Funktionsprinzip des Wechselrichters

Das Herzstück des Wechselrichters ist der Wechselrichterschaltkreis, als Wechselrichterschaltung bezeichnet. Die Schaltung durch die Leistungselektronik ein- und ausschalten, Um die Wechselrichterfunktion zu vervollständigen.

Merkmale

1. Hohe Effizienz ist erforderlich

Aufgrund des hohen Preises von Solarzellen, um die Nutzung von Solarzellen zu maximieren, die Effizienz des Systems verbessern, Wir müssen versuchen, die Effizienz des Wechselrichters zu verbessern.

2. Hohe Zuverlässigkeit ist erforderlich

At present, Photovoltaik-Kraftwerkssystem wird hauptsächlich in abgelegenen Gebieten eingesetzt, und viele Kraftwerke sind unbeaufsichtigt und gewartet, was erfordert, dass der Wechselrichter eine vernünftige Schaltungsstruktur hat, strenge Auswahl der Komponenten, und erfordert, dass der Wechselrichter über eine Vielzahl von Schutzfunktionen verfügt, wie zum Beispiel: Eingangs-DC-Verpolungsschutz, Kurzschlussschutz am AC-Ausgang, Überhitzung, Überspannungschutz, usw..

3. Die Eingangsspannung muss einen weiten Anpassungsbereich aufweisen

Denn die Klemmenspannung der Solarzelle ändert sich mit der Belastung und Sonnenintensität. Speziell, wenn die Batterie altert, seine Klemmenspannung variiert stark, wie die 12V Batterie, seine Klemmenspannung kann zwischen 10 V und 16 V variieren, Dies erfordert, dass der Wechselrichter den normalen Betrieb innerhalb eines größeren DC-Eingangsspannungsbereichs gewährleistet.

Klassifizierung von Photovoltaik-Wechselrichtern

Es gibt viele Möglichkeiten, Wechselrichter zu klassifizieren, wie zum Beispiel: entsprechend der Phasenzahl der Ausgangswechselspannung des Wechselrichters, Es kann in Einphasen-Wechselrichter und Dreiphasen-Wechselrichter unterteilt werden; Entsprechend den verschiedenen Arten von Halbleiterbauelementen, die vom Wechselrichter verwendet werden, es kann in Transistorwechselrichter unterteilt werden, Thyristor-Wechselrichter und Abschalt-Thyristor-Wechselrichter. Entsprechend den unterschiedlichen Schaltungsprinzipien von Wechselrichtern, sie können auch in Wechselrichter vom selbsterregten Oszillationstyp unterteilt werden, Wechselrichter vom Stufenwellenstapeltyp und Wechselrichter vom Pulsbreitenmodulationstyp. Je nach Anwendung im netzgekoppelten System oder Inselnetzsystem kann in netzgekoppelte Wechselrichter und netzgekoppelte Wechselrichter unterteilt werden. Um es photoelektrischen Benutzern zu erleichtern, den Wechselrichter auszuwählen, Der Wechselrichter wird nur nach verschiedenen Anwendungsfällen klassifiziert.

1. Zentraler Wechselrichter

Die Konzentration besteht aus mehreren parallelen Photovoltaik-Wechselrichter-Technologiegruppen von Strings, die mit der gleichen Konzentration des Wechselrichter-DC-Eingangs verbunden sind, die Verwendung des dreiphasigen IGB T-Leistungsmoduls von General Power, die Verwendung kleinerer Leistungs-Feldeffekttransistoren, Gleichzeitig wird ein DSP-Umwandlungscontroller verwendet, um die Qualität der Ausgangsleistung zu verbessern, wodurch es dem Sinuswellenstrom sehr nahe kommt, Im Allgemeinen in großen Photovoltaik-Kraftwerken verwendet (& GT; 10kW) System. Das größte Merkmal ist die hohe Leistung und die niedrigen Kosten des Systems. However, weil Ausgangsspannung und -strom verschiedener Photovoltaik-Anlagen oft nicht vollständig aufeinander abgestimmt sind (insbesondere wenn die Photovoltaikanlagen durch Bewölkung teilweise blockiert sind, schattige Bäume, Flecken und andere Gründe), Der zentralisierte Wechselrichtermodus führt zu einer Verringerung der Effizienz des Wechselrichterprozesses und zu einer Verringerung des Stromverbrauchs. Gleichzeitig, die Stromerzeugungszuverlässigkeit des gesamten Photovoltaiksystems wird durch den schlechten Betriebszustand einer bestimmten Photovoltaikzellengruppe beeinträchtigt. Die neueste Forschungsrichtung ist die Nutzung der Raumzeigermodulationssteuerung und die Entwicklung einer neuen Wechselrichter-Topologie-Verbindung, um einen hohen Wirkungsgrad bei Teillast zu erzielen.

