Trenutno je kineski fotonaponski sustav za proizvodnju energije uglavnom istosmjerni sustav koji puni električnu energiju generiranu solarnom baterijom, a baterija izravno napaja opterećenje. Na primjer, solarni sustav kućne rasvjete u sjeverozapadnoj Kini i sustav napajanja mikrovalnih stanica daleko od mreže koriste istosmjerni sustav. Ova vrsta sustava ima jednostavnu strukturu i nisku cijenu. Međutim, zbog različitih istosmjernih napona opterećenja (kao što su 12 V, 24 V, 48 V itd.), teško je postići standardizaciju i kompatibilnost sustava, posebno za civilno napajanje, jer se većina izmjeničnih opterećenja koristi s istosmjernom strujom. Fotonaponskim sustavima za proizvodnju energije teško je ući na tržište kao roba. Osim toga, fotonaponska proizvodnja energije s vremenom će postići rad spojen na mrežu, što mora usvojiti zreli tržišni model. U budućnosti će sustavi za proizvodnju energije izmjeničnom fotonaponskom energijom postati glavni dio fotonaponske proizvodnje energije.
Zahtjevi fotonaponskog sustava za proizvodnju energije za invertersko napajanje
Fotovoltaični sustav za proizvodnju energije koji koristi izmjeničnu struju sastoji se od četiri dijela: fotonaponskog niza, regulatora punjenja i pražnjenja, baterije i pretvarača (sustav za proizvodnju energije spojen na mrežu općenito može uštedjeti bateriju), a pretvarač je ključna komponenta. Fotovoltaika ima veće zahtjeve za pretvarače:
1. Potrebna je visoka učinkovitost. Zbog trenutne visoke cijene solarnih ćelija, kako bi se maksimizirala upotreba solarnih ćelija i poboljšala učinkovitost sustava, potrebno je pokušati poboljšati učinkovitost pretvarača.
2. Potrebna je visoka pouzdanost. Trenutno se fotonaponski sustavi za proizvodnju energije uglavnom koriste u udaljenim područjima, a mnoge elektrane su bez nadzora i održavane. To zahtijeva da pretvarač ima razumnu strukturu kruga, strog odabir komponenti i zahtijeva da pretvarač ima različite zaštitne funkcije, kao što su zaštita od polariteta ulaznog istosmjernog napona, zaštita od kratkog spoja na izlazu izmjeničnog napona, zaštita od pregrijavanja, zaštita od preopterećenja itd.
3. Ulazni istosmjerni napon mora imati širok raspon prilagodbe. Budući da se napon na terminalima baterije mijenja s opterećenjem i intenzitetom sunčeve svjetlosti, iako baterija ima važan utjecaj na napon baterije, napon baterije varira s promjenom preostalog kapaciteta i unutarnjeg otpora baterije. Posebno kada baterija stari, napon na terminalima uvelike varira. Na primjer, napon na terminalima 12 V baterije može varirati od 10 V do 16 V. To zahtijeva da pretvarač radi na većem istosmjernom naponu kako bi se osigurao normalan rad unutar raspona ulaznog napona i osigurala stabilnost izlaznog izmjeničnog napona.
4. U sustavima za proizvodnju fotonaponske energije srednjeg i velikog kapaciteta, izlaz napajanja invertera trebao bi biti sinusni val s manje izobličenja. To je zato što će u sustavima srednjeg i velikog kapaciteta, ako se koristi pravokutna valna snaga, izlaz sadržavati više harmonijskih komponenti, a viši harmonici generirat će dodatne gubitke. Mnogi sustavi za proizvodnju fotonaponske energije opterećeni su komunikacijskom ili instrumentalnom opremom. Oprema ima veće zahtjeve na kvalitetu električne mreže. Kada su sustavi za proizvodnju fotonaponske energije srednjeg i velikog kapaciteta spojeni na mrežu, kako bi se izbjeglo zagađenje javnom mrežom, inverter također mora proizvoditi sinusnu struju.
Inverter pretvara istosmjernu struju u izmjeničnu struju. Ako je napon istosmjerne struje nizak, pojačava se transformatorom izmjenične struje kako bi se dobio standardni napon i frekvencija izmjenične struje. Kod invertera velikog kapaciteta, zbog visokog napona istosmjerne sabirnice, AC izlazu općenito nije potreban transformator za pojačavanje napona na 220 V. Kod invertera srednjeg i malog kapaciteta, istosmjerni napon je relativno nizak, poput 12 V. Za 24 V mora se dizajnirati pojačavajući krug. Inverteri srednjeg i malog kapaciteta obično uključuju push-pull inverterske krugove, inverterske krugove s punim mostom i visokofrekventne pojačavajuće inverterske krugove. Push-pull krugovi spajaju neutralni utikač pojačavajućeg transformatora na pozitivni pol napajanja i dvije energetske cijevi rade naizmjenično, dajući izmjeničnu snagu, jer su energetski tranzistori spojeni na zajedničko uzemljenje, pogonski i upravljački krugovi su jednostavni, a budući da transformator ima određenu induktivnost curenja, može ograničiti struju kratkog spoja, čime se poboljšava pouzdanost kruga. Nedostatak je što je iskorištenje transformatora nisko, a sposobnost pokretanja induktivnih opterećenja slaba.
