Falownik słoneczny - Solar inverter
Falownik solarny lub falownik PV , to rodzaj elektrycznego konwerter , który przekształca zmienny prąd stały (DC) Wyjście z ogniw fotowoltaicznych (PV) panel słoneczny na częstotliwość napięcia prądu przemiennego (AC), które mogą być wprowadzane do komercyjnego elektrycznej sieci lub używany przez lokalną sieć elektryczną poza siecią. Jest to krytyczna równowaga systemu (BOS)-komponent w systemie fotowoltaicznym , pozwalająca na użycie zwykłego sprzętu zasilanego prądem przemiennym. Falowniki solarne mają specjalne funkcje przystosowane do stosowania z panelami fotowoltaicznymi, w tym śledzenie maksymalnego punktu mocy i ochronę przed wyspą .
Klasyfikacja
Falowniki słoneczne można podzielić na cztery szerokie typy:
- Samodzielne falowniki , stosowane w izolowanych systemach, w których falownik pobiera energię prądu stałego z akumulatorów ładowanych przez panele fotowoltaiczne. Wiele samodzielnych inwerterów zawiera również wbudowane ładowarki akumulatorów, które uzupełniają akumulator zeźródła prądu przemiennego , jeśli są dostępne. Zwykle nie łączą się one w żaden sposób z siecią elektroenergetyczną i jako takie nie wymagają ochrony przed wyspami .
- Inwertery sieciowe , które dopasowują fazę do fali sinusoidalnej dostarczanej z sieci. Ze względów bezpieczeństwa inwertery sieciowe są zaprojektowane tak, aby wyłączały się automatycznie po utracie zasilania. Nie zapewniają zasilania awaryjnego podczas przerw w dostawie prądu.
- Falowniki do zasilania awaryjnego to specjalne falowniki zaprojektowane do pobierania energii z akumulatora, zarządzania ładowaniem akumulatora za pomocą wbudowanej ładowarki i przesyłania nadmiaru energii do sieci energetycznej. Inwertery te są w stanie dostarczać energię AC do wybranych obciążeń podczas przerwy w dostawie prądu i muszą być wyposażone w zabezpieczenie przed pracą wyspową.
- Inteligentne falowniki hybrydowe , zarządzają układem fotowoltaicznym, magazynowaniem baterii i siecią energetyczną, które są połączone bezpośrednio z jednostką. Te nowoczesne systemy typu „wszystko w jednym” są zwykle bardzo wszechstronne i mogą być używane w aplikacjach związanych z siecią, autonomicznych lub do tworzenia kopii zapasowych, ale ich podstawową funkcją jest zużycie własne z wykorzystaniem pamięci masowej.
Maksymalne śledzenie punktu mocy
Falowniki słoneczne wykorzystują śledzenie maksymalnego punktu mocy (MPPT), aby uzyskać maksymalną możliwą moc z panelu fotowoltaicznego. Ogniwa słoneczne mają złożony związek między promieniowaniem słonecznym, temperaturą i całkowitą rezystancją, co powoduje nieliniową wydajność wyjściową znaną jako krzywa IV . Celem systemu MPPT jest próbkowanie wyjścia ogniw i określenie rezystancji (obciążenia) w celu uzyskania maksymalnej mocy dla dowolnych warunków środowiskowych.
Współczynnik wypełnienia , bardziej znany pod skrótem FF , jest parametrem, który w połączeniu z napięciem obwodu otwartego (V oc ) i prądem zwarcia (I sc ) panelu określa maksymalną moc ogniwa słonecznego. Współczynnik wypełnienia jest zdefiniowany jako stosunek maksymalnej mocy z ogniwa słonecznego do iloczynu V oc i I sc .
Istnieją trzy główne typy algorytmów MPPT : perturb -and- observ , przyrostowa przewodność i stałe napięcie. Pierwsze dwie metody są często określane jako metody wspinaczki ; opierają się na krzywej mocy wykreślonej w funkcji napięcia rosnącego na lewo od punktu maksymalnej mocy i opadającego na prawo.
Mikroinwertery solarne
Mikroinwerter solarny to falownik przeznaczony do pracy z jednym modułem fotowoltaicznym. Mikroinwerter przekształca prąd stały z każdego panelu na prąd zmienny . Jego konstrukcja umożliwia równoległe łączenie wielu niezależnych jednostek w sposób modułowy.
Zalety mikroinwertera obejmują optymalizację zasilania pojedynczego panelu, niezależną pracę każdego panelu, instalację plug-and-play, lepszą instalację i bezpieczeństwo przeciwpożarowe, zminimalizowane koszty dzięki projektowaniu systemu i minimalizacji zapasów.
Badanie z 2011 r. przeprowadzone na Appalachian State University wykazało, że pojedyncza, zintegrowana konfiguracja falownika dawała około 20% więcej mocy w warunkach niezacienionych i 27% więcej mocy w warunkach zacienionych w porównaniu z konfiguracją podłączoną do łańcucha przy użyciu jednego falownika. Obie konfiguracje wykorzystywały identyczne panele słoneczne.