2. Wechselrichter der Gruppenserie

Der Cluster-Wechselrichter basiert auf dem modularen Konzept, jeder PV-Cluster (1-5kW) über einen Wechselrichter, auf der DC-Seite hat die maximale Leistungsspitzenverfolgung, am AC-seitigen Parallelnetz, hat sich zum beliebtesten Wechselrichter auf dem internationalen Markt entwickelt.

Viele große Photovoltaik-Kraftwerke verwenden Cluster-Wechselrichter. Der Vorteil ist, dass es nicht durch Modulunterschiede und Schatten zwischen Gruppen beeinflusst wird, und reduziert gleichzeitig die Diskrepanz zwischen dem besten Arbeitspunkt von Photovoltaikmodulen und dem Wechselrichter, wodurch die Stromerzeugung erhöht wird. Diese technologischen Vorteile reduzieren nicht nur die Kosten des Systems, sondern erhöhen auch die Zuverlässigkeit des Systems. Gleichzeitig, das Konzept von “Meister-Sklave” wird zwischen den Serien eingeführt, so dass das System keinen einzelnen Wechselrichter dazu bringen kann, in einer einzelnen Reihe elektrischer Energie zu arbeiten, mehrere Photovoltaik-Reihen zusammengeschaltet, damit einer oder mehrere von ihnen funktionieren, um mehr elektrische Energie zu erzeugen.

Das neueste Konzept bringt die Zuverlässigkeit des Systems noch einen Schritt weiter, indem es mehrere Wechselrichter zu einem zusammenfasst “Team” anstelle einer “Meister-Sklave” System. At present, Vorherrschend waren transformatorlose Reihenwechselrichter.

3. Mikro-Wechselrichter

In einer herkömmlichen PV-Anlage, der DC-Eingangsanschluss jedes in Reihe geschalteten Wechselrichters ist in Reihe geschaltet mit etwa 10 Photovoltaik-Module. Wenn einer der 10 Panels in Reihe funktionieren nicht gut, alle werden davon betroffen sein. Wenn der Mehrkanaleingang des Wechselrichters denselben MPPT verwendet, dann sind alle Eingänge betroffen, die Effizienz der Stromerzeugung stark reduzieren. In praktischen Anwendungen, Wolken, Bäume, Schornsteine, Tiere, Staub, Schnee und Eis sowie andere abschirmende Faktoren können die oben genannten Faktoren verursachen, die Situation ist sehr häufig. In der PV-Anlage des Mikro-Wechselrichters, Jedes Panel ist separat mit einem Mikro-Wechselrichter verbunden. Wenn eines der Batteriepanels nicht gut funktioniert, nur dieser wird davon betroffen sein. Alle anderen Photovoltaikmodule werden unter optimalen Betriebsbedingungen betrieben, was zu einem höheren Gesamtwirkungsgrad und einer größeren Stromerzeugung führt. In praktischen Anwendungen, wenn der Cluster-Wechselrichter ausfällt, mehrere Kilowatt an Panels verursachen können keine Rolle spielen, während der Fehler des Mikro-Wechselrichters durch relativ kleine Auswirkungen verursacht wird.

