Vistas:5 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2023-05-20 Origen:Sitio
A medida que el mundo avanza en su búsqueda de soluciones de energía sostenible y limpia, la energía solar se ha convertido en un favorito en la carrera hacia un futuro más verde. Aprovechando la energía abundante y renovable del sol, los sistemas solares fotovoltaicos (PV) han ganado popularidad generalizada, allanando el camino para una notable transformación en la forma en que generamos electricidad.
En el corazón de cada sistema fotovoltaico solar se encuentra un componente crucial que permite la conversión de la luz solar en energía utilizable: el inversor solar. Actuando como el puente entre los paneles solares y la red eléctrica, los inversores solares juegan un papel vital en la utilización eficiente de la energía solar. Comprender su principio de trabajo y explorar sus diversos tipos es clave para comprender la mecánica fascinante detrás de la conversión de energía solar.
Un inversor solar es un dispositivo electrónico que convierte la electricidad de corriente continua (CC) producida por los paneles solares en electricidad de corriente alterna (CA) que puede usarse para alimentar los electrodomésticos y alimentarse en la red eléctrica. El principio de trabajo de un inversor solar se puede dividir en tres etapas principales: conversión, control y salida.
El inversor solar recibe primero la electricidad de CC generada por los paneles solares. Esta electricidad de CC típicamente tiene la forma de un voltaje fluctuante que varía con la intensidad de la luz solar. La tarea principal del inversor es convertir este voltaje de CC variable en un voltaje de CA estable adecuado para el consumo.
El proceso de conversión implica dos componentes clave: un conjunto de interruptores electrónicos de potencia (generalmente transistores bipolares o IGBT) aislados) y un transformador de alta frecuencia. Los interruptores son responsables de activar rápidamente el voltaje de CC, creando una señal de pulso de alta frecuencia. El transformador luego aumenta el voltaje al nivel de voltaje de CA deseado.
La etapa de control de un inversor solar asegura que el proceso de conversión funcione de manera eficiente y segura. Implica el uso de algoritmos y sensores de control sofisticados para monitorear y regular varios parámetros. Algunas funciones de control importantes incluyen:
a. Seguimiento máximo del punto de potencia (MPPT): los paneles solares tienen un punto de funcionamiento óptimo llamado punto máximo de potencia (MPP), donde producen la potencia máxima para una intensidad solar dada. El algoritmo MPPT ajusta continuamente el punto de funcionamiento de los paneles solares para maximizar la potencia de salida al rastrear el MPP.
b. Regulación de voltaje y frecuencia: el sistema de control del inversor mantiene un voltaje y frecuencia de salida de CA estable, generalmente siguiendo los estándares de la cuadrícula de utilidad. Esto garantiza la compatibilidad con otros dispositivos eléctricos y permite una integración perfecta con la cuadrícula.
C. Sincronización de la cuadrícula: los inversores solares conectados a la red sincronizan la fase y la frecuencia de la salida de CA con la cuadrícula de utilidad. Esta sincronización permite al inversor alimentar el exceso de potencia en la red o extraer potencia de la red cuando la producción solar es insuficiente.
En la etapa final, el inversor solar entrega la electricidad de CA convertida a las cargas eléctricas o la cuadrícula. La salida se puede utilizar de dos maneras:
a. Sistemas en la red o en la red: en los sistemas atados a la red, el inversor solar alimenta la electricidad de CA directamente en la cuadrícula de servicios públicos. Esto reduce la dependencia de las centrales eléctricas a base de combustibles fósiles y permite la medición neta, donde el exceso de electricidad generada durante el día puede acreditarse y usarse durante los bajos períodos de producción solar.
b. Sistemas fuera de la red: en los sistemas fuera de la red, el inversor solar cobra un banco de baterías además de suministrar energía a las cargas eléctricas. Las baterías almacenan exceso de energía solar, que se puede utilizar en tiempos de baja producción solar o por la noche cuando los paneles solares no están generando electricidad.
Eficiencia:
Los inversores solares están diseñados para operar con alta eficiencia para maximizar el rendimiento energético del sistema solar fotovoltaico. Una mayor eficiencia da como resultado menos pérdida de energía durante el proceso de conversión, asegurando que se utilice efectivamente una mayor proporción de la energía solar.
