اصل و کاربرد اینورتر خورشیدی

در حال حاضر، سیستم تولید برق فتوولتائیک چین عمدتاً یک سیستم DC است که برای شارژ انرژی الکتریکی تولید شده توسط باتری خورشیدی است و باتری به طور مستقیم برق بار را تامین می کند. به عنوان مثال، سیستم روشنایی خورشیدی خانگی در شمال غربی چین و سیستم منبع تغذیه ایستگاه مایکروویو دور از شبکه، همه سیستم DC هستند. این نوع سیستم دارای ساختار ساده و کم هزینه می باشد. با این حال، به دلیل ولتاژهای DC بارهای مختلف (مانند 12 ولت، 24 ولت، 48 ولت و غیره)، دستیابی به استانداردسازی و سازگاری سیستم، به ویژه برای برق غیرنظامی، دشوار است، زیرا بیشتر بارهای متناوب با برق DC استفاده می شوند. . تامین برق برای منبع تغذیه فتوولتائیک برای ورود به بازار به عنوان یک کالا دشوار است. علاوه بر این، تولید برق فتوولتائیک در نهایت به عملیات متصل به شبکه خواهد رسید که باید یک مدل بازار بالغ را اتخاذ کند. در آینده، سیستم های تولید برق فتوولتائیک AC به جریان اصلی تولید برق فتوولتائیک تبدیل خواهند شد.
الزامات سیستم تولید برق فتوولتائیک برای منبع تغذیه اینورتر

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

1. راندمان بالا مورد نیاز است. با توجه به قیمت بالای سلول های خورشیدی در حال حاضر، برای استفاده حداکثری از سلول های خورشیدی و بهبود راندمان سیستم، باید تلاش کرد تا بازده اینورتر را بهبود بخشد.

2. قابلیت اطمینان بالا مورد نیاز است. در حال حاضر، سیستم‌های تولید برق فتوولتائیک عمدتاً در مناطق دورافتاده استفاده می‌شوند و بسیاری از نیروگاه‌ها بدون مراقبت و نگهداری هستند. این امر مستلزم داشتن یک ساختار مدار معقول، انتخاب دقیق اجزای اینورتر است و اینورتر را ملزم می کند که عملکردهای حفاظتی مختلفی داشته باشد، مانند حفاظت از اتصال قطبیت DC ورودی، حفاظت از اتصال کوتاه خروجی AC، گرمای بیش از حد، حفاظت از اضافه بار و غیره.

3. ولتاژ ورودی DC برای داشتن طیف وسیعی از سازگاری مورد نیاز است. از آنجایی که ولتاژ پایانه باتری با بار و شدت نور خورشید تغییر می کند، اگرچه باتری تأثیر مهمی بر ولتاژ باتری دارد، ولتاژ باتری با تغییر ظرفیت باقی مانده باتری و مقاومت داخلی آن تغییر می کند. به خصوص زمانی که باتری در حال پیر شدن است، ولتاژ ترمینال آن بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، ولتاژ ترمینال یک باتری 12 ولتی می تواند از 10 ولت تا 16 ولت متغیر باشد. این امر مستلزم این است که اینورتر با DC بزرگتر کار کند. اطمینان از عملکرد عادی در محدوده ولتاژ ورودی و اطمینان از پایداری ولتاژ خروجی AC.

4. در سیستم های تولید برق فتوولتائیک با ظرفیت متوسط ​​و بزرگ، خروجی منبع تغذیه اینورتر باید موج سینوسی با اعوجاج کمتر باشد. زیرا در سیستم های با ظرفیت متوسط ​​و بزرگ، در صورت استفاده از توان موج مربعی، خروجی شامل اجزای هارمونیک بیشتری می شود و هارمونیک های بالاتر تلفات اضافی ایجاد می کند. بسیاری از سیستم های تولید برق فتوولتائیک با تجهیزات ارتباطی یا ابزار دقیق بارگیری می شوند. تجهیزات دارای الزامات بالاتری در کیفیت شبکه برق هستند. هنگامی که سیستم های تولید برق فتوولتائیک با ظرفیت متوسط ​​و بزرگ به شبکه متصل می شوند، برای جلوگیری از آلودگی برق با شبکه عمومی، اینورتر نیز نیاز به خروجی جریان موج سینوسی دارد.

