Trenutno je kitajski fotonapetostni sistem za proizvodnjo električne energije večinoma sistem enosmernega toka, ki polni električno energijo, ki jo proizvaja sončna baterija, baterija pa neposredno napaja obremenitev. Na primer, sistem sončne gospodinjske razsvetljave na severozahodu Kitajske in napajalni sistem mikrovalovne postaje, ki je daleč od omrežja, sta vsi sistemi z enosmernim tokom. Ta vrsta sistema ima preprosto strukturo in nizke stroške. Vendar pa je zaradi različnih enosmernih napetosti obremenitve (kot so 12 V, 24 V, 48 V itd.) težko doseči standardizacijo in združljivost sistema, zlasti za civilno napajanje, saj se večina bremen izmeničnega toka uporablja z enosmernim napajanjem. . Fotovoltaični napajalnik za dobavo električne energije težko vstopi na trg kot blago. Poleg tega bo fotovoltaična proizvodnja električne energije sčasoma dosegla delovanje, povezano z omrežjem, ki mora sprejeti model zrelega trga. V prihodnosti bodo izmenični fotovoltaični sistemi za proizvodnjo električne energije postali glavni tok fotovoltaične proizvodnje električne energije.
Zahteve fotovoltaičnega sistema za proizvodnjo električne energije za invertersko napajanje
Fotonapetostni sistem za proizvodnjo električne energije z izhodno močjo izmeničnega toka je sestavljen iz štirih delov: fotonapetostnega niza, krmilnika polnjenja in praznjenja, baterije in pretvornika (sistem za proizvodnjo električne energije, povezan z omrežjem, lahko na splošno prihrani baterijo), in pretvornik je ključna komponenta. Fotovoltaika ima višje zahteve za pretvornike:
1. Zahtevana je visoka učinkovitost. Zaradi trenutne visoke cene sončnih celic je treba za čim večji izkoristek sončnih celic in izboljšanje učinkovitosti sistema poskušati izboljšati učinkovitost pretvornika.
2. Zahtevana je visoka zanesljivost. Trenutno se fotovoltaični sistemi za proizvodnjo električne energije večinoma uporabljajo na oddaljenih območjih, številne elektrarne pa so nenadzorovane in vzdrževane. To zahteva, da ima pretvornik razumno strukturo vezja, strogo izbiro komponent in zahteva, da ima pretvornik različne zaščitne funkcije, kot je zaščita vhodne polarnosti DC, zaščita kratkega stika izhoda AC, pregrevanje, zaščita pred preobremenitvijo itd.
3. Enosmerna vhodna napetost mora imeti širok razpon prilagajanja. Ker se priključna napetost akumulatorja spreminja z obremenitvijo in intenzivnostjo sončne svetlobe, čeprav ima akumulator pomemben vpliv na napetost akumulatorja, napetost akumulatorja niha s spremembo preostale kapacitete in notranjega upora akumulatorja. Zlasti ko se baterija stara, se njena napetost na sponkah močno spreminja. Na primer, priključna napetost 12 V baterije se lahko spreminja od 10 V do 16 V. To zahteva, da pretvornik deluje pri večji enosmerni napetosti. Zagotovite normalno delovanje v območju vhodne napetosti in zagotovite stabilnost izhodne izmenične napetosti.
4. V fotovoltaičnih sistemih za proizvodnjo električne energije srednje in velike zmogljivosti mora biti izhodna moč inverterskega napajanja sinusni val z manj popačenja. To je zato, ker bo v sistemih srednje in velike zmogljivosti, če se uporablja pravokotna valovna moč, izhod vseboval več harmoničnih komponent, višji harmoniki pa bodo ustvarili dodatne izgube. Številni fotonapetostni sistemi za proizvodnjo električne energije so opremljeni s komunikacijsko ali merilno opremo. Oprema ima višje zahteve glede kakovosti električnega omrežja. Ko so fotovoltaični sistemi za proizvodnjo električne energije srednje in velike zmogljivosti priključeni na omrežje, mora razsmernik oddajati sinusni tok, da bi se izognili onesnaževanju električne energije z javnim omrežjem.
Inverter pretvarja enosmerni tok v izmenični. Če je napetost enosmernega toka nizka, se poveča s transformatorjem za izmenični tok, da se doseže standardna napetost in frekvenca izmeničnega toka. Pri pretvornikih z veliko zmogljivostjo zaradi visoke napetosti vodila enosmernega toka izhod izmeničnega toka na splošno ne potrebuje transformatorja za dvig napetosti na 220 V. V pretvornikih srednje in majhne zmogljivosti je enosmerna napetost razmeroma nizka, na primer 12 V. Za 24 V je treba oblikovati ojačevalno vezje. Razsmerniki srednje in majhne zmogljivosti na splošno vključujejo potisno-vlečna inverterska vezja, polnomostična inverterska vezja in visokofrekvenčna ojačevalna inverterska vezja. Potisno-vlečna vezja povezujejo nevtralni vtič ojačevalnega transformatorja s pozitivnim napajalnikom in dve napajalni cevi. transformator ima določeno induktivnost uhajanja, lahko omeji tok kratkega stika in tako izboljša zanesljivost vezja. Pomanjkljivost je, da je izkoristek transformatorja nizek in sposobnost pogona induktivnih bremen slaba.
