اصل و کاربرد اینورتر خورشیدی

در حال حاضر ، سیستم تولید انرژی فتوولتائیک چین عمدتاً یک سیستم DC است که برای شارژ انرژی الکتریکی تولید شده توسط باتری خورشیدی است و باتری مستقیماً برق را تأمین می کند. به عنوان مثال ، سیستم روشنایی خانوار خورشیدی در شمال غربی چین و سیستم منبع تغذیه ایستگاه مایکروویو به دور از شبکه همه سیستم DC هستند. این نوع سیستم دارای یک ساختار ساده و کم هزینه است. با این حال ، با توجه به ولتاژهای مختلف بار DC (مانند 12V ، 24V ، 48V و غیره) ، دستیابی به استاندارد سازی و سازگاری سیستم ، به ویژه برای قدرت غیرنظامی ، دشوار است ، زیرا بیشتر بارهای AC با قدرت DC استفاده می شود. تأمین برق فتوولتائیک برای ورود برق به عنوان کالایی برای بازار کار دشوار است. علاوه بر این ، تولید برق فتوولتائیک سرانجام به عملکرد متصل به شبکه می رسد ، که باید یک مدل بازار بالغ را اتخاذ کند. در آینده ، سیستم های تولید برق فتوولتائیک AC به جریان اصلی تولید انرژی فتوولتائیک تبدیل می شوند.
الزامات سیستم تولید برق فتوولتائیک برای منبع تغذیه اینورتر

سیستم تولید برق فتوولتائیک با استفاده از توان برق AC از چهار قسمت تشکیل شده است: آرایه فتوولتائیک ، کنترل کننده شارژ و تخلیه ، باتری و اینورتر (سیستم تولید برق متصل به شبکه می تواند به طور کلی باتری را ذخیره کند) و اینورتر جزء اصلی است. فتوولتائیک نیازهای بالاتری برای اینورترها دارد:

1. راندمان بالا مورد نیاز است. با توجه به قیمت بالای سلولهای خورشیدی در حال حاضر ، به منظور به حداکثر رساندن استفاده از سلولهای خورشیدی و بهبود کارآیی سیستم ، لازم است که سعی کنید کارایی اینورتر را بهبود بخشید.

2. قابلیت اطمینان بالا لازم است. در حال حاضر ، سیستم های تولید برق فتوولتائیک عمدتاً در مناطق از راه دور مورد استفاده قرار می گیرند و بسیاری از نیروگاه ها بدون مراقبت و نگهداری هستند. این امر به اینورتر نیاز دارد تا از ساختار مدار معقول ، انتخاب دقیق مؤلفه برخوردار باشد و اینورتر داشته باشد تا عملکردهای مختلفی از جمله محافظت از اتصال قطبیت ورودی DC ، محافظت از مدار کوتاه خروجی AC ، گرمای بیش از حد ، محافظت بیش از حد و غیره داشته باشد.

3. ولتاژ ورودی DC برای داشتن طیف گسترده ای از سازگاری لازم است. از آنجا که ولتاژ ترمینال باتری با بار و شدت نور خورشید تغییر می کند ، اگرچه باتری تأثیر مهمی در ولتاژ باتری دارد ، ولتاژ باتری با تغییر ظرفیت باقیمانده باتری و مقاومت داخلی در نوسان است. به خصوص وقتی باتری پیری می شود ، ولتاژ ترمینال آن بسیار متفاوت است. به عنوان مثال ، ولتاژ ترمینال یک باتری 12 ولت می تواند از 10 ولت تا 16 ولت متغیر باشد. این امر به اینورتر نیاز دارد تا در یک DC بزرگتر کار کند و از عملکرد طبیعی در محدوده ولتاژ ورودی اطمینان حاصل کند و از پایداری ولتاژ خروجی AC اطمینان حاصل کند.

