インバーターの動作原理

インバータの核となるのはインバータスイッチ回路です, インバータ回路と呼ばれる. パワーエレクトロニクススイッチのオンとオフを経由する回路, インバーター機能を完成させる.

特徴

1. 高い効率が求められる

太陽電池の価格が高いため, 太陽電池を最大限に活用するために, システムの効率を向上させる, 私たちはインバーターの効率を改善するように努めなければなりません.

2. 高い信頼性が求められる

現在のところ, 太陽光発電システムは主に遠隔地で使用されています, そして多くの発電所は無人で維持管理されています, インバータには合理的な回路構造が必要です, コンポーネントの厳密な選択, インバータにはさまざまな保護機能が必要です, のような: 入力DC極性逆保護, AC出力短絡保護, 過熱, 過負荷保護, NS。.

3. 入力電圧には広範囲の適応が必要です

太陽電池の端子電圧は負荷や日照度により変化するため. 特に, バッテリーが劣化しているとき, 端子電圧は大きく変動します, 12Vバッテリーなど, 端子電圧は10Vと16Vの間で変化する可能性があります, これには、より広い DC 入力電圧範囲内でインバータが正常に動作することが必要です。.

太陽光発電インバータの分類

インバータを分類するにはさまざまな方法があります, のような: インバータの出力交流電圧の相数に応じて, 単相インバータと三相インバータに分けることができます。; インバータに使用される半導体デバイスの種類に応じて, トランジスタインバータに分けることができます, サイリスタ インバータとスイッチオフ サイリスタ インバータ. インバータのさまざまな回路原理によると, 自励発振型インバータにも分けることができます。, ステップ波積層型インバータとパルス幅変調型インバータ. 系統接続システムまたはオフグリッドシステムの用途に応じて、系統接続インバータとオフグリッドインバータに分けることができます. 光電ユーザーがインバータを選びやすくするために, インバータはさまざまな適用場面によってのみ分類されます.

1. 集中インバータ

集中は、複数の並列太陽光発電インバータ技術グループのストリングが同じ集中のインバータ DC 入力に接続されています, 一般的な電源三相 IGB T 電源モジュールの使用, より小さな電力の電界効果トランジスタの使用, 同時にDSP変換コントローラーを使用して出力電力の品質を向上させます。, 正弦波電流に非常に近くなります, 大規模な太陽光発電所で一般的に使用されています (& GT; 10kW) システム. 最大の特徴はハイパワーかつ低コストのシステムです。. However, 異なる太陽電池アレイの出力電圧と電流は完全には一致しないことが多いためです。 (特に曇りにより太陽電池アレイが部分的にブロックされている場合, 日陰の木々, 汚れやその他の理由), 集中インバータモードは、インバータプロセスの効率の低下と消費電力の低下につながります。. 同時に, 特定の太陽電池グループの動作状態が悪いと、太陽光発電システム全体の発電信頼性が影響を受けます。. 最新の研究の方向性は、空間ベクトル変調制御を使用し、部分負荷下で高効率を得る新しいインバータ トポロジー接続を開発することです。.

2. グループシリーズインバータ

クラスタインバータはモジュラーコンセプトに基づいています, 各PVクラスター (1-5kW) インバーターを介して, DC 端では最大電力ピーク追跡機能を備えています, AC端の平行グリッドで, 国際市場で最も人気のあるインバータになりました.

多くの大規模太陽光発電所ではクラスターパワーコンディショナーが使用されています. グループ間のモジュール差や影の影響を受けないのが利点, 同時に、太陽光発電モジュールとインバーターの最適動作点間の不一致を軽減します。, したがって、発電量が増加します. これらの技術的利点はシステムのコストを削減するだけではありません, システムの信頼性も向上します. 同時に, の概念 “マスタースレーブ” シリーズ間に導入される, そのため、システムは単一の一連の電気エネルギーで単一のインバーターを動作させることができません。, 複数の太陽光発電シリーズを接続, そのうちの 1 つまたは複数が機能するように, より多くの電気エネルギーを生み出すために.

最新のコンセプトでは、複数のインバータを 1 つのグループにグループ化することで、システムの信頼性をさらに一歩進めています。 “チーム” の代わりに “マスタースレーブ” システム. 現在のところ, トランスレスシリーズインバータが主流となっている.

