Оптимизатор мощности является DC в DC преобразователь технология , разработанная , чтобы максимизировать урожай энергии от солнечных фотоэлектрических или ВЭУ систем. Они делают это путем индивидуальной настройки производительности панели или ветряной турбины посредством отслеживания точки максимальной мощности и, при необходимости, настройки выхода в соответствии с характеристиками инвертора цепочки ( преобразователь постоянного тока в переменный). Оптимизаторы мощности особенно полезны, когда производительность компонентов, генерирующих электроэнергию в распределенной системе, будет сильно различаться, например, из-за различий в оборудовании, затенения света или ветра, или из-за того, что они установлены в разных направлениях или на большом расстоянии друг от друга.
Оптимизаторы мощности для солнечных батарей могут быть похожи на микроинверторы в том, что обе системы пытаются изолировать отдельные панели, чтобы улучшить общую производительность системы. Смарт - модуль является степенным оптимизатор интегрирован в солнечный модуль. Микроинвертор, по сути, объединяет оптимизатор мощности с небольшим инвертором в одном корпусе, который используется на каждой панели, в то время как оптимизатор мощности оставляет инвертор в отдельной коробке и использует только один инвертор для всего массива. Заявленное преимущество этого «гибридного» подхода - более низкая общая стоимость системы, позволяющая избежать распространения электроники.
Описание
Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT)
Большинство устройств для производства или хранения энергии имеют сложную взаимосвязь между производимой ими мощностью, возлагаемой на них нагрузкой и эффективностью доставки. Например, обычная батарея накапливает энергию в химических реакциях в электролитах и пластинах. Эти реакции требуют времени, чтобы произойти, что ограничивает скорость, с которой энергия может быть эффективно отобрана из ячейки. [1] По этой причине большие батареи, используемые для накопления энергии, обычно имеют две или более емкости, обычно это «2 часа» и «20 часов», причем 2-часовая скорость часто составляет около 50% от 20-часовой.
У солнечных панелей есть аналогичные проблемы из-за скорости, с которой элемент может преобразовывать солнечные фотоны в электроны , температуры окружающей среды и множества других проблем. В этом случае существует сложная нелинейная зависимость между напряжением, током и общим количеством производимой мощности, «ВАХ». [2] Чтобы оптимизировать сбор данных, современные солнечные батареи используют метод, известный как « отслеживание точки максимальной мощности » (MPPT), для отслеживания общей выходной мощности массива и постоянного регулирования представленной нагрузки, чтобы поддерживать работу системы в точке максимальной эффективности. . [3]
Традиционно солнечные панели производят напряжение около 30 В. [4] Это слишком мало для эффективного преобразования в переменный ток для подачи в электросеть . Чтобы решить эту проблему, панели соединяются последовательно, чтобы повысить напряжение до более подходящего для используемого инвертора напряжения, обычно около 600 В. [5]
Недостатком этого подхода является то, что система MPPT может применяться только к массиву в целом. Поскольку ВАХ нелинейная, панель, которая даже немного затенена, может иметь значительно более низкий выход и значительно увеличить внутреннее сопротивление. Поскольку панели соединены последовательно, это приведет к снижению выходной мощности всей струны из-за увеличения общего сопротивления. Это изменение производительности заставляет систему MPPT изменять рабочую точку, перемещая остальные панели в сторону от их максимальной производительности. [6]
Из-за их последовательной проводки несоответствие мощности фотоэлектрических модулей в цепочке может привести к резкой и непропорциональной потере мощности всей солнечной батареи, в некоторых случаях приводя к полному отказу системы. [7] Затенение всего 9% всей поверхности фотоэлектрической системы в некоторых случаях может привести к общесистемной потере мощности до 54%. [8] Хотя эта проблема наиболее заметна в случае «больших» событий, таких как проходящая тень, даже самые незначительные различия в характеристиках панели из-за грязи, дифференциального старения или незначительных различий во время производства могут привести к тому, что массив в целом будет работать вдали от его лучшая точка MPPT. «Согласование панелей» - важная часть дизайна солнечных батарей.
Изолирующие панели
Эти проблемы привели к ряду различных потенциальных решений, которые изолируют панели индивидуально или на гораздо меньшие группы (от 2 до 3 панелей) в попытке обеспечить MPPT, который позволяет избежать проблем с большими строками.
