Actualment, el sistema de generació d'energia fotovoltaica de la Xina és principalment un sistema de corrent continu, que serveix per carregar l'energia elèctrica generada per la bateria solar, i la bateria subministra energia directament a la càrrega. Per exemple, el sistema d'il·luminació solar domèstica al nord-oest de la Xina i el sistema de subministrament d'energia de les estacions de microones allunyades de la xarxa són tots sistemes de corrent continu. Aquest tipus de sistema té una estructura senzilla i de baix cost. Tanmateix, a causa dels diferents voltatges de càrrega de corrent continu (com ara 12V, 24V, 48V, etc.), és difícil aconseguir l'estandardització i la compatibilitat del sistema, especialment per a l'energia civil, ja que la majoria de les càrregues de corrent altern s'utilitzen amb energia de corrent continu. És difícil que el subministrament d'energia fotovoltaica subministri electricitat per entrar al mercat com a mercaderia. A més, la generació d'energia fotovoltaica finalment aconseguirà un funcionament connectat a la xarxa, que ha d'adoptar un model de mercat madur. En el futur, els sistemes de generació d'energia fotovoltaica de corrent altern es convertiran en el corrent principal de la generació d'energia fotovoltaica.
Els requisits del sistema de generació d'energia fotovoltaica per a l'alimentació de l'inversor
El sistema de generació d'energia fotovoltaica que utilitza una sortida de potència de CA consta de quatre parts: matriu fotovoltaica, controlador de càrrega i descàrrega, bateria i inversor (el sistema de generació d'energia connectat a la xarxa generalment pot estalviar la bateria), i l'inversor és el component clau. La fotovoltaica té requisits més elevats per als inversors:
1. Cal una alta eficiència. A causa de l'elevat preu actual de les cèl·lules solars, per tal de maximitzar l'ús de les cèl·lules solars i millorar l'eficiència del sistema, cal intentar millorar l'eficiència de l'inversor.
2. Es requereix una alta fiabilitat. Actualment, els sistemes de generació d'energia fotovoltaica s'utilitzen principalment en zones remotes i moltes centrals elèctriques no reben vigilància ni manteniment. Això requereix que l'inversor tingui una estructura de circuit raonable, una selecció estricta de components i diverses funcions de protecció, com ara la protecció de la connexió de polaritat de CC d'entrada, la protecció contra curtcircuits de sortida de CA, el sobreescalfament i la protecció contra sobrecàrregues, etc.
3. Cal que el voltatge d'entrada de CC tingui un ampli rang d'adaptació. Com que el voltatge dels terminals de la bateria canvia amb la càrrega i la intensitat de la llum solar, tot i que la bateria té un efecte important sobre el voltatge de la bateria, aquest fluctua amb el canvi de la capacitat restant i la resistència interna de la bateria. Especialment quan la bateria està envellint, el seu voltatge dels terminals varia àmpliament. Per exemple, el voltatge dels terminals d'una bateria de 12 V pot variar de 10 V a 16 V. Això requereix que l'inversor funcioni a una CC més gran. Assegureu-vos que funcioni correctament dins del rang de voltatge d'entrada i assegureu l'estabilitat del voltatge de sortida de CA.
4. En sistemes de generació d'energia fotovoltaica de mitjana i gran capacitat, la sortida de l'alimentació de l'inversor ha de ser una ona sinusoidal amb menys distorsió. Això és degut a que en sistemes de mitjana i gran capacitat, si s'utilitza potència d'ona quadrada, la sortida contindrà més components harmònics i els harmònics més alts generaran pèrdues addicionals. Molts sistemes de generació d'energia fotovoltaica estan carregats amb equips de comunicació o instrumentació. L'equip té requisits més elevats pel que fa a la qualitat de la xarxa elèctrica. Quan els sistemes de generació d'energia fotovoltaica de mitjana i gran capacitat estan connectats a la xarxa, per evitar la contaminació energètica amb la xarxa pública, l'inversor també ha de generar un corrent sinusoidal.
L'inversor converteix el corrent continu en corrent altern. Si el voltatge de corrent continu és baix, s'augmenta mitjançant un transformador de corrent altern per obtenir un voltatge i una freqüència de corrent altern estàndard. Per als inversors de gran capacitat, a causa de l'alta tensió del bus de CC, la sortida de CA generalment no necessita un transformador per augmentar el voltatge a 220 V. En els inversors de capacitat mitjana i petita, el voltatge de CC és relativament baix, com ara 12 V. Per a 24 V, s'ha de dissenyar un circuit d'augment. Els inversors de capacitat mitjana i petita generalment inclouen circuits inversors push-pull, circuits inversors de pont complet i circuits inversors d'augment d'alta freqüència. Els circuits push-pull connecten el connector neutre del transformador d'augment a la font d'alimentació positiva i dos tubs de potència treballen altern, sortida de potència de CA, com que els transistors de potència estan connectats a terra comú, els circuits d'accionament i control són simples, i com que el transformador té una certa inductància de fuita, pot limitar el corrent de curtcircuit, millorant així la fiabilitat del circuit. El desavantatge és que la utilització del transformador és baixa i la capacitat d'accionar càrregues inductives és deficient.
