Tällä hetkellä Kiinan aurinkosähköjärjestelmä on pääasiassa tasavirtajärjestelmä, jossa ladataan aurinkoakun tuottama sähköenergia, ja akku syöttää virtaa suoraan kuormalle. Esimerkiksi Luoteis-Kiinan aurinkosähkökotien valaistusjärjestelmät ja verkosta kaukana olevat mikroaaltouunien virransyöttöjärjestelmät ovat kaikki tasavirtajärjestelmiä. Tällaisella järjestelmällä on yksinkertainen rakenne ja alhaiset kustannukset. Erilaisten kuorman tasajännitteiden (kuten 12 V, 24 V, 48 V jne.) vuoksi järjestelmän standardointi ja yhteensopivuus on kuitenkin vaikeaa, erityisesti siviilivoiman osalta, koska suurin osa vaihtovirtakuormista käytetään tasavirralla. Aurinkosähkön syötön on vaikea päästä markkinoille hyödykkeenä. Lisäksi aurinkosähkön tuotanto saavuttaa lopulta verkkoon kytketyn toiminnan, jonka on omaksuttava kypsä markkinamalli. Tulevaisuudessa vaihtovirtasähkön tuotantojärjestelmistä tulee aurinkosähkön tuotannon valtavirta.
Aurinkosähköntuotantojärjestelmän vaatimukset invertterin virransyötölle
Vaihtovirtaa käyttävä aurinkosähköntuotantojärjestelmä koostuu neljästä osasta: aurinkosähköjärjestelmästä, lataus- ja purkausohjaimesta, akusta ja invertteristä (verkkoon kytketty sähköntuotantojärjestelmä voi yleensä säästää akkua), ja invertteri on avainkomponentti. Aurinkosähköllä on korkeammat vaatimukset inverttereille:
1. Vaaditaan korkea hyötysuhde. Aurinkokennojen nykyisen korkean hinnan vuoksi on välttämätöntä pyrkiä parantamaan invertterin hyötysuhdetta aurinkokennojen käytön maksimoimiseksi ja järjestelmän tehokkuuden parantamiseksi.
2. Vaaditaan korkea luotettavuus. Tällä hetkellä aurinkosähköntuotantojärjestelmiä käytetään pääasiassa syrjäisillä alueilla, ja monet voimalaitokset ovat valvomatta ja huollettuja. Tämä edellyttää, että invertterillä on kohtuullinen piirirakenne, tiukka komponenttien valinta ja että invertterillä on erilaisia suojaustoimintoja, kuten tulon DC-napaisuuden suojaus, AC-lähdön oikosulkusuojaus, ylikuumenemissuojaus ja ylikuormitussuojaus.
3. Tasavirran tulojännitteen on oltava laaja-alainen. Koska akun napajännite muuttuu kuormituksen ja auringonvalon voimakkuuden mukaan, vaikka akulla on tärkeä vaikutus akun jännitteeseen, akun jännite vaihtelee akun jäljellä olevan kapasiteetin ja sisäisen resistanssin muutosten mukaan. Erityisesti akun ikääntyessä sen napajännite vaihtelee suuresti. Esimerkiksi 12 V:n akun napajännite voi vaihdella 10 V:sta 16 V:iin. Tämä edellyttää, että invertteri toimii suuremmalla tasavirralla. Varmista normaali toiminta tulojännitealueella ja varmista AC-lähtöjännitteen vakaus.
4. Keskikokoisissa ja suurissa aurinkosähköjärjestelmissä invertterin virtalähteen tulisi olla siniaaltomuotoinen ja vääristymätön. Tämä johtuu siitä, että keskikokoisissa ja suurissa järjestelmissä, jos käytetään suorakaiteen muotoista virtaa, lähtö sisältää enemmän harmonisia komponentteja, ja suuremmat harmoniset komponentit aiheuttavat lisähäviöitä. Monet aurinkosähköjärjestelmät on kuormitettu tietoliikenne- tai instrumentointilaitteilla. Laitteilla on korkeammat vaatimukset sähköverkon laadulle. Kun keskikokoiset ja suurikapasiteettiset aurinkosähköjärjestelmät on kytketty verkkoon, invertterin on myös tuotettava siniaaltomuotoista virtaa julkisen verkon saastumisen välttämiseksi.
Invertteri muuntaa tasavirran vaihtovirraksi. Jos tasavirran jännite on alhainen, sitä korotetaan vaihtovirtamuuntajalla, jotta saadaan vakiovaihtovirran jännite ja taajuus. Suurikapasiteettisissa invertterissä korkean tasavirtakiskon jännitteen vuoksi vaihtovirran lähtö ei yleensä tarvitse muuntajaa jännitteen korottamiseksi 220 V:iin. Keski- ja pienikapasiteettisissa invertterissä tasajännite on suhteellisen alhainen, kuten 12 V. 24 V:lle on suunniteltava korotuspiiri. Keski- ja pienikapasiteettisissa invertterissä on yleensä push-pull-invertteripiirejä, täyssiltainvertteripiirejä ja korkeataajuisia korotusinvertteripiirejä. Push-pull-piirit yhdistävät korotusmuuntajan nollajohtimen positiiviseen virtalähteeseen, ja kaksi tehoputkea toimivat vuorotellen ja tuottavat vaihtovirtaa. Koska tehotransistorit on kytketty yhteiseen maahan, käyttö- ja ohjauspiirit ovat yksinkertaisia. Koska muuntajalla on tietty vuotoinduktanssi, se voi rajoittaa oikosulkuvirtaa, mikä parantaa piirin luotettavuutta. Haittapuolena on muuntajan alhainen käyttöaste ja heikko kyky ohjata induktiivisia kuormia.