3. マイクロインバータ

従来の太陽光発電システムでは, 各直列インバータの DC 入力端子は約 2 個直列に接続されています。 10 太陽光発電パネル. そのうちの 1 つが、 10 パネルを直列に接続するとうまく機能しない, 彼ら全員が影響を受けるだろう. インバータ多チャンネル入力が同じMPPTを使用する場合, すべての入力が影響を受けます, 発電効率が大幅に低下する. 実際の応用例では, 雲, 木, 煙突, 動物, ほこり, 雪や氷、その他の遮蔽要因が上記の要因を引き起こす可能性があります, その状況は非常に一般的です. マイクロインバータの太陽光発電システムでは, 各パネルは個別にmicro inverterに接続されています. いずれかのバッテリーパネルが正常に動作しない場合, これだけが影響を受けます. 他のすべての太陽光発電パネルは最適な動作条件で動作します。, その結果、全体的な効率が向上し、発電量が増加します。. 実際の応用例では, クラスタインバータが故障した場合, 数キロワットのパネルが役割を果たせなくなる可能性があります, マイクロインバータの故障は比較的小さな衝撃で起こりますが、.

4. パワーオプティマイザー

パワーオプティマイザーを備えた太陽光発電システムは、変換効率を大幅に向上させ、インバーターの機能を簡素化してコストを削減できます。. スマート太陽光発電システムの実現に向けて, パワーオプティマイザーのインストールにより、各太陽電池の最高のパフォーマンスを保証できます。, 細胞の枯渇状態をいつでも監視します. パワーオプティマイザーは発電システムとインバータの間の装置です. その主なタスクは、インバータの元の最適な電力点追従電力を置き換えることです。. 回路を簡素化し、単一の太陽電池パワー オプティマイザーに対応するパワー オプティマイザー, 類推して、最も美しいパワーポイント追跡スキャンを非常に迅速に実行できます。, そして、各太陽電池が実際に最大の電力点追跡を行うことができます, 加えて, また、通信チップの配置を介してどこにでもバッテリーの状態を監視することもできます, 問題を直ちに関係担当者に報告し、できるだけ早く修理してください。.

太陽光発電インバーターの働き

インバータはAC直接変換機能だけではありません, 太陽電池の性能を最大限に発揮し、システム障害を保護する機能も備えています。. 総括する, 自動運転とシャットダウン機能があります, 最大パワー追従制御機能, 分離動作防止機能 (系統連系システム向け), 自動電圧調整機能 (系統連系システム向け), 直流検出機能 (系統連系システム向け), 直流地絡検出機能 (系統連系システム向け). 自動運転停止と最大出力追従制御の機能を簡単に紹介します。.

1. 自動運転・シャットダウン機能

朝の日の出後, 日射強度が徐々に増加する, 太陽電池の出力も上がります. インバータが必要とする出力電力に達したとき, インバーターが自動的に運転を開始します. 作戦に入ってから, インバーターは太陽電池モジュールの出力を常に監視します。, 太陽電池モジュールの出力電力がインバーターに必要な出力電力より大きい限り, インバーターは動作し続けます; 日没閉店まで, 雨の日でもインバーター運転可能. 太陽電池モジュールの出力が小さくなり、インバータ出力に近づく場合 0, インバータはスタンバイ状態を形成します.

2. 最大電力追従制御機能

太陽電池モジュールの出力は日射強度や太陽電池モジュール自体の温度により変化します。 (チップ温度). 加えて, 太陽電池モジュールの電圧は電流が増加すると低下します, したがって、最大電力を得るために最適な動作点が存在します。. 日射量が変化している, 最適な動作点も同様です. これらの変化に関連して, 太陽電池モジュールの動作点は常に最大電力点にあります, システムは常に太陽電池モジュールから最大の電力出力を取得します。. この制御は最大電力追従制御です. 太陽光発電システムのインバーターの最も重要な機能は、最大電力点追跡機能を備えていることです。 (MPPT) この機能.

太陽光発電の主なテクニカル指標

1. 出力電圧の安定性

太陽光発電システム内, 太陽電池で生成されたエネルギーはバッテリーに蓄えられ、インバーターによって220Vまたは380Vの交流に変換されます。. However, バッテリーは自身の充放電の影響を受ける, 出力電圧は大きく変化します. For example, 公称12Vバッテリー, その電圧値は次のように変化します。 10.8 V～14.4V (この範囲を超えると, バッテリーが損傷している可能性があります). 認定されたインバータの場合, 入力電圧がこの範囲内で変化した場合, 定常状態の出力電圧は±を超えて変化してはなりません 5% 定格値の, 負荷が急激に変化したとき, 出力電圧偏差は±を超えてはなりません 10% 定格値の.

