Тренутно, кинески систем за производњу фотонапонске енергије је углавном једносмерни систем, који пуни електричну енергију произведену соларном батеријом, а батерија директно напаја оптерећење. На пример, систем соларног кућног осветљења на северозападу Кине и систем напајања микроталасних станица далеко од мреже су сви једносмерни системи. Ова врста система има једноставну структуру и ниску цену. Међутим, због различитих једносмерних напона оптерећења (као што су 12V, 24V, 48V, итд.), тешко је постићи стандардизацију и компатибилност система, посебно за цивилно напајање, јер се већина наизменичних оптерећења користи са једносмерном струјом. Фотонапонским системима за напајање је тешко да уђу на тржиште као роба испоручују електричну енергију. Поред тога, фотонапонска производња енергије ће временом достићи рад повезан на мрежу, што мора усвојити зрео тржишни модел. У будућности, системи за производњу фотонапонске енергије наизменичном струјом постаће главни део фотонапонске производње енергије.
Захтеви фотонапонског система за производњу електричне енергије за инверторско напајање
Фотонапонски систем за производњу енергије који користи наизменичну струју састоји се од четири дела: фотонапонског низа, контролера пуњења и пражњења, батерије и инвертора (систем за производњу енергије повезан на мрежу генерално може да уштеди батерију), а инвертор је кључна компонента. Фотонапонски системи имају веће захтеве за инверторе:
1. Потребна је висока ефикасност. Због високе цене соларних ћелија у овом тренутку, како би се максимизирала употреба соларних ћелија и побољшала ефикасност система, потребно је покушати побољшати ефикасност инвертора.
2. Потребна је висока поузданост. Тренутно се фотонапонски системи за производњу електричне енергије углавном користе у удаљеним подручјима, а многе електране су без надзора и одржавају се. То захтева да инвертор има разумну структуру кола, строг избор компоненти и да инвертор има разне заштитне функције, као што су заштита од преокрета улазног једносмерног поларитета, заштита од кратког споја на излазу наизменичне струје, заштита од прегревања, заштита од преоптерећења итд.
3. Потребно је да улазни једносмерни напон има широк опсег прилагођавања. Пошто се напон на терминалима батерије мења са оптерећењем и интензитетом сунчеве светлости, иако батерија има важан утицај на напон батерије, напон батерије варира са променом преосталог капацитета батерије и унутрашњег отпора. Посебно када батерија стари, њен напон на терминалима значајно варира. На пример, напон на терминалима батерије од 12 V може варирати од 10 V до 16 V. То захтева да инвертор ради на већем једносмерном напону како би се обезбедио нормалан рад унутар опсега улазног напона и осигурала стабилност излазног наизменичног напона.
4. У системима за производњу фотонапонске енергије средњег и великог капацитета, излаз инверторског напајања треба да буде синусни талас са мање изобличења. То је зато што ће у системима средњег и великог капацитета, ако се користи снага правоугаоног таласа, излаз садржати више хармоничних компоненти, а виши хармоници ће генерисати додатне губитке. Многи системи за производњу фотонапонске енергије су оптерећени комуникационом или инструменталном опремом. Опрема има веће захтеве у погледу квалитета електроенергетске мреже. Када су системи за производњу фотонапонске енергије средњег и великог капацитета повезани на мрежу, како би се избегло загађење електричном енергијом јавном мрежом, инвертор је такође дужан да емитује синусну струју.
Инвертор претвара једносмерну струју у наизменичну струју. Ако је напон једносмерне струје низак, појачава се трансформатором наизменичне струје да би се добио стандардни напон и фреквенција наизменичне струје. Код инвертора великог капацитета, због високог напона на једносмерној магистрали, излазу наизменичне струје генерално није потребан трансформатор за појачавање напона на 220 V. Код инвертора средњег и малог капацитета, једносмерни напон је релативно низак, као што је 12 V. За 24 V мора бити пројектовано коло за појачавање. Инвертори средњег и малог капацитета генерално укључују кола инвертора типа „push-pull“, кола инвертора са пуним мостом и кола инвертора типа „high frequency“. Кола типа „push-pull“ повезују неутрални утикач трансформатора за појачавање са позитивним полом напајања, а две енергетске цеви раде наизменично, дајући наизменичну струју, јер су енергетски транзистори повезани са заједничким уземљењем, погонска и управљачка кола су једноставна, а пошто трансформатор има одређену индуктивност цурења, може ограничити струју кратког споја, чиме се побољшава поузданост кола. Мана је што је искоришћење трансформатора ниско, а способност покретања индуктивних оптерећења је лоша.
