Aus dem Artikel das Funktionsprinzip von Photovoltaik-Wechselrichtern zu verstehen!

Funktionsprinzip und Eigenschaften Funktionsprinzip: Das Herzstück des Wechselrichtergeräts ist der Wechselrichterschaltkreis, kurz Wechselrichterstromkreis genannt. Diese Schaltung vervollständigt die Funktion des Wechselrichters durch Ein- und Ausschalten des elektronischen Leistungsschalters. Eigenschaften: (1) Hohe Effizienz ist erforderlich. Aufgrund des hohen Preises von Solarzellen müssen wir versuchen, den Wirkungsgrad des Wechselrichters zu verbessern, um die Nutzung von Solarzellen zu maximieren und die Systemeffizienz zu verbessern. (2) Es ist eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich. Derzeit werden Photovoltaik-Kraftwerksanlagen hauptsächlich in abgelegenen Gebieten eingesetzt. Viele Kraftwerke sind unbeaufsichtigt und werden gewartet. Dies erfordert von Wechselrichtern eine angemessene Schaltungsstruktur, eine strenge Komponentenauswahl und verschiedene Schutzfunktionen von Wechselrichtern, wie z Spannung ist erforderlich, um einen großen Anpassungsbereich zu haben. Denn die Klemmenspannung der Solarzelle ändert sich mit der Belastung und der Intensität des Sonnenlichts. Besonders wenn die Batterie altert, variiert ihre Klemmenspannung stark. Beispielsweise kann die Klemmenspannung einer 12-V-Batterie von 10 V bis 16 V variieren, was erfordert, dass der Wechselrichter einen normalen Betrieb innerhalb eines größeren DC-Eingangsspannungsbereichs gewährleistet.

Klassifizierung von Photovoltaik-Wechselrichtern Es gibt viele Methoden zur Klassifizierung von Wechselrichtern, zum Beispiel: nach der Anzahl der Phasen der Wechselrichterausgangswechselspannung kann diese in einphasige Wechselrichter und dreiphasige Wechselrichter unterteilt werden; entsprechend den im Wechselrichter verwendeten Halbleiterbauelementen Die verschiedenen Typen können in Transistor-Wechselrichter, Thyristor-Wechselrichter und abschaltbare Thyristor-Wechselrichter unterteilt werden. Nach dem Prinzip der Wechselrichterschaltung kann sie in selbsterregte Oszillationsinverter, Stufenwellenüberlagerungsinverter und Pulsweitenmodulationsinverter unterteilt werden. Je nach Anwendung im netzgekoppelten System oder Inselsystem kann es in netzgekoppelte Wechselrichter und Inselnetz-Wechselrichter unterteilt werden. Um Photovoltaik-Anwendern die Auswahl von Wechselrichtern zu erleichtern, erfolgt die Einteilung lediglich nach den unterschiedlichen Einsatzfällen der Wechselrichter.

1. Zentralwechselrichter Bei der Zentralwechselrichtertechnologie werden mehrere parallele Photovoltaik-Strings an die DC-Eingangsseite desselben Zentralwechselrichters angeschlossen. Im Allgemeinen werden dreiphasige IGBT-Leistungsmodule für hohe Leistung und die Verwendung von Feldeffekttransistoren mit geringer Leistung verwendet, während der DSP-Umwandlungsregler verwendet wird, um die Qualität der erzeugten elektrischen Energie zu verbessern, wodurch sie im Allgemeinen dem Sinuswellenstrom sehr nahe kommt im System von großen Photovoltaik-Kraftwerken (>10kW) verwendet. Das größte Merkmal ist die hohe Leistung und die geringen Kosten des Systems. Da jedoch die Ausgangsspannung und der Strom verschiedener Photovoltaik-Strings oft nicht vollständig aufeinander abgestimmt sind (insbesondere wenn die Photovoltaik-Strings aufgrund von Bewölkung, Schatten, Flecken usw. teilweise verschattet sind), wird eine zentrale Inversion verwendet. Die Änderungsmethode führt zu einer Verringerung der Effizienz des Wechselrichterprozesses und einer Verringerung der Energie der Stromverbraucher. Gleichzeitig wird die Stromerzeugungssicherheit der gesamten Photovoltaikanlage durch den schlechten Betriebszustand einer Photovoltaikanlagengruppe beeinträchtigt. Die neueste Forschungsrichtung ist der Einsatz von Raumvektor-Modulationssteuerung und die Entwicklung neuer Wechselrichtertopologieverbindungen, um einen hohen Wirkungsgrad unter Teillastbedingungen zu erzielen.

