Kort sagt kan arbejdsprocessen for en PV-inverter opdeles i tre kernetrin:strømopsamling og optimering, DC-AC-konvertering, ognettilpasning-tilsluttet/fra-net. Det følgende er en detaljeret opdeling fra perspektiverne af grundlæggende principper, kernemoduler og nøgleteknologier:
I. Kernearbejdsmål
Udgangsegenskaberne for PV-moduler er meget følsomme over for belysning og temperatur, hvilket viser et ikke-lineært forhold mellem udgangsspænding og strøm. Desuden kan den direkte genererede jævnstrøm ikke tilsluttes direkte til elnettet eller drive konventionelle AC-belastninger. Derfor skal inverteren nå to kernemål:
Maksimer effektudgangen: Spor det maksimale effektudgangspunkt for PV-moduler i realtid gennem MPPT-teknologi for at forbedre energiproduktionseffektiviteten så meget som muligt.
Bølgeform og synkronisering: Konverter jævnstrøm til sinusformet vekselstrøm, der opfylder netstandarder (med ensartet spænding, frekvens og fase med strømnettet) for at sikre nettilsluttet sikkerhed eller stabil drift af belastninger uden for-net.
II. Grundlæggende arbejdsproces for fotovoltaiske invertere
Tager de mest almindeligenet-tilsluttede PV-inverterefor eksempel kan den overordnede arbejdsproces opdeles i fire trin:
Trin 1: DC-input og -filtrering (DC-sidebehandling)
DC-effekten fra de serie/parallel-forbundne PV-moduler er ikke absolut stabil, med spændingsbølger og strømudsving forårsaget af belysningsændringer og forskelle i modulkarakteristika.
Inverteren tilsluttes først til DC-strømmen gennem enDC sikring(til overstrømsbeskyttelse) og enDC overspændingsafleder(til overspændingsbeskyttelse).
Derefter et filterkredsløb bestående afDC filter kondensatorer/induktorerbruges til at udjævne fluktuationerne i DC-spændingen, hvilket giver en stabil DC-indgang til det efterfølgende konverteringstrin.
Trin 2: Maksimal Power Point Tracking (MPPT)
Dette er et nøgleled for inverteren til at forbedre energiproduktionseffektiviteten. Kerneprincippet er at detektere udgangsspændingen og strømmen af PV-moduler i realtid igennemkontrolalgoritmer, beregn den aktuelle udgangseffekt, og juster dynamisk DC-indgangsspændingen for inverteren for at holde PV-modulerne i drift på punktet med maksimal effekt til enhver tid.
Almindelige MPPT-algoritmer: Forstyrrelse og observation (P&O), Incremental Conductance (INC). Blandt dem har den inkrementelle konduktansmetode højere præcision og er velegnet til scenarier med hurtige belysningsændringer.
Implementeringsmetode: Juster jævnspændingen gennem aDC-DC-konverter(såsom et Boost step-op-kredsløb). Når udgangsspændingen for PV-moduler er lav, booster Boost-kredsløbet den til en DC-busspænding, der er egnet til invertering (f.eks. en 380V DC-bus svarende til en 380V AC-udgang).
Trin 3: DC-AC-konvertering (kerneinversionsfase)
Dette er inverterens kernefunktion, som i det væsentlige konverterer stabil jævnstrøm til vekselstrøm svarende til en sinusbølge gennem den høje-frekvente on-off-drift afstrømelektroniske koblingsenheder. Ifølge forskellige topologiske strukturer er det hovedsageligt opdelt ienkeltfasede invertere.-(til civile-lavstrømsapplikationer) ogtre-fase-invertere(til industrielle og kommercielle høje-applikationer) med konsekvente kerneprincipper:
Skift enheder: Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT'er) eller Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effekttransistorer (MOSFET'er), som er "elektroniske kontakter" til strømkonvertering og kan fuldføre on-off-kontrol inden for mikrosekunder.
Inverter bro topologi: Den mest brugte erfuldt-bro-inverterkredsløb(med 4 skifteenheder til enkelt-faset og 6 til tre-faset). Tag det enkeltfasede fuld-brokredsløb som et eksempel:
Regulatoren udsenderPulse Width Modulation (PWM) signalerfor at styre on-off-sekvensen og driftscyklussen for de 4 IGBT'er.
Ved at justere pulsbredden filtreres "firkantbølge-pulstoget"-output fra omskiftningsanordningerne for at danne vekselstrøm tæt på en sinusbølge.