Täyssiltainen invertteripiiri ratkaisee push-pull-piirin puutteet. Tehotransistori säätää lähtöpulssin leveyttä, ja lähtöjännitteen tehollinen arvo muuttuu vastaavasti. Koska piirissä on vapaasti pyörivä silmukka, lähtöjännitteen aaltomuoto ei vääristy edes induktiivisilla kuormilla. Tämän piirin haittapuolena on, että ylemmän ja alemman sillanvarren tehotransistorit eivät jaa maata, joten on käytettävä erillistä käyttöpiiriä tai eristettyä virtalähdettä. Lisäksi ylemmän ja alemman sillanvarren yhteisjohtumisen estämiseksi piiri on suunniteltava siten, että se voidaan kytkeä pois päältä ja sitten päälle, eli on asetettava viiveaika, ja piirin rakenne on monimutkaisempi.
Push-pull-piirin ja täyssiltapiirin lähtöön on lisättävä jännitteenkorotusmuuntaja. Koska jännitteenkorotusmuuntaja on kooltaan suuri, hyötysuhteeltaan heikko ja kalliimpi, tehoelektroniikan ja mikroelektroniikan kehityksen myötä käytetään korkeataajuista jännitteenkorotusmuunnostekniikkaa käänteisen suunnan saavuttamiseksi. Se voi toteuttaa suuren tehotiheyden invertterin. Tämän invertteripiirin etuasteen tehostuspiiri on push-pull-rakenteinen, mutta sen toimintataajuus on yli 20 kHz. Tehostusmuuntaja on valmistettu korkeataajuisesta magneettisydämestä, joten se on pienikokoinen ja kevyt. Korkeataajuisen inversion jälkeen se muunnetaan korkeataajuiseksi vaihtovirraksi korkeataajuisen muuntajan avulla, ja sitten korkeajännitteiseksi tasavirraksi (yleensä yli 300 V) saadaan korkeataajuisen tasasuuntaajan suodatinpiirin kautta, joka sitten invertoidaan tehotaajuusinvertteripiirin avulla.
Tämän piirirakenteen ansiosta invertterin teho paranee huomattavasti, invertterin tyhjäkäyntihäviö pienenee vastaavasti ja hyötysuhde paranee. Piirin haittapuolena on sen monimutkaisuus ja luotettavuus on alhaisempi kuin kahdella edellä mainitulla piirillä.
Invertteripiirin ohjauspiiri
Edellä mainittujen invertterien pääpiirit on kaikki toteutettava ohjauspiirillä. Yleensä on olemassa kaksi ohjausmenetelmää: kanttiaalto sekä positiivinen ja heikko aalto. Kanttiaaltolähtöinen invertterin virtalähdepiiri on yksinkertainen, edullinen, mutta tehoton ja siinä on paljon harmonisia komponentteja. Siniaaltolähtö on invertterien kehitystrendi. Mikroelektroniikkateknologian kehittyessä on tullut markkinoille myös PWM-toiminnoilla varustettuja mikroprosessoreita. Siksi siniaaltolähdön invertteritekniikka on kypsynyt.
1. Neliöaaltolähtöiset invertterit käyttävät tällä hetkellä enimmäkseen pulssinleveysmodulaatio-integroituja piirejä, kuten SG 3 525, TL 494 ja niin edelleen. Käytäntö on osoittanut, että SG3525-integroitujen piirien ja teho-FETien käyttö kytkentätehokomponentteina voi saavuttaa suhteellisen korkean suorituskyvyn ja invertterien hinnan. Koska SG3525 pystyy ohjaamaan teho-FETejä suoraan ja siinä on sisäinen referenssilähde, operaatiovahvistin ja alijännitesuojaustoiminto, sen oheispiiri on hyvin yksinkertainen.
2. Invertterin ohjauspiiri, jossa on siniaaltolähtö, invertterin ohjauspiiriä, jossa on siniaaltolähtö, voidaan ohjata mikroprosessorilla, kuten INTEL Corporationin valmistamalla 80 C 196 MC:llä ja Motorolan valmistamalla 80 C 196 MC:llä, MI-CRO CHIP Companyn valmistamilla MP 16:lla ja PI C 16 C 73:lla jne. Näissä yksisiruisissa tietokoneissa on useita PWM-generaattoreita, ja ne voivat asettaa ylemmän ja ylemmän sillanvarren. Kuolleena aikana INTELin 80 C 196 MC:tä käytetään siniaaltolähtöpiirin toteuttamiseen, 80 C 196 MC viimeistelee siniaaltosignaalin generoinnin ja havaitsee AC-lähtöjännitteen jännitteen vakauttamiseksi.
Invertterin pääpiirin teholaitteiden valinta
Tärkeimpien tehokomponenttien valintainvertterion erittäin tärkeää. Tällä hetkellä eniten käytettyjä tehokomponentteja ovat Darlington-tehotransistorit (BJT), tehokenttätransistorit (MOS-F ET), eristetyt hilatransistorit (IGB). T) ja sammutustyristorit (GTO) jne. Pienen kapasiteetin pienjännitejärjestelmissä eniten käytettyjä laitteita ovat MOS-FETit, koska MOS-FETillä on pienempi jännitehäviö ja korkeampi IG BT:n kytkentätaajuus, jota käytetään yleensä korkeajännitteisissä ja suurikapasiteettisissa järjestelmissä. Tämä johtuu siitä, että MOS-FETin jännitehäviö kasvaa jännitteen kasvaessa, ja IG BT:llä on suurempi etu keskikokoisissa järjestelmissä, kun taas erittäin suurikapasiteettisissa (yli 100 kVA) järjestelmissä GTO:ita käytetään yleensä tehokomponentteina.
Julkaisun aika: 21.10.2021
