Stručně řečeno, pracovní proces FV střídače lze rozdělit do tří hlavních fází:sběr energie a optimalizace, Konverze DC-ACapřizpůsobení mřížky-připojeno/vypnuto{1}}. Následuje podrobný rozpis z pohledu základních principů, základních modulů a klíčových technologií:
I. Hlavní pracovní cíle
Výstupní charakteristiky FV modulů jsou vysoce citlivé na osvětlení a teplotu, což představuje nelineární vztah mezi výstupním napětím a proudem. Přímo generovaný stejnosměrný proud navíc nelze přímo připojit k elektrické síti nebo pohánět konvenční AC zátěže. Proto musí měnič dosáhnout dvou hlavních cílů:
Maximalizujte výstupní výkon: Sledujte maximální výstupní výkon FV modulů v reálném čase pomocí technologie MPPT, abyste co nejvíce zlepšili efektivitu výroby energie.
Průběh a synchronizace: Přeměňte stejnosměrný proud na sinusový střídavý proud, který splňuje standardy sítě (s konzistentním napětím, frekvencí a fází s elektrickou sítí), abyste zajistili-bezpečnost připojení k síti nebo stabilní provoz při vypnutém-zátěži sítě.
II. Základní pracovní proces fotovoltaických střídačů
Přičemž nejběžnějšíFV střídače připojené k síti-celkový pracovní proces lze například rozdělit do čtyř kroků:
Krok 1: DC vstup a filtrování (DC-strana zpracování)
Výstupní stejnosměrný výkon sériově/paralelně{0}}zapojených FV modulů není absolutně stabilní, dochází ke zvlnění napětí a kolísání proudu způsobenému změnami osvětlení a rozdíly v charakteristikách modulů.
Střídač se nejprve připojí ke stejnosměrnému napájení přes aDC pojistka(pro nadproudovou ochranu) a aDC svodič přepětí(pro přepěťovou ochranu).
Poté se vytvoří filtrační obvod složený zDC filtrační kondenzátory/tlumivkyse používá k vyhlazení kolísání stejnosměrného napětí a poskytuje stabilní stejnosměrný vstup pro následnou fázi konverze.
Krok 2: Maximum Power Point Tracking (MPPT)
Toto je klíčový článek pro střídač ke zlepšení účinnosti výroby energie. Základním principem je detekce výstupního napětí a proudu FV modulů v reálném časeřídicí algoritmy, vypočítat aktuální výstupní výkon a dynamicky upravovat stejnosměrné vstupní napětí střídače tak, aby FV moduly neustále pracovaly na maximálním výstupním výkonu.
Běžné algoritmy MPPT: Perturbace a pozorování (P&O), přírůstková vodivost (INC). Mezi nimi má metoda přírůstkové vodivosti vyšší přesnost a je vhodná pro scénáře s rychlými změnami osvětlení.
Způsob implementace: Upravte stejnosměrné napětí pomocí aDC-DC převodník(např. obvod zvýšení-posílení). Když je výstupní napětí FV modulů nízké, obvod Boost jej zesílí na napětí stejnosměrné sběrnice vhodné pro inverzi (např. 380V DC sběrnice odpovídající výstupu 380V AC).
Krok 3: Konverze DC-AC (fáze základní inverze)
Toto je základní funkce střídače, který v podstatě převádí stabilní stejnosměrný proud na střídavý proud podobný sinusové vlně prostřednictvím vysoko-frekvence-vypnutí provozuvýkonová elektronická spínací zařízení. Podle různých topologických struktur se dělí především najednofázové-měniče(pro civilní aplikace s nízkým{0}}příkonem) atří{0}}fázových měničů(pro průmyslové a komerční aplikace s vysokým výkonem-), s konzistentními základními principy:
Spínací zařízení: Izolované hradlové bipolární tranzistory (IGBT) nebo kovové -oxidové-polovodičové pole-tranzistory s efektem (MOSFET), což jsou „elektronické spínače“ pro konverzi energie a dokážou dokončit-kontrolu vypnutí během mikrosekund.
Topologie invertorového můstku: Nejčastěji se používáúplný-můstkový invertorový obvod(se 4 spínacími zařízeními pro jedno-fázový a 6 pro tří-fázový). Vezměme si jako příklad jednofázový úplný-můstkový okruh:
Výstupy regulátoruSignály Pulse Width Modulation (PWM).k ovládání sekvence zapnutí{0}}vypnutí a pracovního cyklu 4 IGBT.
Nastavením šířky pulsu je výstup "série pulsů čtvercových vln" spínacími zařízeními filtrován tak, aby vytvořil střídavý proud blízký sinusovce.
