Ukratko govoreći, radni proces PV pretvarača može se podijeliti u tri osnovne faze:prikupljanje energije i optimizacija, DC-AC pretvorba, imreža-povezano/isključeno-prilagodba mreže. Slijedi detaljan pregled iz perspektive osnovnih principa, temeljnih modula i ključnih tehnologija:
I. Temeljni radni ciljevi
Izlazne karakteristike fotonaponskih modula vrlo su osjetljive na osvjetljenje i temperaturu, što predstavlja nelinearan odnos između izlaznog napona i struje. Štoviše, izravno generirana istosmjerna struja ne može se izravno spojiti na električnu mrežu ili pogoniti konvencionalna AC opterećenja. Stoga pretvarač treba postići dva ključna cilja:
Povećajte izlaznu snagu: Pratite točku maksimalne izlazne snage PV modula u stvarnom vremenu putem MPPT tehnologije kako biste poboljšali učinkovitost proizvodnje električne energije što je više moguće.
Valni oblik i sinkronizacija: Pretvorite istosmjernu struju u sinusoidnu izmjeničnu struju koja zadovoljava mrežne standarde (s dosljednim naponom, frekvencijom i fazom s električnom mrežom) kako biste osigurali-povezanu sigurnost ili stabilan rad opterećenja van-mreže.
II. Osnovni radni proces fotonaponskih pretvarača
Uzimajući najčešćePV pretvarači-povezani s mrežomkao primjer, cjelokupni radni proces može se podijeliti u četiri koraka:
Korak 1: DC ulaz i filtriranje (DC-obrada strane)
Izlazna istosmjerna snaga serijski/paralelno-povezanih PV modula nije apsolutno stabilna, s valovima napona i strujnim fluktuacijama uzrokovanim promjenama osvjetljenja i razlikama u karakteristikama modula.
Pretvarač se prvo spaja na istosmjernu struju preko aDC osigurač(za prekostrujnu zaštitu) i aDC odvodnik prenapona(za zaštitu od prenapona).
Zatim, krug filtera sastavljen odDC filterski kondenzatori/induktorikoristi se za ublažavanje fluktuacija istosmjernog napona, osiguravajući stabilan istosmjerni ulaz za sljedeći stupanj pretvorbe.
2. korak: praćenje maksimalne snage (MPPT)
Ovo je ključna veza za pretvarač za poboljšanje učinkovitosti proizvodnje električne energije. Temeljni princip je otkrivanje izlaznog napona i struje PV modula u stvarnom vremenukontrolni algoritmi, izračunati trenutnu izlaznu snagu i dinamički prilagoditi istosmjerni ulazni napon pretvarača kako bi fotonaponski moduli cijelo vrijeme radili na točki maksimalne izlazne snage.
Uobičajeni MPPT algoritmi: Perturbacija i promatranje (P&O), inkrementalna vodljivost (INC). Među njima, metoda inkrementalne vodljivosti ima veću preciznost i prikladna je za scenarije s brzim promjenama osvjetljenja.
Način provedbe: Podesite istosmjerni napon kroz aDC-DC pretvarač(kao što je Boost step{0}}krug). Kada je izlazni napon PV modula nizak, krug pojačanja ga pojačava na napon istosmjerne sabirnice prikladan za inverziju (npr. 380 V DC sabirnice odgovara izlazu od 380 V AC).
Korak 3: DC-AC pretvorba (faza jezgrene inverzije)
Ovo je temeljna funkcija pretvarača, koji u biti pretvara stabilnu istosmjernu struju u izmjeničnu struju sličnu sinusnom valu putem visoke-frekvencije uključivanja-isključivanjaenergetski elektronički sklopni uređaji. Prema različitim topološkim strukturama, uglavnom se dijeli najedno-fazni pretvarači(za civilne aplikacije niske-napone) itro-fazni pretvarači(za industrijske i komercijalne aplikacije velike-snage), s dosljednim temeljnim načelima:
Preklopni uređaji: Usvojeni su bipolarni tranzistori s izoliranim vratima (IGBT) ili metal-oksid-poluvodički-tranzistori s efektom polja- (MOSFET), koji su "elektroničke sklopke" za pretvorbu energije i mogu dovršiti kontrolu uključivanja-isključivanja unutar mikrosekundi.
Topologija inverterskog mosta: Najčešće se koristicijeli-mosni inverterski krug(s 4 sklopna uređaja za jedno-fazu i 6 za tro-fazu). Uzimajući jedno{5}}fazni puni-mosni krug kao primjer:
Izlazi regulatoraSignali modulacije širine pulsa (PWM).za kontrolu redoslijeda uključivanja-isključivanja i radnog ciklusa 4 IGBT-a.
Podešavanjem širine impulsa, izlazni niz "kvadratnog pulsa" sklopnih uređaja se filtrira kako bi se formirala izmjenična struja bliska sinusnom valu.