4. در سیستم های تولید فتوولتائیک با ظرفیت متوسط ​​و بزرگ ، خروجی منبع تغذیه اینورتر باید موج سینوسی با تحریف کمتری باشد. این امر به این دلیل است که در سیستم های با ظرفیت متوسط ​​و بزرگ ، در صورت استفاده از قدرت موج مربع ، خروجی حاوی اجزای هارمونیک بیشتری خواهد بود و هارمونیک بالاتر تلفات اضافی ایجاد می کند. بسیاری از سیستم های تولید برق فتوولتائیک با تجهیزات ارتباطی یا ابزار دقیق پر شده اند. این تجهیزات نیازهای بالاتری بر کیفیت شبکه برق دارند. هنگامی که سیستم های تولید انرژی فتوولتائیک با ظرفیت متوسط ​​و با ظرفیت بزرگ به شبکه متصل می شوند ، برای جلوگیری از آلودگی برق با شبکه عمومی ، اینورتر نیز لازم است تا جریان موج سینوسی را تولید کند.

اینورتر جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کند. اگر ولتاژ جریان مستقیم کم باشد ، توسط یک ترانسفورماتور جریان متناوب افزایش می یابد تا یک ولتاژ و فرکانس جریان متناوب استاندارد بدست آید. برای اینورترهای با ظرفیت بزرگ ، به دلیل ولتاژ بالای اتوبوس DC ، خروجی AC به طور کلی نیازی به ترانسفورماتور برای تقویت ولتاژ به 220 ولت ندارد. در اینورترهای متوسط ​​و کوچک ، ولتاژ DC نسبتاً کم است ، مانند 12 ولت ، برای 24 ولت ، یک مدار تقویت باید طراحی شود. اینورترهای با ظرفیت متوسط ​​و کوچک به طور کلی شامل مدارهای اینورتر فشار فشار ، مدارهای اینورتر تمام پل و مدارهای اینورتر با فرکانس بالا هستند. مدارهای فشار فشار ، پلاگین خنثی ترانسفورماتور تقویت کننده را به منبع تغذیه مثبت وصل می کنند و دو لوله برق کار متناوب ، قدرت خروجی AC را به دلیل اتصال به زمین مشترک متصل می کنند ، مدارهای درایو و کنترل ساده هستند ، و از آنجا که ترانسفورماتور دارای القاء نشت خاصی است ، می تواند جریان مدار کوتاه را محدود کند ، بنابراین باعث بهبود قابلیت اطمینان مدار می شود. نقطه ضعف این است که استفاده از ترانسفورماتور کم است و توانایی رانندگی بارهای القایی ضعیف است.
مدار اینورتر تمام پل بر کاستی های مدار فشار فشار غلبه می کند. ترانزیستور قدرت عرض پالس خروجی را تنظیم می کند و مقدار مؤثر ولتاژ AC خروجی بر این اساس تغییر می کند. از آنجا که مدار دارای یک حلقه آزاد ، حتی برای بارهای القایی ، شکل موج ولتاژ خروجی تحریف نخواهد شد. ضرر این مدار این است که ترانزیستورهای قدرت بازوهای فوقانی و تحتانی زمین را به اشتراک نمی گذارند ، بنابراین باید از یک مدار درایو اختصاصی یا منبع تغذیه جدا شده استفاده شود. علاوه بر این ، برای جلوگیری از هدایت مشترک بازوهای پل فوقانی و تحتانی ، باید یک مدار برای خاموش شدن و روشن شدن طراحی شود ، یعنی باید زمان مرده تنظیم شود و ساختار مدار پیچیده تر است.

خروجی مدار فشار فشار و مدار تمام پل باید یک ترانسفورماتور پله را اضافه کند. از آنجا که ترانسفورماتور پله ای از نظر اندازه بزرگ ، کمترین بهره وری و گران تر است ، با توسعه الکترونیک برق و فناوری میکروالکترونیک ، از فناوری تبدیل پله با فرکانس بالا برای دستیابی به معکوس استفاده می شود و می تواند اینورتر چگالی قدرت بالا را تحقق بخشد. مدار تقویت مرحله جلو این مدار اینورتر ساختار فشار کشش را اتخاذ می کند ، اما فرکانس کار بالاتر از 20kHz است. ترانسفورماتور تقویت کننده مواد هسته مغناطیسی با فرکانس بالا را اتخاذ می کند ، بنابراین از نظر اندازه و وزن کم است. پس از وارونگی با فرکانس بالا ، از طریق یک ترانسفورماتور با فرکانس بالا به جریان متناوب با فرکانس بالا تبدیل می شود و سپس جریان مستقیم ولتاژ بالا (به طور کلی بالاتر از 300 ولت) از طریق یک مدار فیلتر یکسو کننده با فرکانس بالا بدست می آید و سپس از طریق یک مدار با فرکانس قدرت معکوس می شود.

