Kort fortalt kan arbeidsprosessen til en PV-omformer deles inn i tre kjernetrinn:kraftsamling og optimalisering, DC-AC-konvertering, ognetttilpasning-tilkoblet/av-nett. Følgende er en detaljert oversikt fra perspektivene til grunnleggende prinsipper, kjernemoduler og nøkkelteknologier:
I. Kjernearbeidsmål
Utgangsegenskapene til PV-moduler er svært følsomme for belysning og temperatur, og presenterer et ikke-lineært forhold mellom utgangsspenning og strøm. Dessuten kan den direkte genererte DC-kraften ikke kobles direkte til strømnettet eller drive konvensjonelle AC-belastninger. Derfor må omformeren oppnå to hovedmål:
Maksimer kraftuttaket: Spor det maksimale utgangspunktet for PV-moduler i sanntid gjennom MPPT-teknologi for å forbedre kraftgenereringseffektiviteten så mye som mulig.
Bølgeform og synkronisering: Konverter likestrøm til sinusformet vekselstrøm som oppfyller nettstandarder (med konsekvent spenning, frekvens og fase med strømnettet) for å sikre nett-tilkoblet sikkerhet eller stabil drift av belastninger utenfor-nettet.
II. Grunnleggende arbeidsprosess for fotovoltaiske omformere
Tar de vanligstenetttilkoblede PV-omformere-for eksempel kan den overordnede arbeidsprosessen deles inn i fire trinn:
Trinn 1: DC-inngang og -filtrering (DC-sidebehandling)
DC-effekten fra de serie-/parallellkoblede-PV-modulene er ikke helt stabil, med spenningsbølger og strømsvingninger forårsaket av endringer i belysningen og forskjeller i modulkarakteristikk.
Omformeren kobles først til DC-strømmen gjennom enDC sikring(for overstrømsbeskyttelse) og enDC overspenningsavleder(for overspenningsvern).
Deretter en filterkrets som består avDC filter kondensatorer/induktorerbrukes til å jevne ut fluktuasjonene i DC-spenningen, og gir en stabil DC-inngang for det påfølgende konverteringstrinnet.
Trinn 2: Maksimal Power Point Tracking (MPPT)
Dette er et nøkkelledd for omformeren for å forbedre kraftgenereringseffektiviteten. Kjerneprinsippet er å oppdage utgangsspenningen og strømmen til PV-moduler i sanntid gjennomkontrollalgoritmer, beregne gjeldende utgangseffekt, og dynamisk juster DC-inngangsspenningen til omformeren for å holde PV-modulene i drift på punktet med maksimal effekt til enhver tid.
Vanlige MPPT-algoritmer: Perturbasjon og observasjon (P&O), inkrementell konduktans (INC). Blant dem har den inkrementelle konduktansmetoden høyere presisjon og er egnet for scenarier med raske belysningsendringer.
Gjennomføringsmetode: Juster likespenningen gjennom aDC-DC-omformer(for eksempel en Boost step-up-krets). Når utgangsspenningen til PV-moduler er lav, øker Boost-kretsen den til en DC-bussspenning som er egnet for inversjon (f.eks. en 380V DC-buss tilsvarende en 380V AC-utgang).
Trinn 3: DC-AC-konvertering (kjerneinversjonsstadiet)
Dette er kjernefunksjonen til omformeren, som i hovedsak konverterer stabil likestrøm til vekselstrøm som ligner på en sinusbølge gjennom høy-på-av-driften tilkraftelektroniske koblingsenheter. I henhold til forskjellige topologiske strukturer er den hovedsakelig delt inn ienkeltfaseomformere.-(for sivile-lavstrømsapplikasjoner) ogtre-faseomformere(for industrielle og kommersielle applikasjoner med høy-effekt), med konsekvente kjerneprinsipper:
Bytte enheter: Isolerte gate bipolare transistorer (IGBT-er) eller metall-oksid-halvlederfelt-effekttransistorer (MOSFET-er) tas i bruk, som er "elektroniske brytere" for strømkonvertering og kan fullføre på-av-kontroll innen mikrosekunder.
Inverter bro topologi: Den mest brukte erfull-bro-omformerkrets(med 4 bytteenheter for en-fase og 6 for tre-fase). Ta den enfasede full-brokretsen som et eksempel:
Kontrolleren gir utPulse Width Modulation (PWM)-signalerfor å kontrollere på-av-sekvensen og driftssyklusen til de 4 IGBT-ene.
Ved å justere pulsbredden filtreres "firkantbølgepulstog"-utgangen fra svitsjeenhetene for å danne vekselstrøm nær en sinusbølge.
