Jelenleg Kína fotovoltaikus energiatermelő rendszere főként egyenáramú rendszer, amely a napelemes akkumulátor által termelt elektromos energiát tölti, és az akkumulátor közvetlenül a terhelést látja el árammal. Például Északnyugat-Kínában a napelemes háztartási világítási rendszer és a hálózattól távol eső mikrohullámú állomások áramellátó rendszerei mind egyenáramú rendszerek. Ez a típusú rendszer egyszerű felépítésű és alacsony költségű. Azonban a különböző terhelési egyenfeszültségek (például 12V, 24V, 48V stb.) miatt nehéz elérni a rendszer szabványosítását és kompatibilitását, különösen a polgári energiaellátás esetében, mivel a legtöbb váltakozó áramú terhelést egyenárammal használják. A fotovoltaikus tápegység számára nehézkes az áramszolgáltatás, hogy az árucikkként piacra kerüljön. Ezenkívül a fotovoltaikus energiatermelés végül eléri a hálózatra csatlakoztatott működést, amelynek érett piaci modellt kell alkalmaznia. A jövőben a váltakozó áramú fotovoltaikus energiatermelő rendszerek a fotovoltaikus energiatermelés főáramává válnak.
A fotovoltaikus energiatermelő rendszer követelményei az inverter tápegységéhez
A váltakozó áramú teljesítményt használó fotovoltaikus energiatermelő rendszer négy részből áll: fotovoltaikus tömbből, töltés- és kisütés-vezérlőből, akkumulátorból és inverterből (a hálózatra csatlakoztatott energiatermelő rendszer általában kímélheti az akkumulátort), és az inverter a kulcskomponens. A fotovoltaikus rendszereknek magasabb követelményeik vannak az inverterekkel szemben:
1. Nagy hatásfok szükséges. A napelemek jelenlegi magas ára miatt a napelemek maximális kihasználása és a rendszer hatékonyságának javítása érdekében meg kell próbálni javítani az inverter hatásfokát.
2. Nagy megbízhatóság szükséges. Jelenleg a fotovoltaikus energiatermelő rendszereket főként távoli területeken használják, és sok erőművet felügyelet nélkül tartanak karban. Ehhez az inverternek ésszerű áramköri felépítésűnek, szigorú alkatrész-kiválasztásnak és különféle védelmi funkcióknak kell lennie, mint például a bemeneti DC polaritáscsatlakozás védelme, az AC kimenet rövidzárlatvédelme, a túlmelegedés elleni védelem, a túlterhelés elleni védelem stb.
3. A DC bemeneti feszültségnek széles tartományban kell alkalmazkodnia. Mivel az akkumulátor kapocsfeszültsége a terheléssel és a napfény intenzitásával változik, bár az akkumulátornak fontos hatása van az akkumulátor feszültségére, az akkumulátor feszültsége az akkumulátor fennmaradó kapacitásának és belső ellenállásának változásával ingadozik. Különösen az akkumulátor öregedésekor a kapocsfeszültsége széles skálán mozog. Például egy 12 V-os akkumulátor kapocsfeszültsége 10 V és 16 V között változhat. Ehhez az inverternek nagyobb DC feszültségen kell működnie. Biztosítani kell a normál működést a bemeneti feszültségtartományon belül, és gondoskodni kell az AC kimeneti feszültség stabilitásáról.
4. Közepes és nagy kapacitású fotovoltaikus energiatermelő rendszerekben az inverter tápegységének kimenetének kisebb torzítású szinuszjelnek kell lennie. Ez azért van, mert közepes és nagy kapacitású rendszerekben, ha négyszöghullámú energiát használnak, a kimenet több harmonikus komponenst tartalmaz, és a magasabb harmonikusok további veszteségeket generálnak. Sok fotovoltaikus energiatermelő rendszer tele van kommunikációs vagy műszeres berendezésekkel. A berendezéseknek magasabb követelményeknek kell megfelelniük az elektromos hálózat minőségével szemben. Amikor a közepes és nagy kapacitású fotovoltaikus energiatermelő rendszereket a hálózatra csatlakoztatják, a nyilvános hálózattal való energiaszennyezés elkerülése érdekében az inverternek szinuszjelű áramot is kell kiadnia.
Az inverter az egyenáramot váltakozó árammá alakítja. Ha az egyenáram feszültsége alacsony, egy váltakozó áramú transzformátorral erősítik, hogy szabványos váltakozó áramú feszültséget és frekvenciát kapjanak. Nagy kapacitású inverterek esetén a magas egyenáramú buszfeszültség miatt a váltakozó áramú kimenet általában nem igényel transzformátort a feszültség 220 V-ra való emeléséhez. A közepes és kis kapacitású inverterekben az egyenfeszültség viszonylag alacsony, például 12 V. 24 V esetén erősítési áramkört kell tervezni. A közepes és kis kapacitású inverterek általában push-pull inverter áramköröket, teljes híd inverter áramköröket és nagyfrekvenciás erősítési inverter áramköröket tartalmaznak. A push-pull áramkörök a erősítési transzformátor nulla csatlakozóját a pozitív tápegységhez csatlakoztatják, és két teljesítménycső váltakozva működik, váltakozó áramot ad ki, mivel a teljesítménytranzisztorok a közös földhöz vannak csatlakoztatva, a meghajtó és a vezérlő áramkörök egyszerűek, és mivel a transzformátor bizonyos szivárgási induktivitással rendelkezik, korlátozhatja a rövidzárlati áramot, ezáltal javítva az áramkör megbízhatóságát. A hátránya, hogy a transzformátor kihasználtsága alacsony, és az induktív terhelések meghajtásának képessége gyenge.