اینورتر جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کند. اگر ولتاژ جریان مستقیم کم باشد، توسط یک ترانسفورماتور جریان متناوب تقویت می شود تا یک ولتاژ و فرکانس جریان متناوب استاندارد به دست آید. برای اینورترهای با ظرفیت بالا، به دلیل ولتاژ باس DC بالا، خروجی AC معمولاً برای افزایش ولتاژ به 220 ولت نیازی به ترانسفورماتور ندارد. در اینورترهای با ظرفیت متوسط ​​و کم، ولتاژ DC نسبتا کم است، مانند 12 ولت، برای 24 ولت، باید یک مدار تقویت کننده طراحی شود. اینورترهای با ظرفیت متوسط ​​و کم معمولاً شامل مدارهای اینورتر فشاری، مدارهای اینورتر با پل کامل و مدارهای اینورتر تقویت کننده فرکانس بالا هستند. مدارهای فشاری دوشاخه خنثی ترانسفورماتور تقویت کننده را به منبع تغذیه مثبت وصل می کنند و دو لوله برق کار متناوب، برق AC خروجی، زیرا ترانزیستورهای قدرت به زمین مشترک متصل هستند، مدارهای درایو و کنترل ساده هستند و به دلیل اینکه ترانسفورماتور دارای اندوکتانس نشتی خاصی است، می تواند جریان اتصال کوتاه را محدود کند، بنابراین قابلیت اطمینان مدار را بهبود می بخشد. نقطه ضعف آن این است که استفاده از ترانسفورماتور کم است و توانایی هدایت بارهای القایی ضعیف است.
مدار اینورتر تمام پل نواقص مدار فشار کش را برطرف می کند. ترانزیستور قدرت، عرض پالس خروجی را تنظیم می کند و مقدار موثر ولتاژ AC خروجی متناسب با آن تغییر می کند. از آنجایی که مدار دارای یک حلقه آزاد چرخش است، حتی برای بارهای القایی، شکل موج ولتاژ خروجی مخدوش نخواهد شد. عیب این مدار این است که ترانزیستورهای قدرت بازوهای بالایی و پایینی با زمین مشترک نیستند، بنابراین باید از مدار درایو اختصاصی یا منبع تغذیه ایزوله استفاده شود. علاوه بر این، برای جلوگیری از هدایت مشترک بازوهای پل بالا و پایین، باید مداری طراحی شود که خاموش و سپس روشن شود، یعنی زمان مرده تنظیم شود و ساختار مدار پیچیده تر است.

خروجی مدار فشار کش و مدار پل کامل باید یک ترانسفورماتور افزایش دهنده اضافه کند. از آنجایی که ترانسفورماتور پله‌آپ از نظر اندازه بزرگ، راندمان پایین و گران‌تر است، با توسعه فناوری الکترونیک قدرت و میکروالکترونیک، از فناوری تبدیل مرحله‌ای با فرکانس بالا برای دستیابی به معکوس استفاده می‌شود. می‌تواند اینورتر چگالی توان بالا را درک کند. مدار تقویت کننده مرحله جلویی این مدار اینورتر ساختار فشار-کشش را اتخاذ می کند، اما فرکانس کاری بالای 20 کیلوهرتز است. ترانسفورماتور تقویت کننده از مواد هسته مغناطیسی با فرکانس بالا استفاده می کند، بنابراین از نظر اندازه کوچک و وزن سبک است. پس از وارونگی فرکانس بالا، از طریق یک ترانسفورماتور فرکانس بالا به جریان متناوب با فرکانس بالا تبدیل می شود و سپس جریان مستقیم ولتاژ بالا (معمولاً بالای 300 ولت) از طریق یک مدار فیلتر یکسو کننده فرکانس بالا به دست می آید و سپس از طریق یک مدار وارونه می شود. مدار اینورتر فرکانس برق

با این ساختار مدار، قدرت اینورتر تا حد زیادی بهبود می یابد، تلفات بدون بار اینورتر به ترتیب کاهش می یابد و راندمان بهبود می یابد. عیب مدار این است که مدار پیچیده است و قابلیت اطمینان کمتر از دو مدار بالا است.