Inverterski krug s punim mostom prevladava nedostatke push-pull kruga. Tranzistor snage podešava širinu izlaznog impulsa, a efektivna vrijednost izlaznog AC napona mijenja se u skladu s tim. Budući da krug ima petlju slobodnog hoda, čak i kod induktivnih opterećenja, valni oblik izlaznog napona neće biti iskrivljen. Nedostatak ovog kruga je što tranzistori snage gornjeg i donjeg kraka mosta ne dijele uzemljenje, pa se mora koristiti namjenski pogonski krug ili izolirano napajanje. Osim toga, kako bi se spriječilo zajedničko provođenje gornjeg i donjeg kraka mosta, krug mora biti dizajniran tako da se isključi, a zatim uključi, odnosno mora se postaviti mrtvo vrijeme, a struktura kruga je složenija.
Izlaz push-pull kruga i punog mosta mora dodati pojačavajući transformator. Budući da je pojačavajući transformator velikih dimenzija, niske učinkovitosti i skuplji, razvojem energetske elektronike i mikroelektroničke tehnologije, koristi se visokofrekventna tehnologija pojačavajuće pretvorbe za postizanje obrnutog smjera. To može ostvariti inverter visoke gustoće snage. Prednji pojačavajući krug ovog inverterskog kruga usvaja push-pull strukturu, ali radna frekvencija je iznad 20 kHz. Pojačavajući transformator usvaja visokofrekventni magnetski materijal jezgre, pa je male veličine i lagan. Nakon visokofrekventne inverzije, pretvara se u visokofrekventnu izmjeničnu struju putem visokofrekventnog transformatora, a zatim se putem visokofrekventnog ispravljačkog filterskog kruga dobiva visokonaponska istosmjerna struja (obično iznad 300 V), a zatim se invertira putem kruga pretvarača frekvencije snage.
S ovom strukturom kruga, snaga pretvarača je znatno poboljšana, gubitak u praznom hodu pretvarača je odgovarajuće smanjen, a učinkovitost je poboljšana. Nedostatak kruga je što je krug kompliciran i pouzdanost je niža od gornja dva kruga.
Upravljački krug inverterskog kruga
Glavni krugovi gore spomenutih pretvarača moraju biti realizirani pomoću upravljačkog kruga. Općenito postoje dvije metode upravljanja: pravokutni i pozitivni i slabi val. Krug napajanja pretvarača s pravokutnim izlazom je jednostavan, jeftin, ali niske učinkovitosti i s velikim udjelom harmonijskih komponenti. Sinusni izlaz je trend razvoja pretvarača. Razvojem mikroelektroničke tehnologije pojavili su se i mikroprocesori s PWM funkcijama. Stoga je tehnologija pretvarača za sinusni izlaz sazrela.
1. Inverteri s pravokutnim izlazom trenutno uglavnom koriste integrirane krugove s pulsno-širinskom modulacijom, kao što su SG 3 525, TL 494 i tako dalje. Praksa je pokazala da korištenje integriranih krugova SG3525 i korištenje energetskih FET-ova kao sklopnih energetskih komponenti može postići relativno visoke performanse i cijenu invertera. Budući da SG3525 ima mogućnost izravnog upravljanja energetskim FET-ovima i ima unutarnji izvor reference i operacijsko pojačalo te funkciju zaštite od podnapona, njegov periferni krug je vrlo jednostavan.
2. Integrirani krug za upravljanje inverterom sa sinusnim izlazom, upravljački krug invertera sa sinusnim izlazom može se upravljati mikroprocesorom, kao što je 80 C 196 MC proizvođača INTEL Corporation i proizvođača Motorola Company, MP 16 i PI C 16 C 73 proizvođača MI-CRO CHIP Company itd. Ova računala s jednim čipom imaju više PWM generatora i mogu postaviti gornje i gornje premosnike. Tijekom mrtvog vremena, koristite INTEL-ov 80 C 196 MC za realizaciju izlaznog kruga sinusnog vala, 80 C 196 MC za dovršetak generiranja sinusnog signala i detekciju izlaznog izmjeničnog napona za postizanje stabilizacije napona.
Odabir energetskih uređaja u glavnom krugu pretvarača
Izbor glavnih energetskih komponentipretvaračje vrlo važno. Trenutno se najčešće korištene energetske komponente uključuju Darlingtonove energetske tranzistore (BJT), energetske tranzistore s efektom polja (MOS-F ET), izolirane tranzistore s vratima (IGB). T) i tiristor za isključivanje (GTO) itd. Najčešće korišteni uređaji u niskonaponskim sustavima malog kapaciteta su MOS FET, jer MOS FET ima manji pad napona u uključenom stanju i veću frekvenciju preklapanja IG BT-a općenito se koristi u visokonaponskim i sustavima velikog kapaciteta. To je zato što se otpor MOS FET-a u uključenom stanju povećava s porastom napona, a IG BT ima veću prednost u sustavima srednjeg kapaciteta, dok se u sustavima super velikog kapaciteta (iznad 100 kVA) GTO-i općenito koriste kao energetske komponente.
Vrijeme objave: 21. listopada 2021.
