Na kratko lahko delovni proces PV pretvornika razdelimo na tri glavne stopnje:zbiranje energije in optimizacija, DC-AC pretvorba, inomrežje-povezano/izklopljeno-prilagoditev omrežja. Sledi podrobna razčlenitev z vidika osnovnih načel, osnovnih modulov in ključnih tehnologij:
I. Temeljni delovni cilji
Izhodne značilnosti PV modulov so zelo dovzetne za osvetlitev in temperaturo, kar predstavlja nelinearno razmerje med izhodno napetostjo in tokom. Poleg tega neposredno ustvarjenega enosmernega toka ni mogoče neposredno priključiti na omrežno omrežje ali poganjati običajnih AC bremen. Zato mora pretvornik doseči dva glavna cilja:
Povečajte izhodno moč: Sledite največji izhodni moči PV modulov v realnem času prek tehnologije MPPT, da čim bolj izboljšate učinkovitost proizvodnje električne energije.
Valovna oblika in sinhronizacija: Pretvorite enosmerno napajanje v sinusno izmenično napajanje, ki ustreza omrežnim standardom (z dosledno napetostjo, frekvenco in fazo z električnim omrežjem), da zagotovite -varnost v omrežju ali stabilno delovanje obremenitev zunaj-omrežja.
II. Osnovni delovni proces fotovoltaičnih pretvornikov
Ob najpogostejšihPV-pretvorniki, povezani z omrežjemna primer lahko celoten delovni proces razdelimo na štiri korake:
1. korak: DC vhod in filtriranje (DC-stranska obdelava)
Izhodna moč enosmernega toka zaporedno/vzporedno-povezanih fotonapetostnih modulov ni popolnoma stabilna, z valovanjem napetosti in tokovnimi nihanji, ki jih povzročajo spremembe osvetlitve in razlike v karakteristikah modula.
Pretvornik se najprej poveže z enosmernim napajanjem prek aDC varovalka(za zaščito pred prevelikim tokom) in aDC odvodnik prenapetosti(za prenapetostno zaščito).
Nato je filtrsko vezje sestavljeno izDC filtrirni kondenzatorji/induktorjise uporablja za izravnavo nihanj enosmerne napetosti, kar zagotavlja stabilen enosmerni vhod za naslednjo stopnjo pretvorbe.
2. korak: Sledenje največji moči (MPPT)
To je ključna povezava za pretvornik za izboljšanje učinkovitosti proizvodnje električne energije. Osnovno načelo je zaznavanje izhodne napetosti in toka PV modulov v realnem časunadzorni algoritmi, izračunajte trenutno izhodno moč in dinamično prilagodite enosmerno vhodno napetost pretvornika, da fotonapetostni moduli ves čas delujejo na točki največje izhodne moči.
Pogosti algoritmi MPPT: motnje in opazovanje (P&O), inkrementalna prevodnost (INC). Med njimi ima metoda inkrementalne prevodnosti večjo natančnost in je primerna za scenarije s hitrimi spremembami osvetlitve.
Način izvajanja: Nastavite enosmerno napetost prek aDC-DC pretvornik(kot je vezje Boost step{0}}up). Ko je izhodna napetost fotonapetostnih modulov nizka, jo vezje Boost poveča na napetost enosmernega vodila, primerno za inverzijo (npr. vodilo 380 V DC ustreza izhodu 380 V AC).
3. korak: DC-AC pretvorba (stopnja jedrne inverzije)
To je glavna funkcija pretvornika, ki v bistvu pretvarja stabilno enosmerno moč v izmenično moč, podobno sinusnemu valovanju, prek visoko-frekvenčnega vklopa-izklopamočnostne elektronske stikalne naprave. Glede na različne topološke strukture se v glavnem deli naenofazni-pretvorniki(za civilne aplikacije z nizko-porabo energije) intri{0}}fazni pretvorniki(za industrijske in komercialne-zmogljive aplikacije), z doslednimi osnovnimi načeli:
Preklopne naprave: Sprejeti so bipolarni tranzistorji z izoliranimi vrati (IGBT) ali kovinski-oksid-polprevodniški-tranzistorji s-učinkom (MOSFET), ki so "elektronska stikala" za pretvorbo moči in lahko dokončajo nadzor vklopa-izklopa v mikrosekundah.
Topologija inverterskega mostu: Najpogosteje uporabljena jecelotno-mostno pretvorniško vezje(s 4 preklopnimi napravami za eno-fazo in 6 za tri-fazo). Če za primer vzamemo eno{5}}fazno polno{6}}mostično vezje:
Izhodi krmilnikaSignali s širinsko modulacijo impulza (PWM).za nadzor zaporedja vklop-izklopa in delovnega cikla 4 IGBT-jev.
S prilagajanjem širine impulza se izhodni niz "kvadratnih impulzov" preklopnih naprav filtrira, da se tvori AC moč, ki je blizu sinusnega vala.