مدار کنترل مدار اینورتر

مدارهای اصلی اینورترهای فوق الذکر همگی باید توسط یک مدار کنترل محقق شوند. به طور کلی دو روش کنترل وجود دارد: موج مربعی و موج مثبت و ضعیف. مدار منبع تغذیه اینورتر با خروجی موج مربعی ساده، کم هزینه، اما با راندمان پایین و در اجزای هارمونیک بزرگ است. . خروجی موج سینوسی روند توسعه اینورترها است. با توسعه فناوری میکروالکترونیک، ریزپردازنده هایی با عملکرد PWM نیز به بازار آمدند. بنابراین، فناوری اینورتر برای خروجی موج سینوسی بالغ شده است.

1. اینورترهای با خروجی موج مربعی در حال حاضر بیشتر از مدارهای مجتمع مدولاسیون عرض پالس مانند SG 3 525، TL 494 و غیره استفاده می کنند. تمرین ثابت کرده است که استفاده از مدارهای مجتمع SG3525 و استفاده از FET های قدرت به عنوان اجزای برق سوئیچینگ می تواند به اینورترهای عملکرد و قیمت نسبتاً بالایی دست یابد. از آنجایی که SG3525 دارای قابلیت هدایت مستقیم قابلیت FET های برق است و دارای منبع مرجع داخلی و تقویت کننده عملیاتی و عملکرد حفاظت در برابر ولتاژ پایین 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 ریزپردازنده کنترل کرد، مانند 80 C 196 MC تولید شرکت INTEL و تولید شرکت موتورولا. MP 16 و PI C 16 C 73 تولید شده توسط شرکت MI-CRO CHIP و ... این کامپیوترهای تک چیپ دارای چندین ژنراتور PWM هستند و می توانند بازوهای پل بالایی و بالایی را تنظیم کنند. در طول زمان مرده، از 80 C 196 MC شرکت INTEL برای تحقق مدار خروجی موج سینوسی، 80 C 196 MC برای تکمیل تولید سیگنال سینوسی و تشخیص ولتاژ خروجی AC برای دستیابی به تثبیت ولتاژ استفاده کنید.

انتخاب دستگاه های برق در مدار اصلی اینورتر

انتخاب اجزای اصلی قدرت ازاینورتربسیار مهم است. در حال حاضر، پرمصرف‌ترین اجزای برق شامل ترانزیستورهای قدرت دارلینگتون (BJT)، ترانزیستورهای اثر میدان قدرت (MOS-F ET)، ترانزیستورهای گیت عایق (IGB) هستند. T) و تریستور خاموش (GTO) و غیره، دستگاه های مورد استفاده در سیستم های ولتاژ پایین با ظرفیت کم MOS FET هستند، زیرا MOS FET دارای افت ولتاژ در حالت روشن و بالاتر است. فرکانس سوئیچینگ IG BT به طور کلی است. در سیستم های ولتاژ بالا و ظرفیت بالا استفاده می شود. این به این دلیل است که مقاومت در حالت MOS FET با افزایش ولتاژ افزایش می‌یابد و IG BT در سیستم‌های با ظرفیت متوسط ​​از مزیت بیشتری برخوردار است، در حالی که در سیستم‌های با ظرفیت فوق‌العاده (بالاتر از 100 کیلو ولت آمپر) معمولاً از GTO استفاده می‌شود. به عنوان اجزای قدرت