A teljes híd inverter áramkör kiküszöböli a push-pull áramkör hiányosságait. A teljesítménytranzisztor állítja be a kimeneti impulzusszélességet, és ennek megfelelően változik a kimeneti váltakozó feszültség effektív értéke. Mivel az áramkör szabadonfutó hurokkal rendelkezik, még induktív terhelések esetén sem torzul a kimeneti feszültség hullámformája. Ennek az áramkörnek a hátránya, hogy a felső és alsó karok teljesítménytranzisztorai nem osztoznak a földön, ezért dedikált meghajtó áramkört vagy leválasztott tápegységet kell használni. Ezenkívül a felső és alsó hídkarok közös vezetésének megakadályozása érdekében egy olyan áramkört kell megtervezni, amely ki- és bekapcsolható, azaz holtidőt kell beállítani, és az áramkör felépítése bonyolultabb.
A push-pull áramkör és a teljeshíd áramkör kimenetéhez feszültségnövelő transzformátor szükséges. Mivel a feszültségnövelő transzformátor nagy méretű, alacsony hatásfokú és drágább, az erősáramú elektronika és a mikroelektronikai technológia fejlődésével nagyfrekvenciás feszültségnövelő konverziós technológiát alkalmaznak a fordított működés eléréséhez. Ez nagy teljesítménysűrűségű invertert valósíthat meg. Ennek az inverter áramkörnek az előfokozatú boost áramköre push-pull szerkezetet alkalmaz, de az üzemi frekvencia meghaladja a 20 kHz-et. A boost transzformátor nagyfrekvenciás mágneses maganyagot alkalmaz, így kis méretű és könnyű. A nagyfrekvenciás inverzió után egy nagyfrekvenciás transzformátor nagyfrekvenciás váltakozó árammá alakítja, majd egy nagyfrekvenciás egyenirányító szűrő áramkörön keresztül nagyfeszültségű egyenáramot (általában 300 V feletti) nyernek, majd egy teljesítményfrekvenciás inverter áramkörön keresztül invertálják.
Ezzel az áramköri felépítéssel az inverter teljesítménye jelentősen megnő, az inverter üresjárati vesztesége ennek megfelelően csökken, és a hatásfok is javul. Az áramkör hátránya, hogy bonyolult, és a megbízhatósága alacsonyabb, mint a fenti két áramköré.
Az inverter áramkörének vezérlő áramköre
A fent említett inverterek fő áramköreit mind vezérlőáramkörrel kell megvalósítani. Általában két vezérlési módszer létezik: négyszöghullámú, pozitív és gyenge hullámú. A négyszöghullámú kimenettel rendelkező inverter tápegység áramköre egyszerű, alacsony költségű, de alacsony hatásfokú és nagy harmonikus komponenseket tartalmaz. A szinuszhullámú kimenet az inverterek fejlesztési trendje. A mikroelektronikai technológia fejlődésével megjelentek a PWM funkcióval rendelkező mikroprocesszorok is. Ezért a szinuszhullámú kimenet inverter technológiája kiforrott.
1. A négyszöghullámú kimenettel rendelkező inverterek jelenleg többnyire impulzusszélesség-modulációs integrált áramköröket használnak, mint például az SG 3 525, a TL 494 és így tovább. A gyakorlat bebizonyította, hogy az SG3525 integrált áramkörök és a teljesítmény-FET-ek kapcsolóüzemű teljesítménykomponensként való alkalmazása viszonylag nagy teljesítményű és árú invertereket eredményezhet. Mivel az SG3525 képes közvetlenül meghajtani a teljesítmény-FET-eket, belső referenciaforrással, műveleti erősítővel és alulfeszültség-védelmi funkcióval rendelkezik, perifériás áramköre nagyon egyszerű.
2. A szinuszkimenetű inverter vezérlő integrált áramköre a szinuszkimenetű inverter vezérlő áramkörét mikroprocesszor vezérelheti, például az INTEL Corporation által gyártott 80 C 196 MC és a Motorola Company által gyártott, az MI-CRO CHIP Company által gyártott MP 16 és PI C 16 C 73 stb. Ezek az egychipes számítógépek több PWM generátorral rendelkeznek, és beállíthatják a felső és felső hídkarokat. A holtti idő alatt az INTEL cég 80 C 196 MC-je valósítja meg a szinuszkimeneti áramkört, a 80 C 196 MC pedig befejezi a szinuszjel generálását, és érzékeli a váltakozó áramú kimeneti feszültséget a feszültség stabilizálása érdekében.
Az inverter fő áramkörében lévő tápegységek kiválasztása
A fő teljesítménykomponensek kiválasztásainverternagyon fontos. Jelenleg a leggyakrabban használt teljesítménykomponensek közé tartoznak a Darlington teljesítménytranzisztorok (BJT), a teljesítmény térvezérlésű tranzisztorok (MOS-F ET), a szigetelt kaputranzisztorok (IGB). T) és a kikapcsoló tirisztorok (GTO) stb. A kis kapacitású, kisfeszültségű rendszerekben leggyakrabban használt eszközök a MOS FET-ek, mivel a MOS FET-nek alacsonyabb a bekapcsolási feszültségesése és magasabb az IG BT kapcsolási frekvenciája. Ez azért van, mert a MOS FET bekapcsolási ellenállása a feszültség növekedésével növekszik, és az IG BT közepes kapacitású rendszerekben nagyobb előnyt élvez, míg a szuper nagy kapacitású (100 kVA feletti) rendszerekben a GTO-kat általában teljesítménykomponensként használják.
Közzététel ideje: 2021. október 21.
