اصل کار و ویژگی های اینورتر فتوولتائیک

اصل کار اینورتر:

هسته دستگاه اینورتر مدار سوئیچ اینورتر است که به اختصار مدار اینورتر از آن یاد می شود.مدار عملکرد اینورتر را با روشن و خاموش کردن کلید الکترونیکی برق تکمیل می کند.

امکانات:

(1) راندمان بالا مورد نیاز است.

با توجه به قیمت بالای سلول‌های خورشیدی در حال حاضر، برای استفاده حداکثری از سلول‌های خورشیدی و بهبود راندمان سیستم، باید تلاش کنیم تا راندمان اینورتر را افزایش دهیم.

(2) قابلیت اطمینان بالا مورد نیاز است.

در حال حاضر، سیستم نیروگاه فتوولتائیک عمدتاً در مناطق دورافتاده استفاده می شود و بسیاری از نیروگاه ها بدون مراقبت و نگهداری می شوند، که این امر مستلزم داشتن ساختار مدار معقول، انتخاب دقیق قطعات، اینورتر است و اینورتر باید عملکردهای حفاظتی مختلفی داشته باشد. به عنوان: حفاظت معکوس قطب DC ورودی، حفاظت از اتصال کوتاه خروجی AC، گرمای بیش از حد، حفاظت از اضافه بار و غیره.

(3) ولتاژ ورودی برای داشتن محدوده وسیع تری از سازگاری مورد نیاز است.

زیرا ولتاژ پایانه سلول خورشیدی با بار و شدت نور خورشید متفاوت است.به خصوص زمانی که باتری در حال پیر شدن است، ولتاژ ترمینال آن بسیار متفاوت است.به عنوان مثال، برای یک باتری 12 ولت، ولتاژ ترمینال آن ممکن است بین 10 ولت و 16 ولت متفاوت باشد، که نیاز دارد اینورتر به طور معمول در محدوده ولتاژ ورودی DC زیاد کار کند.

طبقه بندی اینورتر فتوولتائیک：

روش های زیادی برای طبقه بندی اینورترها وجود دارد.به عنوان مثال، با توجه به تعداد فازهای خروجی ولتاژ AC توسط اینورتر، می توان آن را به اینورترهای تک فاز و اینورترهای سه فاز تقسیم کرد.به اینورترهای ترانزیستوری، اینورترهای تریستور و اینورترهای تریستور خاموش تقسیم می شود.با توجه به اصل مدار اینورتر، همچنین می توان آن را به اینورتر نوسانی خود تحریک، اینورتر برهم نهی موج پله ای و اینورتر مدولاسیون عرض پالس تقسیم کرد.با توجه به کاربرد در سیستم متصل به شبکه یا سیستم خارج از شبکه، می توان آن را به اینورتر متصل به شبکه و اینورتر خارج از شبکه تقسیم کرد.به منظور تسهیل کاربران الکترونیک نوری در انتخاب اینورترها، در اینجا فقط اینورترها بر اساس موارد مختلف طبقه بندی می شوند.

1. اینورتر متمرکز

فناوری اینورتر متمرکز به این صورت است که چندین رشته فتوولتائیک موازی به ورودی DC همان اینورتر متمرکز متصل می شوند.به طور کلی برای توان بالا از ماژول های سه فاز IGBT و برای توان کم از ترانزیستورهای اثر میدانی استفاده می شود.DSP کنترل کننده را برای بهبود کیفیت توان تولیدی تبدیل می کند و آن را به جریان موج سینوسی بسیار نزدیک می کند که معمولاً در سیستم های نیروگاه های فتوولتائیک بزرگ (> 10 کیلووات) استفاده می شود.بزرگترین ویژگی این است که قدرت سیستم بالا و هزینه پایین است، اما به دلیل اینکه ولتاژ و جریان خروجی رشته های PV مختلف اغلب به طور کامل مطابقت ندارند (مخصوصاً زمانی که رشته های PV به دلیل کدر، سایه، لکه ها تا حدی مسدود شده باشند. و غیره)، اینورتر متمرکز پذیرفته شده است.تغییر مسیر منجر به کاهش راندمان فرآیند اینورتر و کاهش انرژی مصرف کنندگان برق خواهد شد.در عین حال، قابلیت اطمینان تولید برق کل سیستم فتوولتائیک تحت تأثیر وضعیت کار ضعیف یک گروه واحد فتوولتائیک است.آخرین جهت تحقیق استفاده از کنترل مدولاسیون برداری فضا و توسعه اتصال توپولوژیکی جدید اینورترها برای به دست آوردن راندمان بالا در شرایط بار جزئی است.