Одно из решений - микроинвертор - позволяет разместить всю систему преобразования мощности непосредственно на задней стороне каждой панели. Это позволяет системе отслеживать MPPT для каждой панели и напрямую выводить мощность переменного тока, соответствующую сети. Затем панели соединяются между собой параллельно, поэтому даже выход из строя одной из панелей или микроинверторов не приведет к потере мощности в цепи. Однако этот подход имеет недостаток, заключающийся в распределении схем преобразования энергии, которые, теоретически, являются дорогостоящей частью системы. Микроинверторы, по крайней мере, в начале 2011 года, имели значительно более высокую цену за ватт .
Это, естественно, приводит к концепции оптимизатора мощности, в которой на панели распределяется только система MPPT. В этом случае преобразование постоянного тока в переменное происходит в одном инверторе, в котором отсутствует аппаратное обеспечение MPPT или оно отключено. Современные решения могут корректно работать со всеми солнечными инверторами, что позволяет оптимизировать уже установленные установки. По словам его сторонников, этот «гибридный» подход дает в целом самое дешевое решение, сохраняя при этом преимущества подхода микроинвертора.
Выполнение
Оптимизаторы мощности - это, по сути, преобразователи постоянного тока в постоянный , которые принимают мощность постоянного тока от солнечной панели при любом оптимальном напряжении и токе (через MPPT), а затем преобразуют ее в другое напряжение и ток, которые лучше всего подходят для центрального / струнного инвертора .
Некоторые оптимизаторы мощности спроектированы для работы в сочетании с центральным инвертором того же производителя, что позволяет инвертору обмениваться данными с оптимизаторами, чтобы гарантировать, что инвертор всегда получает одинаковое общее напряжение от цепочки панелей. [9] В этой ситуации, если есть последовательность панелей, соединенных последовательно, и выходная мощность одной панели падает из-за тени, ее напряжение упадет, так что она может выдавать такое же количество тока (в амперах). Это также приведет к падению напряжения на струне, за исключением того, что центральный инвертор настраивает все другие оптимизаторы так, чтобы их выходное напряжение слегка увеличивалось, поддерживая фиксированное напряжение струны, требуемое на инверторе (только при уменьшенной доступной силе тока, когда одиночная панель затенена. ). Обратной стороной этого типа оптимизатора является то, что для него требуется центральный инвертор от того же производителя, что и оптимизаторы, поэтому невозможно постепенно модернизировать их в существующей установке, если инвертор также не будет заменен, а также оптимизаторы, установленные на всех панели одновременно.
Смотрите также
Примечания и ссылки
- ^ Venkat Srinivasan, "Три Закономерности батареи" , GigaOm, 18 марта 2011
- ^ Н. Шенк, "PV Power Systems: PV Theory II" Архивировано 19 июля 2010 г.в Wayback Machine , Массачусетский технологический институт.
- ^ «Что такое отслеживание максимальной мощности и как оно работает?» , BlueSky Energy
- ^ Solarworld в SW 245 архивация 2012-08-13 в Wayback Machine представляет собой типичную современная панель, используя 6" клетку в 6 по 10 компоновке и 30,8 В
- ^ SMA SunnyBoy Архивировано 8 апреля 2011 г. в серии Wayback Machine поставляется в версиях для США и Европы и обычно предлагает входы от 500 до 600 В постоянного тока.
- ^ «Увеличьте производство электроэнергии». Архивировано 16 мая 2011 г.в Wayback Machine , eIQ Energy.
- ^ Chaintreuil, N. et al. «Влияние тени на фотоэлектрическую систему, подключенную к сети» INES RDI Лаборатория солнечных систем (L2S), Ле Бурже-дю-Лак, Франция. Bruendlinger, R. et al. Документ «Максимальное отслеживание точки мощности в условиях частично затененных фотоэлектрических массивов», представленный на 21-й Европейской конференции по фотоэлектрической солнечной энергии, 4–8 сентября 2008 г., Дрезден, Германия.
- ^ Мюнстер, Р. [«Тень случается»] Renewable Energy World.com http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2009/02/shade-happens-54551 02.02.2009. Проверено 9 марта 2009.
- ^ Техническое примечание SolarEdge - Фиксированное напряжение струны, принцип работы