¡Del artículo para comprender el principio de funcionamiento de los inversores fotovoltaicos!

Principio de funcionamiento y características Principio de funcionamiento: El núcleo del dispositivo inversor es el circuito de conmutación del inversor, denominado circuito inversor para abreviar. Este circuito completa la función del inversor encendiendo y apagando el interruptor electrónico de potencia. Características: (1) Se requiere una alta eficiencia. Debido al alto precio de las células solares, para maximizar el uso de las células solares y mejorar la eficiencia del sistema, debemos intentar mejorar la eficiencia del inversor. (2) Se requiere alta confiabilidad. En la actualidad, los sistemas de centrales fotovoltaicas se utilizan principalmente en áreas remotas. Muchas centrales eléctricas están desatendidas y se mantienen. Esto requiere que los inversores tengan una estructura de circuito razonable, una selección estricta de componentes y que los inversores tengan varias funciones de protección, tales como: protección de inversión de polaridad de CC de entrada, protección de cortocircuito de salida de CA, sobrecalentamiento, protección de sobrecarga, etc. (3) La entrada Se requiere voltaje para tener un amplio rango de adaptación. Porque el voltaje terminal de la celda solar cambia con la carga y la intensidad de la luz solar. Especialmente cuando la batería está envejeciendo, su voltaje terminal varía ampliamente. Por ejemplo, el voltaje terminal de una batería de 12 V puede variar de 10 V a 16 V, lo que requiere que el inversor garantice un funcionamiento normal dentro de un rango de voltaje de entrada de CC más grande.

Clasificación del inversor fotovoltaico Existen muchos métodos para clasificar el inversor, por ejemplo: según el número de fases de la tensión de CA de salida del inversor, se puede dividir en inversores monofásicos e inversores trifásicos; según los dispositivos semiconductores utilizados en el inversor Los diferentes tipos se pueden dividir en inversores de transistores, inversores de tiristores e inversores de tiristores de apagado. Según el principio del circuito inversor, se puede dividir en inversor de oscilación autoexcitado, inversor de superposición de onda escalonada e inversor de modulación de ancho de pulso. Según la aplicación en el sistema conectado a la red o en el sistema aislado, se puede dividir en inversor conectado a la red e inversor fuera de la red. Para facilitar la selección de inversores para usuarios fotovoltaicos, la clasificación se basa únicamente en las diferentes ocasiones de aplicación de los inversores.

1. Inversor centralizado La tecnología de inversor centralizado consiste en que varias cadenas fotovoltaicas en paralelo están conectadas al extremo de entrada de CC del mismo inversor centralizado. Generalmente, los módulos de potencia IGBT trifásicos se utilizan para alta potencia y el uso de transistor de efecto de campo de baja potencia, mientras que se usa el controlador de conversión DSP para mejorar la calidad de la energía eléctrica generada, haciéndola muy cercana a la corriente de onda sinusoidal, generalmente utilizado en el sistema de grandes centrales fotovoltaicas (> 10kW). La característica más importante es la alta potencia y el bajo costo del sistema. Sin embargo, debido a que el voltaje de salida y la corriente de diferentes cadenas fotovoltaicas a menudo no coinciden por completo (especialmente cuando las cadenas fotovoltaicas están parcialmente sombreadas debido a nubes, sombras, manchas, etc.), se adopta la inversión centralizada. El método de cambio conducirá a una disminución en la eficiencia del proceso del inversor y una disminución en la energía de los usuarios de electricidad. Al mismo tiempo, la fiabilidad de la generación de energía de todo el sistema fotovoltaico se ve afectada por el mal estado de funcionamiento de un grupo de unidades fotovoltaicas. La última dirección de investigación es el uso del control de modulación por vector espacial y el desarrollo de nuevas conexiones de topología de inversores para obtener una alta eficiencia en condiciones de carga parcial.

