For tiden er Kinas solcelleanlegg hovedsakelig et likestrømssystem, som lader den elektriske energien som genereres av solbatteriet, og batteriet forsyner lasten direkte med strøm. For eksempel er solcellebelysningssystemer for husholdninger i Nordvest-Kina og strømforsyningssystemer for mikrobølgestasjoner langt unna strømnettet alle likestrømssystemer. Denne typen system har en enkel struktur og lave kostnader. På grunn av de forskjellige likestrømsspenningene i lasten (som 12V, 24V, 48V, osv.) er det imidlertid vanskelig å oppnå standardisering og kompatibilitet av systemet, spesielt for sivil strøm, ettersom de fleste vekselstrømslastene brukes med likestrøm. Det er vanskelig for den solcelledrevne strømforsyningen å levere strøm til markedet som en vare. I tillegg vil solcelleanlegg til slutt oppnå netttilkoblet drift, som må ta i bruk en moden markedsmodell. I fremtiden vil vekselstrøms solcelleanlegg bli hovedstrømmen innen solcelleanlegg.
Kravene til solcelleanlegg for inverterstrømforsyning
Det fotovoltaiske kraftproduksjonssystemet som bruker vekselstrøm består av fire deler: fotovoltaisk panel, lade- og utladningskontroller, batteri og inverter (et netttilkoblet kraftproduksjonssystem kan generelt spare batteri), og inverteren er nøkkelkomponenten. Fotovoltaisk energi har høyere krav til invertere:
1. Høy effektivitet er nødvendig. På grunn av den høye prisen på solceller for tiden, er det nødvendig å forsøke å forbedre inverterens effektivitet for å maksimere bruken av solceller og forbedre systemeffektiviteten.
2. Høy pålitelighet er nødvendig. For tiden brukes solcelleanlegg hovedsakelig i avsidesliggende områder, og mange kraftverk er uten tilsyn og vedlikehold. Dette krever at omformeren har en rimelig kretsstruktur, strengt komponentvalg og at omformeren har ulike beskyttelsesfunksjoner, for eksempel beskyttelse mot DC-polaritet, kortslutningsbeskyttelse for AC-utgang, overopphetingsbeskyttelse, overbelastningsbeskyttelse, etc.
3. DC-inngangsspenningen må ha et bredt tilpasningsområde. Siden batteriets polspenning endres med belastningen og sollysets intensitet, selv om batteriet har en viktig effekt på batterispenningen, svinger batterispenningen med endringen i batteriets gjenværende kapasitet og indre motstand. Spesielt når batteriet eldes, varierer polspenningen mye. For eksempel kan polspenningen til et 12 V-batteri variere fra 10 V til 16 V. Dette krever at omformeren opererer med en større DC-spenning. Sørg for normal drift innenfor inngangsspenningsområdet og sørg for stabiliteten til AC-utgangsspenningen.
4. I solcelleanlegg med middels og stor kapasitet bør utgangen fra inverterens strømforsyning være en sinusbølge med mindre forvrengning. Dette skyldes at i systemer med middels og stor kapasitet, hvis firkantbølgeeffekt brukes, vil utgangen inneholde flere harmoniske komponenter, og høyere harmoniske vil generere ytterligere tap. Mange solcelleanlegg er lastet med kommunikasjons- eller instrumentutstyr. Utstyret har høyere krav til kvaliteten på strømnettet. Når solcelleanlegg med middels og stor kapasitet er koblet til strømnettet, må inverteren også sende ut en sinusbølgestrøm for å unngå strømforurensning til det offentlige strømnettet.
Omformeren konverterer likestrøm til vekselstrøm. Hvis likestrømsspenningen er lav, forsterkes den av en vekselstrømstransformator for å oppnå en standard vekselstrømsspenning og -frekvens. For omformere med stor kapasitet, på grunn av den høye likestrømsbusspenningen, trenger ikke AC-utgangen vanligvis en transformator for å øke spenningen til 220 V. I omformere med mellomstor og liten kapasitet er likespenningen relativt lav, for eksempel 12 V. For 24 V må en boost-krets utformes. Omformere med mellomstor og liten kapasitet inkluderer vanligvis push-pull-omformerkretser, fullbro-omformerkretser og høyfrekvente boost-omformerkretser. Push-pull-kretser kobler boost-transformatorens nøytrale plugg til den positive strømforsyningen, og to effektrør fungerer vekselvis, og utgang for vekselstrøm, fordi effekttransistorene er koblet til felles jord, driv- og kontrollkretsene er enkle, og fordi transformatoren har en viss lekkasjeinduktans, kan den begrense kortslutningsstrømmen, og dermed forbedre kretsens pålitelighet. Ulempen er at transformatorutnyttelsen er lav og evnen til å drive induktive laster er dårlig.