Inwertery słoneczne podłączone do sieci
Kluczową rolą inwerterów interaktywnych lub synchronicznych lub po prostu inwerterów sieciowych (GTI) jest synchronizacja fazy, napięcia i częstotliwości linii elektroenergetycznej z siecią. Falowniki solarne są zaprojektowane tak, aby szybko odłączać się od sieci w przypadku awarii sieci elektroenergetycznej . Jest to wymóg NEC , który zapewnia, że w przypadku awarii zasilania inwerter sieciowy wyłączy się, aby energia, którą wytwarza, nie zaszkodziła pracownikom linii, którzy zostali wysłani do naprawy sieci energetycznej .
Falowniki sieciowe, które są obecnie dostępne na rynku, wykorzystują szereg różnych technologii. Przemienniki mogą stosować nowsze wysokiej częstotliwości transformatory konwencjonalne niskiej częstotliwości transformatory lub bez transformatora. Zamiast konwersji prądu stałego bezpośrednio na prąd przemienny o napięciu 120 lub 240 V, transformatory wysokiej częstotliwości wykorzystują skomputeryzowany wieloetapowy proces, który polega na konwersji mocy na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości, a następnie z powrotem na prąd stały, a następnie na końcowe napięcie wyjściowe prądu przemiennego.
W przeszłości istniały obawy dotyczące zasilania beztransformatorowych systemów elektrycznych do sieci użyteczności publicznej. Obawy wynikają z braku izolacji galwanicznej między obwodami prądu stałego i przemiennego, co może umożliwić przejście niebezpiecznych zwarć prądu stałego na stronę prądu przemiennego. Od 2005 r. NEC NFPA umożliwia stosowanie falowników beztransformatorowych (lub niegalwanicznych). VDE 0126-1-1 i IEC 6210 również zostały zmienione, aby umożliwić i zdefiniować mechanizmy bezpieczeństwa potrzebne dla takich systemów. Przede wszystkim wykrywanie prądu szczątkowego lub doziemnego służy do wykrywania możliwych warunków awarii. Przeprowadzane są również testy izolacji w celu zapewnienia separacji prądu stałego od prądu przemiennego.
Wiele falowników fotowoltaicznych jest zaprojektowanych do podłączenia do sieci energetycznej i nie będą działać, jeśli nie wykryją obecności sieci. Zawierają specjalne obwody, które precyzyjnie dopasowują napięcie, częstotliwość i fazę sieci.
Falowniki pompujące energię słoneczną
Zaawansowane falowniki pompujące energię słoneczną przekształcają napięcie prądu stałego z panelu słonecznego na napięcie przemienne, aby bezpośrednio napędzać pompy głębinowe, bez konieczności używania baterii lub innych urządzeń magazynujących energię. Wykorzystując MPPT (śledzenie maksymalnego punktu mocy), falowniki pomp solarnych regulują częstotliwość wyjściową w celu kontrolowania prędkości pomp w celu ochrony silnika pompy przed uszkodzeniem.
Falowniki solarne zwykle mają wiele portów, aby umożliwić wejście prądu stałego generowanego przez panele fotowoltaiczne, jeden port, aby umożliwić wyjście napięcia przemiennego, a kolejny port do wejścia z czujnika poziomu wody.
Rynek
Od 2019 r. wydajność konwersji najnowocześniejszych konwerterów słonecznych osiągnęła ponad 98 procent. Podczas gdy falowniki stringowe są stosowane w domowych i średnich komercyjnych systemach fotowoltaicznych , falowniki centralne obejmują duży rynek komercyjny i komercyjny. Udział w rynku falowników centralnych i łańcuchowych wynosi odpowiednio około 36 procent i 61 procent, pozostawiając mniej niż 2 procent mikroinwerterom.
| Rodzaj | Moc | Wydajność (a) |
Udział w rynku (b) |
Uwagi |
|---|---|---|---|---|
| Falownik stringowy | do 150 kW p (c) | 98% | 61,6% | Koszt (b) 0,05-0,17 EUR za wat-szczyt. Łatwa do wymiany. |
| Falownik centralny | powyżej 80 kW p | 98,5% | 36,7% | 0,04 € za wat-szczyt. Wysoka niezawodność. Często sprzedawane wraz z umową serwisową. |
| Mikroinwerter | zakres mocy modułu | 90%-97% | 1,7% | 0,29 € za wat-szczyt. Obawy dotyczące łatwości wymiany. |
| Konwerter DC/DC ( optymalizator mocy ) |
zakres mocy modułu | 99,5% | 5,1% | 0,08 € za wat-szczyt. Obawy dotyczące łatwości wymiany. Falownik jest nadal potrzebny. |
| Źródło: dane IHS Markit 2020, uwagi Fraunhofer ISE 2020, za: Photovoltaics Report 2020, s. 39, PDF Uwagi : (a) wyświetlane najlepsze wydajności, (b) szacowany jest udział w rynku i koszt na wat, (c) kW p = kilowat -szczyt , (d) Całkowity udział w rynku jest większy niż 100%, ponieważ DC/ Przetwornice DC muszą być sparowane z falownikami stringowymi |
||||