2. Inversores de cadena Los inversores de cadena se basan en el concepto modular. Cada cadena fotovoltaica (1-5kw) pasa a través de un inversor y tiene un seguimiento de pico de potencia máxima en el extremo de CC. La conexión en paralelo y a la red se ha convertido en el inversor más popular en el mercado internacional. Muchas grandes plantas de energía fotovoltaica utilizan inversores de cadena. La ventaja es que no se ve afectado por las diferencias del módulo y las sombras entre las cadenas, y al mismo tiempo reduce el desajuste entre el punto de trabajo óptimo del módulo fotovoltaico y el inversor, aumentando así la generación de energía. Estas ventajas técnicas no solo reducen el costo del sistema, sino que también aumentan la confiabilidad del sistema. Al mismo tiempo, se introduce el concepto de "maestro-esclavo" entre los strings, lo que hace que el sistema conecte varios strings fotovoltaicos entre sí y deje que uno o varios de ellos funcionen cuando una sola cadena de energía eléctrica no puede hacer funcionar un solo inversor. , Para producir más electricidad. El último concepto es que varios inversores forman un "equipo" para reemplazar el concepto "maestro-esclavo", lo que hace que la confiabilidad del sistema sea un paso más allá. Actualmente, los inversores de cadena sin transformador han tomado la delantera.

3. Microinversor En el sistema fotovoltaico tradicional, el terminal de entrada de CC de cada inversor de cadena se conectará en serie mediante unos 10 paneles fotovoltaicos. Cuando uno de los 10 paneles conectados en serie no funciona bien, esta cadena se verá afectada. Si el inversor usa el mismo MPPT para múltiples entradas, cada entrada también se verá afectada, reduciendo en gran medida la eficiencia de generación de energía. En aplicaciones prácticas, varios factores de protección como nubes, árboles, chimeneas, animales, polvo, hielo y nieve causarán los factores anteriores, y la situación es muy común. En el sistema fotovoltaico del microinversor, cada panel está conectado a un microinversor. Cuando uno de los paneles no funciona bien, solo este se verá afectado. Todos los demás paneles fotovoltaicos funcionarán en las mejores condiciones de funcionamiento, lo que hará que el sistema general sea más eficiente y generará más energía. En aplicaciones prácticas, si el inversor de cadena falla, hará que los paneles de varios kilovatios no funcionen, y el impacto de la falla del microinversor es bastante pequeño.

4. Optimizador de energía La instalación de un optimizador de energía (OptimizEr) en el sistema de generación de energía solar puede mejorar en gran medida la eficiencia de conversión y simplificar la función del inversor (Inverter) para reducir costos. Para realizar un sistema de generación de energía solar inteligente, el optimizador de energía del dispositivo puede garantizar que cada celda solar ejerza el mejor rendimiento y monitorear el estado de consumo de la batería en cualquier momento. El optimizador de energía es un dispositivo entre el sistema de generación de energía y el inversor. La tarea principal es reemplazar la función de seguimiento del mejor punto de potencia original del inversor. El optimizador de energía utiliza la analogía para realizar escaneos de seguimiento del mejor punto de energía extremadamente rápidos al simplificar el circuito y una sola celda solar corresponde a un optimizador de energía, de modo que cada celda solar pueda lograr el mejor seguimiento del punto de energía. estado de la batería en cualquier momento y en cualquier lugar insertando un chip de comunicación, informe los problemas en tiempo real y permita que el personal correspondiente los repare lo antes posible. La función del inversor fotovoltaico El inversor no solo tiene la función de conversión directa a ca, sino que también tiene la función de maximizar el rendimiento de la célula solar y la función de protección contra fallas del sistema. En resumen, hay funciones automáticas de operación y apagado, función de control de seguimiento de potencia máxima, función de operación anti-única (para sistemas conectados a la red), función de ajuste automático de voltaje (para sistemas conectados a la red), función de detección de CC (para sistemas conectados a la red) sistema), función de detección de puesta a tierra de CC (para sistema conectado a la red). Aquí hay una breve introducción a las funciones de operación y apagado automático y la función de control de seguimiento de potencia máxima.

