Aurinkosähköisten tehontuotantojärjestelmien ydinlaitteistona inverttereitä käytetään muuntamaan aurinkosähkömoduulien tuottama muuttuva tasajännite vaihtovirtalähteeksi verkkotaajuudella, joka on yksi tärkeimmistä järjestelmän tasapainoista aurinkosähköjärjestelmissä. Tällä hetkellä markkinoiden yleisimmät invertterit ovat keskitetyt invertterit, merkkijonoinvertterit ja mikroinvertterit. Alla vertaamme ja analysoimme näitä kolmea invertterityyppiä.
1 Keskitetty invertteri
Invertteritekniikka on useiden rinnakkaisten aurinkosähköjonojen kytkemistä saman keskitetyn invertterin DC-tuloliittimeen. Yleensä suuritehoisissa järjestelmissä käytetään kolmivaiheisia IGBT-tehomoduuleja ja pienitehoisissa järjestelmissä kenttätransistoreja. Samaan aikaan DSP-muunnosohjaimia käytetään parantamaan tuotetun sähköenergian laatua, jolloin se on hyvin lähellä siniaaltovirtaa. Sitä käytetään yleensä suurissa aurinkosähkövoimalaitoksissa, joiden teho on yli 10 kW.
Keskitettyjä inverttereitä käytetään yleensä suurissa sähköntuotantojärjestelmissä, kuten tehtaissa, aavikkovoimaloissa ja maavoimaloissa, joissa auringonvalo on tasaista. Järjestelmän kokonaisteho on suuri, yleensä yli megawattitason.
Tärkeimmät edut ovat:
1. Invertterien määrä on pieni, mikä helpottaa hallintaa;
2. Invertterissä on pieni määrä komponentteja ja korkea luotettavuus;
3. Matala harmoninen sisältö, alhainen DC-komponentti ja korkea virranlaatu;
4. Invertterillä on korkea integraatio, korkea tehotiheys ja alhaiset kustannukset;
5. Invertterillä on täydelliset suojatoiminnot ja voimalaitoksen korkea turvallisuus;
6. Siinä on tehokertoimen säätötoiminto ja matalajännitteinen läpikulkutoiminto, jolla on hyvä verkon säätö.
Tärkeimmät haitat ovat:
1. DC-yhdistimen vikataajuus on korkea, mikä vaikuttaa koko järjestelmään;
2. Keskitettyjen invertterien MPPT-jännitealue on kapea, yleensä 450-820V, eikä komponenttien kokoonpano ole joustava. Sähköntuotantoaika on lyhyt pilvisellä ja sumuisella säällä;
3. Invertterikonehuoneiden asentaminen ja käyttöönotto on vaikeaa ja vaatii erityisiä konehuoneita ja laitteita.
4. Invertteri itse kuluttaa paljon virtaa ja tietokonehuoneen ilmanvaihto ja lämmönpoisto kuluttavat paljon sähköä, mikä tekee järjestelmän ylläpidosta suhteellisen monimutkaista;
5. Keskitetyssä verkkoon kytketyssä vaihtosuuntaajajärjestelmässä komponenttiryhmä saavuttaa invertterin kahden yhtymäkohdan kautta. Invertterin maksimitehon seurantatoiminto (MPPT) ei voi valvoa jokaisen komponentin toimintaa, joten on mahdotonta pitää jokaista komponenttia optimaalisessa toimintapisteessään. Kun jokin komponentti epäonnistuu tai varjot estävät sen, se vaikuttaa koko järjestelmän sähköntuotannon tehokkuuteen;
6. Keskitetyssä verkkoon kytketyssä invertterijärjestelmässä ei ole redundanssia. Vikatilanteessa koko järjestelmä lakkaa tuottamasta sähköä.
2 merkkijonoinvertteri
Jousiinvertteri perustuu modulaariseen konseptiin, jossa jokainen aurinkosähkömerkkijono (1-5kw) kulkee invertterin läpi, jonka DC-päässä seurataan maksimitehohuippua ja AC-päässä rinnakkaisverkkoliitäntä. Siitä on tullut suosituin invertteri kansainvälisillä markkinoilla tänään.
Kieliinverttereitä käytetään pääasiassa pienissä ja keskikokoisissa katolla olevissa aurinkosähköjärjestelmissä ja pienissä maavoimaloissa.
