Attualmente, il sistema di generazione di energia fotovoltaica cinese è principalmente un sistema CC, che serve a caricare l'energia elettrica generata dalla batteria solare e la batteria fornisce direttamente energia al carico. Ad esempio, il sistema di illuminazione domestica solare nella Cina nordoccidentale e il sistema di alimentazione della stazione a microonde lontana dalla rete sono tutti sistemi CC. Questo tipo di sistema ha una struttura semplice e un costo contenuto. Tuttavia, a causa delle diverse tensioni CC di carico (come 12 V, 24 V, 48 V, ecc.), è difficile ottenere la standardizzazione e la compatibilità del sistema, soprattutto per l'energia civile, poiché la maggior parte dei carichi CA vengono utilizzati con alimentazione CC. . È difficile che l'energia fotovoltaica fornisca elettricità per entrare nel mercato come merce. Inoltre, la produzione di energia fotovoltaica finirà per raggiungere un funzionamento connesso alla rete, che dovrà adottare un modello di mercato maturo. In futuro, i sistemi di generazione di energia fotovoltaica CA diventeranno la corrente principale della produzione di energia fotovoltaica.
I requisiti del sistema di generazione di energia fotovoltaica per l'alimentazione dell'inverter
Il sistema di generazione di energia fotovoltaica che utilizza l'uscita di potenza CA è costituito da quattro parti: array fotovoltaico, controller di carica e scarica, batteria e inverter (il sistema di generazione di energia connesso alla rete può generalmente risparmiare la batteria) e l'inverter è il componente chiave. Il fotovoltaico ha requisiti più elevati per gli inverter:
1. È richiesta un'elevata efficienza. A causa dell'elevato prezzo attuale delle celle solari, per massimizzare l'uso delle celle solari e migliorare l'efficienza del sistema, è necessario cercare di migliorare l'efficienza dell'inverter.
2. È richiesta un'elevata affidabilità. Attualmente, i sistemi di generazione di energia fotovoltaica vengono utilizzati principalmente in aree remote e molte centrali elettriche non sono presidiate e mantenute. Ciò richiede che l'inverter abbia una struttura circuitale ragionevole, una rigorosa selezione dei componenti e che l'inverter disponga di varie funzioni di protezione, come la protezione del collegamento della polarità CC in ingresso, la protezione da cortocircuito dell'uscita CA, il surriscaldamento, la protezione da sovraccarico, ecc.
3. È necessario che la tensione di ingresso CC abbia un'ampia gamma di adattamenti. Poiché la tensione ai terminali della batteria cambia con il carico e l'intensità della luce solare, sebbene la batteria abbia un effetto importante sulla tensione della batteria, la tensione della batteria fluttua con il cambiamento della capacità rimanente della batteria e della resistenza interna. Soprattutto quando la batteria sta invecchiando, la tensione ai suoi terminali varia notevolmente. Ad esempio, la tensione del terminale di una batteria da 12 V può variare da 10 V a 16 V. Ciò richiede che l'inverter funzioni a una CC maggiore. Garantire il normale funzionamento entro l'intervallo di tensione di ingresso e garantire la stabilità della tensione di uscita CA.
4. Nei sistemi di generazione di energia fotovoltaica di media e grande capacità, l'uscita dell'alimentatore dell'inverter dovrebbe essere un'onda sinusoidale con meno distorsione. Questo perché nei sistemi di media e grande capacità, se viene utilizzata la potenza ad onda quadra, l'uscita conterrà più componenti armoniche e le armoniche più elevate genereranno perdite aggiuntive. Molti sistemi di generazione di energia fotovoltaica sono dotati di apparecchiature di comunicazione o di strumentazione. L'apparecchiatura ha requisiti più elevati sulla qualità della rete elettrica. Quando i sistemi di generazione di energia fotovoltaica di media e grande capacità sono collegati alla rete, per evitare l'inquinamento energetico con la rete pubblica, l'inverter deve anche emettere una corrente sinusoidale.
L'inverter converte la corrente continua in corrente alternata. Se la tensione di corrente continua è bassa, viene potenziata da un trasformatore di corrente alternata per ottenere una tensione e una frequenza di corrente alternata standard. Per gli inverter di grande capacità, a causa dell'elevata tensione del bus CC, l'uscita CA generalmente non necessita di un trasformatore per aumentare la tensione a 220 V. Negli inverter di media e piccola capacità, la tensione CC è relativamente bassa, come 12 V. Per 24 V è necessario progettare un circuito boost. Gli inverter di media e piccola capacità includono generalmente circuiti inverter push-pull, circuiti inverter a ponte intero e circuiti inverter boost ad alta frequenza. I circuiti push-pull collegano la spina neutra del trasformatore boost all'alimentazione positiva e due tubi di potenza Lavoro alternativo, potenza CA in uscita, poiché i transistor di potenza sono collegati alla terra comune, i circuiti di azionamento e controllo sono semplici e poiché il trasformatore ha una certa induttanza di dispersione, può limitare la corrente di cortocircuito, migliorando così l'affidabilità del circuito. Lo svantaggio è che l'utilizzo del trasformatore è basso e la capacità di pilotare carichi induttivi è scarsa.