4. Leistungsoptimierer

Das Solarstromsystem mit Leistungsoptimierer kann die Umwandlungseffizienz erheblich verbessern und die Funktionen des Wechselrichters vereinfachen, um Kosten zu senken. Um ein intelligentes Solarstromerzeugungssystem zu erreichen, Die Installation eines Leistungsoptimierers kann die beste Leistung jeder Solarzelle sicherstellen, und den Zellerschöpfungsstatus jederzeit überwachen. Der Leistungsoptimierer ist ein Gerät zwischen Stromerzeugungssystem und Wechselrichter. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die ursprüngliche Nachführungsleistung des Wechselrichters für den optimalen Leistungspunkt zu ersetzen. Leistungsoptimierer zur Vereinfachung der Schaltung und durch den Leistungsoptimierer einer einzelnen Solarzelle entspricht, analog und ganz schnell das schönste powerpoint-tracking scannen, und lassen Sie jede Solarzelle tatsächlich Maximum Power Point Tracking, Zusätzlich, Kann auch durch die Platzierung beim Kommunikationschip mit überall den Batteriestatus überwachen, Sofortige Meldung des Problems an das zuständige Personal so schnell wie möglich beheben.

Die Funktion des Photovoltaik-Wechselrichters

Der Wechselrichter hat nicht nur die Funktion der direkten AC-Umwandlung, sondern hat auch die Funktion, die Leistung von Solarzellen zu maximieren und einen Systemausfallschutz zu gewährleisten. Um zusammenzufassen, Es verfügt über eine automatische Betriebs- und Abschaltfunktion, Maximum-Power-Tracking-Control-Funktion, Antiseparationsfunktion (für netzgekoppelte Systeme), automatische Spannungsanpassungsfunktion (für netzgekoppelte Systeme), DC-Erkennungsfunktion (für netzgekoppelte Systeme), DC-Erdungserkennungsfunktion (für netzgekoppelte Systeme). Die Funktionen des automatischen Ein- und Ausschaltens und der Maximalleistungsnachführung werden hier kurz vorgestellt.

1. Automatischer Betrieb und Abschaltfunktion

Morgens nach Sonnenaufgang, die Intensität der Sonneneinstrahlung nimmt allmählich zu, und die Leistung der Solarzelle steigt ebenfalls. Wenn die vom Wechselrichter geforderte Ausgangsleistung erreicht ist, der Wechselrichter beginnt automatisch zu laufen. Nach dem Eintritt in den Betrieb, Der Wechselrichter überwacht immer den Ausgang des Solarzellenmoduls, solange die Ausgangsleistung des Solarzellenmoduls größer ist als die vom Wechselrichter benötigte Ausgangsleistung, der Wechselrichter läuft weiter; Bis zum Sunset Shutdown, Der Wechselrichter kann auch an Regentagen betrieben werden. Wenn die Leistung des Solarzellenmoduls kleiner wird und sich die Wechselrichterleistung nähert 0, der Wechselrichter bildet den Standby-Zustand.

2. Maximum-Power-Tracking-Kontrollfunktion

Die Leistung des Solarzellenmoduls variiert mit der Sonnenstrahlungsintensität und der Temperatur des Solarzellenmoduls selbst (Chiptemperatur). In addition, Die Spannung von Solarzellenmodulen nimmt mit steigendem Strom ab, Es gibt also einen optimalen Arbeitspunkt, um die maximale Leistung zu erhalten. Die Intensität der Sonneneinstrahlung ändert sich, so ist der optimale Arbeitspunkt. Relativ zu diesen Änderungen, der Arbeitspunkt des Solarzellenmoduls liegt immer am maximalen Leistungspunkt, und das System erhält immer die maximale Ausgangsleistung aus dem Solarzellenmodul. Diese Steuerung ist die Maximalleistungsverfolgungssteuerung. Das wichtigste Merkmal des Wechselrichters für Solarstromanlagen ist die Verfolgung des maximalen Leistungspunkts (MPPT) diese Funktion.

Technische Hauptindikatoren des Photovoltaik-Wechselrichters

1. Stabilität der Ausgangsspannung

In einer Photovoltaikanlage, Die von Solarzellen erzeugte Energie wird in einer Batterie gespeichert und dann von einem Wechselrichter in 220 V oder 380 V Wechselstrom umgewandelt. However, Der Akku wird durch sein eigenes Laden und Entladen beeinflusst, und seine Ausgangsspannung variiert stark. For example, die nominelle 12V Batterie, sein Spannungswert kann davon abweichen 10.8 V bis 14,4 V (über diesen Bereich hinaus, Der Akku kann beschädigt werden). Für einen qualifizierten Wechselrichter, wenn sich die Eingangsspannung innerhalb dieses Bereichs ändert, die stationäre Ausgangsspannung sollte sich um nicht mehr als ± ändern 5% des Nennwertes, und wenn sich die Last plötzlich ändert, die Abweichung der Ausgangsspannung sollte ± nicht überschreiten 10% des Nennwertes.