2. 出力電圧の波形歪み

最大許容波形歪み (または高調波成分) 正弦波インバータについては指定する必要があります. 通常、出力電圧の波形歪みの合計として表されます。, その値は以下を超えてはなりません 5% (単相出力の場合は 10%). インバータが出力する高次高調波電流により、誘導負荷に渦電流などの追加損失が発生するため、, インバータの波形歪みが大きすぎる場合, 負荷コンポーネントの深刻な加熱につながります, これは電気機器の安全性を損なわず、システムの動作効率に重大な影響を与えます。.

3. 定格出力周波数

モーター負荷などを含む, 洗濯機などの, 冷蔵庫, NS。, 最良の動作点周波数のため 50 Hzモーター, 周波数が高すぎたり低すぎたりすると、機器が加熱される可能性があります。, システム効率と耐用年数を短縮する, したがって、インバータの出力周波数は比較的安定した値になるはずです, 通常は電源周波数用 50 ヘルツ, 通常の作業条件下では、偏差はプラスまたはマイナス l 以内である必要があります。 %.

4. 負荷力率

誘導性負荷または容量性負荷を伴うインバータの容量を表します. 正弦波インバータの負荷力率は次のとおりです。 0.7 ～ 0.9 の評価で 0.9. 一定の負荷電力の場合, インバータの力率が低い場合, 必要なインバータの容量が増加します, 一方では, コストが増加します, そしてPHOTOVOLTAICシステムのACループの皮相電力が増加します, ループ電流が増加します, 損失は​​確実に増加する, システム効率も低下します.

5. インバータ効率

インバータの効率とは、指定された動作条件下での入力電力に対する出力電力の比率を指します。, パーセンテージで表す. 一般的に, 太陽光発電インバータの公称効率は純粋な抵抗負荷を指します, 下の効率 80% 負荷. 太陽光発電システムは全体的にコストが高いので、, システムコストを削減し、太陽光発電システムのコストパフォーマンスを向上させるには、太陽光発電インバータの効率を最大限に高める必要があります。. 現在のところ, 主流のインバータの公称効率は次のとおりです。 80% そして 95%, 低電力インバータの効率は、以下のもの以上であることが要求されます。 85%. 実際の太陽光発電システムの設計プロセスでは, 高効率インバータだけを選ぶ必要はない, しかし、太陽光発電システムの負荷を最適効率点近くで動作させるには、合理的なシステム構成を採用する必要もあります。.

6. 定格出力電流 (または定格出力容量)

指定された負荷力率範囲内のインバータの定格出力電流を表します. インバータ製品によっては定格出力容量を与えるものもあります, VA または kVA で表されます. インバータの定格容量は、出力力率が次の場合、定格出力電流との積になります。 1 (つまり. 純粋な抵抗負荷).

7. 保護対策

インバーターの性能が良い, 完全な保護機能や対策を講じる必要があります, 実際の使用における様々な異常事態に対応するため, インバータ自体やシステムの他の部分が損傷しないようにします。.

(1) 入力不足電圧保証

入力電圧が以下の場合 85% 定格電圧の, インバータは保護され、表示される必要があります.

(2) 入力過電圧保護装置

入力電圧が以上の場合 130% 定格電圧の, インバータは保護され、表示される必要があります.

(3) 過電流保護

インバータの過電流保護, タイムリーなアクションが実行されたときに、負荷の短絡または電流が許容値を超えていることを確認できる必要があります。, サージ電流で破損しないように. 動作電流を超えると 150% 評価の, インバータは自動的に保護できるはずです.

(4) 出力短絡保証

インバータの短絡保護動作時間は0.5秒を超えてはなりません.

(5) 入力逆接続保護

入力が正しい場合, マイナス極が接続されている, インバータは保護機能と表示が必要です.

(6) 避雷

インバータは雷から保護する必要があります.

(7) 過熱保護, NS.

加えて, 電圧安定化対策のないインバータ, インバーターは出力過電圧保護措置も講じる必要があります, 過電圧による負荷の損傷を防ぐため.

8. 始動特性

インバータが負荷をかけて起動する能力と動的動作のパフォーマンスを特徴付けます。. インバータは定格負荷下で確実に起動することが保証される必要があります.

