Praegu on Hiina fotogalvaaniline elektritootmissüsteem peamiselt alalisvoolusüsteem, mis laadib päikesepatareide toodetud elektrienergiat ja varustab koormust otse toitega. Näiteks Loode-Hiina päikeseenergial töötavad kodumajapidamiste valgustussüsteemid ja elektrivõrgust kaugel asuvad mikrolaineahjujaamade toitesüsteemid on kõik alalisvoolusüsteemid. Seda tüüpi süsteemil on lihtne konstruktsioon ja madal hind. Erinevate koormuste alalisvoolupingete (näiteks 12 V, 24 V, 48 V jne) tõttu on aga süsteemi standardiseerimine ja ühilduvus keeruline, eriti tsiviilenergia puhul, kuna enamikku vahelduvvoolukoormusi kasutatakse alalisvoolutoitega. Fotogalvaanilisel toiteallikal on keeruline elektrit kaubana turule tuua. Lisaks saavutab fotogalvaaniline elektritootmine lõpuks võrguühenduse, mis peab omaks võtma küpse turumudeli. Tulevikus saavad vahelduvvoolu fotogalvaanilistest elektritootmissüsteemidest fotogalvaanilise elektritootmise peavoolu.
Fotogalvaanilise energiatootmissüsteemi nõuded inverteri toiteallikale
Vahelduvvoolu väljundit kasutav fotogalvaaniline elektritootmissüsteem koosneb neljast osast: fotogalvaanilisest massiivist, laadimis- ja tühjenduskontrolleritest, akust ja inverterist (võrku ühendatud elektritootmissüsteem säästab üldiselt akut) ning inverter on võtmekomponent. Fotogalvaanikal on inverteritele kõrgemad nõuded:
1. Vajalik on kõrge efektiivsus. Päikesepatareide praeguse kõrge hinna tõttu on päikesepatareide kasutamise maksimeerimiseks ja süsteemi efektiivsuse parandamiseks vaja proovida parandada inverteri efektiivsust.
2. Nõutav on kõrge töökindlus. Praegu kasutatakse fotogalvaanilisi elektritootmissüsteeme peamiselt kaugemates piirkondades ning paljud elektrijaamad on järelevalveta ja hooldamata. See nõuab inverterilt mõistlikku vooluringi struktuuri, ranget komponentide valikut ja mitmesuguseid kaitsefunktsioone, näiteks sisend-alalisvoolu polaarsuse ühenduse kaitse, vahelduvvoolu väljundi lühisekaitse, ülekuumenemise kaitse, ülekoormuskaitse jne.
3. Alalisvoolu sisendpinge peab olema laialt kohandatav. Kuna aku klemmipinge muutub koos koormuse ja päikesevalguse intensiivsusega, kõigub aku pinge küll aku järelejäänud mahtuvuse ja sisemise takistuse muutudes, kuigi akul on aku pingele oluline mõju. Eriti aku vananedes kõigub selle klemmipinge suuresti. Näiteks 12 V aku klemmipinge võib varieeruda vahemikus 10 V kuni 16 V. See nõuab inverterilt suuremat alalisvoolu. Tagada normaalne töö sisendpinge vahemikus ja tagada vahelduvvoolu väljundpinge stabiilsus.
4. Keskmise ja suure võimsusega fotogalvaanilistes elektritootmissüsteemides peaks inverteri toiteallika väljund olema väiksema moonutusega siinuslaine. Selle põhjuseks on asjaolu, et keskmise ja suure võimsusega süsteemides, kui kasutatakse ristkülikukujulist elektrit, sisaldab väljund rohkem harmoonilisi komponente ja kõrgemad harmoonilised tekitavad täiendavaid kadusid. Paljud fotogalvaanilised elektritootmissüsteemid on koormatud side- või mõõteseadmetega. Seadmetel on elektrivõrgu kvaliteedile kõrgemad nõuded. Kui keskmise ja suure võimsusega fotogalvaanilised elektritootmissüsteemid on võrku ühendatud, peab inverter avaliku elektrivõrguga saastumise vältimiseks väljastama ka siinuslaine voolu.
Inverter muundab alalisvoolu vahelduvvooluks. Kui alalisvoolu pinge on madal, võimendatakse seda vahelduvvoolutrafo abil, et saada standardne vahelduvvoolu pinge ja sagedus. Suure võimsusega inverterite puhul ei vaja alalisvoolu siini kõrge pinge tõttu vahelduvvoolu väljundpinge 220 V-ni tõstmiseks üldiselt trafot. Keskmise ja väikese võimsusega inverterites on alalisvoolu pinge suhteliselt madal, näiteks 12 V. 24 V jaoks tuleb konstrueerida võimendusahel. Keskmise ja väikese võimsusega inverterid hõlmavad üldiselt push-pull inverteri ahelaid, täissilla inverteri ahelaid ja kõrgsageduslikke võimendusinverteri ahelaid. Push-pull ahelad ühendavad võimendustrafo neutraalpistiku positiivse toiteallikaga ja kaks võimsuslambi töötavad vahelduvvoolu väljundina, kuna võimsustransistorid on ühendatud ühise maaga. Ajami- ja juhtimisahelad on lihtsad ning trafo teatud lekkeinduktiivsuse tõttu saab piirata lühisvoolu, parandades seeläbi vooluahela töökindlust. Puuduseks on trafo madal kasutusaste ja halb võime juhtida induktiivkoormusi.