2. Wellenformverzerrung der Ausgangsspannung

Die maximal zulässige Wellenformverzerrung (oder harmonischer Inhalt) sind für Sinus-Wechselrichter anzugeben. Sie wird normalerweise als Gesamtwellenformverzerrung der Ausgangsspannung ausgedrückt, und sein Wert sollte nicht überschreiten 5% (l0% für einphasigen Ausgang). Weil der vom Wechselrichter ausgegebene Oberschwingungsstrom hoher Ordnung zusätzliche Verluste wie Wirbelströme an der induktiven Last erzeugt, wenn die Wellenformverzerrung des Wechselrichters zu groß ist, Dies führt zu einer starken Erwärmung der Lastkomponenten, was der Sicherheit elektrischer Geräte nicht zuträglich ist und die Betriebseffizienz des Systems ernsthaft beeinträchtigt.

3. Nennausgangsfrequenz

Wie Motorlast enthalten, wie Waschmaschinen, refrigerators, usw., aufgrund seiner besten Arbeitspunktfrequenz 50 Hz-Motor, Frequenz ist zu hoch oder zu niedrig, verursacht Heizgeräte, reduzieren die Systemeffizienz und Lebensdauer, daher sollte die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters ein relativ stabiler Wert sein, normalerweise für Netzfrequenz 50 Hz, Unter normalen Arbeitsbedingungen sollte die Abweichung innerhalb von plus oder minus l liegen %.

4. Lastleistungsfaktor

Repräsentiert die Kapazität des Wechselrichters bei induktiver oder kapazitiver Last. Der Lastleistungsfaktor des Sinuswechselrichters ist 0.7 ~ 0.9 mit einer Wertung von 0.9. Bei einer bestimmten Lastleistung, wenn der Leistungsfaktor des Wechselrichters niedrig ist, die Kapazität des benötigten Wechselrichters steigt, Auf der einen Seite, die Kosten werden steigen, und die Scheinleistung der AC-Schleife des PHOTOVOLTAIK-Systems nimmt zu, der Schleifenstrom steigt, Der Verlust wird zwangsläufig zunehmen, und die Systemeffizienz wird ebenfalls reduziert.

5. Wirkungsgrad des Wechselrichters

Der Wirkungsgrad des Wechselrichters bezieht sich auf das Verhältnis seiner Ausgangsleistung zu seiner Eingangsleistung unter festgelegten Arbeitsbedingungen, ausgedrückt als Prozentsatz. Allgemein, Der Nennwirkungsgrad des Photovoltaik-Wechselrichters bezieht sich auf die reine Widerstandslast, die Effizienz unter 80% Batterieüberspannungsschutzpunkt. Da die Gesamtkosten einer Photovoltaikanlage hoch sind, Der Wirkungsgrad des Photovoltaik-Wechselrichters sollte maximiert werden, um die Systemkosten zu senken und die Kostenleistung des Photovoltaiksystems zu verbessern. At present, der Nennwirkungsgrad von Mainstream-Wechselrichtern liegt dazwischen 80% Und 95%, und der Wirkungsgrad von Wechselrichtern mit geringer Leistung muss mindestens betragen 85%. Im eigentlichen Designprozess der Photovoltaikanlage, Es sollten nicht nur Wechselrichter mit hohem Wirkungsgrad ausgewählt werden, aber auch eine vernünftige Systemkonfiguration sollte angenommen werden, damit die Last des Photovoltaiksystems nahe dem optimalen Effizienzpunkt arbeitet.

6. Nennausgangsstrom (oder Nennleistung)

Repräsentiert den Nennausgangsstrom des Wechselrichters innerhalb des angegebenen Lastleistungsfaktorbereichs. Einige Wechselrichterprodukte geben eine Nennausgangskapazität an, ausgedrückt in VA oder kVA. Die Nennleistung eines Wechselrichters ist das Produkt aus Nennausgangsstrom und Ausgangsleistungsfaktor 1 (d.h. die rein ohmsche Last).

