Šiuo metu Kinijos fotovoltinė energijos gamybos sistema daugiausia yra nuolatinės srovės sistema, skirta įkrauti saulės baterijos pagamintą elektros energiją, o baterija tiesiogiai tiekia energiją apkrovai. Pavyzdžiui, saulės energijos buitinio apšvietimo sistema šiaurės vakarų Kinijoje ir mikrobangų stočių maitinimo sistema, nutolusi nuo tinklo, yra nuolatinės srovės sistemos. Šio tipo sistema yra paprastos konstrukcijos ir mažos kainos. Tačiau dėl skirtingų apkrovos nuolatinės įtampos (pvz., 12 V, 24 V, 48 V ir kt.) sunku pasiekti sistemos standartizavimą ir suderinamumą, ypač civilinės energijos srityje, nes dauguma kintamosios srovės apkrovų naudojamos su nuolatine srove. Fotovoltiniam maitinimo šaltiniui sunku tiekti elektros energiją, kad ji patektų į rinką kaip prekė. Be to, fotovoltinė energijos gamyba galiausiai pasieks prie tinklo prijungtą veikimą, kuris turi priimti brandų rinkos modelį. Ateityje kintamosios srovės fotovoltinės energijos gamybos sistemos taps pagrindine fotovoltinės energijos gamybos dalimi.
Fotovoltinės energijos gamybos sistemos reikalavimai keitiklio maitinimo šaltiniui
Fotovoltinė energijos gamybos sistema, naudojanti kintamosios srovės išvestį, susideda iš keturių dalių: fotovoltinės matricos, įkrovimo ir iškrovimo valdiklio, akumuliatoriaus ir keitiklio (prie tinklo prijungta energijos gamybos sistema paprastai gali taupyti akumuliatorių), o keitiklis yra pagrindinis komponentas. Fotovoltinė sistema kelia aukštesnius reikalavimus keitikliams:
1. Reikalingas didelis efektyvumas. Dėl didelės saulės elementų kainos šiuo metu, norint maksimaliai padidinti saulės elementų panaudojimą ir pagerinti sistemos efektyvumą, būtina stengtis pagerinti keitiklio efektyvumą.
2. Reikalingas didelis patikimumas. Šiuo metu fotovoltinės energijos gamybos sistemos daugiausia naudojamos atokiose vietovėse, o daugelis elektrinių yra be priežiūros ir priežiūros. Tam reikia, kad keitiklis turėtų pagrįstą grandinės struktūrą, griežtą komponentų pasirinkimą ir įvairias apsaugos funkcijas, tokias kaip įėjimo nuolatinės srovės poliškumo jungties apsauga, kintamosios srovės išėjimo trumpojo jungimo apsauga, perkaitimo apsauga, perkrovos apsauga ir kt.
3. Nuolatinės srovės įėjimo įtampa turi būti labai pritaikoma. Kadangi akumuliatoriaus gnybtų įtampa kinta priklausomai nuo apkrovos ir saulės šviesos intensyvumo, nors akumuliatorius daro didelę įtaką akumuliatoriaus įtampai, akumuliatoriaus įtampa svyruoja priklausomai nuo likusios akumuliatoriaus talpos ir vidinės varžos. Ypač akumuliatoriui senstant, jo gnybtų įtampa labai kinta. Pavyzdžiui, 12 V akumuliatoriaus gnybtų įtampa gali svyruoti nuo 10 V iki 16 V. Dėl to keitiklis turi veikti didesne nuolatinės srovės verte. Užtikrinti normalų veikimą įėjimo įtampos diapazone ir užtikrinti kintamosios srovės išėjimo įtampos stabilumą.