با استفاده از این ساختار مدار ، قدرت اینورتر تا حد زیادی بهبود می یابد ، از دست دادن بدون بار اینورتر به طور متناوب کاهش می یابد و راندمان بهبود می یابد. ضرر مدار این است که مدار پیچیده است و قابلیت اطمینان پایین تر از دو مدار فوق است.

مدار کنترل مدار اینورتر

مدارهای اصلی اینورترهای فوق الذکر همه باید توسط یک مدار کنترل تحقق یابد. به طور کلی ، دو روش کنترل وجود دارد: موج مربع و موج مثبت و ضعیف. مدار منبع تغذیه اینورتر با خروجی موج مربع ساده ، کم هزینه است ، اما از نظر کارایی کم و در اجزای هارمونیک بزرگ است. بشر خروجی موج سینوسی روند توسعه اینورترها است. با توسعه فناوری میکروالکترونیک ، ریزپردازنده ها با عملکرد PWM نیز بیرون آمده اند. بنابراین ، فناوری اینورتر برای تولید موج سینوسی بالغ شده است.

اینورتر با خروجی موج مربع در حال حاضر بیشتر از مدارهای یکپارچه مدولاسیون عرض پالس مانند SG 3 525 ، TL 494 و غیره استفاده می کنند. عمل ثابت کرده است که استفاده از مدارهای مجتمع SG3525 و استفاده از FET های قدرت به عنوان اجزای قدرت سوئیچینگ می تواند به اینورترهای عملکردی و قیمت نسبتاً بالایی برسد. از آنجا که SG3525 توانایی هدایت مستقیم قابلیت FETS را دارد و دارای منبع مرجع داخلی و تقویت کننده عملیاتی و عملکرد حفاظت از ولتاژ است ، بنابراین مدار محیطی آن بسیار ساده است.

2. مدار یکپارچه کنترل اینورتر با خروجی موج سینوسی ، مدار کنترل اینورتر با خروجی موج سینوسی را می توان توسط یک ریز پردازنده ، مانند 80 C 196 MC تولید شده توسط شرکت Intel ، کنترل کرد و توسط شرکت موتورولا تولید کرد. MP 16 و Pi C 16 C 73 تولید شده توسط شرکت Mi-Cro Chip و غیره. این رایانه های تک تراشه دارای چندین ژنراتور PWM هستند و می توانند بازوهای پل فوقانی و فوقانی را تنظیم کنند. در طول زمان مرده ، از 80 C 196 MC شرکت اینتل برای تحقق مدار خروجی موج SINE ، 80 C 196 MC برای تکمیل تولید سیگنال موج سینوسی استفاده کنید و ولتاژ خروجی AC را برای دستیابی به تثبیت ولتاژ تشخیص دهید.

انتخاب دستگاه های برق در مدار اصلی اینورتر

انتخاب اجزای اصلی قدرتاینوربسیار مهم است در حال حاضر ، بیشترین استفاده از اجزای قدرت شامل ترانزیستورهای قدرتمند Darlington (BJT) ، ترانزیستورهای اثر میدان قدرت (MOS-F ET) ، ترانزیستورهای دروازه عایق (IGB) است. T) و Thyristor خاموش (GTO) ، و غیره ، بیشترین دستگاه ها در سیستم های ولتاژ کم ظرفیت کوچک MOS FET هستند ، زیرا MOS FET دارای افت ولتاژ روی حالت پایین تر است و فرکانس سوئیچینگ Ig BT به طور کلی در ولتاژ بالا و سیستم های با ظرفیت بزرگ استفاده می شود. این امر به این دلیل است که با افزایش ولتاژ ، مقاومت در حالت MOS افزایش می یابد و Ig BT در سیستم های با ظرفیت متوسط ​​مزیت بیشتری را به خود اختصاص می دهد ، در حالی که در سیستم های با ظرفیت فوق العاده بزرگ (بالاتر از 100 KVA) ، GTO به طور کلی به عنوان اجزای قدرت استفاده می شود.