Los inversores solares están disponibles en varias clasificaciones de energía, que van desde pequeños sistemas residenciales hasta instalaciones comerciales a gran escala. La potencia de salida de un inversor debe coincidir adecuadamente con la capacidad de los paneles solares para lograr un rendimiento óptimo.
Los inversores solares están expuestos a diferentes condiciones ambientales, incluidas las fluctuaciones de temperatura, la humedad y las posibles sobretensiones eléctricas. Por lo tanto, los inversores deben construirse con materiales robustos y diseñados para resistir estas condiciones, asegurando la confiabilidad a largo plazo.
Muchos inversores solares modernos vienen equipados con sistemas de monitoreo que permiten a los usuarios rastrear el rendimiento de su sistema solar fotovoltaico. Algunos inversores también pueden comunicarse con dispositivos externos y plataformas de software, proporcionando datos en tiempo real y habilitando el monitoreo y el control remoto.
Los inversores solares incorporan varias características de seguridad para proteger tanto el sistema como las personas que trabajan con él. Estas características incluyen protección contra sobretensión, protección contra sobrecorriente, detección de fallas a tierra y protección contra la isla antiislada, lo que evita que el inversor alimente la potencia en la red durante los cortes de energía.
Los inversores fotovoltaicos, también conocidos como inversores solares, pueden clasificarse en diferentes tipos en función de su diseño, funcionalidad y aplicación. Comprender estas clasificaciones puede ayudar a seleccionar el inversor más adecuado para un sistema solar fotovoltaico específico. Los siguientes son los principales tipos de inversores fotovoltaicos clasificados por el nivel de potencia:
Inversor de acuerdo con el nivel de potencia: dividido principalmente en inversor distribuido (inversor de cadena y micro inversor), inversor centralizado
Los inversores de cadena son el tipo de inversores fotovoltaicos más utilizados en instalaciones solares residenciales y comerciales, están diseñados para manejar múltiples paneles solares conectados en serie, formando una "cadena. " La cadena PV (1-5kW) se ha convertido en la más El inversor popular en el mercado internacional hoy en día a través de un inversor con el seguimiento máximo de pico de potencia en el lado de DC y la conexión paralela de la cuadrícula en el lado de CA.
La electricidad de CC generada por los paneles solares se alimenta al inversor de cuerdas, que lo convierte en electricidad de CA para uso inmediato o para exportar a la red. Los inversores de cuerdas son conocidos por su simplicidad, rentabilidad y facilidad de instalación. Sin embargo, el rendimiento de toda la cadena depende del panel de bajo rendimiento, lo que puede afectar la eficiencia general del sistema.
Los micro inversores son pequeños inversores que se instalan en cada panel solar individual en un sistema fotovoltaico. A diferencia de los inversores de cadena, los micro inversores convierten la electricidad de CC a CA directamente a nivel de panel. Este diseño permite que cada panel funcione de forma independiente, optimizando la salida de energía general del sistema. Los micro inversores ofrecen varias ventajas, incluido el seguimiento de punto máximo de potencia máxima a nivel de panel (MPPT), el rendimiento mejorado del sistema en paneles sombreados o no coincidentes, mayor seguridad debido a voltajes de CC más bajos y un monitoreo detallado del rendimiento individual del panel. Sin embargo, el mayor costo inicial y la complejidad potencial de la instalación son factores a considerar.
Los inversores centralizados, también conocidos como inversores a gran escala (> 10kW), se utilizan comúnmente en instalaciones solares fotovoltaicas a gran escala, como granjas solares o proyectos solares comerciales. Estos inversores están diseñados para manejar entradas de alta potencia de CC de múltiples cadenas o conjuntos de paneles solares y convertirlos en potencia de CA para la conexión de la cuadrícula.
La característica más importante es la alta potencia y el bajo costo del sistema, pero dado que el voltaje de salida y la corriente de diferentes cadenas fotovoltaicas a menudo no coinciden exactamente (especialmente cuando las cadenas fotovoltaicas están parcialmente sombreadas debido a la nubosidad, la sombra, las manchas, etc.) , el uso del inversor centralizado conducirá a una menor eficiencia del proceso de inversión y la menor energía eléctrica del hogar.