2. String-Wechselrichter String-Wechselrichter basieren auf dem modularen Konzept. Jeder Photovoltaik-String (1-5 kW) durchläuft einen Wechselrichter und hat am DC-Ende eine Nachführung der maximalen Leistungsspitze. Parallel- und Netzanschluss haben sich zum beliebtesten Wechselrichter auf dem internationalen Markt entwickelt. Viele große Photovoltaik-Kraftwerke verwenden String-Wechselrichter. Der Vorteil besteht darin, dass es nicht von Modulunterschieden und Verschattungen zwischen den Strings beeinflusst wird und gleichzeitig die Fehlanpassung zwischen dem optimalen Arbeitspunkt des Photovoltaikmoduls und des Wechselrichters verringert und dadurch die Stromerzeugung erhöht wird. Diese technischen Vorteile reduzieren nicht nur die Kosten des Systems, sondern erhöhen auch die Zuverlässigkeit des Systems. Gleichzeitig wird das Konzept des "Master-Slave" zwischen den Strings eingeführt, wodurch das System mehrere PV-Strings miteinander verbindet und einen oder mehrere von ihnen arbeiten lässt, wenn ein einzelner String mit elektrischer Energie einen einzelnen Wechselrichter nicht zum Laufen bringen kann. , Um mehr Strom zu produzieren. Das neueste Konzept besteht darin, dass mehrere Wechselrichter ein „Team“ bilden, um das „Master-Slave“-Konzept abzulösen, was die Zuverlässigkeit des Systems noch einen Schritt weiter macht. Aktuell haben transformatorlose Stringwechselrichter die Nase vorn.

3. Mikro-Wechselrichter Bei herkömmlichen PV-Systemen wird der DC-Eingang jedes String-Wechselrichters mit etwa 10 Photovoltaikmodulen in Reihe geschaltet. Wenn eines der 10 in Reihe geschalteten Panels nicht richtig funktioniert, ist dieser String betroffen. Wenn der Wechselrichter denselben MPPT für mehrere Eingänge verwendet, wird auch jeder Eingang beeinflusst, wodurch der Wirkungsgrad der Stromerzeugung stark reduziert wird. In praktischen Anwendungen verursachen verschiedene Schutzfaktoren wie Wolken, Bäume, Schornsteine, Tiere, Staub, Eis und Schnee die oben genannten Faktoren, und die Situation ist sehr häufig. In der PV-Anlage des Mikro-Wechselrichters ist jedes Panel mit einem Mikro-Wechselrichter verbunden. Wenn eines der Panels nicht richtig funktioniert, ist nur dieses betroffen. Alle anderen Photovoltaikmodule laufen im besten Betriebszustand, wodurch das Gesamtsystem effizienter wird und mehr Strom erzeugt. In der Praxis führt ein Ausfall des String-Wechselrichters dazu, dass die Module mit mehreren Kilowatt ausfallen, und die Auswirkungen des Ausfalls des Mikro-Wechselrichters sind recht gering.