Il circuito inverter a ponte intero supera le carenze del circuito push-pull. Il transistor di potenza regola l'ampiezza dell'impulso in uscita e il valore effettivo della tensione CA in uscita cambia di conseguenza. Poiché il circuito ha un circuito a ruota libera, anche per carichi induttivi, la forma d'onda della tensione di uscita non sarà distorta. Lo svantaggio di questo circuito è che i transistor di potenza dei bracci superiore e inferiore non condividono la terra, quindi è necessario utilizzare un circuito di pilotaggio dedicato o un alimentatore isolato. Inoltre, per impedire la conduzione comune dei bracci del ponte superiore e inferiore, è necessario progettare un circuito per essere spento e poi acceso, ovvero è necessario impostare un tempo morto e la struttura del circuito è più complicata.
L'uscita del circuito push-pull e del circuito a ponte intero deve aggiungere un trasformatore step-up. Poiché il trasformatore step-up è di grandi dimensioni, a bassa efficienza e più costoso, con lo sviluppo dell'elettronica di potenza e della tecnologia microelettronica, viene utilizzata la tecnologia di conversione step-up ad alta frequenza per ottenere l'inversione. Può realizzare inverter ad alta densità di potenza. Il circuito di boost dello stadio anteriore di questo circuito inverter adotta la struttura push-pull, ma la frequenza di lavoro è superiore a 20 KHz. Il trasformatore boost adotta materiale con nucleo magnetico ad alta frequenza, quindi è di piccole dimensioni e leggero. Dopo l'inversione ad alta frequenza, viene convertita in corrente alternata ad alta frequenza attraverso un trasformatore ad alta frequenza, quindi la corrente continua ad alta tensione (generalmente superiore a 300 V) viene ottenuta attraverso un circuito di filtro raddrizzatore ad alta frequenza e quindi invertita attraverso un circuito inverter di frequenza di potenza.
Con questa struttura del circuito, la potenza dell'inverter viene notevolmente migliorata, la perdita a vuoto dell'inverter viene corrispondentemente ridotta e l'efficienza viene migliorata. Lo svantaggio del circuito è che il circuito è complicato e l'affidabilità è inferiore rispetto ai due circuiti precedenti.
Circuito di controllo del circuito inverter
I circuiti principali dei suddetti inverter necessitano tutti di essere realizzati da un circuito di controllo. Generalmente esistono due metodi di controllo: onda quadra e onda positiva e debole. Il circuito di alimentazione dell'inverter con uscita ad onda quadra è semplice, a basso costo, ma a bassa efficienza e con grandi componenti armoniche. . L'uscita dell'onda sinusoidale è la tendenza di sviluppo degli inverter. Con lo sviluppo della tecnologia microelettronica sono comparsi anche i microprocessori con funzioni PWM. Pertanto, la tecnologia degli inverter per l'uscita dell'onda sinusoidale è maturata.
1. Gli inverter con uscita ad onda quadra utilizzano attualmente principalmente circuiti integrati a modulazione di larghezza di impulso, come SG 3 525, TL 494 e così via. La pratica ha dimostrato che l'uso dei circuiti integrati SG3525 e l'uso di FET di potenza come componenti di potenza di commutazione possono ottenere inverter con prestazioni e prezzi relativamente elevati. Poiché SG3525 ha la capacità di pilotare direttamente la capacità dei FET di potenza e dispone di una sorgente di riferimento interna, di un amplificatore operazionale e di una funzione di protezione da sottotensione, il suo circuito periferico è molto semplice.
2. Il circuito integrato di controllo dell'inverter con uscita a onda sinusoidale, il circuito di controllo dell'inverter con uscita a onda sinusoidale può essere controllato da un microprocessore, come 80 C 196 MC prodotto da INTEL Corporation e prodotto da Motorola Company. MP 16 e PI C 16 C 73 prodotti dalla MI-CRO CHIP Company, ecc. Questi computer a chip singolo hanno più generatori PWM e possono impostare i bracci del ponte superiore e superiore. Durante i tempi morti, utilizzare l'80 C 196 MC dell'azienda INTEL per realizzare il circuito di uscita dell'onda sinusoidale, l'80 C 196 MC per completare la generazione del segnale dell'onda sinusoidale e rilevare la tensione di uscita CA per ottenere la stabilizzazione della tensione.
Selezione dei dispositivi di potenza nel circuito principale dell'inverter
La scelta dei principali componenti di potenza delinverterè molto importante Attualmente, i componenti di potenza più utilizzati includono transistor di potenza Darlington (BJT), transistor ad effetto di campo di potenza (MOS-F ET), transistor a gate isolato (IGB). T) e tiristore di spegnimento (GTO), ecc., i dispositivi più utilizzati nei sistemi a bassa tensione di piccola capacità sono MOS FET, poiché il MOS FET ha una caduta di tensione nello stato attivo inferiore e superiore. La frequenza di commutazione di IG BT è generalmente utilizzato in sistemi ad alta tensione e di grande capacità. Questo perché la resistenza allo stato attivo del MOS FET aumenta con l'aumento della tensione e l'IG BT occupa un vantaggio maggiore nei sistemi di media capacità, mentre nei sistemi di grandissima capacità (superiori a 100 kVA) vengono generalmente utilizzati i GTO come componenti di potenza.
Orario di pubblicazione: 21 ottobre 2021
