EN
Pietų Europoje saulės energijos įrenginių montuotojas įrengė 100 kW stogo fotoelektrinę, tačiau nustatė, kad inverteris viršutinėje šviesos apkrovoje apriboja išvestį iki 82 kW. Per mažas inverteris švaistė beveik 20 procentų visos fotoelektrinės galimos energijos gamybos – klaida, kurią būtų galima išvengti suprantant nuolatinės srovės (DC) į kintamosios srovės (AC) konvertavimo procesą ir tinkamai parinkiant inverterio galios talpą pagal fotoelektrinės parametrus. Inverteris yra bet kurios fotoelektrinės „protas“, o jo konvertavimo technologija nulemia tai, kiek saulės energijos, sugautos fotoelementais, iš tikrųjų pasiekia pastato elektros sistemą arba viešąją elektros tinklą.
Nuolatinės srovės (DC) į kintamosios srovės (AC) konvertavimo procesas
Maksimalus jėgos taškas stebėjimas
Fotovoltinės plokštės gamina nuolatinės srovės (DC) energiją įtampa ir srove, kurios nuolat kinta priklausomai nuo saulės spinduliavimo intensyvumo ir fotoelementų temperatūros. Bet kuriai tam tikrai sąlygų rinkai egzistuoja vienintelis veikimo taškas – maksimalios galios taškas – kuriame įtampos ir srovės sandauga yra maksimali. Invertoriaus valdymo sistemoje įdiegtas maksimalios galios taško sekimo (MPPT) algoritmas nuolat pritaiko įėjimo varžą, kurią mato fotovoltinė sistema, kad ji veiktų šiame optimaliame taške. Dažniausiai naudojamas MPPT algoritmas yra „pakeisk ir stebėk“: valdiklis nedideliu dydžiu pakeičia veikimo įtampą, išmatuoja, ar išvesties galia padidėjo ar sumažėjo, ir juda toje kryptimi, kuri duoda pagerinimą. Šiuolaikiniai eilutiniai invertoriai turi kelis nepriklausomus MPPT kanalus, kiekvienas iš kurių prijungtas prie atskiros fotovoltinių modulių eilutės – tokia architektūra neleidžia, kad vienos eilutės užtemimas sumažintų neužtemusių eilučių, kurios dalinasi tuo pačiu sekimo kanalu, našumą. MPPT efektyvumas – tai procentinė dalis galimos fotovoltinės sistemos galios, kurią faktiškai sugeba pasiekti algoritmas – gerai suprojektuotose sistemose esant stabiliam saulės spinduliavimui dažniausiai viršija 99 procentus.
Galios jungiklio valdymas ir bangos formos generavimas
Nuolatinės srovės (DC) energija, surinkta MPPT etape, patenka į inverterio galios keitimo etapą, kuriame puslaidininkių jungikliai – dažniausiai izoliuotojo gatvo bipolinių tranzistorių (IGBT) tipai, pritaikyti 600–1200 V įtampai – keičia nuolatinę įtampą į impulsinę išvestį, artinamą prie sinusoidinės kintamosios srovės (AC) bangos formos. Impulsų plotio moduliavimas (PWM) valdo jungiklių veikimą: keičiant kiekvieno įtampų impulso plotį pagal etaloninę sinusoidinę bangą, ciklo kiekviename taške vidutinė išvesties įtampa atitinka pageidaujamą sinusoidinę reikšmę. Šiuolaikinių inverterių jungimo dažnis paprastai yra 16–20 kHz, todėl išvesties filtras – induktyvumų ir kondensatorių kombinacija – gali išlyginti impulsinę bangos formą į švarią sinusoidinę bangą su bendru harmonikų iškreipimu mažesniu nei 3 procentai. Šis filtravimo etapas yra esminis, nes per didelis harmonikų kiekis inverterio išvestyje gali sukelti prijungtų variklių perkaitimą, trukdyti jautriems elektroniniams prietaisams ir sukelti tinklo apsaugos relėms nepriimti inverterio, jei jis tiekia energiją į viešąjį tinklą.
Tinkleio sinchronizavimas ir transformatorių parinktys
Tinklei susijungę invertoriai privalo sinchronizuoti savo išėjimo įtampą, dažnį ir fazės kampą su naudingosios energijos tiekimo tinklu prieš jungdamiesi. Invertoriaus valdymo sistema stebi tinklo įtampą per jutiklių grandines ir koreguoja perjungimo modelį, kad jis atitiktų nustatytus ribinius reikalavimus – paprastai ±0,1 Hz dažniui ir kelias laipsnių fazės kampui. Transformatorių turintys invertoriai naudoja žemo dažnio transformatorių, kuris užtikrina galvaninę izoliaciją tarp nuolatinės ir kintamosios srovės pusių, taip savaime apsaugodami nuo nuolatinės srovės įtekėjimo į tinklą ir supaprastindami įžeminimo sistemos projektavimą. Be transformatoriaus invertoriai pašalina geležinio šerdies transformatorių, todėl sumažėja svoris, fizinis dydis ir kaina, o konversijos efektyvumas pagerėja 1–2 procentais. Tačiau tokie be transformatoriaus sprendimai reikalauja sudėtingesnių nuolatinės srovės nuotėkio aptikimo ir slopinimo grandinių, kad būtų laikomasi tinklo prijungimo standartų, o paprastai jie yra riboti neįžemintų saulės elektrinės modulių konfigūracijomis, kad būtų išvengta talpinių nuotėkio kelių per fotoelementų rėmus į žemę.