Los inversores centralizados generalmente tienen una mayor capacidad de potencia en comparación con otros tipos, que van desde varios kilovatios hasta varios megavatios. Se instalan en una ubicación central o una estación de inversor, y múltiples cadenas o conjuntos de paneles solares están conectados a ellos en paralelo.
Los inversores fotovoltaicos cumplen múltiples funciones, incluida la conversión de CA, la optimización del rendimiento de las células solares y la protección del sistema. Estas funciones abarcan la operación y el apagado automático, el control máximo de seguimiento de potencia, la anti-islanding (para sistemas conectados a la red), ajuste de voltaje automático (para sistemas conectados a la red), detección de CC (para sistemas conectados a la red) y detección de tierra de CC (DC (DC (DC (DC (DC ( para sistemas conectados a la red). Exploremos brevemente la función automática de operación y apagado y la función de control de seguimiento de potencia máxima.
Después del amanecer en la mañana, la intensidad de la radiación solar aumenta gradualmente, y la salida de las células solares aumenta en consecuencia. Cuando se alcanza la potencia de salida requerida por el inversor, el inversor comienza a ejecutarse automáticamente. Después de ingresar a la operación, el inversor monitoreará la salida de los componentes de la célula solar todo el tiempo, siempre que la potencia de salida de los componentes de la célula solar sea mayor que la potencia de salida requerida por el inversor, el inversor continuará funcionando; Hasta que se detenga la puesta de sol, incluso si está lluvioso, el inversor también funciona. Cuando la salida del módulo de celda solar se vuelve más pequeña y la salida del inversor está cerca de 0, el inversor formará un estado de espera.
La salida del módulo de células solares varía con la intensidad de la radiación solar y la temperatura del módulo de células solares (temperatura del chip). Además, debido a que el módulo de células solares tiene la característica de que el voltaje disminuye con el aumento de la corriente, por lo que existe un punto de operación óptimo que puede obtener la potencia máxima. La intensidad de la radiación solar está cambiando, obviamente el mejor punto de trabajo también está cambiando. En relación con estos cambios, el punto de funcionamiento del módulo de celda solar siempre está en el punto de alimentación máximo, y el sistema siempre obtiene la potencia máxima del módulo de células solares. Este tipo de control es el control máximo de seguimiento de potencia. La característica más importante del inversor utilizado en el sistema de generación de energía solar es la función del seguimiento de punto máximo de potencia (MPPT).
En el sistema fotovoltaico, la batería almacena primero la energía eléctrica generada por la celda solar y luego se convierte en una corriente alterna de 220V o 380V a través del inversor. Sin embargo, la batería se ve afectada por su propia carga y descarga, y su voltaje de salida varía en un rango amplio. Por ejemplo, la batería nominal de 12 V tiene un valor de voltaje que puede variar entre 10.8 y 14.4V (más allá de este rango puede causar daños a la batería). Para un inversor calificado, cuando el voltaje del terminal de entrada cambia dentro de este rango, la variación de su voltaje de salida de estado estacionario no debe exceder más; 5% del valor nominal. Al mismo tiempo, cuando la carga cambia repentinamente, su desviación de voltaje de salida no debe exceder ± 10% sobre el valor nominal.
Para los inversores de onda sinusoidal, se debe especificar la distorsión de forma de onda máxima permitida (o contenido armónico). Por lo general, se expresa por la distorsión total de la forma de onda del voltaje de salida, y su valor no debe exceder el 5% (10% está permitido para la salida monofásica). Dado que la salida de corriente armónica de alto orden por el inversor generará pérdidas adicionales, como las corrientes de remolino en la carga inductiva, si la distorsión de la forma de onda del inversor es demasiado grande, causará un calentamiento grave de los componentes de carga, lo que no es propicia La seguridad de los equipos eléctricos y afecta seriamente el sistema. eficiencia operativa.
Para cargas que incluyen motores, como lavadoras, refrigeradores, etc., ya que el punto de funcionamiento de frecuencia óptimo de los motores es de 50 Hz, las frecuencias demasiado altas o demasiado bajas harán que el equipo se calienta, reduciendo la eficiencia operativa y la vida útil del sistema, Por lo tanto, el inversor, la frecuencia de salida debe ser un valor relativamente estable, generalmente frecuencia de potencia de 50Hz, y su desviación debe estar dentro de PlusMn; l% en condiciones de trabajo normales.
