Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Внутренний вид солнечного инвертора. Обратите внимание на множество больших конденсаторов (синие цилиндры), которые используются для кратковременного накопления энергии и улучшения формы выходного сигнала.
Аналоговый трансформатор напряжения с медной обмоткой
Фотоэлектрический (солнечный) инвертор, медная трансформаторная катушка

Солнечный инвертор или PV инвертор , представляет собой тип электрического преобразователя , который преобразует переменный постоянный ток (DC) , выход из фотоэлектрических (PV) панели солнечных батарей в утилиту частоты переменного тока (AC) , который может быть подан в коммерческой электрической сети или используется местной внесетевой электрической сетью. Это критический баланс системы (BOS) - компонент фотоэлектрической системы , позволяющий использовать обычное оборудование с питанием от переменного тока. Инверторы солнечной энергииимеют специальные функции, адаптированные для использования с фотоэлектрическими батареями, включая отслеживание точки максимальной мощности и защиту от островков .

Классификация [ править ]

Упрощенная схема подключенной к сети жилой фотоэлектрической системы электроснабжения [1]

Солнечные инверторы можно разделить на три основных типа: [2]

  1. Автономные инверторы , используемые в изолированных системах, где инвертор получает энергию постоянного тока от батарей, заряжаемых фотоэлектрическими батареями. Многие автономные инверторы также включают в себя встроенные зарядные устройства для зарядки аккумулятора от источника переменного тока , если таковой имеется. Обычно они никоим образом не взаимодействуют с электросетью и поэтому не требуют защиты от изолирования .
  2. Сетевые инверторы , которые согласовывают фазу с синусоидальной волной, подаваемой в сеть . Сетевые инверторы предназначены для автоматического отключения при отключении электросети по соображениям безопасности. Они не обеспечивают резервное питание при отключении электроэнергии.
  3. Инверторы резервного питания от батареи - это специальные инверторы, которые предназначены для получения энергии от батареи, управления зарядом батареи с помощью бортового зарядного устройства и передачи избыточной энергии в энергосистему. Эти инверторы способны подавать энергию переменного тока на выбранные нагрузки во время отключения электросети и должны иметь защиту от изолирования. [ требуется разъяснение ]
  4. Интеллектуальные гибридные инверторы управляют фотоэлектрической системой, аккумулятором и электросетью, которые подключены непосредственно к устройству. Эти современные универсальные системы обычно очень универсальны и могут использоваться для привязки к сети, автономных приложений или приложений резервного копирования, но их основная функция - это самопотребление с использованием хранилища.

Отслеживание точки максимальной мощности [ править ]

Основная статья: Трекер максимальной мощности

Солнечные инверторы используют отслеживание точки максимальной мощности (MPPT), чтобы получить максимально возможную мощность от фотоэлектрической батареи. [3] Солнечные элементы имеют сложную взаимосвязь между солнечным излучением, температурой и общим сопротивлением, что приводит к нелинейной выходной эффективности, известной как ВАХ . Целью системы MPPT является выборка выходного сигнала ячеек и определение сопротивления (нагрузки) для получения максимальной мощности для любых данных условий окружающей среды. [4]

Коэффициент заполнения , более известный под аббревиатурой FF , представляет собой параметр, который в сочетании с напряжением холостого хода (V oc ) и током короткого замыкания (I sc ) панели определяет максимальную мощность солнечного элемента. Коэффициент заполнения определяется как отношение максимальной мощности солнечного элемента к произведению V oc и I sc . [5]

Существует три основных типа алгоритмов MPPT : возмущение и наблюдение, инкрементная проводимость и постоянное напряжение. [6] Первые два метода часто называют методами восхождения на холм ; они полагаются на кривую мощности, построенную против напряжения, возрастающего слева от точки максимальной мощности и падающего справа. [7]

Солнечные микро-инверторы [ править ]

Основная статья: Солнечный микроинвертор
Солнечный микроинвертор в процессе установки. Заземляющий провод прикреплен к наконечнику, а разъемы постоянного тока панели подключены к кабелям в правом нижнем углу. Параллельный магистральный кабель переменного тока проходит вверху (только видно).