El circuit inversor de pont complet supera les deficiències del circuit push-pull. El transistor de potència ajusta l'amplada de l'impuls de sortida i el valor efectiu de la tensió de CA de sortida canvia en conseqüència. Com que el circuit té un bucle de roda lliure, fins i tot per a càrregues inductives, la forma d'ona de la tensió de sortida no es distorsionarà. El desavantatge d'aquest circuit és que els transistors de potència dels braços superior i inferior no comparteixen la terra, per la qual cosa s'ha d'utilitzar un circuit d'accionament dedicat o una font d'alimentació aïllada. A més, per evitar la conducció comuna dels braços del pont superior i inferior, s'ha de dissenyar un circuit per apagar-se i després encendre's, és a dir, s'ha d'establir un temps mort i l'estructura del circuit és més complicada.
La sortida del circuit push-pull i del circuit de pont complet ha d'afegir un transformador elevador. Com que el transformador elevador és de mida gran, baixa eficiència i més car, amb el desenvolupament de la tecnologia d'electrònica de potència i microelectrònica, s'utilitza la tecnologia de conversió elevadora d'alta freqüència per aconseguir la inversió. Pot realitzar un inversor d'alta densitat de potència. El circuit elevador de fase frontal d'aquest circuit inversor adopta una estructura push-pull, però la freqüència de treball és superior a 20 kHz. El transformador elevador adopta un material de nucli magnètic d'alta freqüència, de manera que és de mida petita i lleuger. Després de la inversió d'alta freqüència, es converteix en corrent altern d'alta freqüència a través d'un transformador d'alta freqüència i, a continuació, s'obté corrent continu d'alt voltatge (generalment superior a 300 V) a través d'un circuit de filtre rectificador d'alta freqüència i, a continuació, s'inverteix a través d'un circuit inversor de freqüència de potència.
Amb aquesta estructura de circuit, la potència de l'inversor millora considerablement, la pèrdua sense càrrega de l'inversor es redueix corresponentment i l'eficiència millora. El desavantatge del circuit és que és complicat i la fiabilitat és inferior a la dels dos circuits anteriors.
Circuit de control del circuit inversor
Els circuits principals dels inversors esmentats anteriorment han de ser realitzats mitjançant un circuit de control. Generalment, hi ha dos mètodes de control: ona quadrada i ona positiva i feble. El circuit d'alimentació de l'inversor amb sortida d'ona quadrada és senzill, de baix cost, però de baixa eficiència i amb grans components harmònics. La sortida d'ona sinusoidal és la tendència de desenvolupament dels inversors. Amb el desenvolupament de la tecnologia microelectrònica, també han aparegut microprocessadors amb funcions PWM. Per tant, la tecnologia d'inversor per a la sortida d'ona sinusoidal ha madurat.
1. Els inversors amb sortida d'ona quadrada actualment utilitzen principalment circuits integrats de modulació d'amplada de pols, com ara SG 3 525, TL 494, etc. La pràctica ha demostrat que l'ús de circuits integrats SG3525 i l'ús de FET de potència com a components de potència de commutació poden aconseguir inversors de rendiment i preu relativament alts. Com que l'SG3525 té la capacitat de controlar directament els FET de potència i té una font de referència interna, un amplificador operacional i una funció de protecció de subtensió, el seu circuit perifèric és molt senzill.
2. El circuit integrat de control de l'inversor amb sortida d'ona sinusoidal, el circuit de control de l'inversor amb sortida d'ona sinusoidal pot ser controlat per un microprocessador, com ara 80 C 196 MC produït per INTEL Corporation i produït per Motorola Company. MP 16 i PI C 16 C 73 produïts per MI-CRO CHIP Company, etc. Aquests ordinadors d'un sol xip tenen múltiples generadors PWM i poden configurar els braços del pont superior i superior. Durant el temps mort, utilitzeu el 80 C 196 MC de l'empresa INTEL per realitzar el circuit de sortida d'ona sinusoidal, 80 C 196 MC per completar la generació del senyal d'ona sinusoidal i detectar la tensió de sortida de CA per aconseguir l'estabilització de la tensió.
Selecció de dispositius d'alimentació al circuit principal de l'inversor
L'elecció dels principals components d'alimentació de lainversorés molt important. Actualment, els components de potència més utilitzats inclouen transistors de potència Darlington (BJT), transistors d'efecte de camp de potència (MOS-F ET), transistors de porta aïllada (IGB). T) i tiristor de desactivació (GTO), etc., els dispositius més utilitzats en sistemes de baixa tensió de petita capacitat són MOS FET, perquè el MOS FET té una caiguda de tensió en estat activat més baixa i una freqüència de commutació més alta. La freqüència de commutació d'IG BT s'utilitza generalment en sistemes d'alta tensió i gran capacitat. Això es deu al fet que la resistència en estat activat del MOS FET augmenta amb l'augment de la tensió, i l'IG BT ocupa un avantatge més gran en sistemes de capacitat mitjana, mentre que en sistemes de gran capacitat (per sobre de 100 kVA), els GTO s'utilitzen generalment com a components de potència.
Data de publicació: 21 d'octubre de 2021