Caracterizar la capacidad del inversor con carga inductiva o carga capacitiva. El factor de potencia de carga del inversor de onda sinusoidal es 0.7 ~ 0.9, y el valor nominal es 0.9. En el caso de una cierta potencia de carga, si el factor de potencia del inversor es bajo, la capacidad del inversor requerido aumentará. Por un lado, el costo aumentará y, al mismo tiempo, aumentará la potencia aparente del circuito de CA del sistema fotovoltaico. A medida que aumenta la corriente, la pérdida aumentará inevitablemente, y la eficiencia del sistema también disminuirá.
La eficiencia del inversor se refiere a la relación de su potencia de salida a la potencia de entrada en condiciones de trabajo especificadas, expresada como un porcentaje. En general, la eficiencia nominal de un inversor fotovoltaico se refiere a una carga de resistencia pura. Bajo la condición de 80% de eficiencia de carga. Dado que el costo total del sistema fotovoltaico es alto, la eficiencia del inversor fotovoltaico debe maximizarse para reducir el costo del sistema y mejorar el rendimiento del costo del sistema fotovoltaico. En la actualidad, la eficiencia nominal de los inversores convencionales está entre el 80%y el 95%, y se requiere que la eficiencia de los inversores de baja potencia sea no menos del 85%. En el proceso de diseño real de un sistema fotovoltaico, no solo se debe seleccionar un inversor de alta eficiencia, sino que también se debe utilizar una configuración razonable del sistema para que la carga del sistema fotovoltaico funcione cerca del mejor punto de eficiencia posible. .
Indica la corriente de salida nominal del inversor dentro del rango de factor de potencia de carga especificado. Algunos productos de inversor dan la capacidad de salida nominal, y su unidad se expresa en VA o KVA. La capacidad nominal del inversor es el producto del voltaje de salida nominal y la corriente de salida nominal cuando el factor de potencia de salida es 1 (es decir, carga puramente resistiva).
Un inversor con excelente rendimiento también debe tener funciones o medidas de protección completas para lidiar con varias situaciones anormales que ocurren durante el uso real, a fin de proteger al inversor y otros componentes del sistema del daño.
1) Ingrese la cuenta de seguro de subvoltaje:
Cuando el voltaje del terminal de entrada es inferior al 85% del voltaje nominal, el inversor debe tener protección y pantalla.
2) Protector de sobrevoltaje de entrada:
Cuando el voltaje terminal de entrada es superior al 130% del voltaje nominal, el inversor debe tener protección y pantalla.
3) Protección contra sobrecorriente:
La protección contra sobrecorriente del inversor debe poder garantizar una acción oportuna cuando la carga se corta en cortocircuito o la corriente excede el valor permitido, para evitar que la corriente de aumento dañe. Cuando la corriente de trabajo excede el 150% del valor nominal, el inversor debe poder proteger automáticamente.
4) Protección de cortocircuito de salida
El tiempo de acción de protección del cortocircuito del inversor no debe exceder los 0.5s.
5) Protección de polaridad inversa de entrada:
Cuando se invierten los polos positivos y negativos del terminal de entrada, el inversor debe tener función de protección y visualización.
6) Protección de rayos:
El inversor debe tener protección de rayos.
7) Protección de exceso de temperatura, etc.
Además, para los inversores sin medidas de estabilización de voltaje, el inversor también debe tener medidas de protección contra sobretensión de salida para proteger la carga del daño por sobrecarga.
Para caracterizar la capacidad del inversor para comenzar con la carga y el rendimiento durante la operación dinámica. El inversor debe garantizar un comienzo confiable bajo carga nominal.
Componentes como transformadores, inductores de filtros, interruptores electromagnéticos y ventiladores en equipos electrónicos de potencia generarán ruido. Cuando el inversor se ejecuta normalmente, su ruido no debe exceder los 80dB, y el ruido de un pequeño inversor no debe exceder las 65dB.
La selección del inversor primero debe considerar tener una capacidad nominal suficiente para cumplir con los requisitos de energía eléctrica del equipo bajo la carga máxima. Para un inversor con un solo dispositivo como carga, la selección de su capacidad nominal es relativamente simple.