Солнечный микроинвертор - это инвертор, предназначенный для работы с одним фотоэлектрическим модулем. Микроинвертор преобразует постоянный ток на выходе каждой панели в переменный ток . Его конструкция позволяет параллельное соединение нескольких независимых блоков модульным способом. [8]

Преимущества микро-инвертора включают оптимизацию мощности одной панели, независимую работу каждой панели, установку plug-and-play, улучшенную установку и пожарную безопасность, минимизацию затрат благодаря конструкции системы и минимизацию складских запасов.

В исследовании 2011 года, проведенном в Государственном университете Аппалачей, сообщается, что индивидуальная интегрированная инверторная установка дает примерно на 20% больше мощности в незатененных условиях и на 27% больше мощности в затененных условиях по сравнению с установкой, подключенной к цепочке с использованием одного инвертора. Обе установки использовали идентичные солнечные батареи. [9]

Сетевые солнечные инверторы [ править ]

См. Также: Сетевой инвертор

Ключевая роль сетевых или синхронных инверторов или просто сетевого инвертора (GTI) заключается в синхронизации фазы, напряжения и частоты линии электропередачи с фазой сети. [10] Солнечные инверторы, предназначенные для подключения к сети, предназначены для быстрого отключения от сети в случае выхода из строя энергосистемы . Это требование NEC, которое гарантирует, что в случае отключения электроэнергии инвертор сетевых подключений отключится, чтобы вырабатываемая им энергия не нанесла вред любым линейным рабочим, которых послали для ремонта электросети .

В сетевых инверторах, доступных сегодня на рынке, используется ряд различных технологий. В инверторах могут использоваться более новые высокочастотные трансформаторы , обычные низкочастотные трансформаторы или без трансформатора. Вместо прямого преобразования постоянного тока в 120 или 240 вольт переменного тока, высокочастотные трансформаторы используют компьютеризированный многоступенчатый процесс, который включает преобразование мощности в высокочастотный переменный ток, а затем обратно в постоянный ток, а затем в конечное выходное напряжение переменного тока. [11]

Исторически возникли опасения по поводу подачи бестрансформаторных электрических систем в коммунальные сети. Опасения связаны с тем, что между цепями постоянного и переменного тока отсутствует гальваническая развязка , что может позволить прохождение опасных коротких замыканий постоянного тока на сторону переменного тока. [12] С 2005 года NEC NFPA разрешает использование бестрансформаторных (или не гальванических) инверторов. В VDE 0126-1-1 и IEC 6210 также были внесены поправки, чтобы разрешить и определить механизмы безопасности, необходимые для таких систем. В первую очередь, обнаружение остаточного тока или тока заземления используется для обнаружения возможных неисправностей. Также проводятся испытания изоляции, чтобы гарантировать разделение постоянного и переменного тока.

Многие солнечные инверторы предназначены для подключения к электросети и не будут работать, если они не обнаружат наличие сети. Они содержат специальные схемы для точного согласования напряжения, частоты и фазы сети.

Солнечные насосные инверторы [ править ]

Усовершенствованные инверторы для накачки солнечных батарей преобразуют напряжение постоянного тока от солнечной батареи в напряжение переменного тока для непосредственного управления погружными насосами без использования батарей или других устройств хранения энергии. Используя MPPT (отслеживание точки максимальной мощности), солнечные насосные инверторы регулируют выходную частоту для управления скоростью насосов, чтобы уберечь двигатель насоса от повреждения.

Солнечные насосные инверторы обычно имеют несколько портов, позволяющих вводить постоянный ток, генерируемый фотоэлектрическими батареями, один порт, позволяющий выводить напряжение переменного тока, и еще один порт для ввода от датчика уровня воды.

