În prezent, sistemul de generare a energiei fotovoltaice din China este în principal un sistem de curent continuu, care are rolul de a încărca energia electrică generată de bateria solară, iar bateria furnizează direct energie sarcinii. De exemplu, sistemul de iluminat solar casnic din nord-vestul Chinei și sistemul de alimentare cu energie a stațiilor cu microunde aflate departe de rețea sunt toate sisteme de curent continuu. Acest tip de sistem are o structură simplă și un cost redus. Cu toate acestea, din cauza diferitelor tensiuni de sarcină de curent continuu (cum ar fi 12V, 24V, 48V etc.), este dificil să se realizeze standardizarea și compatibilitatea sistemului, în special pentru energia civilă, deoarece majoritatea sarcinilor de curent alternativ sunt utilizate cu energie de curent continuu. Este dificil pentru sursa de energie fotovoltaică să furnizeze energie electrică pentru a intra pe piață ca marfă. În plus, generarea de energie fotovoltaică va realiza în cele din urmă funcționarea conectată la rețea, care trebuie să adopte un model de piață matur. În viitor, sistemele de generare a energiei fotovoltaice de curent alternativ vor deveni principala generare a energiei fotovoltaice.
Cerințele sistemului de generare a energiei fotovoltaice pentru alimentarea cu invertor
Sistemul de generare a energiei fotovoltaice care utilizează ieșirea de curent alternativ este alcătuit din patru părți: panoul fotovoltaic, regulatorul de încărcare și descărcare, bateria și invertorul (sistemul de generare a energiei conectat la rețea poate, în general, economisi bateria), iar invertorul este componenta cheie. Sistemul fotovoltaic are cerințe mai mari pentru invertoare:
1. Este necesară o eficiență ridicată. Datorită prețului ridicat al celulelor solare în prezent, pentru a maximiza utilizarea celulelor solare și a îmbunătăți eficiența sistemului, este necesar să se încerce îmbunătățirea eficienței invertorului.
2. Este necesară o fiabilitate ridicată. În prezent, sistemele de generare a energiei fotovoltaice sunt utilizate în principal în zone îndepărtate, iar multe centrale electrice sunt nesupravegheate și întreținute. Acest lucru necesită ca invertorul să aibă o structură de circuit rezonabilă, o selecție strictă a componentelor și diverse funcții de protecție, cum ar fi protecția conexiunii la polaritatea DC la intrare, protecția la scurtcircuitul la ieșirea AC, supraîncălzirea, protecția la suprasarcină etc.
3. Tensiunea de intrare CC trebuie să aibă o gamă largă de adaptare. Deoarece tensiunea la bornele bateriei se modifică odată cu sarcina și intensitatea luminii solare, deși bateria are un efect important asupra tensiunii bateriei, tensiunea bateriei fluctuează odată cu modificarea capacității rămase a bateriei și a rezistenței interne. Mai ales atunci când bateria îmbătrânește, tensiunea sa la bornele variază foarte mult. De exemplu, tensiunea la bornele unei baterii de 12 V poate varia de la 10 V la 16 V. Acest lucru necesită ca invertorul să funcționeze la un curent continuu mai mare. Asigurați funcționarea normală în intervalul de tensiune de intrare și asigurați stabilitatea tensiunii de ieșire CA.
4. În sistemele fotovoltaice de generare a energiei de capacitate medie și mare, ieșirea sursei de alimentare a invertorului ar trebui să fie o undă sinusoidală cu distorsiuni mai mici. Acest lucru se datorează faptului că în sistemele de capacitate medie și mare, dacă se utilizează putere de undă pătrată, ieșirea va conține mai multe componente armonice, iar armonicele mai mari vor genera pierderi suplimentare. Multe sisteme fotovoltaice de generare a energiei sunt încărcate cu echipamente de comunicații sau instrumentație. Echipamentele au cerințe mai mari privind calitatea rețelei electrice. Atunci când sistemele fotovoltaice de generare a energiei de capacitate medie și mare sunt conectate la rețea, pentru a evita poluarea energetică cu rețeaua publică, invertorul este, de asemenea, obligat să furnizeze un curent sinusoidal.
Invertorul transformă curentul continuu în curent alternativ. Dacă tensiunea de curent continuu este scăzută, aceasta este amplificată de un transformator de curent alternativ pentru a obține o tensiune și o frecvență standard de curent alternativ. Pentru invertoarele de mare capacitate, datorită tensiunii mari a magistralei de curent continuu, ieșirea de curent alternativ nu necesită, în general, un transformator pentru a amplifica tensiunea la 220V. În invertoarele de capacitate medie și mică, tensiunea de curent continuu este relativ scăzută, cum ar fi 12V. Pentru 24V, trebuie proiectat un circuit de amplificare. Invertoarele de capacitate medie și mică includ, în general, circuite de invertoare push-pull, circuite de invertoare full-bridge și circuite de invertoare boost de înaltă frecvență. Circuitele push-pull conectează mufa neutră a transformatorului de amplificare la sursa de alimentare pozitivă, iar cele două tuburi de putere lucrează alternativ, transmițând curent alternativ. Deoarece tranzistoarele de putere sunt conectate la masă comună, circuitele de acționare și control sunt simple, iar deoarece transformatorul are o anumită inductanță de scurgere, poate limita curentul de scurtcircuit, îmbunătățind astfel fiabilitatea circuitului. Dezavantajul este că utilizarea transformatorului este scăzută și capacitatea de a acționa sarcini inductive este slabă.