4. Leistungsoptimierer Die Installation eines Leistungsoptimierers (OptimizEr) in der Solarstromerzeugungsanlage kann den Umwandlungswirkungsgrad erheblich verbessern und die Wechselrichterfunktion (Inverter) vereinfachen, um Kosten zu senken. Um ein intelligentes Solarstromerzeugungssystem zu realisieren, kann der Leistungsoptimierer des Geräts sicherstellen, dass jede Solarzelle die beste Leistung erbringt und den Batterieverbrauchsstatus jederzeit überwachen. Der Leistungsoptimierer ist ein Gerät zwischen dem Stromerzeugungssystem und dem Wechselrichter. Die Hauptaufgabe besteht darin, die ursprüngliche Best-Power-Point-Tracking-Funktion des Wechselrichters zu ersetzen. Der Leistungsoptimierer verwendet Analogie, um extrem schnelle Best-Power-Point-Tracking-Scans durchzuführen, indem die Schaltung vereinfacht wird und eine einzelne Solarzelle entspricht einem Leistungsoptimierer, sodass jede Solarzelle tatsächlich das beste Power-Point-Tracking erreichen kann Batteriestatus jederzeit und überall durch Einsetzen eines Kommunikationschips, melden Sie Probleme in Echtzeit und ermöglichen Sie dem zuständigen Personal, sie so schnell wie möglich zu reparieren. Die Funktion des Photovoltaik-Wechselrichters Der Wechselrichter hat nicht nur die Funktion der Direkt-Wechselstrom-Wandlung, sondern auch die Funktion, die Leistung der Solarzelle zu maximieren und die Funktion des Systemausfallschutzes. Zusammengefasst gibt es automatische Betriebs- und Abschaltfunktionen, Maximum Power Tracking Control-Funktion, Anti-Single-Operation-Funktion (für netzgekoppelte Systeme), automatische Spannungsanpassungsfunktion (für netzgekoppelte Systeme), DC-Erkennungsfunktion (für netzgekoppelte Systeme) System), DC-Erdungserkennungsfunktion (für netzgekoppelte Systeme). Hier ist eine kurze Einführung in die automatischen Betriebs- und Abschaltfunktionen und die Funktion zur Nachführung der maximalen Leistung.

(1) Automatische Betriebs- und Abschaltfunktion Nach Sonnenaufgang am Morgen nimmt die Sonneneinstrahlung allmählich zu und auch die Leistung der Solarbatterie steigt. Wenn die vom Wechselrichter benötigte Ausgangsleistung erreicht ist, nimmt der Wechselrichter automatisch den Betrieb auf. Nach der Inbetriebnahme überwacht der Wechselrichter jederzeit die Leistung der Solarzellenkomponenten. Solange die Ausgangsleistung der Solarzellenkomponenten größer ist als die vom Wechselrichter benötigte Ausgangsleistung, läuft der Wechselrichter weiter; es wird bis zum Sonnenuntergang anhalten, auch wenn es bewölkt oder regnerisch ist. Der Wechselrichter kann auch betrieben werden. Wenn die Leistung des Solarzellenmoduls kleiner wird und die Leistung des Wechselrichters sich 0 nähert, geht der Wechselrichter in einen Standby-Zustand über.

(2) Maximalleistungs-Tracking-Steuerungsfunktion Die Leistung des Solarzellenmoduls variiert mit der Intensität der Sonneneinstrahlung und der Temperatur des Solarzellenmoduls selbst (Chiptemperatur). Da das Solarzellenmodul außerdem die Eigenschaft hat, dass die Spannung mit steigendem Strom abnimmt, gibt es einen optimalen Arbeitspunkt, der die maximale Leistung erzielen kann. Die Intensität der Sonneneinstrahlung ändert sich und natürlich ändert sich auch der beste Arbeitspunkt. Bezogen auf diese Änderungen liegt der Arbeitspunkt des Solarzellenmoduls immer am Maximalleistungspunkt und das System bezieht immer die maximale Leistungsabgabe aus dem Solarzellenmodul. Diese Art der Steuerung ist die Steuerung zur Verfolgung der maximalen Leistung. Das größte Merkmal des Wechselrichters, der im Solarstromerzeugungssystem verwendet wird, ist, dass er die Funktion des Maximum Power Point Tracking (MPPT) umfasst.

Die wichtigsten technischen Indikatoren von Photovoltaik-Wechselrichtern

1. Die Stabilität der Ausgangsspannung In einer Photovoltaikanlage wird die von der Solarzelle erzeugte elektrische Energie zunächst in der Batterie gespeichert und dann über den Wechselrichter in 220V oder 380V Wechselstrom umgewandelt. Die Batterie wird jedoch durch ihr eigenes Laden und Entladen beeinflusst und ihre Ausgangsspannung variiert stark. Beispielsweise kann die Nennspannung der 12-V-Batterie zwischen 10,8 und 14,4 V liegen (eine Überschreitung dieses Bereichs kann zu einer Beschädigung der Batterie führen). Wenn sich bei einem qualifizierten Wechselrichter die Eingangsklemmenspannung innerhalb dieses Bereichs ändert, sollte die Änderung seiner stationären Ausgangsspannung Plusmn nicht überschreiten; 5% des Nennwertes. Gleichzeitig sollte bei einer plötzlichen Laständerung die Abweichung der Ausgangsspannung nicht mehr als ± 10 % des Nennwertes betragen.