(1) Funcionamiento automático y función de apagado Después del amanecer por la mañana, la intensidad de la radiación solar aumenta gradualmente y la salida de la batería solar también aumenta. Cuando se alcanza la potencia de salida requerida por el inversor, el inversor comienza a funcionar automáticamente. Después de entrar en funcionamiento, el inversor controlará la salida de los componentes de la celda solar en todo momento. Siempre que la potencia de salida de los componentes de la celda solar sea mayor que la potencia de salida requerida por el inversor, el inversor seguirá funcionando; se detendrá hasta el atardecer, incluso si está nublado o lluvioso. El inversor también se puede operar. Cuando la salida del módulo de células solares se vuelve más pequeña y la salida del inversor se acerca a 0, el inversor entra en un estado de espera.

(2) Función de control de seguimiento de potencia máxima La salida del módulo de celda solar varía con la intensidad de la radiación solar y la temperatura del módulo de celda solar en sí (temperatura del chip). Además, debido a que el módulo de células solares tiene la característica de que la tensión disminuye con el aumento de la corriente, existe un punto de funcionamiento óptimo que puede obtener la máxima potencia. La intensidad de la radiación solar está cambiando y, obviamente, el mejor punto de funcionamiento también está cambiando. En relación con estos cambios, el punto de funcionamiento del módulo de células solares está siempre en el punto de máxima potencia y el sistema siempre obtiene la potencia máxima de salida del módulo de células solares. Este tipo de control es el control de seguimiento de potencia máxima. La característica más importante del inversor utilizado en el sistema de generación de energía solar es que incluye la función de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT).

Los principales indicadores técnicos de los inversores fotovoltaicos.

1. La estabilidad del voltaje de salida En un sistema fotovoltaico, la energía eléctrica generada por la celda solar es almacenada primero por la batería y luego convertida en corriente alterna de 220 V o 380 V a través del inversor. Sin embargo, la batería se ve afectada por su propia carga y descarga, y su voltaje de salida varía ampliamente. Por ejemplo, la batería nominal de 12 V puede variar de 10,8 a 14,4 V (exceder este rango puede dañar la batería). Para un inversor calificado, cuando el voltaje del terminal de entrada cambia dentro de este rango, el cambio en su voltaje de salida de estado estable no debe exceder Plusmn; 5% del valor nominal. Al mismo tiempo, cuando la carga cambia repentinamente, su desviación de voltaje de salida no debe exceder ± 10% del valor nominal.

2. Distorsión de la forma de onda del voltaje de salida Para inversores de onda sinusoidal, se debe especificar la distorsión de forma de onda máxima permitida (o contenido armónico). Generalmente expresado por la distorsión total de la forma de onda del voltaje de salida, su valor no debe exceder el 5% (la salida monofásica permite el 10%). Debido a que la salida de corriente armónica de alto orden del inversor producirá pérdidas adicionales, como corrientes parásitas en la carga inductiva, si la distorsión de la forma de onda del inversor es demasiado grande, provocará un calentamiento grave de los componentes de la carga, lo que no favorece la seguridad. de equipos eléctricos y afecta gravemente a la eficiencia operativa del sistema. 3. Frecuencia de salida nominal Para cargas que incluyen motores, como lavadoras, refrigeradores, etc., debido a que el mejor punto de operación de frecuencia del motor es 50Hz, una frecuencia demasiado alta o demasiado baja hará que el equipo se caliente, reduciendo la eficiencia operativa. y vida útil del sistema. Por lo tanto, la frecuencia de salida del inversor debe ser un valor relativamente estable, generalmente 50 Hz, y su desviación debe estar dentro de Plusmn; l% en condiciones normales de trabajo.

4. El factor de potencia de carga representa la capacidad del inversor para transportar cargas inductivas o capacitivas. El factor de potencia de carga del inversor de onda sinusoidal es de 0,7 a 0,9 y el valor nominal es de 0,9. En el caso de una determinada potencia de carga, si el factor de potencia del inversor es bajo, la capacidad requerida del inversor aumentará. Por un lado, aumentará el costo y aumentará la potencia aparente del circuito de CA del sistema fotovoltaico. A medida que aumenta la corriente, las pérdidas aumentarán inevitablemente y la eficiencia del sistema también disminuirá.