AC-filtrering: Vekselstrømmen etter inversjon inneholder-høyfrekvente harmoniske, som må filtreres ut av enLC-filterkretssammensatt av AC-filterinduktorer og kondensatorer for å oppnå ren sinusformet vekselstrøm.
Trinn 4: Nett-tilkoblet/av-netttilpasning og beskyttelse (AC-sidebehandling)
1. Nett-tilkoblede omformere: Synkronisering og netttilkobling
Hvis omformeren brukes til netttilkoblet-strømgenerering, er det nødvendig å sørge for at utgangsvekselstrømmen eri samme frekvens, fase og spenningsom strømnettet:
Sanntid-registrer spenningsfrekvensen og fasen til strømnettet gjennomPhase-Locked Loop (PLL)-teknologi, juster fasen og frekvensen til vekselstrømutgangen fra omformeren, og oppnå nøyaktig synkronisering med strømnettet.
Koble til strømnettet gjennom enAC kontaktor, og sikre netttilkoblet sikkerhet gjennomøyvern, overspennings-/underspenningsvern, overstrømsvern, frekvensvern, etc. (f.eks. når strømnettet er ute av strøm, må omformeren slutte å virke umiddelbart for å forhindre at "øyeffekten" setter vedlikeholdspersonell i fare).
2. Av-nettomformere: Direkte strømforsyning
Hvis omformeren brukes i et-nettsystem (f.eks. fotovoltaisk strømforsyning i avsidesliggende områder), tilføres den filtrerte sinusformede vekselstrømmen direkte til belastningene (f.eks. husholdningsapparater, industrielt utstyr). I mellomtiden kan den kombineres med energilagringsbatterier for å oppnå stabil spenningsregulering.
III. Hovedtyper av fotovoltaiske omformere og topologiske forskjeller
Ulike typer omformere har små forskjeller i topologien til inversjonstrinnet og er egnet for forskjellige scenarier:
Sentrale omformere(høy-effekt, for industriell/kommersiell bruk og solcelleanlegg):
Adopterestrømfrekvenstransformator/høyfrekvenstransformator-topologi. Noen transformatorløse (ikke-isolerte) typer oppnår isolasjon gjennom kondensatorer, med kraft som når flere megawatt. De er preget av høy integrasjon og praktisk drift og vedlikehold.
String-invertere(middels og liten strøm, for husholdningsbruk og distribuerte solcelleanlegg):
Hver PV-streng er utstyrt med en uavhengig MPPT-kontroller, og inverteringstrinnet tar i bruk en full-brotopologi. Den kan spore det maksimale kraftpunktet til hver streng uavhengig, tilpasse seg belysningsforskjeller mellom forskjellige strenger (f.eks. skyggelegging).
Mikroinvertere(lav-strøm, for husholdnings solcelleanlegg):
Direkte installert på baksiden av PV-moduler, med én mikroinverter som tilsvarer én modul, og realiserer "modul-nivåinversjon". Den har høyeste MPPT-presisjon og er egnet for komplekse belysningsmiljøer.
IV. Viktige tekniske indikatorer og ytelseseffekter
Inversjonseffektivitet: Høy-kvalitetsomformere kan oppnå en maksimal effektivitet på over 98 % (europeisk effektivitet), som hovedsakelig avhenger av ledningstapet til bytteenheter og sporingspresisjonen til MPPT.
Total harmonisk forvrengning (THD): Netttilkoblede-omformere krever THD mindre enn eller lik 5 %. Jo lavere THD, desto renere er utgangssinusbølgen og jo mindre interferens til strømnettet.
MPPT effektivitet: Generelt kreves det å være større enn eller lik 99 %, noe som direkte påvirker den totale kraftproduksjonen til det solcelleanlegget.
Sammendrag
Essensen av en PV-omformer er årealisere kraftformkonvertering gjennom-høyfrekvensmodulering med kraftelektroniske svitsjeenheter som kjernen, samtidig som man oppnår strømoptimalisering og netttilpasning gjennom kontrollalgoritmer. Kjernen i arbeidsprinsippet ligger i:realisere strømoptimalisering gjennom DC-DC-omformere, oppnå DC-AC-konvertering gjennom PWM-modulerte inverterbroer, og sikre sikker nettforbindelse gjennom fase-låste sløyfer og beskyttelseskretser. Denne prosessen utnytter ikke bare de raske svitsjekarakteristikkene til kraftelektronisk teknologi, men kombinerer også den nøyaktige reguleringen av kontrollteori, og fungerer som et nøkkelledd for effektiv utnyttelse av kraft i solcelleanlegg.