Коло инвертора са пуним мостом превазилази недостатке кола са повлачењем и напајањем. Транзистор снаге подешава ширину излазног импулса, а ефективна вредност излазног наизменичног напона се мења у складу са тим. Пошто коло има петљу слободног хода, чак и код индуктивних оптерећења, облик таласа излазног напона неће бити изобличен. Мана овог кола је што транзистори снаге горњег и доњег крака не деле уземљење, па се мора користити наменско погонско коло или изоловано напајање. Поред тога, да би се спречило заједничко провођење горњег и доњег крака моста, коло мора бити пројектовано тако да се искључи, а затим укључи, односно мора се подесити мртво време, а структура кола је компликованија.
Излаз кола са потисним напоном и кола са пуним мостом мора да дода појачавајући трансформатор. Пошто је појачавајући трансформатор великих димензија, мале ефикасности и скупљи, са развојем енергетске електронике и микроелектронске технологије, користи се технологија појачавајуће конверзије високих фреквенција да би се постигла обрнута снага. То може да оствари инвертор са високом густином снаге. Коло за појачавање на предњем делу овог инверторског кола усваја потисним напоном структуру, али радна фреквенција је изнад 20KHz. Појачавајући трансформатор користи материјал магнетног језгра високих фреквенција, тако да је малих димензија и мале тежине. Након инверзије високих фреквенција, он се претвара у наизменичну струју високих фреквенција преко трансформатора високих фреквенција, а затим се добија једносмерна струја високог напона (генерално изнад 300V) преко кола филтера исправљача високих фреквенција, а затим се инвертује преко кола инвертора фреквенције снаге.
Са овом структуром кола, снага инвертора је значајно побољшана, губитак празног хода инвертора је сходно томе смањен, а ефикасност је побољшана. Мана кола је што је коло компликовано и поузданост је нижа од горе наведених кола.
Управљачко коло инверторског кола
Главна кола горе поменутих инвертора морају бити реализована помоћу управљачког кола. Генерално, постоје две методе управљања: правоугаони талас и позитивни и слаби талас. Коло за напајање инвертора са правоугаоним излазом је једноставно, јефтино, али ниско ефикасно и са великим хармонијским компонентама. Синусни излаз је тренд развоја инвертора. Са развојем микроелектронске технологије, појавили су се и микропроцесори са PWM функцијама. Стога је технологија инвертора за синусни излаз сазрела.
1. Инвертори са правоугаоним излазом тренутно углавном користе интегрисана кола са импулсно-ширинском модулацијом, као што су SG 3 525, TL 494 итд. Пракса је доказала да употреба интегрисаних кола SG3525 и употреба снажних FET-ова као прекидачких компоненти снаге може постићи релативно високе перформансе и цену инвертора. Пошто SG3525 има могућност директног управљања снажним FET-овима и има интерни референтни извор и операциони појачавач и функцију заштите од ниског напона, његово периферно коло је веома једноставно.
2. Интегрисано коло за управљање инвертором са синусним излазом, управљачко коло инвертора са синусним излазом може се контролисати микропроцесором, као што је 80 C 196 MC који производи INTEL Corporation и Motorola Company. MP 16 и PI C 16 C 73 које производи MI-CRO CHIP Company, итд. Ови једночипови рачунари имају више PWM генератора и могу подесити горње и горње кракове моста. Током мртвог времена, користите INTEL-ов 80 C 196 MC за реализацију излазног кола синусног таласа, 80 C 196 MC за завршетак генерисања синусног сигнала и детекцију излазног напона наизменичне струје ради постизања стабилизације напона.
Избор уређаја за напајање у главном колу инвертора
Избор главних енергетских компонентиинверторје веома важно. Тренутно, најчешће коришћене компоненте снаге укључују Дарлингтонове транзисторе снаге (BJT), транзисторе са ефектом поља снаге (MOS-F ET), транзисторе са изолованом капијом (IGB). T) и тиристор за искључивање (GTO), итд. Најчешће коришћени уређаји у системима ниског напона малог капацитета су MOS FET, јер MOS FET има мањи пад напона у укљученом стању и већу фреквенцију пребацивања IG BT се генерално користи у системима високог напона и великог капацитета. То је зато што се отпор MOS FET-а у укљученом стању повећава са повећањем напона, а IG BT има већу предност у системима средњег капацитета, док се у системима супер великог капацитета (изнад 100 kVA) GTO генерално користе као компоненте снаге.
Време објаве: 21. октобар 2021.
