Na actualidade, o sistema de xeración de enerxía fotovoltaica da China é principalmente un sistema de corrente continua, que se encarga de cargar a enerxía eléctrica xerada pola batería solar, e a batería subministra enerxía directamente á carga. Por exemplo, o sistema de iluminación solar doméstica no noroeste da China e o sistema de subministración de enerxía das estacións de microondas lonxe da rede son todos sistemas de corrente continua. Este tipo de sistema ten unha estrutura sinxela e un baixo custo. Non obstante, debido ás diferentes tensións de carga de corrente continua (como 12V, 24V, 48V, etc.), é difícil lograr a estandarización e a compatibilidade do sistema, especialmente para a enerxía civil, xa que a maioría das cargas de corrente alterna úsanse con enerxía de corrente continua. É difícil que a subministración de enerxía fotovoltaica subministre electricidade para entrar no mercado como unha mercadoría. Ademais, a xeración de enerxía fotovoltaica acabará por alcanzar un funcionamento conectado á rede, o que debe adoptar un modelo de mercado maduro. No futuro, os sistemas de xeración de enerxía fotovoltaica de corrente alterna converteranse na corrente principal da xeración de enerxía fotovoltaica.
Requisitos do sistema de xeración de enerxía fotovoltaica para a subministración de enerxía por inversor
O sistema de xeración de enerxía fotovoltaica que utiliza a saída de enerxía CA consta de catro partes: matriz fotovoltaica, controlador de carga e descarga, batería e inversor (o sistema de xeración de enerxía conectado á rede xeralmente pode aforrar a batería), e o inversor é o compoñente clave. A fotovoltaica ten requisitos máis elevados para os inversores:
1. Requírese unha alta eficiencia. Debido ao elevado prezo actual das células solares, para maximizar o seu uso e mellorar a eficiencia do sistema, é necesario tentar mellorar a eficiencia do inversor.
2. Requírese unha alta fiabilidade. Na actualidade, os sistemas de xeración de enerxía fotovoltaica úsanse principalmente en zonas remotas e moitas centrais eléctricas carecen de vixilancia e mantemento. Isto require que o inversor teña unha estrutura de circuíto razoable, unha selección rigorosa de compoñentes e varias funcións de protección, como a protección da conexión de polaridade de entrada CC, a protección contra curtocircuítos de saída CA, o sobrequecemento e a protección contra sobrecargas, etc.
3. A tensión de entrada de CC debe ter unha ampla gama de adaptación. Dado que a tensión dos terminais da batería cambia coa carga e a intensidade da luz solar, aínda que a batería ten un efecto importante na tensión da batería, esta flutúa co cambio na capacidade restante da batería e na resistencia interna. Especialmente cando a batería envellece, a súa tensión dos terminais varía moito. Por exemplo, a tensión dos terminais dunha batería de 12 V pode variar de 10 V a 16 V. Isto require que o inversor funcione a unha CC maior para garantir o funcionamento normal dentro do rango de tensión de entrada e garantir a estabilidade da tensión de saída de CA.
4. Nos sistemas de xeración de enerxía fotovoltaica de media e gran capacidade, a saída da fonte de alimentación do inversor debe ser unha onda sinusoidal con menos distorsión. Isto débese a que nos sistemas de media e gran capacidade, se se usa potencia de onda cadrada, a saída conterá máis compoñentes harmónicos e os harmónicos máis altos xerarán perdas adicionais. Moitos sistemas de xeración de enerxía fotovoltaica están cargados con equipos de comunicación ou instrumentación. Os equipos teñen requisitos máis elevados sobre a calidade da rede eléctrica. Cando os sistemas de xeración de enerxía fotovoltaica de media e gran capacidade están conectados á rede, para evitar a contaminación eléctrica coa rede pública, o inversor tamén debe producir unha corrente de onda sinusoidal.
O inversor converte a corrente continua en corrente alterna. Se a tensión de corrente continua é baixa, amplificarase mediante un transformador de corrente alterna para obter unha tensión e frecuencia de corrente alterna estándar. Para os inversores de gran capacidade, debido á alta tensión do bus de CC, a saída de CA xeralmente non necesita un transformador para aumentar a tensión a 220 V. Nos inversores de capacidade media e pequena, a tensión de CC é relativamente baixa, como 12 V. Para 24 V, débese deseñar un circuíto elevador. Os inversores de capacidade media e pequena xeralmente inclúen circuítos inversores push-pull, circuítos inversores de ponte completa e circuítos inversores elevador de alta frecuencia. Os circuítos push-pull conectan o conector neutro do transformador elevador á fonte de alimentación positiva e dous tubos de potencia funcionan alternativamente, emitendo enerxía CA. Debido a que os transistores de potencia están conectados á terra común, os circuítos de accionamento e control son sinxelos e, debido a que o transformador ten unha certa inductancia de fuga, pode limitar a corrente de curtocircuíto, mellorando así a fiabilidade do circuíto. A desvantaxe é que a utilización do transformador é baixa e a capacidade de accionamento de cargas indutivas é deficiente.
