Momenteel is het Chinese fotovoltaïsche energiesysteem voornamelijk een gelijkstroomsysteem, waarbij de door de zonnebatterij gegenereerde elektrische energie wordt opgeladen en de batterij rechtstreeks stroom levert aan de verbruiker. Zo zijn bijvoorbeeld het zonne-energiesysteem voor huishoudelijke verlichting in Noordwest-China en het stroomvoorzieningssysteem voor microgolfstations ver van het net allemaal gelijkstroomsystemen. Dit type systeem heeft een eenvoudige structuur en lage kosten. Vanwege de verschillende gelijkspanningen (zoals 12 V, 24 V, 48 V, enz.) is het echter moeilijk om standaardisatie en compatibiliteit van het systeem te bereiken, met name voor civiele elektriciteit, aangezien de meeste wisselstroombelastingen met gelijkstroom worden gebruikt. Het is moeilijk voor de fotovoltaïsche energievoorziening om elektriciteit te leveren en als handelsproduct op de markt te komen. Bovendien zal fotovoltaïsche energieopwekking uiteindelijk netgekoppeld kunnen worden, waarvoor een volwassen marktmodel nodig is. In de toekomst zullen wisselstroomsystemen voor fotovoltaïsche energieopwekking de mainstream van fotovoltaïsche energieopwekking worden.
De eisen van een fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem voor omvormervoeding
Het fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem dat gebruikmaakt van wisselstroom bestaat uit vier onderdelen: een fotovoltaïsch paneel, een laad- en ontlaadregelaar, een accu en een omvormer (een op het net aangesloten energieopwekkingssysteem kan de accu doorgaans sparen), en de omvormer is het belangrijkste onderdeel. Fotovoltaïsche systemen stellen hogere eisen aan omvormers:
1. Hoge efficiëntie is vereist. Vanwege de huidige hoge prijs van zonnecellen is het noodzakelijk om de efficiëntie van de omvormer te verbeteren om het gebruik ervan te maximaliseren en de efficiëntie van het systeem te verbeteren.
2. Hoge betrouwbaarheid is vereist. Momenteel worden fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen voornamelijk gebruikt in afgelegen gebieden, en veel elektriciteitscentrales worden niet beheerd en onderhouden. Dit vereist een redelijke circuitstructuur, een strikte componentselectie en diverse beveiligingsfuncties, zoals beveiliging tegen DC-polariteit in de ingang, kortsluitbeveiliging bij AC-uitgang, oververhittings- en overbelastingsbeveiliging, enz.
3. De DC-ingangsspanning moet een breed aanpassingsbereik hebben. Omdat de accuklemspanning verandert met de belasting en de intensiteit van het zonlicht, fluctueert de accuspanning, hoewel de accu een belangrijke invloed heeft op de accuspanning, met de verandering van de resterende capaciteit en interne weerstand van de accu. Vooral bij veroudering van de accu varieert de klemspanning sterk. De klemspanning van een 12V-accu kan bijvoorbeeld variëren van 10 tot 16 V. Dit vereist dat de omvormer met een hogere DC-spanning werkt. Zorg voor een normale werking binnen het ingangsspanningsbereik en zorg voor een stabiele AC-uitgangsspanning.
4. In fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen met een middelgrote en grote capaciteit moet de output van de omvormer een sinusgolf zijn met minder vervorming. Dit komt doordat in systemen met een middelgrote en grote capaciteit, bij gebruik van blokgolfenergie, de output meer harmonische componenten zal bevatten en hogere harmonischen extra verliezen zullen genereren. Veel fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen zijn uitgerust met communicatie- of instrumentatieapparatuur. Deze apparatuur stelt hogere eisen aan de kwaliteit van het elektriciteitsnet. Wanneer fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen met een middelgrote en grote capaciteit op het elektriciteitsnet worden aangesloten, moet de omvormer ook een sinusgolfstroom afgeven om stroomvervuiling met het openbare net te voorkomen.
De omvormer zet gelijkstroom om in wisselstroom. Als de gelijkspanning laag is, wordt deze versterkt door een wisselstroomtransformator om een standaard wisselspanning en -frequentie te verkrijgen. Bij omvormers met een grote capaciteit is er, vanwege de hoge DC-busspanning, over het algemeen geen transformator nodig om de wisselspanning te verhogen tot 220 V. Bij omvormers met een middelgrote en kleine capaciteit is de DC-spanning relatief laag, bijvoorbeeld 12 V. Voor 24 V moet een boostcircuit worden ontworpen. Omvormers met een middelgrote en kleine capaciteit omvatten over het algemeen push-pull-omvormercircuits, full-bridge-omvormercircuits en hoogfrequente boost-omvormercircuits. Push-pull-circuits verbinden de neutrale stekker van de boosttransformator met de positieve voeding en twee eindbuizen. Wisselstroom levert wisselstroom, omdat de vermogenstransistoren zijn aangesloten op de gemeenschappelijke aarde, de aandrijf- en regelcircuits eenvoudig zijn en de transformator een bepaalde lekinductantie heeft, kan deze de kortsluitstroom beperken, wat de betrouwbaarheid van het circuit verbetert. Het nadeel is dat de transformatorbenutting laag is en dat de mogelijkheid om inductieve belastingen aan te sturen beperkt is.