Efektyvumas ir aplinkos veiksniai
Šiuolaikinių keitiklių maksimalus efektyvumas optimaliomis sąlygomis pasiekia 97–99 procentų, tačiau Europos Sąjungos efektyvumo įvertinimas – svertinis vidurkis, atspindintis realias eksploatacijos sąlygas – yra tikresnis našumo rodiklis. ES efektyvumo formulė priskiria skirtingus svorius konversijos efektyvumui esant įvairioms apkrovos reikšmėms: 3 procentų svoris esant 5 procentų apkrovai, 6 procentų – esant 10 procentų, 13 procentų – esant 20 procentų ir vis didesnius svorius iki pilnos apkrovos, atitinkančius tipiškos saulės dienos metu faktiškai pasitaikančių eksploatacijos sąlygų pasiskirstymą. Efektyvumas mažėja esant žemai apkrovai, nes keitiklio vidinė energijos suvartojimo dalis – valdymo elektronikai, aušinimo ventiliatoriams ir jungiklių nuostoliams – tampa reikšminga lyginant su perduodama galia. Norint maksimaliai padidinti metinę energijos gamybą, rekomenduojama parinkti keitiklį taip, kad fotoelektrinės įprastinė darbo apkrova patenktų į keitiklio aukščiausio efektyvumo intervalą – dažniausiai 30–70 procentų nuo nominalios galios.
Dažniausiai užduodami klausimai
Koks yra skirtumas tarp eilutės inverterių ir mikroinverterių?
Eilutės inverteriai sujungia kelis PV modulius nuosekliai prie vieno inverterio, kurio galia paprastai yra nuo 1 iki 100 kW. Mikroinverteriai kiekvienam atskiram moduliui pritvirtina po vieną mažą inverterį, kuris nuolatinę srovę keičia į kintamąją plokštumoje. Mikroinverteriai pašalina vieno taško verslo riziką ir sumažina šešėlio nuostolius, tačiau jų kaina už kiekvieną įdiegtą vato vienetą yra didesnė.
Kaip MPPT tvarko sparčiai kintančias debesų sąlygas?
Pažangūs MPPT algoritmai naudoja prognozuojamą sekimą, kuris numato apšviestumo pokyčius remiantis naujausiais galios trendais, o ne tik atsitiktinai trikdant ir stebint. Dalinai debesuotomis sąlygomis, kai apšviestumas per sekundes gali svyruoti net 50 procentų, šie algoritmai išlaiko sekimo tikslumą virš 98 procentų.
Kodėl tinklo kodeksai reikalauja, kad inverteriai turėtų izoliavimo apsaugą?
Apsaugos nuo izoliuotos salos funkcija užtikrina, kad keitiklis atsijungtų nuo tinklo per du sekundžių po tiekimo nutraukimo, neleisdama saulės elektrinės tiekti energiją tinklo ruošui, kurį tiekimo darbuotojai laiko neturinčiu įtampos. Tai privaloma saugos sąlyga visuose tinklo prijungimo standartuose, įskaitant IEEE 1547 ir IEC 62116.
Kas sukelia keitiklio apribojimą (clipping) ir kaip jo išvengti?
Apribojimas (clipping) įvyksta, kai nuolatinės srovės (DC) įėjimo galia iš saulės baterijų masyvo viršija keitiklio maksimalią kintamosios srovės (AC) išėjimo galios charakteristiką. Keitiklis riboja išėjimo galią iki savo nustatytos galios, šalinant perteklinę energiją. Tinkamas dydžių parinkimas reiškia, kad saulės baterijų masyvo maksimali DC galia – paprastai 1,1–1,3 kartų didesnė už keitiklio AC galios charakteristiką – atitinka keitiklio talpą; taip leidžiama nedidelė apribojimo (clipping) tikimybė retomis maksimalios apkrovos sąlygomis, kad būtų išvengta per didelio keitiklio parinkimo.
Kaip aplinkos temperatūra veikia keitiklio našumą?
Inverterio efektyvumas mažėja, kai didėja vidaus komponentų temperatūra, o inverteriai paprastai sumažina išėjimo galią, kai aplinkos temperatūra viršija 40-45 ° C. Įdiegimas šešėlyje, gerai vėdinamoje vietoje, o ne tiesiai saulės spinduliuotose stoguose, gali sumažinti veikimo temperat
Ar inverteriai gali suteikti reaktyvią maitinimo galią tinklui?
Šiuolaikiniai prie tinklo prijungti inverteriai gali veikti naudojant ne vienodą galią, įleidžiant arba absorbuojant reaktyviąją galią pagal tinklo operatoriaus ar įrenginio valdiklio nurodymus. Šis gebėjimas, kurį reikalauja atnaujinti daugelio jurisdikcijų tinklo kodeksai, leidžia fotovoltaikinėms sistemoms prisidėti prie tinklo įtampos reguliavimo, o ne tiesiog eksportuoti aktyviąją galią.