4. Vidutinės ir didelės talpos fotovoltinės energijos gamybos sistemose keitiklio maitinimo šaltinio išvestis turėtų būti sinusoidės formos su mažesniais iškraipymais. Taip yra todėl, kad vidutinės ir didelės talpos sistemose, naudojant stačiakampės bangos energiją, išvestis turės daugiau harmoninių komponentų, o didesnės harmonikos generuos papildomus nuostolius. Daugelis fotovoltinių energijos gamybos sistemų yra apkrautos ryšio arba matavimo įranga. Įrangai keliami didesni reikalavimai elektros tinklo kokybei. Kai vidutinės ir didelės talpos fotovoltinės energijos gamybos sistemos yra prijungtos prie tinklo, siekiant išvengti elektros energijos taršos viešajame tinkle, keitiklis taip pat turi išvesti sinusoidės srovę.
Keitiklis nuolatinę srovę paverčia kintamąja srove. Jei nuolatinės srovės įtampa yra maža, ją sustiprina kintamosios srovės transformatorius, kad būtų gauta standartinė kintamosios srovės įtampa ir dažnis. Didelės talpos keitikliuose dėl didelės nuolatinės srovės šynos įtampos kintamosios srovės išėjimui paprastai nereikia transformatoriaus, kad įtampa būtų padidinta iki 220 V. Vidutinės ir mažos talpos keitikliuose nuolatinės srovės įtampa yra santykinai maža, pavyzdžiui, 12 V. 24 V įtampai reikia suprojektuoti sustiprinimo grandinę. Vidutinės ir mažos talpos keitikliai paprastai apima stūmoklinės keitiklio grandines, pilno tilto keitiklio grandines ir aukšto dažnio sustiprinimo keitiklio grandines. Stūmoklinės grandinės jungia sustiprinimo transformatoriaus neutralų kištuką prie teigiamo maitinimo šaltinio, o du maitinimo vamzdžiai veikia pakaitomis, išvesdami kintamąją energiją, nes galios tranzistoriai yra prijungti prie bendro įžeminimo, todėl pavaros ir valdymo grandinės yra paprastos, o transformatorius turi tam tikrą nuotėkio induktyvumą, todėl gali apriboti trumpojo jungimo srovę, taip pagerindamas grandinės patikimumą. Trūkumas yra tas, kad transformatoriaus panaudojimas yra mažas, o indukcinių apkrovų valdymo galimybės yra prastos.
Pilno tilto keitiklio grandinė išsprendžia stūmoklinės grandinės trūkumus. Galios tranzistorius reguliuoja išėjimo impulso plotį, todėl atitinkamai keičiasi išėjimo kintamosios įtampos efektyvioji vertė. Kadangi grandinėje yra laisvosios eigos kilpa, net ir esant indukcinėms apkrovoms, išėjimo įtampos bangos forma nebus iškraipyta. Šios grandinės trūkumas yra tas, kad viršutinės ir apatinės svirčių galios tranzistoriai neturi bendro įžeminimo, todėl reikia naudoti atskirą pavaros grandinę arba izoliuotą maitinimo šaltinį. Be to, siekiant išvengti bendro viršutinės ir apatinės tilto svirčių laidumo, grandinė turi būti suprojektuota taip, kad būtų galima išjungti ir vėl įjungti, t. y. reikia nustatyti neaktyvumo laiką, o grandinės struktūra yra sudėtingesnė.
Stūmoklinės grandinės ir pilno tilto grandinės išėjimui reikalingas kėlimo transformatorius. Kadangi kėlimo transformatorius yra didelis, mažai efektyvus ir brangesnis, tobulėjant galios elektronikai ir mikroelektronikos technologijoms, atvirkštiniam veikimui pasiekti naudojama aukšto dažnio kėlimo konversijos technologija, leidžianti realizuoti didelio galios tankio keitiklį. Šios keitiklio grandinės priekinės pakopos kėlimo grandinė yra stūmoklinės struktūros, tačiau darbinis dažnis yra didesnis nei 20 kHz. Slėpimo transformatorius yra pagamintas iš aukšto dažnio magnetinės šerdies, todėl yra mažas ir lengvas. Po aukšto dažnio inversijos srovė per aukšto dažnio transformatorių paverčiama aukšto dažnio kintamąja srove, o tada per aukšto dažnio lygintuvo filtro grandinę gaunama aukštos įtampos nuolatinė srovė (paprastai aukštesnė nei 300 V), o po to ji invertuojama per galios dažnio keitiklio grandinę.