De volledige-brug-inverterschakeling overwint de tekortkomingen van de push-pull-schakeling. De vermogenstransistor past de pulsbreedte van de uitgang aan en de effectieve waarde van de wisselspanning verandert dienovereenkomstig. Omdat de schakeling een vrijlooplus heeft, zal de golfvorm van de uitgangsspanning, zelfs bij inductieve belastingen, niet vervormd raken. Het nadeel van deze schakeling is dat de vermogenstransistoren van de bovenste en onderste armen de aarde niet delen, waardoor een apart stuurcircuit of een geïsoleerde voeding nodig is. Om gemeenschappelijke geleiding van de bovenste en onderste brugarm te voorkomen, moet bovendien een schakeling worden ontworpen die kan worden uitgeschakeld en vervolgens weer ingeschakeld, dat wil zeggen dat er een dode tijd moet worden ingesteld, en is de schakelingsstructuur complexer.
De uitgang van het push-pull circuit en het full-bridge circuit moet een step-up transformator toevoegen. Omdat de step-up transformator groot van formaat, laag in efficiëntie en duurder is, wordt met de ontwikkeling van vermogenselektronica en micro-elektronica technologie hoogfrequente step-up conversietechnologie gebruikt om een omgekeerde omvormer te bereiken. Dit kan een omvormer met een hoge vermogensdichtheid realiseren. Het front-stage boost circuit van dit omvormercircuit maakt gebruik van een push-pull structuur, maar de werkfrequentie ligt boven 20 kHz. De boost transformator maakt gebruik van hoogfrequent magnetisch kernmateriaal, waardoor hij klein van formaat en licht in gewicht is. Na hoogfrequente inversie wordt deze omgezet in hoogfrequente wisselstroom via een hoogfrequent transformator, en vervolgens wordt hoogspanningsgelijkstroom (meestal boven 300 V) verkregen via een hoogfrequent gelijkrichterfiltercircuit, en vervolgens geïnverteerd via een frequentieomvormercircuit.
Met deze schakelingsstructuur wordt het vermogen van de omvormer aanzienlijk verbeterd, wordt het nullastverlies van de omvormer overeenkomstig verminderd en wordt de efficiëntie verbeterd. Het nadeel van de schakeling is dat deze complex is en de betrouwbaarheid lager is dan bij de twee bovengenoemde schakelingen.
Regelcircuit van invertercircuit
De hoofdcircuits van de bovengenoemde omvormers moeten allemaal worden gerealiseerd door een regelcircuit. Over het algemeen zijn er twee regelmethoden: blokgolf en positieve en zwakke golf. Het voedingscircuit van de omvormer met blokgolfuitgang is eenvoudig, goedkoop, maar heeft een laag rendement en veel harmonische componenten. Sinusgolfuitgang is de trend in ontwikkeling bij omvormers. Met de ontwikkeling van micro-elektronica zijn ook microprocessoren met PWM-functies op de markt gekomen. Daarom is de omvormertechnologie voor sinusgolfuitgangen volwassen geworden.
1. Omvormers met een blokgolfuitgang maken momenteel meestal gebruik van geïntegreerde schakelingen met pulsbreedtemodulatie, zoals de SG 3525, TL 494, enzovoort. De praktijk heeft uitgewezen dat het gebruik van SG3525-schakelingen en het gebruik van vermogens-FET's als schakelende vermogenscomponenten relatief hoge prestaties en een lage prijs kan opleveren. Omdat de SG3525 vermogens-FET's direct kan aansturen en beschikt over een interne referentiebron, operationele versterker en onderspanningsbeveiliging, is het randcircuit zeer eenvoudig.
2. De geïntegreerde schakeling voor inverterbesturing met sinusgolfuitgang kan worden aangestuurd door een microprocessor, zoals de 80 C 196 MC, geproduceerd door INTEL Corporation en Motorola Company. De MP 16 en PI C 16 C 73, geproduceerd door MI-CRO CHIP Company, enz. Deze single-chip computers hebben meerdere PWM-generatoren en kunnen de bovenste en bovenste brugarmen instellen. Gebruik tijdens de dode tijd de 80 C 196 MC van INTEL om het sinusgolfuitgangscircuit te realiseren, de 80 C 196 MC om de sinusgolfsignaalgeneratie te voltooien en de AC-uitgangsspanning te detecteren om spanningsstabilisatie te bereiken.
Selectie van stroomapparaten in het hoofdcircuit van de omvormer
De keuze van de belangrijkste vermogenscomponenten van deomvormeris erg belangrijk. Momenteel zijn de meest gebruikte vermogenscomponenten Darlington-vermogenstransistoren (BJT), vermogensveldeffecttransistoren (MOS-F ET), geïsoleerde gate-transistoren (IGB). T) en turn-off thyristors (GTO's), enz. De meest gebruikte componenten in laagspanningssystemen met een kleine capaciteit zijn MOS FET's, omdat MOS FET's een lagere spanningsval in ingeschakelde toestand en hogere De schakelfrequentie van IG BT's wordt over het algemeen gebruikt in hoogspannings- en grote capaciteitssystemen. Dit komt doordat de weerstand in ingeschakelde toestand van MOS FET's toeneemt met de spanning, en IG BT's hebben in systemen met een gemiddelde capaciteit een groter voordeel, terwijl in systemen met een supergrote capaciteit (boven 100 kVA) GTO's over het algemeen als vermogenscomponenten worden gebruikt.
Geplaatst op: 21-10-2021
