Ukratko, radni proces fotonaponskog pretvarača može se podijeliti u tri osnovne faze:prikupljanje i optimizacija energije, DC-AC konverzija, igrid-povezan/isključen-prilagođavanje mreže. Slijedi detaljan pregled iz perspektive osnovnih principa, osnovnih modula i ključnih tehnologija:
I. Osnovni ciljevi rada
Izlazne karakteristike PV modula su vrlo osjetljive na osvjetljenje i temperaturu, što predstavlja nelinearnu vezu između izlaznog napona i struje. Štaviše, direktno generisana jednosmerna struja ne može se direktno povezati na električnu mrežu ili pokretati konvencionalna AC opterećenja. Stoga, pretvarač treba da postigne dva osnovna cilja:
Maksimizirajte izlaznu snagu: Pratite tačku maksimalne izlazne snage PV modula u realnom vremenu putem MPPT tehnologije kako biste što je više moguće poboljšali efikasnost proizvodnje energije.
Talasni oblik i sinhronizacija: Pretvorite jednosmjernu struju u sinusoidno AC napajanje koje zadovoljava mrežne standarde (sa dosljednim naponom, frekvencijom i fazom sa električnom mrežom) kako biste osigurali sigurnost-povezanosti s mrežom ili stabilan rad van{1}}opterećenja.
II. Osnovni radni proces fotonaponskih pretvarača
Uzimajući najčešćemrežni{0}}povezani PV inverterina primjer, cjelokupni radni proces se može podijeliti u četiri koraka:
Korak 1: DC ulaz i filtriranje (DC-strana obrada)
Izlazna istosmjerna snaga serijski/paralelno-povezanih PV modula nije apsolutno stabilna, sa talasima napona i strujnim fluktuacijama uzrokovanim promjenama osvjetljenja i razlikama u karakteristikama modula.
Inverter se prvo povezuje na DC napajanje preko aDC osigurač(za prekostrujnu zaštitu) i aDC odvodnik prenapona(za zaštitu od prenapona).
Zatim, krug filtera koji se sastoji odDC filter kondenzatori/induktorikoristi se za izglađivanje fluktuacija jednosmernog napona, obezbeđujući stabilan DC ulaz za sledeću fazu konverzije.
Korak 2: Praćenje maksimalne snage (MPPT)
Ovo je ključna karika za inverter za poboljšanje efikasnosti proizvodnje energije. Osnovni princip je otkrivanje izlaznog napona i struje fotonaponskih modula u realnom vremenualgoritmi upravljanja, izračunajte trenutnu izlaznu snagu i dinamički prilagodite DC ulazni napon pretvarača kako bi PV moduli stalno radili na tački maksimalne izlazne snage.
Uobičajeni MPPT algoritmi: Perturbacija i posmatranje (P&O), Inkrementalna provodljivost (INC). Među njima, metoda inkrementalne provodljivosti ima veću preciznost i pogodna je za scenarije sa brzim promjenama osvjetljenja.
Metoda implementacije: Podesite DC napon kroz aDC-DC pretvarač(kao što je Boost step{0}}kolo). Kada je izlazni napon fotonaponskih modula nizak, kolo za pojačanje ga pojačava na DC napon sabirnice pogodan za inverziju (npr. 380V DC sabirnica koja odgovara izlazu od 380V AC).
Korak 3: DC-AC konverzija (faza inverzije jezgra)
Ovo je osnovna funkcija invertera, koja u suštini pretvara stabilnu jednosmjernu struju u izmjeničnu snagu sličnu sinusnom talasu kroz rad visoke-uključene-isključene frekvencijeenergetski elektronski sklopni uređaji. Prema različitim topološkim strukturama, uglavnom se dijeli najednofazni{0}}invertori(za civilne{0}}aplikacije male snage) itro-fazni pretvarači(za industrijske i komercijalne aplikacije velike{0}}e snage), sa dosljednim osnovnim principima:
Prebacivanje uređaja: Usvojeni su bipolarni tranzistori sa izolovanim vratima (IGBT) ili metalni-oksid-semiconductor field- tranzistori (MOSFET), koji su "elektronski prekidači" za konverziju snage i mogu završiti kontrolu -isključenja unutar mikrosekundi.
Topologija inverterskog mosta: Najčešće korišteni jepuni-mosni inverterski krug(sa 4 sklopna uređaja za jednofazno-i 6 za trofazno{3}}fazno). Uzimajući jedno-fazno puno-kolo mosta kao primjer:
Kontroler izlaziSignali širine impulsa (PWM).za kontrolu sekvence uključivanja{0}}isključenja i radnog ciklusa 4 IGBT-a.
Podešavanjem širine impulsa, "slag impulsa kvadratnog talasa" koji izlaze komutacionim uređajima se filtrira kako bi se formirala AC snaga blizu sinusnog talasa.