AC filtrace: Střídavý proud po inverzi obsahuje-vysokofrekvenční harmonické, které je třeba odfiltrovatLC filtrační obvodsložený z tlumivek a kondenzátorů AC filtru pro získání čistého sinusového střídavého proudu.
Krok 4: Grid-připojeno/vypnuto-Adaptace a ochrana sítě (AC-strana zpracování)
1. Střídače připojené k síti-: Synchronizace a připojení k síti
Pokud se střídač používá pro výrobu energie-připojené k síti, je nutné zajistit, aby výstupní střídavý výkon bylve stejné frekvenci, fázi a napětíjako síťová síť:
V reálném čase-zjišťuje frekvenci napětí a fázi elektrické sítěTechnologie Phase-Locked Loop (PLL)., upravte fázi a frekvenci výstupního střídavého proudu střídačem a dosáhněte přesné synchronizace s elektrickou sítí.
Připojte se k elektrické síti přes anAC stykača zajistit-bezpečnost připojení k sítiostrovní ochrana, přepěťová/podpěťová ochrana, nadproudová ochrana, frekvenční ochrana, atd. (např. při výpadku elektrické sítě musí střídač okamžitě přestat pracovat, aby „ostrovní efekt“ neohrozil personál údržby).
2. Vypnutí-střídačů sítě: Přímé napájení
Pokud je střídač používán ve vypnutém{0}}síťovém systému (např. fotovoltaické napájení ve vzdálených oblastech), je filtrovaný sinusový střídavý proud přiváděn přímo do zátěží (např. domácích spotřebičů, průmyslových zařízení). Mezitím jej lze kombinovat s akumulátory pro ukládání energie pro dosažení stabilní regulace napětí.
III. Hlavní typy fotovoltaických střídačů a topologické rozdíly
Různé typy střídačů se mírně liší v topologii stupně inverze a jsou vhodné pro různé scénáře:
Centrální střídače(vysoký{0}}výkon, pro průmyslové/komerční použití a fotovoltaické elektrárny):
Přijmoutvýkonový frekvenční transformátor/vysoko{0}}frekvenční transformátortopologie. Některé beztransformátorové (-neizolované) typy dosahují izolace pomocí kondenzátorů s výkonem dosahujícím několika megawattů. Vyznačují se vysokou integrací a pohodlným ovládáním a údržbou.
Stringové měniče(střední a malý výkon, pro domácí použití a distribuované fotovoltaické systémy):
Každý FV řetězec je vybaven nezávislým MPPT řadičem a inverzní stupeň využívá úplnou-topologii můstku. Může nezávisle sledovat bod maximálního výkonu každé struny a přizpůsobit se rozdílům v osvětlení mezi různými strunami (např. stínování).
Mikroinvertory(nízký-příkon, pro domácí fotovoltaické systémy):
Instaluje se přímo na zadní stranu fotovoltaických modulů, přičemž jednomu modulu odpovídá jeden mikroinvertor, který realizuje „inverzi{0}}úrovně modulu“. Má nejvyšší přesnost MPPT a je vhodný pro komplexní osvětlovací prostředí.
IV. Klíčové technické ukazatele a dopady na výkon
Účinnost inverze: Vysoce{0}}kvalitní invertory mohou dosáhnout maximální účinnosti přes 98 % (evropská účinnost), která závisí především na ztrátě vedení spínacích zařízení a přesnosti sledování MPPT.
Celkové harmonické zkreslení (THD): Střídače připojené k síti-vyžadují THD menší nebo rovno 5 %. Čím nižší je THD, tím čistší je výstupní sinusovka a tím menší je rušení elektrické sítě.
MPPT účinnost: Obecně se požaduje, aby byla větší nebo rovna 99 %, což přímo ovlivňuje celkovou výrobu energie fotovoltaického systému.
Shrnutí
Podstatou FV střídače jerealizovat konverzi formy energie pomocí vysokofrekvenční{0}}modulace s výkonnými elektronickými spínacími zařízeními jako jádrema zároveň dosáhnout optimalizace výkonu a přizpůsobení sítě pomocí řídicích algoritmů. Základem jeho fungování je:realizace optimalizace napájení pomocí DC-stejnosměrných konvertorů, dosažení DC-střídavé konverze pomocí PWM-modulovaných invertorových můstků a zajištění bezpečného připojení k síti pomocí fázových-smyček a ochranných obvodů. Tento proces využívá nejen rychlé spínací charakteristiky technologie výkonové elektroniky, ale také kombinuje přesnou regulaci teorie řízení, která slouží jako klíčový článek pro efektivní využití energie ve fotovoltaických systémech výroby energie.