Pretvorniško vezje s polnim mostom odpravlja pomanjkljivosti potisno-vlečnega vezja. Močnostni tranzistor prilagodi širino izhodnega impulza in temu ustrezno se spremeni efektivna vrednost izhodne izmenične napetosti. Ker ima tokokrog zanko prostega teka, tudi pri induktivnih obremenitvah valovna oblika izhodne napetosti ne bo popačena. Pomanjkljivost tega vezja je, da močnostni tranzistorji zgornjega in spodnjega kraka nimajo skupne mase, zato je treba uporabiti namensko pogonsko vezje ali izolirano napajanje. Poleg tega je treba za preprečitev skupnega prevajanja zgornjega in spodnjega kraka mostu oblikovati vezje, ki se izklopi in nato vklopi, to pomeni, da je treba nastaviti mrtvi čas, struktura vezja pa je bolj zapletena.
Izhod potisno-vlečnega vezja in polnega mostičnega vezja mora dodati povečevalni transformator. Ker je povečevalni transformator velik, ima nizko učinkovitost in je dražji, se z razvojem tehnologije močnostne elektronike in mikroelektronike uporablja tehnologija visokofrekvenčnega povečanja pretvorbe za doseganje vzvratne moči. Lahko realizira pretvornik z visoko gostoto moči. Ojačevalno vezje sprednje stopnje tega inverterskega vezja ima potisno-vlečno strukturo, vendar je delovna frekvenca nad 20 kHz. Ojačevalni transformator uporablja visokofrekvenčno magnetno jedro, zato je majhen in lahek. Po visokofrekvenčni inverziji se pretvori v visokofrekvenčni izmenični tok prek visokofrekvenčnega transformatorja, nato pa se visokonapetostni enosmerni tok (običajno nad 300 V) pridobi prek visokofrekvenčnega usmerniškega filtrskega vezja in nato obrne skozi vezje frekvenčnega pretvornika.
S to strukturo vezja se moč pretvornika močno izboljša, izguba pretvornika brez obremenitve se ustrezno zmanjša in učinkovitost se izboljša. Pomanjkljivost vezja je, da je vezje zapleteno in je zanesljivost nižja od zgornjih dveh vezij.
Krmilno vezje inverterskega vezja
Glavna vezja zgoraj omenjenih pretvornikov morajo biti realizirana s krmilnim vezjem. Na splošno obstajata dve metodi nadzora: kvadratni val ter pozitivni in šibki val. Invertersko napajalno vezje s pravokotnim izhodom je preprosto, poceni, vendar z nizko učinkovitostjo in velikimi harmoničnimi komponentami. . Sinusni izhod je razvojni trend pretvornikov. Z razvojem tehnologije mikroelektronike so se pojavili tudi mikroprocesorji s funkcijami PWM. Zato je inverterska tehnologija za sinusni izhod dozorela.
1. Razsmerniki s pravokotnim izhodom trenutno večinoma uporabljajo integrirana vezja s širinsko modulacijo, kot so SG 3 525, TL 494 itd. Praksa je dokazala, da je mogoče z uporabo integriranih vezij SG3525 in uporabo močnostnih FET kot preklopnih močnostnih komponent doseči razmeroma visoko zmogljivost in ceno pretvornikov. Ker ima SG3525 zmožnost neposrednega pogona moči FET-jev in ima notranji referenčni vir in operacijski ojačevalnik ter funkcijo zaščite pred prenizko napetostjo, je njegovo periferno vezje zelo preprosto.
2. Krmilno integrirano vezje pretvornika s sinusnim izhodom, krmilno vezje pretvornika s sinusnim izhodom lahko krmili mikroprocesor, kot je 80 C 196 MC, ki ga proizvaja INTEL Corporation in proizvaja Motorola Company. MP 16 in PI C 16 C 73 proizvajalca MI-CRO CHIP Company itd. Ti računalniki z enim čipom imajo več PWM generatorjev in lahko nastavijo zgornjo in zgornjo ročico mostu. Med mrtvim časom uporabite 80 C 196 MC podjetja INTEL za realizacijo izhodnega vezja sinusnega vala, 80 C 196 MC za dokončanje generiranja signala sinusnega vala in zaznavanje izhodne napetosti AC za doseganje stabilizacije napetosti.
Izbira napajalnih naprav v glavnem tokokrogu pretvornika
Izbira glavnih komponent močipretvornikje zelo pomembno. Trenutno najpogosteje uporabljene napajalne komponente vključujejo Darlingtonove napajalne tranzistorje (BJT), napajalne poljske tranzistorje (MOS-F ET), tranzistorje z izoliranimi vrati (IGB). T) in izklopni tiristor (GTO) itd., so najpogosteje uporabljene naprave v nizkonapetostnih sistemih majhne zmogljivosti MOS FET, ker ima MOS FET manjši padec napetosti v stanju vklopa in višji. Preklopna frekvenca IG BT je na splošno uporablja se v visokonapetostnih in visokozmogljivih sistemih. To je zato, ker se odpornost v stanju MOS FET poveča s povečanjem napetosti in ima IG BT v sistemih srednje zmogljivosti večjo prednost, medtem ko se v sistemih super velike zmogljivosti (nad 100 kVA) običajno uporabljajo GTO. kot napajalne komponente.
Čas objave: 21. oktober 2021