AC filtriranje: AC napajanje nakon inverzije sadrži visoko{0}}harmonike, koje treba filtrirati pomoćuLC filterski krugSastoji se od induktora i kondenzatora filtera naizmjenične struje za dobivanje čiste sinusoidne AC snage.
Korak 4: Mreža-povezana/isključena-prilagođavanje i zaštita mreže (AC-na obrada)
1. Mrežni-pretvarači: Sinhronizacija i Mrežno povezivanje
Ako se inverter koristi za proizvodnju električne energije-povezane sa mrežom, potrebno je osigurati da izlazna AC snaga budena istoj frekvenciji, fazi i naponukao mrežna mreža:
U stvarnom-vremenskom vremenu detektujte frekvenciju napona i fazu električne mrežePhase-Tehnologija zaključane petlje (PLL)., podesiti fazu i frekvenciju izlazne struje naizmjenične struje preko pretvarača i postići preciznu sinhronizaciju sa električnom mrežom.
Povežite se na električnu mrežu prekoAC kontaktor, i osigurati sigurnost{0}}povezanost mreže putemotočna zaštita, prenaponska/podnaponska zaštita, prekostrujna zaštita, frekventna zaštitaitd. (npr. kada je električna mreža isključena, pretvarač mora odmah prestati s radom kako bi spriječio "efekt otoka" da ugrozi osoblje za održavanje).
2. Off-mrežni invertori: Direktno napajanje
Ako se inverter koristi u off-mrežnom sistemu (npr. fotonaponsko napajanje u udaljenim područjima), filtrirana sinusna struja naizmjenične struje direktno se dovodi do opterećenja (npr. kućni aparati, industrijska oprema). U međuvremenu, može se kombinirati s baterijama za pohranu energije kako bi se postigla stabilna regulacija napona.
III. Glavni tipovi fotonaponskih invertera i topološke razlike
Različiti tipovi pretvarača imaju male razlike u topologiji inverzionog stupnja i pogodni su za različite scenarije:
Centralni invertori(velika-snaga, za industrijsku/komercijalnu upotrebu i fotonaponske elektrane):
Usvojititransformator energetske frekvencije/visokofrekventni transformatortopologija. Neki tipovi bez transformatora (ne-izolovani) postižu izolaciju preko kondenzatora, sa snagom od nekoliko megavata. Odlikuje ih visoka integracija i praktičan rad i održavanje.
String inverters(srednje i male snage, za upotrebu u domaćinstvu i distribuirane fotonaponske sisteme):
Svaki PV niz je opremljen nezavisnim MPPT kontrolerom, a stepen inverzije usvaja potpunu-topologiju mosta. Može nezavisno pratiti maksimalnu tačku snage svake žice, prilagođavajući se razlikama u osvjetljenju između različitih žica (npr. sjenčanje).
Mikroinverteri(niska-snaga, za kućne fotonaponske sisteme):
Direktno instaliran na poleđini fotonaponskih modula, sa jednim mikroinvertorom koji odgovara jednom modulu, ostvarujući "inverziju{0}}nivoa modula". Ima najveću MPPT preciznost i pogodan je za složena okruženja osvjetljenja.
IV. Ključni tehnički pokazatelji i utjecaji na učinak
Efikasnost inverzije: Visok-kvalitetni invertori mogu postići maksimalnu efikasnost od preko 98% (evropska efikasnost), što uglavnom zavisi od gubitka provodljivosti komutacijskih uređaja i preciznosti praćenja MPPT-a.
Totalna harmonijska distorzija (THD): Mrežno{0}}povezani pretvarači zahtijevaju THD manji ili jednak 5%. Što je niži THD, to je čistiji izlazni sinusni val i manje su smetnje u električnoj mreži.
MPPT efikasnost: Općenito potrebno da bude veći ili jednak 99%, što direktno utiče na ukupnu proizvodnju energije fotonaponskog sistema.
Rezime
Suština PV pretvarača je darealizovati konverziju oblika snage kroz visoko-modulaciju sa energetskim elektronskim komutacionim uređajima kao jezgrom, uz postizanje optimizacije snage i prilagođavanja mreže putem algoritama upravljanja. Srž njegovog principa rada leži u:realizacija optimizacije snage putem DC-DC pretvarača, postizanje DC-AC konverzije putem PWM-moduliranih inverterskih mostova i osiguravanje sigurnog povezivanja na mrežu kroz fazno-zaključane petlje i zaštitna kola. Ovaj proces ne samo da koristi karakteristike brzog prebacivanja tehnologije energetske elektronike, već i kombinuje preciznu regulaciju teorije upravljanja, služeći kao ključna karika za efikasno korišćenje energije u fotonaponskim sistemima za proizvodnju energije.