Cuando el equipo eléctrico es una carga resistiva pura o el factor de potencia es mayor que 0.9, la capacidad nominal del inversor se puede seleccionar como 1.1 a 1.15 veces la capacidad del equipo eléctrico. Al mismo tiempo, el inversor también debe tener la capacidad de resistir los impactos de carga capacitiva e inductiva.
Para cargas inductivas generales, como motores, refrigeradores, aires acondicionados, lavadoras, bombas de agua de alta potencia, etc., al comenzar, la potencia instantánea puede ser de 5 a 6 veces la potencia nominal. En este momento, el inversor llevará un gran aumento de energía instantáneo. Para este tipo de sistema, la capacidad nominal del inversor debe tener un margen suficiente para garantizar que la carga pueda iniciarse de manera confiable, y un inversor de alto rendimiento puede iniciarse a plena carga durante muchas veces seguidas sin dañar el dispositivo de alimentación . Los inversores pequeños a veces necesitan arranque suave o inicio de corriente limitada para su propia seguridad.
1. Antes de la instalación, primero verifique si el inversor está dañado durante el transporte.
2. Al seleccionar el sitio de instalación, debe asegurarse de que no haya interferencia de ningún otro equipo electrónico de potencia en el área circundante.
3. Antes de hacer conexiones eléctricas, asegúrese de cubrir los paneles fotovoltaicos con materiales opacos o desconectar el interruptor de circuito lateral de CC. Las matrices fotovoltaicas generarán voltajes peligrosos cuando se expongan a la luz solar.
4. Todas las operaciones de instalación deben ser realizadas solo por personal profesional y técnico.
5. Los cables utilizados en el sistema de generación de energía del sistema fotovoltaico deben estar firmemente conectados, bien aislados y adecuados.
Para los inversores solares, mejorar la eficiencia de conversión de la energía es un tema eterno, pero cuando la eficiencia del sistema se está volviendo cada vez mayor, casi cerca del 100%, la mejora de la eficiencia adicional se acompaña del rendimiento de bajo costo. Por lo tanto, cómo mantener una eficiencia muy alta, mientras que mantener una buena competitividad de precios será un tema importante en la actualidad.
En comparación con los esfuerzos para mejorar la eficiencia del inversor, cómo mejorar la eficiencia de todo el sistema de inversores se está convirtiendo gradualmente en otro problema importante en los sistemas de energía solar. En una matriz solar, cuando aparece una sombra parcial del 2 ~ 3% del área, para un inversor que usa una función MPPT, la potencia de salida del sistema en este momento puede incluso caer en aproximadamente un 20% cuando la potencia de salida del sistema ¡es malo! Para adaptarse mejor a situaciones como esta para módulos solares simples o parciales, es muy efectivo usar MPPT uno a uno o múltiples funciones de control MPPT.
Dado que el sistema inversor está en operación conectada a la red, la fuga del sistema al suelo causará serios problemas de seguridad; Además, para mejorar la eficiencia del sistema, la mayoría de las matrices solares se conectarán en serie para usar un alto voltaje de salida de CC; Por esta razón, debido a la aparición de condiciones anormales entre los electrodos, es fácil generar un arco de CC. Debido al alto voltaje de CC, es muy difícil extinguir el arco, y es muy fácil causar un fuego. Con la adopción generalizada de los sistemas de inversores solares, el problema de la seguridad del sistema también será una parte importante de la tecnología de los inversores.
Además, el sistema de energía comienza el rápido desarrollo y la popularización de la tecnología de la red inteligente. Una gran cantidad de energía solar y otros nuevos sistemas de energía energética están conectados a la red, que plantea nuevos desafíos técnicos para la estabilidad del sistema de red inteligente. Diseñar un sistema de inversores que pueda ser compatible de manera más rápida, precisa e inteligente con la red inteligente se convertirá en una condición necesaria para los sistemas de inversores solares en el futuro.
En términos generales, el desarrollo de la tecnología de los inversores se desarrolla junto con el desarrollo de la tecnología de electrónica de potencia, la tecnología de microelectrónica y la teoría de control moderno. Con el paso del tiempo, la tecnología de los inversores se está desarrollando hacia una frecuencia más alta, mayor potencia, mayor eficiencia y menor tamaño.
