Principalele tipuri și principii de funcționare ale invertoarelor fotovoltaice
Invertoarele fotovoltaice pot fi împărțite în principal în patru categorii: centralizate, string, distribuite și microinvertoare. Sistemul invertor centralizat are o putere totală mare și este utilizat în principal în proiecte de anvergură precum centrale fotovoltaice la sol cu condiții bune de iluminare; invertoarele distribuite pot fi împărțite în invertoare și microinvertoare, care sunt de obicei utilizate în sistemele de generare a energiei fotovoltaice industriale, comerciale și de uz casnic de dimensiuni mici și mijlocii, în care tipul de șir este principalul tip de produs invertor distribuit. Invertoarele distribuite au atât caracteristici centralizate, cât și de tip șir și sunt utilizate pe scară largă în proiecte precum cele de pe munte. Micro-invertorul trebuie să urmărească valoarea maximă a puterii maxime a fiecărui modul fotovoltaic în mod independent și apoi să se îmbine în rețeaua de curent alternativ după inversare. Capacitatea unei singure unități a micro-invertorului este în general sub 1 kW.
Numărul de șiruri de grup fotovoltaic cu acces centralizat este mare, iar capacitatea unică este de obicei mai mare de 500KW. Invertorul centralizat este un tip comun de invertor fotovoltaic pe piață. Principiul său de funcționare este de a îmbina curentul continuu generat de mai multe module fotovoltaice și de a urmări vârful maxim de putere (MPPT), iar apoi invertorul centralizat convertește curentul alternativ continuu și crește tensiunea, astfel încât să realizeze generarea de energie din rețea. Un singur MPPT este echipat cu 2-12 grupuri fotovoltaice. Puterea fiecărui MPPT poate ajunge la 125-1000kW, iar capacitatea fiecărui MPPT este de obicei peste 500KW, ceea ce are avantajele puterii mari și capacității mari.
Invertoarele centralizate pot reduce numărul de utilizare, pot reduce costurile și pierderile de sistem și pot facilita gestionarea centralizată. Datorită avantajelor capacității mari a invertoarelor centralizate, utilizarea invertoarelor centralizate pentru centrale fotovoltaice de aceeași scară poate reduce foarte mult numărul de invertoare utilizate, poate reduce pierderea totală a circuitului sistemului și poate facilita instalarea și managementul centralizat. În același timp, invertorul centralizat în sine are un grad ridicat de integrare, control simplu, tehnologie relativ matură și cost unitar redus. Combinația celor doi factori poate reduce foarte mult costul echipamentului sistemului de stație electrică.
Aplicarea invertoarelor centralizate poate reduce eficient armonicile și poate îmbunătăți calitatea generală de generare a energiei a sistemului. Când se efectuează descompunerea Fourier a sarcinii nesinusoidale, vom obține o parte a sarcinii mai mare decât frecvența fundamentală, adică armonica, a cărei frecvență este de obicei un multiplu întreg al frecvenței fundamentale. Armonicele vor produce scădere de tensiune armonică pe impedanța de scurtcircuit a rețelei electrice, afectând astfel forma de undă a tensiunii; este ușor să provocați rezonanță serie-paralelă locală în sistem, ducând la deteriorarea echipamentului. Numărul de invertoare centralizate utilizate este mic, ceea ce poate reduce numărul de serie și paralele și poate reduce în mod eficient conținutul armonic, asigurând astfel proporția undelor fundamentale în generarea de energie și îmbunătățind calitatea generală a generării de energie.\
Conectarea la mai multe seturi de intrări DC, intervalul de tensiune MPPT centralizat este îngust, ceea ce afectează performanța generală de generare a energiei. Numărul de șiruri fotovoltaice conectate la un singur MPPT al invertorului centralizat este mare și este imposibil să controlați cu precizie fiecare grup de șiruri fotovoltaice, astfel încât nu se poate garanta că fiecare șir este în cel mai bun punct de lucru, reducând astfel costul total al sistemului . eficienta generarii de energie. Domeniul de tensiune al MPPT-ului centralizat este în general în intervalul 500-850V. Datorită intervalului îngust de tensiune MPPT, reglabilitatea invertorului centralizat este slabă. În condiții de iluminare nesatisfăcătoare, cum ar fi ploaia înnorată, tensiunea sistemului este mai mică decât tensiunea minimă a invertorului MPPT, iar generarea normală de energie nu poate fi realizată, ceea ce afectează timpul de generare a energiei. În același timp, datorită caracteristicilor sale de accesare a mai multor seturi de intrări DC, sistemele fotovoltaice necesită performanțe bune de adaptare între componente. Odată ce una dintre componente se defectează, aceasta va afecta generarea generală de energie și eficiența generării de energie a sistemului.