Tärkeimmät edut ovat:
1. Kieliinvertteri käyttää modulaarista rakennetta, jossa jokainen aurinkosähkömerkki vastaa invertteriä. DC-päässä on maksimitehon seurantatoiminto, ja AC-pää on kytketty rinnan verkkoon. Sen etuna on, että merkkijonojen väliset moduulierot ja varjostukokset eivät vaikuta siihen, samalla kun se vähentää yhteensopimattomuutta aurinkosähkömoduulien ja invertterin optimaalisen toimintapisteen välillä ja maksimoi sähköntuotannon;
2. Merkkijonoinvertterien MPPT-jännitealue on laaja, yleensä välillä 250-800V. Komponennt-kokoonpano on joustavampi ja sähköntuotantoaika on pidempi alueilla, joilla on pilvinen ja sumuinen sää;
3. Lankatyyppisellä verkkoon kytketyllä invertterillä on pieni tilavuus, kevyt paino ja se on erittäin helppo kuljettaa ja asentaa. Se ei vaadi ammattityökaluja ja -laitteita, eikä se vaadi erillistä jakeluhuonetta. Se voi yksinkertaistaa rakentamista ja vähentää maankäyttöä eri sovelluksissa. Tasavirtajohtoliitännät eivät myöskään vaadi DC-yhdistäjärasioita tai DC-jakokaappeja. Merkkijonotyypillä on myös etuja, kuten alhainen itsevirrankulutus, minimaalinen vikojen vaikutus ja helppo vaihtaa ja huoltaa.
Tärkeimmät haitat ovat:
1. On olemassa monia elektronisia komponentteja, joissa on teholaitteet ja signaalipiirit samalla kortilla, mikä vaikeuttaa suunnittelua ja valmistusta ja hieman vähemmän luotettavia;
2. Teholaitteiden sähkövara on pieni, joten ne eivät sovellu korkeille alueille ja ulkoasennukseen. Tuulen ja auringon altistuminen voi helposti aiheuttaa kotelon ja jäähdytyselementin vanhenemista;
3. Ilman eristysmuuntajarakennetta sähköturvallisuus on hieman huono eikä sovellu ohutkalvokomponenttien negatiiviseen maadoitusjärjestelmään. DC-komponentti on suuri ja sillä on merkittävä vaikutus sähköverkkoon;
4. Kun useita invertteriä on kytketty rinnan, harmoninen kokonaisarvo on korkea ja yhden invertterin THDI voidaan ohjata yli 2 %:iin. Jos kuitenkin yli 40 invertteriä on kytketty rinnan, kokonaisharmoninen on päällekkäin ja sitä on vaikea vaimentaa;
5. Kun vaihtosuuntaajia on suuri määrä, kokonaisvikaprosentti kasvaa, mikä tekee järjestelmän valvonnasta vaikeaa;
6. Ilman DC- ja AC-katkaisijoita ja ilman tasavirtasulakkeita ei ole helppo irrottaa, kun järjestelmässä on toimintahäiriö;
7. Yksi invertteri voi saavuttaa nollajännitteen toiminnan, mutta kun useita koneita on kytketty rinnan, on vaikea saavuttaa nollajänniteajoa toiminnon, loistehosäädön, pätötehon säädön ja muiden toimintojen kautta.
3 mikroinvertteri
Mikroinvertterit voivat saavuttaa maksimaalisen tehopisteen seurannan paneelitasolla, ja niillä on etuja keskusinvertteriin verrattuna. Tämä voi optimoida kunkin moduulin lähtötehon kokonaislähtötehon maksimoimiseksi.
Tärkeimmät edut ovat:
1. Kun yksi tai jopa useampi moduuli epäonnistuu, järjestelmä voi silti jatkaa sähkön toimittamista verkkoon korkealla käytettävyydellä; Useita redundantteja moduuleja voidaan valinnaisesti konfiguroida parantamaan järjestelmän luotettavuutta;
2. Joustava kokoonpano, jonka avulla käyttäjät voivat asentaa aurinkokennoja kotimarkkinoiden taloudellisen kapasiteettinsa mukaan;
3. Vähentää tehokkaasti paikallisen peittämisen aiheuttamien varjojen vaikutusta lähtötehoon;
4. Ei korkeajännitesähköä, turvallisempi, yksinkertaisempi ja nopeampi asennus, pienemmät huolto- ja asennuskustannukset sekä pienempi riippuvuus asennuspalveluntarjoajista;
5. Lisäämällä kunkin invertterimoduulin tehontuotantoa ja seuraamalla maksimitehoa voidaan seurata yksittäisen komponentin maksimitehopistettä, mikä voi lisätä aurinkosähköjärjestelmän tehontuotantoa huomattavasti 25 %.
Tärkeimmät haitat ovat:
1. Mikroinvertterien sovellusskenaariot soveltuvat yleensä kattotalouksiin, mutta niiden sovellukset ovat rajalliset;
2. Mikroinvertterien kustannukset ovat suhteellisen korkeammat kuin keskitetyt invertterit ja merkkijonoinvertterit.
Vertailevan analyysin perusteella merkkijonoinverttereillä on etuja keskitettyihin invertteriin ja mikroinvertteriin verrattuna vikatiheyden, järjestelmän turvallisuuden sekä käyttö- ja ylläpitokustannusten suhteen. Niillä on parempi järjestelmän luotettavuus ja ne voivat varmistaa voimalaitosten pitkän aikavälin turvallisen ja luotettavan toiminnan.