O circuíto inversor de ponte completa supera as deficiencias do circuíto push-pull. O transistor de potencia axusta o ancho do pulso de saída e o valor efectivo da tensión CA de saída cambia en consecuencia. Debido a que o circuíto ten un bucle de roda libre, mesmo para cargas indutivas, a forma de onda da tensión de saída non se distorsionará. A desvantaxe deste circuíto é que os transistores de potencia dos brazos superior e inferior non comparten a terra, polo que se debe usar un circuíto de accionamento dedicado ou unha fonte de alimentación illada. Ademais, para evitar a condución común dos brazos da ponte superior e inferior, debe deseñar un circuíto para que se apague e logo se acenda, é dicir, debe establecerse un tempo morto e a estrutura do circuíto é máis complicada.
A saída do circuíto push-pull e do circuíto de ponte completa debe engadir un transformador elevador. Debido a que o transformador elevador é de gran tamaño, baixa eficiencia e máis caro, co desenvolvemento da tecnoloxía de electrónica de potencia e microelectrónica, utilízase a tecnoloxía de conversión elevadora de alta frecuencia para lograr a inversa. Pode realizar un inversor de alta densidade de potencia. O circuíto elevador de etapa frontal deste circuíto inversor adopta unha estrutura push-pull, pero a frecuencia de traballo é superior a 20 kHz. O transformador elevador adopta un material de núcleo magnético de alta frecuencia, polo que é pequeno en tamaño e lixeiro en peso. Despois da inversión de alta frecuencia, convértese en corrente alterna de alta frecuencia a través dun transformador de alta frecuencia e, a continuación, obtense corrente continua de alta tensión (xeralmente superior a 300 V) a través dun circuíto de filtro rectificador de alta frecuencia e, a continuación, invértese a través dun circuíto inversor de frecuencia de potencia.
Con esta estrutura de circuíto, a potencia do inversor mellora moito, a perda sen carga do inversor redúcese correspondentemente e a eficiencia mellora. A desvantaxe do circuíto é que é complicado e a fiabilidade é menor que a dos dous circuítos anteriores.
Circuíto de control do circuíto inversor
Os circuítos principais dos inversores mencionados anteriormente deben ser realizados por un circuíto de control. Xeralmente, hai dous métodos de control: onda cadrada e onda positiva e débil. O circuíto de alimentación do inversor con saída de onda cadrada é sinxelo, de baixo custo, pero de baixa eficiencia e con grandes compoñentes harmónicos. A saída de onda sinusoidal é a tendencia de desenvolvemento dos inversores. Co desenvolvemento da tecnoloxía microelectrónica, tamén apareceron microprocesadores con funcións PWM. Polo tanto, a tecnoloxía de inversores para saída de onda sinusoidal madurou.
1. Os inversores con saída de onda cadrada empregan na actualidade principalmente circuítos integrados de modulación por ancho de pulso, como SG 3 525, TL 494 etc. A práctica demostrou que o uso de circuítos integrados SG3525 e o uso de FET de potencia como compoñentes de potencia de conmutación poden conseguir inversores de rendemento e prezo relativamente altos. Debido a que SG3525 ten a capacidade de controlar directamente FET de potencia e ten unha fonte de referencia interna, un amplificador operacional e unha función de protección de subtensión, o seu circuíto periférico é moi sinxelo.
2. O circuíto integrado de control do inversor con saída de onda sinusoidal, o circuíto de control do inversor con saída de onda sinusoidal pode ser controlado por un microprocesador, como o 80 C 196 MC producido por INTEL Corporation e producido por Motorola Company. MP 16 e PI C 16 C 73 producidos por MI-CRO CHIP Company, etc. Estes ordenadores dun só chip teñen varios xeradores PWM e poden configurar os brazos da ponte superior e superior. Durante o tempo morto, use o 80 C 196 MC da empresa INTEL para realizar o circuíto de saída de onda sinusoidal, o 80 C 196 MC para completar a xeración do sinal de onda sinusoidal e detecte a tensión de saída CA para lograr a estabilización da tensión.
Selección de dispositivos de alimentación no circuíto principal do inversor
A escolla dos principais compoñentes de potencia doinversoré moi importante. Actualmente, os compoñentes de potencia máis empregados inclúen transistores de potencia Darlington (BJT), transistores de efecto de campo de potencia (MOS-F ET), transistores de porta illada (IGB). T) e tiristores de apagado (GTO), etc., os dispositivos máis empregados en sistemas de baixa tensión de pequena capacidade son MOS FET, porque o MOS FET ten unha menor caída de tensión no estado de activación e unha maior frecuencia de conmutación. A frecuencia de conmutación do IG BT úsase xeralmente en sistemas de alta tensión e gran capacidade. Isto débese a que a resistencia no estado de activación do MOS FET aumenta co aumento da tensión, e o IG BT ocupa unha maior vantaxe en sistemas de capacidade media, mentres que en sistemas de capacidade supergrande (por riba de 100 kVA), os GTO úsanse xeralmente como compoñentes de potencia.
Data de publicación: 21 de outubro de 2021