Invertorul centralizat este de dimensiuni mari și trebuie plasat într-o sală de calculatoare dedicată, ceea ce crește dificultatea instalării. Datorită capacității mari a unității unice, volumul și greutatea invertorului centralizat sunt mari, iar o cameră specială de echipamente trebuie să fie amenajată în aer liber pentru amplasare. Sala de calculatoare dedicată ocupă o suprafață mare, ceea ce crește dificultatea instalării, crescând în același timp costul total al terenului al sistemului. În plus, din cauza etanșeității încăperii echipamentelor, plasarea invertorului în camera echipamentelor va duce la o ventilație slabă în interiorul încăperii echipamentelor, ducând la probleme termice.
Invertorul șir adoptă un design modular, care poate realiza optimizarea MPPT descentralizată. Sistemul de stație electrică care utilizează un invertor fotovoltaic string convertește, de obicei, curentul DC generat de module, mai întâi prin invertor, apoi îl îmbină în rețeaua de curent alternativ după confluență, transformare accelerată și distribuție de curent alternativ. În comparație cu invertorul centralizat, invertorul șir adoptă un design modular și are multiple MPPT-uri; numărul de module fotovoltaice conectate la fiecare MPPT este mai mic, de obicei 1-4 grupuri, care pot realiza MPPT distribuit. Caută cele mai bune. Deoarece există puține terminale de acces, atunci când o singură componentă se defectează, aceasta va afecta doar generarea de energie a modulului corespunzător componentei, asigurându-se că eficiența de generare a energiei a întregului sistem fotovoltaic nu este afectată de o singură componentă și rezolvând problema de nepotrivire a centralelor fotovoltaice centralizate .
Șirul MPPT are o gamă largă de tensiune, ceea ce poate îmbunătăți timpul de generare a energiei și generarea de energie a sistemului. Gama de tensiune MPPT a invertorului șir este larg, de obicei 200 V-1000V, iar reglabilitatea este bună. În cazul luminii insuficiente sau a vremii nefavorabile pentru generarea de energie, tensiunea totală a modulelor fotovoltaice va fi scăzută. Gama mai largă de tensiune MPPT poate acoperi tensiunea de intrare scăzută, asigurând astfel timpul de generare a energiei a sistemului și îmbunătățind generarea generală de energie.
Punerea în paralel a mai multor invertoare crește pierderile de fire și este predispusă la probleme de rezonanță. În comparație cu invertoarele centralizate, capacitatea individuală a invertoarelor șir este mai mică, de obicei 100KW sau mai puțin; pentru centralele fotovoltaice de aceeași scară, alegerea utilizării invertoarelor string va crește numărul de invertoare. Mai multe invertoare șir vor fi conectate în paralel, iar pierderea firelor va crește pe măsură ce crește numărul de invertoare utilizate. În același timp, conexiunea în paralel a mai multor invertoare va duce la creșterea armonicilor totale, dificultatea de suprimare va fi crescută, problema rezonanței va fi mai gravă și va provoca cu ușurință defectarea și arderea echipamentelor electrice.
Invertorul distribuit este un nou tip de invertor care combină avantajele tipului centralizat și al tipului string. Invertorul distribuit este un tip relativ nou de invertor fotovoltaic, care are caracteristicile unui invertor centralizat și al unui invertor string. Invertoarele distribuite pot fi înțelese ca invertor centralizat și optimizare descentralizată. În primul rând, urmărirea vârfului de putere maximă (MPPT) este efectuată separat prin mai multe invertoare șir, iar apoi invertoarele centralizate sunt convertite în rețele de alimentare cu curent alternativ după confluență. În comparație cu invertoarele centralizate, invertoarele distribuite au avantajele unei performanțe independente excelente, generare de putere mare și stabilitatea generală a sistemului; comparativ cu invertoarele string, invertoarele distribuite folosesc optimizarea descentralizată. Ultimul invertor centralizat de confluență reduce foarte mult costul echipamentului sistemului. În prezent, este utilizat în principal în unele proiecte de bază demonstrative din China. Din cauza dezvoltării târzii a soluției de invertor distribuit, experiența proiectului nu este suficientă, iar aplicația pe scară largă nu a fost încă formată; în același timp, datorită metodei invertorului centralizat, această soluție trebuie să utilizeze o sală de calculatoare dedicată pentru a disipa căldura din invertorul centralizat, mărind suprafața utilă ocupată de sistem.
Micro-invertorul poate efectua control MPPT al componentelor individuale, iar eficiența generării de energie și nivelul de generare a energiei sunt ridicate. Spre deosebire de alte invertoare, micro-invertorul este integrat cu fiecare modul fotovoltaic și poate efectua controlul de urmărire maximă a vârfurilor de putere (MPPT) pe un singur modul, îmbunătățind astfel mult eficiența generală de generare a energiei și generarea de energie a sistemului. În același timp, micro-invertorul are caracteristicile de dimensiuni mici și greutate redusă și nu necesită spațiu suplimentar de depozitare, ceea ce sporește foarte mult confortul instalării. Este potrivit în principal pentru proiecte de centrale electrice mici și mijlocii, cum ar fi gospodăriile. Pentru o centrală electrică de aceeași scară, utilizarea microinvertoarelor va necesita mai multe echipamente, iar costul total al sistemului este semnificativ mai mare decât cel al sistemelor care utilizează soluții de invertoare centralizate sau string.