2. اینورتر رشته

اینورتر رشته ای بر اساس مفهوم مدولار است.هر رشته PV (1-5kw) از یک اینورتر می گذرد، حداکثر پیک ردیابی توان را در سمت DC دارد و به صورت موازی در سمت AC متصل می شود.محبوب ترین اینورتر در بازار.

بسیاری از نیروگاه های فتوولتائیک بزرگ از اینورترهای رشته ای استفاده می کنند.مزیت این است که تحت تأثیر تفاوت ماژول ها و سایه بین رشته ها قرار نمی گیرد و در عین حال عدم تطابق بین نقطه عملکرد بهینه ماژول های فتوولتائیک و اینورتر را کاهش می دهد و در نتیجه تولید برق را افزایش می دهد.این مزایای فنی نه تنها هزینه سیستم را کاهش می دهد، بلکه قابلیت اطمینان سیستم را نیز افزایش می دهد.در عین حال، مفهوم "ارباب-برده" بین رشته ها معرفی می شود، به طوری که سیستم می تواند چندین گروه از رشته های فتوولتائیک را به هم متصل کند و اجازه دهد یک یا چند تا از آنها تحت شرایطی کار کنند که یک رشته انرژی نمی تواند ایجاد کند. یک اینورتر تک کار می کند.، در نتیجه برق بیشتری تولید می شود.

آخرین مفهوم این است که چندین اینورتر به جای مفهوم "master-slave" یک "تیم" با یکدیگر تشکیل می دهند، که باعث می شود قابلیت اطمینان سیستم یک قدم جلوتر باشد.در حال حاضر، اینورترهای رشته بدون ترانسفورماتور غالب شده اند.

3. میکرو اینورتر

در یک سیستم PV سنتی، انتهای ورودی DC هر اینورتر رشته ای به صورت سری توسط حدود 10 پانل فتوولتائیک متصل می شود.وقتی 10 پنل به صورت سری به هم متصل می شوند، اگر یکی به خوبی کار نکند، این رشته تحت تأثیر قرار می گیرد.اگر همان MPPT برای چندین ورودی اینورتر استفاده شود، همه ورودی ها نیز تحت تأثیر قرار می گیرند و راندمان تولید برق را تا حد زیادی کاهش می دهند.در کاربردهای عملی، عوامل انسداد مختلف مانند ابرها، درختان، دودکش ها، حیوانات، گرد و غبار، یخ و برف باعث ایجاد عوامل فوق خواهند شد و وضعیت بسیار رایج است.در سیستم PV میکرو اینورتر، هر پانل به یک میکرو اینورتر متصل است.هنگامی که یکی از پانل ها به خوبی کار نمی کند، فقط این پانل تحت تأثیر قرار می گیرد.تمام پانل های PV دیگر به طور بهینه عمل می کنند و سیستم کلی را کارآمدتر می کنند و قدرت بیشتری تولید می کنند.در کاربردهای عملی، اگر اینورتر رشته ای از کار بیفتد، باعث از کار افتادن چندین کیلووات پنل خورشیدی می شود، در حالی که تاثیر خرابی میکرو اینورتر بسیار کم است.