2. Wellenformverzerrung der Ausgangsspannung Bei Sinuswellen-Wechselrichtern sollte die maximal zulässige Wellenformverzerrung (oder Oberwellengehalt) angegeben werden. Normalerweise ausgedrückt durch die gesamte Wellenformverzerrung der Ausgangsspannung, sollte ihr Wert 5 % nicht überschreiten (einphasiger Ausgang erlaubt 10 %). Da der vom Wechselrichter ausgegebene Oberwellenstrom höherer Ordnung zusätzliche Verluste wie Wirbelströme an der induktiven Last erzeugt, führt eine zu große Verzerrung der Wechselrichterwellenform zu einer starken Erwärmung der Lastkomponenten, die der Sicherheit nicht förderlich ist von elektrischen Geräten und beeinträchtigt die Betriebseffizienz des Systems ernsthaft. 3. Nennausgangsfrequenz Bei Lasten mit Motoren, wie Waschmaschinen, Kühlschränken usw., führt eine zu hohe oder zu niedrige Frequenz zu einer Erwärmung des Geräts, da der beste Frequenzarbeitspunkt des Motors 50 Hz beträgt, und verringert die Betriebseffizienz und Lebensdauer des Systems. Daher sollte die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters ein relativ stabiler Wert sein, normalerweise 50 Hz, und ihre Abweichung sollte unter normalen Arbeitsbedingungen innerhalb von Plusmn;1 % liegen.

4. Der Lastleistungsfaktor stellt die Fähigkeit des Wechselrichters dar, induktive oder kapazitive Lasten zu tragen. Der Lastleistungsfaktor des Sinus-Wechselrichters beträgt 0,7 bis 0,9 und der Nennwert beträgt 0,9. Bei einer bestimmten Lastleistung erhöht sich bei niedrigem Leistungsfaktor des Wechselrichters die benötigte Leistung des Wechselrichters. Einerseits steigen die Kosten und die Scheinleistung des Wechselstromkreises der Photovoltaikanlage wird steigen. Mit steigendem Strom werden die Verluste unweigerlich zunehmen und auch die Systemeffizienz sinkt.

5. Wechselrichterwirkungsgrad Der Wirkungsgrad eines Wechselrichters bezieht sich auf das Verhältnis seiner Ausgangsleistung zu seiner Eingangsleistung unter festgelegten Arbeitsbedingungen, ausgedrückt in Prozent. Im Allgemeinen bezieht sich der Nennwirkungsgrad eines Photovoltaik-Wechselrichters auf eine rein ohmsche Last. , Effizienz bei 80 % Last. Da die Gesamtkosten der Photovoltaikanlage relativ hoch sind, sollen der Wirkungsgrad des Photovoltaikwechselrichters maximiert, die Systemkosten gesenkt und die Kostenleistung der Photovoltaikanlage verbessert werden. Derzeit liegt der Nennwirkungsgrad von Mainstream-Wechselrichtern zwischen 80 % und 95 %, und der Wirkungsgrad von Low-Power-Wechselrichtern muss mindestens 85 % betragen. Bei der eigentlichen Auslegung der Photovoltaikanlage sollte nicht nur der hocheffiziente Wechselrichter ausgewählt, sondern auch die sinnvolle Konfiguration der Anlage gewählt werden, damit die Photovoltaiklast möglichst nahe am besten Wirkungsgrad arbeitet.