Рынок [ править ]

По состоянию на 2019 год эффективность преобразования для современных солнечных преобразователей достигла более 98 процентов. В то время как струнные инверторы используются в фотоэлектрических системах жилых и средних коммерческих , центральные инверторы охватывают большой коммерческий рынок и рынок коммунальных услуг. Доля рынка центральных и струнных инверторов составляет около 36 процентов и 61 процент соответственно, оставляя менее 2 процентов для микро-инверторов. [13]

Рынок инверторов / преобразователей в 2019 г.
ТипМощностьЭффективность (а)
Доля рынка (б)		Замечания
 Струнный инвертордо 150 кВт п (в)98%61,6%Стоимость (б) 0,05-0,17 евро за пиковую мощность. Легко заменить.
 Центральный инверторвыше 80 кВт p98,5%36,7%0,04 евро за пиковую мощность. Высокая надежность. Часто продается вместе с сервисным контрактом.
 Микро-инвертордиапазон мощности модуля90% –97%1,7%0,29 евро за пиковую мощность. Проблемы, связанные с простотой замены.
 DC / DC преобразователь
 ( оптимизатор мощности )		диапазон мощности модуля99,5%5,1%0,08 евро за пиковую мощность. Проблемы, связанные с простотой замены. Инвертор еще нужен.
Источник: данные IHS Markit 2020, комментарии Fraunhofer ISE 2020, из: Photovoltaics Report 2020, p. 39, PDF [13]
 Примечания : (a) показаны наилучшие показатели эффективности, (b) рыночная доля и стоимость ватта оцениваются, (c) кВт p = киловатт-пик , (d) общая доля рынка превышает 100% потому что преобразователи DC / DC должны быть соединены с инверторами строки

См. Также [ править ]

  • Контроллер заряда
  • Преобразователь постоянного тока в постоянный
  • Инвертор (электрический)
  • Вне сетки
  • Оптимизатор мощности

Ссылки [ править ]

  1. ^ Солнечные элементы и их применение, второе издание, Льюис Фраас, Ларри Партейн, Wiley, 2010, ISBN  978-0-470-44633-1 , раздел 10.2.
  2. ^ "3 типа солнечных инверторов объяснены" . сделай сам . Проверено 15 февраля 2017 года .
  3. ^ «Переверните свое мышление: выжимайте больше энергии из солнечных панелей» . Scientificamerican.com . Проверено 9 июня 2011 .
  4. ^ Сравнение Фотоэлектрического массива методов Максимальной Power Point Tracking архивация 2010-07-09 в Wayback Machine
  5. ^ Benanti, Travis L .; Венкатараман, Д. (25 апреля 2005 г.). «Органические солнечные элементы: обзор с акцентом на морфологию активного слоя» (PDF) . Фотосинтез Исследования . 87 (1): 73–81. DOI : 10.1007 / s11120-005-6397-9 . PMID 16408145 . Проверено 27 августа 2013 года .  
  6. ^ «Оценка методов отслеживания точки максимальной мощности на основе микроконтроллера с использованием платформы dSPACE» (PDF) . itee.uq.edu.au. Архивировано из оригинального (PDF) 26 июля 2011 года . Проверено 14 июня 2011 .
  7. ^ Хом, DP; Ропп, ME (2003). «Сравнительное исследование алгоритмов отслеживания точек максимальной мощности» . Прогресс в фотогальванике: исследования и приложения . 11 : 47–62. DOI : 10.1002 / pip.459 .
  8. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 15 июля 2014 года . Проверено 27 августа 2013 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  9. ^ «Параллельное сравнение микро- и центральных инверторов в затененных и незатененных условиях» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 14 июля 2014 года . Проверено 27 августа 2013 года .
  10. ^ ТЕХНИЧЕСКИЙ ОБЗОР СЕТЕВОГО ИЗМЕРЕНИЯ В ЛИВАНЕ
  11. ^ Фотогальваника: Руководство по проектированию и установке . Издатели информационного общества. 2004. с. 80.
  12. ^ «Сводный отчет о семинаре DOE по высокотехнологичным инверторам» (PDF) . При финансовой поддержке Министерства энергетики США, подготовлено McNeil Technologies . eere.energy.gov. Архивировано из оригинального (PDF) 27 февраля 2012 года . Проверено 10 июня 2011 .
  13. ^ a b "ОТЧЕТ ПО ФОТОЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ" (PDF) . Институт систем солнечной энергии им. Фраунгофера . 16 сентября 2020. с. 39.