Fullbro-inverterkretsen overvinner manglene til push-pull-kretsen. Effekttransistoren justerer utgangspulsbredden, og den effektive verdien av utgangsvekselspenningen endres tilsvarende. Fordi kretsen har en friløpssløyfe, vil ikke utgangsspenningsbølgeformen bli forvrengt selv for induktive belastninger. Ulempen med denne kretsen er at effekttransistorene i øvre og nedre arm ikke deler jord, så en dedikert drivkrets eller en isolert strømforsyning må brukes. I tillegg, for å forhindre felles ledning av øvre og nedre broarmer, må en krets utformes for å slås av og deretter på, det vil si at en dødtid må stilles inn, og kretsstrukturen er mer komplisert.
Utgangen fra push-pull-kretsen og fullbrokretsen må legges til en step-up-transformator. Fordi step-up-transformatoren er stor i størrelse, lav effektivitet og dyrere, har utviklingen av kraftelektronikk og mikroelektronikkteknologi brukt høyfrekvent step-up-konverteringsteknologi for å oppnå revers. Dette kan realisere inverter med høy effekttetthet. Fronttrinns boost-kretsen i denne inverterkretsen bruker push-pull-struktur, men arbeidsfrekvensen er over 20 kHz. Boost-transformatoren bruker høyfrekvent magnetisk kjernemateriale, så den er liten i størrelse og lett i vekt. Etter høyfrekvent inversjon konverteres den til høyfrekvent vekselstrøm gjennom en høyfrekvent transformator, og deretter oppnås høyspent likestrøm (vanligvis over 300 V) gjennom en høyfrekvent likeretterfilterkrets, og deretter inverteres gjennom en frekvensomformerkrets.
Med denne kretsstrukturen forbedres omformerens effekt betraktelig, omformerens tomgangstap reduseres tilsvarende, og effektiviteten forbedres. Ulempen med kretsen er at kretsen er komplisert og påliteligheten er lavere enn de to ovennevnte kretsene.
Kontrollkrets for inverterkrets
Hovedkretsene til de ovennevnte omformerne må alle realiseres av en kontrollkrets. Generelt finnes det to kontrollmetoder: firkantbølge, positivbølge og svakbølge. Omformerens strømforsyningskrets med firkantbølgeutgang er enkel, rimelig, men har lav effektivitet og store harmoniske komponenter. Sinusbølgeutgang er utviklingstrenden for omformere. Med utviklingen av mikroelektronikkteknologi har mikroprosessorer med PWM-funksjoner også kommet. Derfor har omformerteknologien for sinusbølgeutgang modnet.
1. Omformere med firkantbølgeutgang bruker for tiden hovedsakelig integrerte kretser med pulsbreddemodulasjon, som SG 3 525, TL 494 og så videre. Praksis har vist at bruk av integrerte kretser med SG3525 og bruk av effekt-FET-er som svitsjede effektkomponenter kan oppnå omformere med relativt høy ytelse og rimelige priser. Fordi SG3525 har evnen til å drive effekt-FET-er direkte og har en intern referansekilde og operasjonsforsterker samt underspenningsbeskyttelsesfunksjon, er den perifere kretsen svært enkel.
2. Den integrerte inverterkontrollkretsen med sinusbølgeutgang, inverterens kontrollkrets med sinusbølgeutgang kan styres av en mikroprosessor, for eksempel 80 C 196 MC produsert av INTEL Corporation, og produsert av Motorola Company. MP 16 og PI C 16 C 73 produsert av MI-CRO CHIP Company, etc. Disse enkeltbrikkede datamaskinene har flere PWM-generatorer, og kan stille inn øvre og øvre broarmer. I løpet av dødtiden bruker du INTELs 80 C 196 MC for å realisere sinusbølgeutgangskretsen, 80 C 196 MC for å fullføre sinusbølgesignalgenereringen, og detektere AC-utgangsspenningen for å oppnå spenningsstabilisering.
Valg av strømforsyninger i hovedkretsen til omformeren
Valget av hovedstrømkomponentene tilinverterer svært viktig. For tiden inkluderer de mest brukte kraftkomponentene Darlington-krafttransistorer (BJT), kraftfelteffekttransistorer (MOS-FET), isolerte gatetransistorer (IGB). T) og turn-off-tyristorer (GTO), etc. De mest brukte enhetene i lavspenningssystemer med liten kapasitet er MOS FET, fordi MOS FET har lavere spenningsfall i påslått tilstand og høyere svitsjefrekvens. IGBT brukes vanligvis i høyspennings- og storkapasitetssystemer. Dette er fordi påslåttmotstanden til MOS FET øker med økende spenning, og IGBT har en større fordel i systemer med mellomkapasitet, mens GTO-er vanligvis brukes som kraftkomponenter i systemer med superstor kapasitet (over 100 kVA).
Publisert: 21. oktober 2021