7. Schutzmaßnahmen

Eine gute Leistung des Wechselrichters, sondern auch vollständige Schutzfunktion oder -maßnahmen haben sollte, um mit der tatsächlichen Verwendung verschiedener anormaler Bedingungen fertig zu werden, damit der Wechselrichter selbst und andere Teile der Anlage nicht beschädigt werden.

(1) Eingang unter Spannung versichert

Wenn die Eingangsspannung darunter liegt 85% der Nennspannung, Der Wechselrichter sollte geschützt und angezeigt werden.

(2) Eingangsüberspannungsschutz

Wenn die Eingangsspannung höher ist als 130% der Nennspannung, Der Wechselrichter sollte geschützt und angezeigt werden.

(3) Überstromschutz

Der Wechselrichter Überstromschutz, sollte in der Lage sein sicherzustellen, dass die Last Kurzschluss oder Strom den zulässigen Wert überschreitet, wenn die rechtzeitige Aktion, damit es nicht durch den Stoßstrom beschädigt wird. Wenn der Betriebsstrom überschreitet 150% der bewerteten, der Wechselrichter sollte in der Lage sein, automatisch zu schützen.

(4) Ausgang kurzschlussversichert

Die Kurzschlussschutzbetriebszeit des Wechselrichters sollte 0,5 s nicht überschreiten.

(5) Eingangsverpolungsschutz

Wenn die Eingabe korrekt ist, Minuspol angeschlossen ist, der Inverter sollte Schutzfunktion und Anzeige sein.

(6) Blitzschutz

Der Wechselrichter muss vor Blitzschlag geschützt werden.

(7) Übertemperaturschutz, etc.

In addition, den Wechselrichter ohne Spannungshaltungsmaßnahmen, der Wechselrichter sollte auch Überspannungsschutzmaßnahmen ausgeben, um die last vor überspannungsschäden zu machen.

8. Anfahrcharakteristik

Charakterisiert die Fähigkeit des Wechselrichters, unter Last zu starten, und die Leistung des dynamischen Betriebs. Ein zuverlässiger Anlauf des Umrichters unter Nennlast soll gewährleistet sein.

9. kontinuierliche Arbeit nach 1min Abschaltung Laststrom > 150 %

Transformer, Filterinduktivitäten, elektromagnetische Schalter und Lüfter in leistungselektronischen Geräten erzeugen alle Geräusche. Wenn der Wechselrichter normal läuft, sein Rauschen sollte 80 dB nicht überschreiten, und das Rauschen des kleinen Wechselrichters sollte 65 dB nicht überschreiten.

Auswahltechnik

Die Auswahl des Wechselrichters, zunächst genug Nennkapazität zu berücksichtigen, um die maximale Last Ausrüstung auf den elektrischen Leistungsbedarf zu erfüllen. Für den Wechselrichter mit einem einzelnen Gerät als Last, die Auswahl der Nennkapazität ist relativ einfach.

Wenn die elektrische Ausrüstung eine reine ohmsche Last ist oder der Leistungsfaktor größer ist als 0.9, die Nennleistung des Wechselrichters ist 1.1 Zu 1.15 Zeiten der Kapazität der elektrischen Ausrüstung. Gleichzeitig, Der Wechselrichter sollte auch die Fähigkeit haben, kapazitiven und induktiven Belastungseinflüssen standzuhalten.

Für allgemeine induktive Last, wie motor, Kühlschrank, Klimaanlage, Waschmaschine, leistungsstarke Wasserpumpe, usw., beim Starten, seine augenblickliche Kraft kann sein 5 ~ 6 mal seiner Nennleistung, in diesem Moment, Der Wechselrichter wird einen großen plötzlichen Stoß aushalten. Für diese Art von System, die Nennleistung des Wechselrichters sollte ausreichend Spielraum haben, um sicherzustellen, dass die Last zuverlässig gestartet werden kann. Der Hochleistungs-Wechselrichter kann viele Male unter Volllast kontinuierlich gestartet werden, ohne das Leistungsgerät zu beschädigen. Zu seiner eigenen Sicherheit, Kleine Wechselrichter müssen manchmal einen Sanftanlauf oder einen Strombegrenzungsstart übernehmen.