5. Eficiencia del inversor La eficiencia de un inversor se refiere a la relación entre su potencia de salida y su potencia de entrada en condiciones de trabajo específicas, expresada como porcentaje. En general, la eficiencia nominal de un inversor fotovoltaico se refiere a una carga puramente resistiva. , Eficiencia al 80% de carga. Como el costo total del sistema fotovoltaico es relativamente alto, se debe maximizar la eficiencia del inversor fotovoltaico, se debe reducir el costo del sistema y se debe mejorar el rendimiento del costo del sistema fotovoltaico. En la actualidad, la eficiencia nominal de los inversores convencionales está entre el 80% y el 95%, y se requiere que la eficiencia de los inversores de baja potencia no sea inferior al 85%. En el proceso de diseño real del sistema fotovoltaico, no solo se debe seleccionar el inversor de alta eficiencia, sino que también se debe adoptar la configuración razonable del sistema para que la carga del sistema fotovoltaico funcione cerca del mejor punto de eficiencia tanto como sea posible.

6. Corriente de salida nominal (o capacidad de salida nominal)

Indica la corriente de salida nominal del inversor dentro del rango de factor de potencia de carga especificado. Algunos productos de inversor dan la capacidad de salida nominal y la unidad se expresa en VA o kVA. La capacidad nominal del inversor es cuando el factor de potencia de salida es 1 (es decir, carga resistiva pura), el voltaje de salida nominal es el producto de la corriente de salida nominal. 7. Medidas de protección Un inversor con un rendimiento excelente también debe tener funciones o medidas de protección completas para hacer frente a diversas situaciones anormales durante el uso real, a fin de proteger el inversor mismo y otros componentes del sistema de daños. (1) Protector de subtensión de entrada: cuando el voltaje de entrada es inferior al 85% del voltaje nominal, el inversor debe protegerse y mostrarse. (2) Protector de sobretensión de entrada: cuando el voltaje de entrada es superior al 130% del voltaje nominal, el inversor debe protegerse y mostrarse. (3) Protección contra sobrecorriente: La protección contra sobrecorriente del inversor debe poder garantizar una acción oportuna cuando la carga está en cortocircuito o la corriente excede el valor permitido para protegerlo de daños por sobrecorriente. Cuando la corriente de trabajo excede el 150% de la nominal, el inversor debería poder proteger automáticamente. (4) El tiempo de acción de la protección contra cortocircuitos del inversor del protector contra cortocircuitos de salida no debe superar los 0,5 s. (5) Protección de conexión inversa de entrada: cuando los terminales de entrada positivo y negativo están conectados a la inversa, el inversor debe tener una función de protección y una pantalla. (6) Protección contra rayos: el inversor debe tener protección contra rayos.

(7) Protección contra sobrecalentamiento, etc. Además, para inversores sin medidas de estabilización de voltaje, el inversor también debe tener medidas de protección contra sobretensión de salida para proteger la carga de daños por sobretensión. 8. Las características de arranque representan la capacidad del inversor para arrancar con carga y su rendimiento durante el funcionamiento dinámico. Se debe garantizar que el inversor arranque de manera confiable bajo carga nominal. 9. Ruido: Los transformadores, los inductores de filtro, los interruptores electromagnéticos, los ventiladores y otros componentes de los equipos electrónicos de potencia generarán ruido. Cuando el inversor está en funcionamiento normal, su ruido no debe exceder los 80 dB y el ruido de un inversor pequeño no debe exceder los 65 dB. Habilidades de selección La selección de inversores debe considerar primero tener la capacidad nominal suficiente para cumplir con los requisitos del equipo para energía eléctrica bajo la carga máxima. Para un inversor con un solo dispositivo como carga, la selección de su capacidad nominal es relativamente simple. Cuando el equipo eléctrico es una carga resistiva pura o el factor de potencia es superior a 0,9, la capacidad nominal del inversor se selecciona entre 1,1 y 1,15 veces la capacidad del equipo eléctrico. Al mismo tiempo, el inversor también debe tener la capacidad de resistir el impacto de cargas capacitivas e inductivas. Para cargas inductivas generales, como motores, refrigeradores, acondicionadores de aire, lavadoras, bombas de agua de alta potencia, etc., al arrancar, la potencia instantánea puede ser 5-6 veces su potencia nominal. En este momento, el inversor soportará una gran potencia instantánea. aumento. Para tales sistemas, la capacidad nominal del inversor debe tener un margen suficiente para garantizar que la carga se pueda iniciar de manera confiable y que el inversor de alto rendimiento pueda iniciarse a plena carga muchas veces sin dañar los dispositivos de potencia. Por su propia seguridad, los inversores pequeños a veces necesitan utilizar un arranque suave o un arranque con limitación de corriente. Precauciones de instalación y mantenimiento