6. Nennausgangsstrom (oder Nennausgangskapazität)

Zeigt den Nennausgangsstrom des Wechselrichters innerhalb des angegebenen Leistungsfaktorbereichs der Last an. Einige Wechselrichterprodukte geben die Nennausgangsleistung an und die Einheit wird in VA oder kVA angegeben. Die Nennkapazität des Wechselrichters ist, wenn der Ausgangsleistungsfaktor 1 ist (dh reine ohmsche Last), die Nennausgangsspannung ist das Produkt des Nennausgangsstroms. 7. Schutzmaßnahmen Ein Wechselrichter mit hervorragender Leistung sollte auch über vollständige Schutzfunktionen oder Maßnahmen zum Umgang mit verschiedenen anormalen Situationen während des tatsächlichen Gebrauchs verfügen, um den Wechselrichter selbst und andere Komponenten der Anlage vor Schäden zu schützen. (1) Eingangsunterspannungsschutz: Wenn die Eingangsspannung weniger als 85% der Nennspannung beträgt, sollte der Wechselrichter geschützt und angezeigt werden. (2) Eingangsüberspannungsschutz: Wenn die Eingangsspannung über 130% der Nennspannung liegt, sollte der Wechselrichter geschützt und angezeigt werden. (3) Überstromschutz: Der Überstromschutz des Wechselrichters sollte in der Lage sein, rechtzeitig einzugreifen, wenn die Last kurzgeschlossen wird oder der Strom den zulässigen Wert überschreitet, um ihn vor Schäden durch Stoßströme zu schützen. Wenn der Arbeitsstrom 150 % des Nennwertes überschreitet, sollte der Wechselrichter automatisch schützen können. (4) Die Einwirkzeit des Wechselrichterkurzschlussschutzes des Ausgangskurzschlussschutzes sollte 0,5s nicht überschreiten. (5) Eingangs-Verpolungsschutz: Wenn die positiven und negativen Eingangsklemmen vertauscht sind, sollte der Wechselrichter eine Schutzfunktion und ein Display haben. (6) Blitzschutz: Der Wechselrichter sollte über einen Blitzschutz verfügen.

(7) Übertemperaturschutz usw. Bei Wechselrichtern ohne Spannungsstabilisierungsmaßnahmen sollte der Wechselrichter außerdem über Überspannungsschutzmaßnahmen am Ausgang verfügen, um die Last vor Schäden durch Überspannung zu schützen. 8. Das Anlaufverhalten stellt die Anlauffähigkeit des Wechselrichters unter Last und sein Verhalten im dynamischen Betrieb dar. Der Wechselrichter soll unter Nennlast zuverlässig starten. 9. Geräusche: Transformatoren, Filterspulen, elektromagnetische Schalter, Lüfter und andere Komponenten in leistungselektronischen Geräten erzeugen Geräusche. Im Normalbetrieb des Wechselrichters sollte sein Rauschen 80 dB nicht überschreiten, und das Rauschen eines kleinen Wechselrichters sollte 65 dB nicht überschreiten. Auswahlkompetenz Bei der Auswahl von Wechselrichtern muss zunächst berücksichtigt werden, dass eine ausreichende Nennleistung vorhanden ist, um die Anforderungen der Geräte an die elektrische Leistung unter maximaler Last zu erfüllen. Bei einem Wechselrichter mit einem einzelnen Gerät als Last ist die Auswahl seiner Nennleistung relativ einfach. Wenn die elektrische Ausrüstung eine reine ohmsche Last ist oder der Leistungsfaktor größer als 0,9 ist, wird die Nennkapazität des Wechselrichters auf das 1,1- bis 1,15-fache der Kapazität der elektrischen Ausrüstung gewählt. Gleichzeitig sollte der Wechselrichter auch kapazitiven und induktiven Lasten standhalten. Bei allgemeinen induktiven Lasten wie Motoren, Kühlschränken, Klimaanlagen, Waschmaschinen, Hochleistungs-Wasserpumpen usw. kann die Momentanleistung beim Starten das 5- bis 6-fache der Nennleistung betragen. Zu diesem Zeitpunkt hält der Wechselrichter eine große Momentanleistung aus. Anstieg. Bei solchen Systemen sollte die Nennkapazität des Wechselrichters ausreichend Spielraum haben, um einen zuverlässigen Start der Last zu gewährleisten und den Hochleistungs-Wechselrichter viele Male unter Volllast starten zu können, ohne die Leistungsgeräte zu beschädigen. Aus Sicherheitsgründen müssen kleine Umrichter manchmal einen Sanftanlauf oder einen strombegrenzenden Start verwenden. Vorsichtsmaßnahmen bei der Installation und Wartung

1. Prüfen Sie vor der Installation, ob der Wechselrichter beim Transport beschädigt wurde.

2. Bei der Wahl des Aufstellungsortes ist darauf zu achten, dass keine Störungen durch andere leistungselektronische Geräte in der Umgebung auftreten.