AC filtriranje: izmenični tok po inverziji vsebuje visokofrekvenčne-harmonike, ki jih je treba filtriratiLC filtrsko vezjesestavljen iz induktorjev AC filtra in kondenzatorjev za pridobitev čiste sinusne AC moči.
4. korak: Omrežje-povezano/izklopljeno-omrežno prilagajanje in zaščita (AC-obdelava na strani)
1. Razsmerniki,-povezani z omrežjem: sinhronizacija in povezava z omrežjem
Če se pretvornik uporablja-za proizvodnjo električne energije, povezane z omrežjem, je treba zagotoviti, da je izhodna moč ACpri isti frekvenci, fazi in napetostikot glavno omrežje:
V realnem-času zazna napetostno frekvenco in fazo električnega omrežjaPhase-tehnologija zaklenjene zanke (PLL).prilagodite fazo in frekvenco izhodne moči AC s pretvornikom in dosežete natančno sinhronizacijo z električnim omrežjem.
Priključite se na električno omrežje preko anAC kontaktorin zagotovi-varnost v omrežjuotočna zaščita, prenapetostna/podnapetostna zaščita, prenapetostna zaščita, frekvenčna zaščita, itd. (npr. ko je električno omrežje izklopljeno, mora pretvornik takoj prenehati delovati, da preprečite, da bi "otočni učinek" ogrožal vzdrževalno osebje).
2. Razsmerniki iz-omrežja: neposredno napajanje
Če se pretvornik uporablja v-omrežnem sistemu (npr. fotonapetostno napajanje na oddaljenih območjih), se filtrirana sinusna izmenična napetost neposredno dovaja obremenitvam (npr. gospodinjski aparati, industrijska oprema). Medtem ga je mogoče kombinirati z baterijami za shranjevanje energije, da dosežete stabilno regulacijo napetosti.
III. Glavne vrste fotovoltaičnih pretvornikov in topološke razlike
Različni tipi pretvornikov imajo majhne razlike v topologiji stopnje inverzije in so primerni za različne scenarije:
Centralni pretvorniki(visoka-moč, za industrijsko/komercialno uporabo in fotovoltaične elektrarne):
Posvojitimočnostni frekvenčni transformator/-visokofrekvenčni transformatortopologija. Nekateri tipi brez transformatorjev (ne-izolirani) dosežejo izolacijo s kondenzatorji, katerih moč doseže nekaj megavatov. Odlikuje jih visoka integracija ter priročno upravljanje in vzdrževanje.
Strunski pretvorniki(srednje in male moči, za gospodinjstvo in distribuirane fotonapetostne sisteme):
Vsak fotonapetostni niz je opremljen z neodvisnim krmilnikom MPPT, stopnja inverzije pa ima polno-topologijo mostu. Neodvisno lahko sledi največji moči vsake strune in se prilagaja razlikam v osvetlitvi med različnimi strunami (npr. senčenje).
Mikropretvorniki(nizka-moč, za gospodinjske fotovoltaične sisteme):
Neposredno nameščen na hrbtni strani fotonapetostnih modulov, z enim mikropretvornikom, ki ustreza enemu modulu, kar uresničuje "-inverzijo nivoja modula". Ima najvišjo MPPT natančnost in je primeren za kompleksna osvetlitvena okolja.
IV. Ključni tehnični kazalniki in vplivi na uspešnost
Učinkovitost inverzije: Visoko-kakovostni razsmerniki lahko dosežejo največji izkoristek nad 98 % (evropski izkoristek), ki je v glavnem odvisen od izgube prevodnosti stikalnih naprav in natančnosti sledenja MPPT.
Skupno harmonično popačenje (THD): Omrežni-pretvorniki zahtevajo THD manj kot ali enak 5 %. Nižji kot je THD, čistejši je izhodni sinusni val in manjše so motnje v električnem omrežju.
MPPT učinkovitost: Na splošno mora biti večja ali enaka 99 %, kar neposredno vpliva na celotno proizvodnjo električne energije fotovoltaičnega sistema.
Povzetek
Bistvo fotonapetostnega pretvornika je, darealizirati pretvorbo oblike moči z visoko-frekvenčno modulacijo z močnostnimi elektronskimi stikalnimi napravami kot jedrom, medtem ko z nadzornimi algoritmi dosežemo optimizacijo porabe energije in prilagoditev omrežja. Bistvo njegovega načela delovanja je:uresničevanje optimizacije moči prek pretvornikov DC-DC, doseganje pretvorbe DC-AC prek PWM-moduliranih inverterskih mostov in zagotavljanje varne povezave z omrežjem prek faznih-zaklenjenih zank in zaščitnih vezij. Ta proces ne uporablja le lastnosti hitrega preklapljanja močnostne elektronske tehnologije, temveč tudi združuje natančno regulacijo teorije krmiljenja, ki služi kot ključna povezava za učinkovito izrabo moči v fotovoltaičnih sistemih za proizvodnjo električne energije.