1. Antes de la instalación, compruebe si el inversor está dañado durante el transporte.

2. Al elegir el lugar de instalación, debe asegurarse de que no haya interferencia de ningún otro equipo electrónico de potencia en el área circundante.

3. Antes de realizar las conexiones eléctricas, asegúrese de utilizar materiales opacos para cubrir los paneles fotovoltaicos o desconecte el disyuntor del lado de CC. La exposición a la luz solar, las matrices fotovoltaicas generará voltajes peligrosos.

4. Todas las operaciones de instalación deben ser realizadas únicamente por personal técnico y profesional.

5. Los cables utilizados en el sistema de generación de energía del sistema fotovoltaico deben estar conectados firmemente, bien aislados y con las especificaciones adecuadas. Tendencia de desarrollo Para los inversores solares, mejorar la eficiencia de conversión de energía es un tema eterno, pero cuando la eficiencia del sistema aumenta cada vez más, casi acercándose al 100%, las mejoras de eficiencia adicionales irán acompañadas de un rendimiento de costos más bajo. Por lo tanto, cómo mantener una alta eficiencia y mantener una buena competitividad de precios será un tema importante en la actualidad. En comparación con los esfuerzos para mejorar la eficiencia de los inversores, cómo mejorar la eficiencia de todo el sistema de inversores se está convirtiendo gradualmente en otro tema importante para los sistemas de energía solar. En una matriz solar, cuando aparece una sombra parcial del 2 ~ 3% del área, para un inversor con función MPPT, cuando la potencia de salida del sistema es mala, ¡incluso habrá una caída de potencia de aproximadamente un 20%! Para adaptarse mejor a situaciones como esta, es muy efectivo utilizar funciones de control uno a uno MPPT o múltiples MPPT para módulos solares simples o parciales. Debido a que el sistema inversor se encuentra en el estado de operación conectado a la red, la fuga del sistema a tierra causará serios problemas de seguridad; Además, para mejorar la eficiencia del sistema, la mayoría de los paneles solares están conectados en serie para formar un voltaje de salida de CC alto; Debido a la aparición de condiciones anormales entre los electrodos, es fácil producir un arco de CC. Debido al alto voltaje de CC, es muy difícil extinguir el arco y es extremadamente fácil provocar un incendio. Con la adopción generalizada de sistemas de inversores solares, los problemas de seguridad del sistema también serán una parte importante de la tecnología de inversores. Además, el sistema de energía está marcando el comienzo de smart。

El rápido desarrollo y popularización de la tecnología de redes eléctricas. Una gran cantidad de sistemas de energía solar y otras nuevas energías están conectados a la red, lo que plantea nuevos desafíos técnicos para la estabilidad del sistema de red inteligente. Diseñar un sistema de inversores que pueda ser más rápida, precisa e inteligente compatible con las redes inteligentes se convertirá en una condición necesaria para los sistemas de inversores solares en el futuro.

En términos generales, el desarrollo de la tecnología de inversores se desarrolla con el desarrollo de la tecnología de electrónica de potencia, la tecnología microelectrónica y la teoría de control moderna. Con el paso del tiempo, la tecnología de inversores se está desarrollando en la dirección de mayor frecuencia, mayor potencia, mayor eficiencia y menor volumen.