3. Verwenden Sie vor dem Herstellen der elektrischen Anschlüsse undurchsichtige Materialien, um die Photovoltaikmodule abzudecken oder den DC-seitigen Schutzschalter zu trennen. Bei Sonneneinstrahlung erzeugen Photovoltaik-Arrays gefährliche Spannungen.

4. Alle Installationsarbeiten dürfen nur von professionellem und technischem Personal durchgeführt werden.

5. Die im Stromerzeugungssystem der Photovoltaikanlage verwendeten Kabel müssen fest angeschlossen, gut isoliert und entsprechend spezifiziert sein. Entwicklungstrend Für Solarwechselrichter ist die Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrads von Strom ein ewiges Thema, aber wenn der Wirkungsgrad des Systems immer höher wird und sich fast 100 % nähert, werden weitere Effizienzsteigerungen mit geringeren Kosten einhergehen. Daher wird die Aufrechterhaltung einer hohen Effizienz und einer guten preislichen Wettbewerbsfähigkeit derzeit ein wichtiges Thema sein. Im Vergleich zu den Bestrebungen, den Wirkungsgrad von Wechselrichtern zu verbessern, wird die Effizienzsteigerung des gesamten Wechselrichtersystems nach und nach zu einem weiteren wichtigen Thema für Solaranlagen. Bei einer Solaranlage, wenn ein Teilschatten von 2~3% der Fläche erscheint, wird bei einem Wechselrichter mit MPPT-Funktion bei schlechter Ausgangsleistung des Systems sogar ein Leistungsabfall von etwa 20% auftreten! Um sich an solche Situationen besser anzupassen, ist es sehr effektiv, Eins-zu-Eins-MPPT- oder mehrere MPPT-Steuerungsfunktionen für einzelne oder partielle Solarmodule zu verwenden. Da sich das Wechselrichtersystem im Zustand des netzgekoppelten Betriebs befindet, führt die Leckage des Systems zum Boden zu ernsthaften Sicherheitsproblemen; Um die Effizienz des Systems zu verbessern, werden außerdem die meisten Solarzellen in Reihe geschaltet, um eine hohe DC-Ausgangsspannung zu bilden; Aufgrund des Auftretens von anormalen Bedingungen zwischen den Elektroden ist es leicht, einen Gleichstromlichtbogen zu erzeugen. Aufgrund der hohen Gleichspannung ist das Löschen des Lichtbogens sehr schwierig und es kommt sehr leicht zu einem Brand. Mit der weit verbreiteten Einführung von Solarwechselrichtersystemen werden auch Fragen der Systemsicherheit ein wichtiger Bestandteil der Wechselrichtertechnologie sein. Darüber hinaus läutet das Stromsystem smart ein。

Die rasante Entwicklung und Popularisierung der Stromnetztechnologie. Eine Vielzahl von Solar- und anderen neuen Energieanlagen sind an das Netz angeschlossen, was neue technische Herausforderungen an die Stabilität des Smart Grid-Systems stellt. Die Entwicklung eines Wechselrichtersystems, das schneller, genauer und intelligenter mit Smart Grids kompatibel ist, wird in Zukunft eine notwendige Voraussetzung für Solarwechselrichtersysteme sein.

Generell wird die Entwicklung der Wechselrichtertechnik mit der Entwicklung der Leistungselektroniktechnik, der Mikroelektroniktechnik und der modernen Regelungstheorie vorangetrieben. Im Laufe der Zeit entwickelt sich die Invertertechnologie in Richtung höherer Frequenz, höherer Leistung, höherer Effizienz und kleinerer Lautstärke.