Dėl šios grandinės struktūros keitiklio galia gerokai padidėja, atitinkamai sumažėja keitiklio nuostoliai be apkrovos ir pagerėja efektyvumas. Šios grandinės trūkumas yra sudėtinga grandinė ir mažesnis patikimumas nei aukščiau paminėtų dviejų grandinių.
Keitiklio grandinės valdymo grandinė
Visos pagrindinės minėtų keitiklių grandinės turi būti valdomos. Paprastai yra du valdymo būdai: stačiakampė banga ir teigiama bei silpna banga. Keitiklio maitinimo grandinė su stačiakampės bangos išvestimi yra paprasta, nebrangi, tačiau mažo efektyvumo ir turi daug harmoninių komponentų. Sinusinės bangos išvestis yra keitiklių plėtros tendencija. Tobulėjant mikroelektronikos technologijoms, atsirado ir mikroprocesoriai su PWM funkcijomis. Todėl sinusinės bangos išvesties keitiklių technologija subrendo.
1. Šiuo metu stačiakampės bangos išėjimo keitikliai dažniausiai naudoja impulsų pločio moduliacijos integrinius grandynus, tokius kaip SG 3 525, TL 494 ir kt. Praktika įrodė, kad naudojant SG3525 integrinius grandynus ir galios lauko tranzistorius kaip perjungimo galios komponentus, galima pasiekti santykinai didelį keitiklių našumą ir kainą. Kadangi SG3525 gali tiesiogiai valdyti galios lauko tranzistorius, turi vidinį etaloninį šaltinį, operacinį stiprintuvą ir apsaugos nuo įtampos kritimo funkciją, jo periferinė grandinė yra labai paprasta.
2. Keitiklio valdymo integrinė grandinė su sinusoidės išvestimi. Keitiklio su sinusoidės išvestimi valdymo grandinę gali valdyti mikroprocesorius, pvz., „INTEL Corporation“ pagamintas „80 C 196 MC“ ir „Motorola Company“, „MI-CRO CHIP Company“ pagaminti „MP 16“ ir „PI C 16 C 73“ ir kt. Šie vieno lusto kompiuteriai turi kelis PWM generatorius ir gali nustatyti viršutinę ir apatinę tilto svirtis. Prastovos metu naudokite „INTEL“ kompanijos „80 C 196 MC“, kad realizuotumėte sinusoidės išvesties grandinę, „80 C 196 MC“ užbaigtų sinusoidės signalo generavimą ir aptiktų kintamosios srovės išėjimo įtampą, kad būtų pasiektas įtampos stabilizavimas.
Maitinimo įrenginių pasirinkimas pagrindinėje keitiklio grandinėje
Pagrindinių galios komponentų pasirinkimaskeitiklisyra labai svarbu. Šiuo metu dažniausiai naudojami galios komponentai yra Darlingtono galios tranzistoriai (BJT), galios lauko tranzistoriai (MOS-F ET), izoliuoti vartų tranzistoriai (IGB). T) ir išjungimo tiristoriai (GTO) ir kt. Mažos talpos žemos įtampos sistemose dažniausiai naudojami MOS FET, nes MOS FET turi mažesnį įjungimo įtampos kritimą ir didesnį. IG BT perjungimo dažnis paprastai naudojamas aukštos įtampos ir didelės talpos sistemose. Taip yra todėl, kad MOS FET įjungimo varža didėja didėjant įtampai, o IG BT turi didesnį pranašumą vidutinės talpos sistemose, o itin didelės talpos (virš 100 kVA) sistemose GTO paprastai naudojami kaip galios komponentai.
Įrašo laikas: 2021 m. spalio 21 d.