4. بهینه ساز قدرت

نصب یک بهینه ساز قدرت در یک سیستم تولید انرژی خورشیدی می تواند راندمان تبدیل را تا حد زیادی بهبود بخشد و عملکرد اینورتر را برای کاهش هزینه ها ساده کند.به منظور تحقق یک سیستم هوشمند تولید برق خورشیدی، بهینه ساز قدرت دستگاه واقعاً می تواند هر سلول خورشیدی را به بهترین عملکرد خود برساند و وضعیت مصرف باتری را در هر زمان نظارت کند.بهینه ساز قدرت دستگاهی بین سیستم تولید برق و اینورتر است و وظیفه اصلی آن جایگزینی عملکرد ردیابی نقطه قدرت بهینه اصلی اینورتر است.بهینه ساز قدرت اسکن بسیار سریع ردیابی نقطه توان بهینه را با قیاس با ساده کردن مدار انجام می دهد و یک سلول خورشیدی منفرد مربوط به یک بهینه ساز قدرت است، به طوری که هر سلول خورشیدی می تواند واقعاً به ردیابی نقطه قدرت بهینه دست یابد، علاوه بر این، وضعیت باتری می تواند در هر زمان و مکان با قرار دادن تراشه ارتباطی کنترل می شود و می توان بلافاصله مشکل را گزارش کرد تا پرسنل مربوطه در اسرع وقت نسبت به تعمیر آن اقدام کنند.

عملکرد اینورتر فتوولتائیک

اینورتر نه تنها عملکرد تبدیل DC-AC را دارد، بلکه عملکرد حداکثر عملکرد سلول خورشیدی و عملکرد محافظت از خطای سیستم را نیز دارد.به طور خلاصه، عملکردهای عملیات خودکار و خاموش شدن، عملکرد کنترل ردیابی حداکثر توان، عملکرد ضد مستقل (برای سیستم متصل به شبکه)، عملکرد تنظیم خودکار ولتاژ (برای سیستم متصل به شبکه)، عملکرد تشخیص DC (برای شبکه) وجود دارد. سیستم متصل)، عملکرد تشخیص زمین DC (برای سیستم های متصل به شبکه).در اینجا یک معرفی مختصر از عملکرد خودکار و خاموش کردن عملکرد و عملکرد کنترل ردیابی حداکثر توان ارائه شده است.

(1) عملکرد خودکار و عملکرد توقف

پس از طلوع آفتاب در صبح، شدت تابش خورشید به تدریج افزایش می یابد و خروجی سلول خورشیدی نیز افزایش می یابد.وقتی به توان خروجی مورد نیاز اینورتر رسید، اینورتر به طور خودکار شروع به کار می کند.پس از شروع به کار، اینورتر خروجی ماژول سلول خورشیدی را در تمام مدت نظارت خواهد کرد.تا زمانی که توان خروجی ماژول سلول خورشیدی از توان خروجی مورد نیاز برای کار اینورتر بیشتر باشد، اینورتر به کار خود ادامه خواهد داد.در غروب آفتاب متوقف می شود، حتی اگر هوا ابری و بارانی باشد.اینورتر نیز می تواند کار کند.هنگامی که خروجی ماژول سلول خورشیدی کوچکتر می شود و خروجی اینورتر نزدیک به 0 است، اینورتر حالت آماده به کار را تشکیل می دهد.

(2) عملکرد کنترل ردیابی حداکثر توان

خروجی یک ماژول سلول خورشیدی با شدت تابش خورشیدی و دمای خود ماژول سلول خورشیدی (دمای تراشه) متفاوت است.علاوه بر این، از آنجایی که ماژول سلول خورشیدی این ویژگی را دارد که ولتاژ با افزایش جریان کاهش می یابد، نقطه عملیاتی بهینه ای وجود دارد که حداکثر توان را می توان به دست آورد.شدت تابش خورشیدی در حال تغییر است و بدیهی است که نقطه کار بهینه نیز در حال تغییر است.نسبت به این تغییرات، نقطه عملکرد ماژول سلول خورشیدی همیشه در نقطه حداکثر توان است و سیستم همیشه حداکثر توان خروجی را از ماژول سلول خورشیدی به دست می آورد.این کنترل حداکثر کنترل ردیابی توان است.بزرگترین ویژگی اینورترها برای سیستم های انرژی خورشیدی این است که آنها عملکرد ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) را در بر می گیرند.