AC filtrering: Vekselstrømseffekten efter inversion indeholder-højfrekvente harmoniske, som skal filtreres ud af enLC filter kredsløbsammensat af vekselstrømsfilterspoler og kondensatorer for at opnå ren sinusformet vekselstrøm.
Trin 4: Net-tilsluttet/fra-nettilpasning og beskyttelse (AC-sidebehandling)
1. Net-tilsluttede invertere: Synkronisering og netforbindelse
Hvis vekselretteren bruges til nettilsluttet-strømproduktion, er det nødvendigt at sikre, at den udgående vekselstrøm eri samme frekvens, fase og spændingsom strømnettet:
Real-tidsregistrering af spændingsfrekvensen og fasen af strømnettet igennemPhase-Locked Loop (PLL) teknologi, juster fasen og frekvensen af AC-effekten fra inverteren og opnå præcis synkronisering med elnettet.
Tilslut til elnettet gennem enAC kontaktor, og sikre nettilsluttet-sikkerhed igennemøbeskyttelse, overspændings-/underspændingsbeskyttelse, overstrømsbeskyttelse, frekvensbeskyttelseosv. (f.eks. når strømnettet er ude af strøm, skal inverteren stoppe med at arbejde øjeblikkeligt for at forhindre "ø-effekten" i at bringe vedligeholdelsespersonalet i fare).
2. Slukkede-netinvertere: Direkte strømforsyning
Hvis inverteren bruges i et-nettet system (f.eks. fotovoltaisk strømforsyning i fjerntliggende områder), leveres den filtrerede sinusformede vekselstrøm direkte til belastningerne (f.eks. husholdningsapparater, industrielt udstyr). I mellemtiden kan den kombineres med energilagringsbatterier for at opnå en stabil spændingsregulering.
III. Hovedtyper af fotovoltaiske invertere og topologiske forskelle
Forskellige typer invertere har små forskelle i topologien af inversionstrinnet og er velegnede til forskellige scenarier:
Centrale invertere(høj-effekt, til industriel/kommerciel brug og solcelleanlæg):
Adopterestrømfrekvenstransformer/høj-frekvenstransformertopologi. Nogle transformerløse (ikke-isolerede) typer opnår isolering gennem kondensatorer, hvor effekten når adskillige megawatt. De er kendetegnet ved høj integration og bekvem betjening og vedligeholdelse.
String invertere(mellem og lille strøm, til husholdningsbrug og distribuerede solcelleanlæg):
Hver PV-streng er udstyret med en uafhængig MPPT-controller, og inversionstrinnet anvender en fuld-brotopologi. Den kan spore det maksimale effektpunkt for hver streng uafhængigt, tilpasse sig belysningsforskelle mellem forskellige strenge (f.eks. skygge).
Mikroinvertere(lav-strøm, til husholdnings solcelleanlæg):
Direkte installeret på bagsiden af PV-moduler, med en mikroinverter svarende til et modul, der realiserer "modul-niveau-inversion". Den har den højeste MPPT-præcision og er velegnet til komplekse belysningsmiljøer.
IV. Tekniske nøgleindikatorer og præstationspåvirkninger
Inversionseffektivitet: Invertere af høj-kvalitet kan opnå en maksimal effektivitet på over 98 % (europæisk effektivitet), hvilket hovedsageligt afhænger af ledningstabet af skifteenheder og sporingspræcisionen af MPPT.
Total harmonisk forvrængning (THD): Nettilsluttede-invertere kræver THD mindre end eller lig med 5 %. Jo lavere THD, desto renere udgangssinusbølge og jo mindre interferens til elnettet.
MPPT effektivitet: Generelt krævet at være større end eller lig med 99 %, hvilket direkte påvirker solcelleanlæggets samlede strømproduktion.
Oversigt
Essensen af en PV-inverter er atrealisere kraftformkonvertering gennem-højfrekvensmodulation med kraftelektroniske koblingsenheder som kernen, samtidig med at der opnås strømoptimering og nettilpasning gennem kontrolalgoritmer. Kernen i dets arbejdsprincip ligger i:realisering af strømoptimering gennem DC-DC-konvertere, opnåelse af DC-AC-konvertering gennem PWM-modulerede inverterbroer og sikring af sikker netforbindelse gennem fase-låste sløjfer og beskyttelseskredsløb. Denne proces udnytter ikke kun kraftelektronisk teknologis hurtige koblingsegenskaber, men kombinerer også den præcise regulering af styringsteori, der tjener som et nøgleled til effektiv udnyttelse af strøm i fotovoltaiske elproduktionssystemer.