Täissilla inverterahel ületab push-pull-ahela puudused. Võimsustransistor reguleerib väljundimpulsi laiust ja väljundvahelduvpinge efektiivväärtus muutub vastavalt. Kuna vooluringil on vabavooluahel, siis isegi induktiivsete koormuste korral ei moonutata väljundpinge lainekuju. Selle vooluringi puuduseks on see, et ülemise ja alumise haru võimsustransistorid ei jaga maad, seega tuleb kasutada spetsiaalset ajamiahelat või isoleeritud toiteallikat. Lisaks tuleb ülemise ja alumise sillaharu ühise juhtivuse vältimiseks konstrueerida vooluring nii, et see lülitub välja ja seejärel sisse, st tuleb seadistada surnud aeg, mis omakorda muudab vooluringi struktuuri keerulisemaks.
Tõmba-tõmba vooluahela ja täissilla vooluahela väljundisse tuleb lisada pinget tõstev trafo. Kuna pinget tõstev trafo on suur, madala efektiivsusega ja kallim, siis jõuelektroonika ja mikroelektroonika tehnoloogia arenguga kasutatakse tagasipööramiseks kõrgsageduslikku pinget tõstva muundamise tehnoloogiat, mis võimaldab realiseerida suure võimsustihedusega inverterit. Selle inverteri vooluahela esiastme võimendusahel on tõuke-tõmba struktuuriga, kuid töösagedus on üle 20 kHz. Tõmbetrafo on valmistatud kõrgsageduslikust magnetilisest südamikust, mistõttu on see väike ja kerge. Pärast kõrgsageduslikku inversiooni muundatakse see kõrgsagedustrafo abil kõrgsageduslikuks vahelduvvooluks ja seejärel saadakse kõrgsagedusliku alaldi filtriahela abil kõrgepinge alalisvool (tavaliselt üle 300 V) ning seejärel inverteeritakse see võimsus-sagedusmuunduri vooluahela abil.
Selle vooluahela struktuuriga on inverteri võimsus oluliselt paranenud, inverteri koormuseta kaotus väheneb vastavalt ja efektiivsus paraneb. Selle vooluahela puuduseks on keerukas vooluring ja madalam töökindlus kui kahel eespool nimetatud vooluringil.
Inverteri vooluahela juhtimisahel
Kõik ülalmainitud inverterite põhiahelad peavad olema teostatud juhtimisahela abil. Üldiselt on kaks juhtimismeetodit: täisnurkne ning positiivne ja nõrk laine. Täisnurkse väljundiga inverteri toiteahel on lihtne, odav, kuid madala efektiivsusega ja suure harmooniliste komponentide sisaldusega. Siinuslaine väljund on inverterite arengusuund. Mikroelektroonikatehnoloogia arenguga on välja tulnud ka PWM-funktsioonidega mikroprotsessorid. Seetõttu on siinuslaine väljundi inverteritehnoloogia küpsemaks saanud.
1. Täisnurkse väljundiga inverterid kasutavad praegu enamasti impulsslaiuse modulatsiooniga integraallülitusi, näiteks SG 3 525, TL 494 jne. Praktika on tõestanud, et SG3525 integraallülituste ja võimsus-FETide kasutamine lülitusvõimsuskomponentidena võimaldab saavutada inverterite suhteliselt kõrge jõudluse ja hinna. Kuna SG3525-l on võime otse juhtida võimsus-FETe ning sellel on sisemine tugisignaal, operatsioonvõimendi ja alapingekaitse funktsioon, on selle välisseadmete vooluring väga lihtne.
2. Inverteri juhtintegraallülitus siinuslaine väljundiga. Inverteri siinuslaine väljundiga juhtimisahelat saab juhtida mikroprotsessoriga, näiteks INTEL Corporationi toodetud 80 C 196 MC ja Motorola ettevõtte toodetud 80 C 196 MC, MI-CRO CHIP ettevõtte toodetud MP 16 ja PI C 16 C 73 jne. Nendel ühekiibilistel arvutitel on mitu PWM-generaatorit ning need saavad seadistada ülemist ja ülemist sillaharu. Seisuajal kasutage INTELi ettevõtte 80 C 196 MC-d siinuslaine väljundahela realiseerimiseks, 80 C 196 MC-d siinuslaine signaali genereerimise lõpetamiseks ja vahelduvvoolu väljundpinge tuvastamiseks, et saavutada pinge stabiliseerimine.
Inverteri põhiahela toiteseadmete valik
Peamiste toitekomponentide valikinverteron väga oluline. Praegu on enimkasutatavate võimsuskomponentide hulka Darlingtoni võimsustransistorid (BJT), võimsusväljatransistorid (MOS-F ET), isoleeritud paisutransistorid (IGB). T) ja väljalülitatavad türistorid (GTO) jne. Väikese võimsusega madalpingesüsteemides on enimkasutatavad seadmed MOS-FET, kuna MOS-FET-il on väiksem sisselülitatud oleku pingelang ja kõrgem. IG BT lülitussagedust kasutatakse üldiselt kõrgepinge ja suure võimsusega süsteemides. Selle põhjuseks on asjaolu, et MOS-FET-i sisselülitatud oleku takistus suureneb pinge suurenemisega ja IG BT-l on keskmise võimsusega süsteemides suurem eelis, samas kui ülisuure võimsusega (üle 100 kVA) süsteemides kasutatakse GTO-sid üldiselt võimsuskomponentidena.
Postituse aeg: 21. okt 2021