AC filtriranje: AC struja nakon inverzije sadrži visoko{0}}frekventne harmonike, koje treba filtriratiLC filtarski krugsastavljen od AC filtarskih induktora i kondenzatora za dobivanje čiste sinusne AC struje.
Korak 4: Mreža-povezana/Isključena-mreža Adaptacija i zaštita (AC-obrada na strani)
1. Mrežni-pretvarači: sinkronizacija i mrežno povezivanje
Ako se pretvarač koristi-za proizvodnju električne energije spojene na mrežu, potrebno je osigurati da je izlazna izmjenična snagau istoj frekvenciji, fazi i naponukao glavna mreža:
U stvarnom-vremenu detektirajte frekvenciju napona i fazu električne mrežePhase-Locked Loop (PLL) tehnologija, prilagodite fazu i frekvenciju izlazne izmjenične struje putem pretvarača i postignite preciznu sinkronizaciju s električnom mrežom.
Spojite se na električnu mrežu putem anAC kontaktori osigurati-sigurnost povezane s mrežomotočna zaštita, prenaponska/podnaponska zaštita, prekostrujna zaštita, frekvencijska zaštita, itd. (npr. kada električna mreža nestane, pretvarač mora odmah prestati s radom kako bi se spriječilo da "efekt otoka" ugrozi osoblje za održavanje).
2. Inverteri izvan-mreže: Izravno napajanje
Ako se pretvarač koristi u-mrežnom sustavu (npr. fotonaponsko napajanje u udaljenim područjima), filtrirana sinusoidalna izmjenična struja izravno se dovodi do potrošača (npr. kućanskih aparata, industrijske opreme). U međuvremenu, može se kombinirati s baterijama za pohranu energije kako bi se postigla stabilna regulacija napona.
III. Glavni tipovi fotonaponskih pretvarača i topološke razlike
Različiti tipovi pretvarača imaju male razlike u topologiji stupnja inverzije i prikladni su za različite scenarije:
Centralni pretvarači(velike-snage, za industrijsku/komercijalnu upotrebu i fotonaponske elektrane):
Usvojititransformator snage/-visokofrekventni transformatortopologija. Neki tipovi bez transformatora (ne-izolirani) postižu izolaciju preko kondenzatora, sa snagom koja doseže nekoliko megavata. Odlikuje ih visoka integracija i pogodan rad i održavanje.
String invertori(srednje i male snage, za kućanstvo i distribuirane fotonaponske sustave):
Svaki PV niz opremljen je neovisnim MPPT kontrolerom, a inverzijski stupanj usvaja potpunu-topologiju mosta. Može neovisno pratiti maksimalnu točku snage svake žice, prilagođavajući se razlikama u osvjetljenju između različitih žica (npr. sjenčanje).
Mikroinvertori(mala-snaga, za kućanske fotonaponske sustave):
Izravno instaliran na poleđini fotonaponskih modula, s jednim mikroinverterom koji odgovara jednom modulu, ostvarujući "-inverziju razine modula". Ima najveću MPPT preciznost i prikladan je za okruženja složenog osvjetljenja.
IV. Ključni tehnički pokazatelji i učinci izvedbe
Učinkovitost inverzije: Visoko{0}}kvalitetni pretvarači mogu postići maksimalnu učinkovitost od preko 98% (europska učinkovitost), što uglavnom ovisi o gubitku vodljivosti sklopnih uređaja i preciznosti praćenja MPPT-a.
Ukupno harmonično izobličenje (THD): Pretvarači-povezani s mrežom zahtijevaju THD manji ili jednak 5%. Što je niži THD, to je čišći izlazni sinusni val i manje su smetnje u električnoj mreži.
MPPT učinkovitost: Općenito se zahtijeva da bude veći ili jednak 99%, što izravno utječe na ukupnu proizvodnju energije fotonaponskog sustava.
Sažetak
Bit PV pretvarača je darealizirati pretvorbu oblika snage putem visoko-frekventne modulacije s energetskim elektronskim sklopnim uređajima kao jezgrom, uz postizanje optimizacije snage i prilagodbe mreže putem upravljačkih algoritama. Srž njegovog principa rada leži u:ostvarivanje optimizacije napajanja pomoću istosmjernih-istosmjernih pretvarača, postizanje istosmjerne-izmjenične pretvorbe putem PWM-moduliranih inverterskih mostova i osiguravanje sigurne mrežne veze kroz fazno-zaključane petlje i zaštitne krugove. Ovaj proces ne samo da koristi značajke brzog prebacivanja energetske elektroničke tehnologije, već također kombinira preciznu regulaciju teorije upravljanja, služeći kao ključna karika za učinkovito korištenje energije u fotonaponskim sustavima za proizvodnju električne energije.