9. バッテリーの均等充電またはフロート充電ステータスの手動または自動シフトの機能を使用します。均等状態での電流制限充電

トランスフォーマー, フィルタインダクタ, パワーエレクトロニクス機器の電磁スイッチやファンはすべてノイズを発生します。. インバータが正常に動作している場合, 騒音は80dBを超えてはなりません, 小型インバータの騒音は65dBを超えてはなりません.

選択テクニック

インバータの選定, まず第一に、十分な定格容量を考慮すること, 電力要件の最大負荷機器を満たすため. 単体機器を負荷とするインバータの場合, 定格容量の選択は比較的簡単です.

電気機器が純粋な抵抗負荷である場合、または力率が より大きい場合 0.9, インバータの定格容量は 1.1 に 1.15 電気機器の容量の倍. 同時に, インバータには、容量性および誘導性負荷の影響に対する耐性も必要です.

一般誘導負荷用, モーターなどの, 冷蔵庫, エアコン, 洗濯機, ハイパワーウォーターポンプ, NS。, 始めるとき, その瞬発力はもしかしたら 5 ～ 6 定格電力の倍, 現時点では, インバータは大きな瞬間サージに耐えます. この種のシステムの場合, インバータの定格容量には、負荷を確実に起動できるように十分な余裕がある必要があります。. 高性能インバータは、パワーデバイスを損傷することなく、全負荷で何度も連続起動できます。. 自分自身の安全のために, 小型インバータでは、ソフトスタートまたは電流制限スタートを採用する必要がある場合があります。.

設置上の注意とメンテナンス

1. 設置前, インバータは輸送過程で損傷がないかどうかを確認する必要があります.

2, 設置場所の選択において, 周囲の他のパワーエレクトロニクス機器からの干渉がないことを確認する必要があります。.

3. 電気接続前, 必ず不透明な素材を使用して太陽光発電パネルを覆うか、DC 側の回路ブレーカーを外してください。. 日光にさらされる, 太陽電池アレイは危険な電圧を生成します.

4. すべての設置作業は専門の技術者のみが行う必要があります.

5, 太陽光発電システムに使用されているケーブルはしっかりと接続されている必要があります, 優れた絶縁性と適切な仕様.

開発動向

太陽光発電インバータ用, 電力変換効率の向上は永遠のテーマ, しかし、システム効率がますます高くなると、, ほぼ近い 100%, 価格の低下とともに効率がさらに向上します, したがって, 高い効率を維持する方法, 優れた価格競争力を維持できることが現在の重要なテーマです.

インバータ効率向上の取り組みと比較, インバータシステム全体の効率をいかに向上させるかが、太陽エネルギーシステムのもう一つの重要なテーマになりつつあります. 太陽電池アレイ内で, 局所的に2~3%の影が現れる場合, インバータのMPPT機能を使用する場合, 現時点ではシステムの出力電力が悪く、約 20% 力の衰え! 太陽電池モジュールの単一または一部がそのような状況にうまく適応するために, 1対1のMPPTまたは複数のMPPT制御機能の使用は非常に効果的な方法です.

インバーターシステムは系統に接続されているため、, システムが地上に漏洩すると、重大なセキュリティ上の問題が発生します. 加えて, システムの効率を向上させるため, 太陽電池アレイは主に直列に接続され、高い DC 出力電圧で使用されます。. したがって, 電極間に異常が発生したため, 直流アークが発生しやすい. 直流電圧が高いため, アークを消すのは非常に難しい, そして火災を引き起こすのは非常に簡単です. 太陽光発電インバーターシステムの普及により, システムのセキュリティはインバータ技術の重要な部分となる.

加えて, 電力システムはスマートグリッド技術の急速な発展と普及を受け入れています. 太陽光発電などの新エネルギー発電システムが多数系統に接続されている, これはスマートグリッドシステムの安定性に新たな技術的課題をもたらします. より高速なインバータシステムを設計するには, スマートグリッドに正確かつインテリジェントに対応することが、今後の太陽光発電インバータシステムの必須条件となる.

一般的に, インバータ技術の発展はパワーエレクトロニクス技術の発展とともに発展します, マイクロエレクトロニクス技術と現代制御理論. アズ・タイム・ゴーズ・バイ, インバータ技術は高周波化に向けて発展しています, より大きな力, より高い効率とより小さな体積.