En breu, el procés de treball d'un inversor fotovoltaic es pot dividir en tres etapes bàsiques:recollida i optimització d'energia, Conversió DC-AC, iadaptació a la xarxa-connectada/apagada-. El següent és un desglossament detallat des de les perspectives dels principis bàsics, mòduls bàsics i tecnologies clau:
I. Objectius bàsics de treball
Les característiques de sortida dels mòduls fotovoltaics són molt susceptibles a la il·luminació i la temperatura, presentant una relació no lineal entre la tensió de sortida i el corrent. A més, l'energia de CC generada directament no es pot connectar directament a la xarxa elèctrica ni conduir càrregues de CA convencionals. Per tant, l'inversor ha d'assolir dos objectius bàsics:
Maximitzar la potència de sortida: Feu un seguiment del punt de sortida de potència màxima dels mòduls fotovoltaics en temps real mitjançant la tecnologia MPPT per millorar l'eficiència de generació d'energia tant com sigui possible.
Forma d'ona i sincronització: Converteix l'energia de CC en energia de CA sinusoïdal que compleixi els estàndards de la xarxa (amb tensió, freqüència i fase coherents amb la xarxa elèctrica) per garantir la seguretat-connectada a la xarxa o el funcionament estable de les càrregues-fora de la xarxa.
II. Procés bàsic de treball dels inversors fotovoltaics
Prenent el més habitualinversors fotovoltaics-connectats a la xarxacom a exemple, el procés de treball global es pot dividir en quatre passos:
Pas 1: entrada i filtratge de CC (processament lateral-CC)
La sortida d'energia de CC dels mòduls fotovoltaics connectats en sèrie/{0}}paral·lel no és absolutament estable, amb ondulacions de tensió i fluctuacions de corrent causades pels canvis d'il·luminació i les diferències en les característiques dels mòduls.
L'inversor es connecta primer a l'alimentació de CC mitjançant afusible DC(per a protecció contra sobreintensitat) i aDescargador de sobretensions de CC(per a protecció contra sobretensions).
A continuació, un circuit de filtre compost perCondensadors/inductors de filtre de CCs'utilitza per suavitzar les fluctuacions de la tensió de CC, proporcionant una entrada de CC estable per a l'etapa de conversió posterior.
Pas 2: seguiment del punt de potència màxima (MPPT)
Aquest és un enllaç clau perquè l'inversor millori l'eficiència de generació d'energia. El principi bàsic és detectar la tensió i el corrent de sortida dels mòduls fotovoltaics en temps realalgorismes de control, calculeu la potència de sortida actual i ajusteu dinàmicament la tensió d'entrada de CC de l'inversor per mantenir els mòduls fotovoltaics en funcionament en el punt de màxima potència de sortida en tot moment.
Algorismes MPPT comuns: Perturbació i Observació (P&O), Conductància incremental (INC). Entre ells, el mètode de conductància incremental té una precisió més alta i és adequat per a escenaris amb canvis ràpids d'il·luminació.
Mètode d'implementació: Ajusteu la tensió de CC mitjançant aDC-Convertidor DC(com ara un circuit Boost step-up). Quan la tensió de sortida dels mòduls fotovoltaics és baixa, el circuit Boost l'augmenta a una tensió de bus de CC adequada per a la inversió (per exemple, un bus de CC de 380 V corresponent a una sortida de CA de 380 V).
Pas 3: conversió DC-AC (etapa d'inversió bàsica)
Aquesta és la funció bàsica de l'inversor, que bàsicament converteix una potència de CC estable en potència de CA similar a una ona sinusoïdal a través de l'operació d'encesa-alta{0}}freqüència dedispositius electrònics de commutació d'alimentació. Segons diferents estructures topològiques, es divideix principalment eninversors monofàsics{0}(per a aplicacions civils de baixa-potència) iinversors-trifàsics(per a aplicacions industrials i comercials d'alta potència-), amb principis bàsics coherents:
Dispositius de commutació: s'adopten transistors bipolars de porta aïllada (IGBT) o transistors d'efecte -òxid-de semiconductors-de metall (MOSFET), que són "interruptors electrònics" per a la conversió d'energia i que poden completar el control d'encesa-apagada en microsegons.
Topologia de pont inversor: El més utilitzat és elcircuit inversor de pont complet-(amb 4 dispositius de commutació per a una-fàsica i 6 per a-trifàsics). Prenent com a exemple el circuit de pont-complet-monofàsic:
Sortides del controladorSenyals de modulació d'amplada de pols (PWM).per controlar la seqüència d'encesa-apagada i el cicle de treball dels 4 IGBT.
Mitjançant l'ajust de l'amplada del pols, el "tren de pols d'ona quadrada" que emeten els dispositius de commutació es filtra per formar una potència CA propera a una ona sinusoïdal.