Vorsichtsmaßnahmen bei der Installation und Wartung

1. Vor der Installation, Der Wechselrichter sollte auf Transportschäden überprüft werden.

2, bei der Wahl des Aufstellungsortes, sollte sicherstellen, dass es keine Störungen durch andere leistungselektronische Geräte in der Umgebung gibt.

3. Vor dem elektrischen Anschluss, Achten Sie darauf, undurchsichtiges Material zu verwenden, um das Photovoltaikmodul abzudecken, oder trennen Sie den DC-seitigen Leistungsschalter. Dem Sonnenlicht ausgesetzt, Die Photovoltaikanlage erzeugt gefährliche Spannungen.

4. Alle Installationsarbeiten dürfen nur von professionellen Technikern durchgeführt werden.

5, PV-Anlage Stromerzeugungssystem verwendet in das Kabel muss fest angeschlossen werden, gute Isolierung und entsprechende Spezifikationen.

Der Entwicklungstrend

Für Solarwechselrichter, Die Verbesserung der Leistungsumwandlungseffizienz ist ein ewiges Thema, aber wenn die Systemeffizienz höher und höher ist, fast in der Nähe 100%, wird die Effizienz weiter verbessern und den Preis senken, therefore, wie man eine hohe Effizienz aufrechterhält, und eine gute preisliche Wettbewerbsfähigkeit aufrechterhalten können, ist das aktuelle wichtige Thema.

Verglichen mit den Bemühungen, den Wirkungsgrad des Wechselrichters zu verbessern, Wie man die Effizienz des gesamten Wechselrichtersystems verbessert, wird allmählich zu einem weiteren wichtigen Thema des Solarenergiesystems. In einer Solaranlage, wenn der lokale 2~3%-Bereich des Schattens erscheint, für die Nutzung einer MPPT-Funktion des Wechselrichters, Die zu diesem Zeitpunkt schlechte Systemausgangsleistung wird sogar angezeigt 20% Leistungsabfall! Um sich besser an eine solche Situation für ein einzelnes oder einen Teil des Solarmoduls anzupassen, Die Verwendung einer Eins-zu-Eins-MPPT- oder Mehrfach-MPPT-Steuerfunktion ist eine sehr effektive Methode.

Weil das Wechselrichtersystem mit dem Netz verbunden ist, die Leckage des Systems zum Boden wird ernsthafte Sicherheitsprobleme verursachen. In addition, um die Effizienz des Systems zu verbessern, Solaranlagen werden meist in Reihe mit hoher DC-Ausgangsspannung verwendet. daher, aufgrund des Auftretens anormaler Bedingungen zwischen den Elektroden, Es ist einfach, einen Gleichstromlichtbogen zu erzeugen. Wegen der hohen Gleichspannung, Es ist sehr schwierig, den Lichtbogen zu löschen, und es ist sehr leicht, Feuer zu verursachen. Mit der weit verbreiteten Verwendung von Solar-Wechselrichter-System, Systemsicherheit wird ein wichtiger Bestandteil der Wechselrichter-Technologie sein.

In addition, Das Energiesystem nimmt die schnelle Entwicklung und Popularisierung der Smart-Grid-Technologie an. Eine große Anzahl von Solar- und anderen neuen Energiesystemen ist an das Netz angeschlossen, was neue technische Herausforderungen an die Stabilität des Smart-Grid-Systems stellt. Um ein Wechselrichtersystem zu entwerfen, das schneller sein kann, Genaue und intelligente Kompatibilität mit Smart Grid wird in Zukunft eine notwendige Bedingung für das Solar-Wechselrichter-System sein.

Allgemein, Die Entwicklung der Wechselrichtertechnologie wird mit der Entwicklung der Leistungselektroniktechnologie vorangetrieben, Mikroelektronik-Technologie und moderne Steuerungstheorie. Wie die Zeit vergeht, Die Invertertechnologie entwickelt sich hin zu höheren Frequenzen, größere Macht, höhere Effizienz und kleineres Volumen.