sistemas de inversores solares no futuro.

De um modo geral, o desenvolvimento da tecnologia de inversores é desenvolvido com o desenvolvimento de tecnologia de eletrônica de potência, tecnologia microeletrônica e teoria de controle moderna. Com o passar do tempo, a tecnologia do inversor está se desenvolvendo na direção de maior frequência, maior potência, maior eficiência e menor volume.