Filtre de CA: la potència de CA després de la inversió conté harmònics-d'alta freqüència, que han de ser filtrats per unCircuit de filtre LCcompost d'inductors i condensadors de filtre de CA per obtenir potència CA sinusoïdal pura.
Pas 4: Protecció i adaptació de la xarxa-connectada/apagada-(processament del costat de CA-)
1. Inversors-connectats a la xarxa: sincronització i connexió a la xarxa
Si l'inversor s'utilitza per a la generació d'energia-connectada a la xarxa, cal assegurar-se que la potència CA de sortida siguien la mateixa freqüència, fase i tensiócom a xarxa elèctrica:
Detecta-en temps real la freqüència de tensió i la fase de la xarxa elèctricaTecnologia de fase-Locked Loop (PLL)., ajusteu la fase i la freqüència de la sortida d'energia de CA per part de l'inversor i aconseguiu una sincronització precisa amb la xarxa elèctrica.
Connecteu-vos a la xarxa elèctrica mitjançant unContactor de CA, i garantir la seguretat-connectada a la xarxaprotecció d'illa, protecció de sobretensió/subtensió, protecció de sobreintensitat, protecció de freqüència, etc. (p. ex., quan la xarxa elèctrica està fora de corrent, l'inversor ha de deixar de funcionar immediatament per evitar que l'"efecte d'illament" posi en perill el personal de manteniment).
2. Inversors fora-de xarxa: font d'alimentació directa
Si l'inversor s'utilitza en un sistema fora de xarxa- (p. ex., font d'alimentació fotovoltaica en zones remotes), l'alimentació de CA sinusoïdal filtrada es subministra directament a les càrregues (p. ex., electrodomèstics, equips industrials). Mentrestant, es pot combinar amb bateries d'emmagatzematge d'energia per aconseguir una regulació estable de voltatge.
III. Principals tipus d'inversors fotovoltaics i diferències topològiques
Els diferents tipus d'inversors presenten lleugeres diferències en la topologia de l'etapa d'inversió i són adequats per a diferents escenaris:
Inversors centrals(alta-potència, per a ús industrial/comercial i centrals fotovoltaiques):
Adoptartransformador de freqüència de potència/transformador{0}}d'alta freqüènciatopologia. Alguns tipus sense transformador (no-aïllats) aconsegueixen l'aïllament mitjançant condensadors, amb una potència que arriba a diversos megawatts. Es caracteritzen per una alta integració i un funcionament i manteniment còmodes.
Inversors de cadena(potència mitjana i petita, per a ús domèstic i sistemes fotovoltaics distribuïts):
Cada cadena fotovoltaica està equipada amb un controlador MPPT independent i l'etapa d'inversió adopta una topologia de pont complet-. Pot seguir el punt de potència màxima de cada corda de manera independent, adaptant-se a les diferències d'il·luminació entre les diferents cordes (per exemple, ombrejat).
Microinversors(baix-potència, per a sistemes fotovoltaics domèstics):
Instal·lat directament a la part posterior dels mòduls fotovoltaics, amb un microinversor corresponent a un mòdul, realitzant la "inversió de nivell-mòdul". Té la màxima precisió MPPT i és adequat per a entorns d'il·luminació complexos.
IV. Indicadors tècnics clau i impactes de rendiment
Eficiència d'inversió: els inversors d'alta-qualitat poden assolir una eficiència màxima superior al 98% (eficiència europea), que depèn principalment de la pèrdua de conducció dels dispositius de commutació i de la precisió de seguiment de MPPT.
Distorsió harmònica total (THD): els inversors-connectats a la xarxa requereixen un THD inferior o igual al 5%. Com més baix sigui el THD, més pura serà l'ona sinusoïdal de sortida i menor serà la interferència a la xarxa elèctrica.
Eficàcia MPPT: Generalment es requereix que sigui superior o igual al 99%, cosa que afecta directament la generació d'energia global del sistema fotovoltaic.
Resum
L'essència d'un inversor fotovoltaic ésrealitzar la conversió de la forma de potència mitjançant la modulació d'alta-freqüència amb dispositius de commutació electrònica de potència com a nucli, alhora que s'aconsegueix l'optimització de potència i l'adaptació de la xarxa mitjançant algorismes de control. El nucli del seu principi de funcionament rau en:Optimització de potència mitjançant convertidors de CC-CC, aconseguint una conversió de CC-CA mitjançant ponts inversors modulats PWM-i assegurant una connexió segura a la xarxa mitjançant llaços de fase-bloquejats i circuits de protecció. Aquest procés no només utilitza les característiques de commutació ràpida de la tecnologia electrònica de potència, sinó que també combina la regulació precisa de la teoria del control, servint d'enllaç clau per a la utilització efectiva de l'energia en sistemes de generació d'energia fotovoltaica.