Circuitul invertor full-bridge depășește deficiențele circuitului push-pull. Tranzistorul de putere ajustează lățimea impulsului de ieșire, iar valoarea efectivă a tensiunii alternative de ieșire se modifică în consecință. Deoarece circuitul are o buclă liberă, chiar și pentru sarcini inductive, forma de undă a tensiunii de ieșire nu va fi distorsionată. Dezavantajul acestui circuit este că tranzistoarele de putere ale brațelor superior și inferior nu împart masa, așa că trebuie utilizat un circuit de acționare dedicat sau o sursă de alimentare izolată. În plus, pentru a preveni conducția comună a brațelor punții superioare și inferioare, trebuie proiectat un circuit care să fie oprit și apoi pornit, adică trebuie setat un timp mort, iar structura circuitului este mai complicată.
Ieșirea circuitelor push-pull și a circuitelor full-bridge necesită adăugarea unui transformator step-up. Deoarece transformatorul step-up este de dimensiuni mari, are o eficiență scăzută și este mai scump, odată cu dezvoltarea electronicii de putere și a tehnologiei microelectronice, tehnologia de conversie step-up de înaltă frecvență este utilizată pentru a realiza inversarea. Aceasta poate realiza un invertor cu densitate de putere mare. Circuitul boost din față al acestui circuit invertor adoptă o structură push-pull, dar frecvența de lucru este peste 20 kHz. Transformatorul boost adoptă un material cu miez magnetic de înaltă frecvență, deci este de dimensiuni reduse și ușor. După inversarea de înaltă frecvență, acesta este convertit în curent alternativ de înaltă frecvență printr-un transformator de înaltă frecvență, iar apoi se obține curent continuu de înaltă tensiune (în general peste 300 V) printr-un circuit de filtrare redresor de înaltă frecvență, apoi se inversează printr-un circuit invertor de frecvență de putere.
Cu această structură de circuit, puterea invertorului este mult îmbunătățită, pierderea în gol a invertorului este redusă corespunzător, iar eficiența este îmbunătățită. Dezavantajul circuitului este că este complicat, iar fiabilitatea este mai mică decât a celor două circuite de mai sus.
Circuitul de control al circuitului invertorului
Circuitele principale ale invertoarelor menționate mai sus trebuie să fie realizate printr-un circuit de control. În general, există două metode de control: undă pătrată și undă pozitivă și slabă. Circuitul de alimentare al invertorului cu ieșire în undă pătrată este simplu, are un cost redus, dar are o eficiență scăzută și componente armonice mari. Ieșirea în undă sinusoidală este tendința de dezvoltare a invertoarelor. Odată cu dezvoltarea tehnologiei microelectronice, au apărut și microprocesoare cu funcții PWM. Prin urmare, tehnologia invertoarelor pentru ieșirea în undă sinusoidală s-a maturizat.
1. Invertoarele cu ieșire de undă pătrată utilizează în prezent în mare parte circuite integrate cu modulație a lățimii impulsurilor, cum ar fi SG 3 525, TL 494 și așa mai departe. Practica a dovedit că utilizarea circuitelor integrate SG3525 și a FET-urilor de putere ca componente de putere în comutație poate permite obținerea unor performanțe și prețuri relativ ridicate pentru invertoare. Deoarece SG3525 are capacitatea de a comanda direct FET-uri de putere și are o sursă de referință internă, un amplificator operațional și o funcție de protecție la subtensiune, circuitul său periferic este foarte simplu.
2. Circuitul integrat de control al invertorului cu ieșire sinusoidală, circuitul de control al invertorului cu ieșire sinusoidală poate fi controlat de un microprocesor, cum ar fi 80 C 196 MC produs de INTEL Corporation și produs de Motorola Company. MP 16 și PI C 16 C 73 produse de MI-CRO CHIP Company etc. Aceste computere cu un singur cip au mai multe generatoare PWM și pot seta brațele punții superioare și superioare. În timpul timpului mort, utilizați 80 C 196 MC al companiei INTEL pentru a realiza circuitul de ieșire sinusoidală, 80 C 196 MC pentru a finaliza generarea semnalului sinusoidal și detectarea tensiunii de ieșire AC pentru a realiza stabilizarea tensiunii.
Selectarea dispozitivelor de alimentare în circuitul principal al invertorului
Alegerea principalelor componente de putere aleinvertoreste foarte important. În prezent, cele mai utilizate componente de putere includ tranzistoarele Darlington (BJT), tranzistoarele cu efect de câmp de putere (MOS-FET), tranzistoarele cu poartă izolată (IGB) și tiristoarele cu declanșare (GTO) etc., cele mai utilizate dispozitive în sistemele de joasă tensiune și capacitate mică sunt MOS FET, deoarece MOS FET are o cădere de tensiune în starea de conectare mai mică și o frecvență de comutare mai mare. Frecvența de comutare a IG BT este utilizată în general în sistemele de înaltă tensiune și capacitate mare. Acest lucru se datorează faptului că rezistența în starea de conectare a MOS FET crește odată cu creșterea tensiunii, iar IG BT ocupă un avantaj mai mare în sistemele de capacitate medie, în timp ce în sistemele de capacitate foarte mare (peste 100 kVA), GTO-urile sunt utilizate în general ca componente de putere.
Data publicării: 21 oct. 2021
