Derzeit handelt es sich bei Chinas Photovoltaik-Stromerzeugungssystem hauptsächlich um ein Gleichstromsystem, das die von der Solarbatterie erzeugte elektrische Energie auflädt und die Batterie die Last direkt mit Strom versorgt.Beispielsweise sind das Solar-Haushaltsbeleuchtungssystem im Nordwesten Chinas und das Stromversorgungssystem der Mikrowellenstation weit entfernt vom Stromnetz allesamt Gleichstromsysteme.Diese Art von System ist einfach aufgebaut und kostengünstig.Aufgrund der unterschiedlichen Lastgleichspannungen (z. B. 12 V, 24 V, 48 V usw.) ist es jedoch schwierig, eine Standardisierung und Kompatibilität des Systems zu erreichen, insbesondere für die zivile Stromversorgung, da die meisten Wechselstromlasten mit Gleichstrom betrieben werden .Für die Photovoltaik-Stromversorgung ist es schwierig, Strom als Massenware auf den Markt zu bringen.Darüber hinaus wird die Photovoltaik-Stromerzeugung irgendwann einen netzgekoppelten Betrieb erreichen, der ein ausgereiftes Marktmodell übernehmen muss.In Zukunft werden AC-Photovoltaik-Stromerzeugungssysteme zum Mainstream der photovoltaischen Stromerzeugung werden.
Die Anforderungen eines Photovoltaik-Stromerzeugungssystems an die Wechselrichter-Stromversorgung
Das Photovoltaik-Stromerzeugungssystem mit Wechselstromausgang besteht aus vier Teilen: Photovoltaik-Array, Lade- und Entladeregler, Batterie und Wechselrichter (das netzgekoppelte Stromerzeugungssystem kann im Allgemeinen die Batterie schonen), und der Wechselrichter ist die Schlüsselkomponente.Photovoltaik stellt höhere Anforderungen an Wechselrichter:
1. Es ist eine hohe Effizienz erforderlich.Aufgrund der derzeit hohen Preise für Solarzellen muss versucht werden, die Effizienz des Wechselrichters zu verbessern, um die Nutzung von Solarzellen zu maximieren und die Systemeffizienz zu verbessern.
2. Es ist eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich.Derzeit werden Photovoltaik-Stromerzeugungsanlagen hauptsächlich in abgelegenen Gebieten eingesetzt und viele Kraftwerke sind unbeaufsichtigt und werden nicht gewartet.Dies erfordert, dass der Wechselrichter über eine angemessene Schaltungsstruktur und eine strenge Komponentenauswahl verfügt und dass der Wechselrichter über verschiedene Schutzfunktionen verfügt, wie z. B. Eingangs-DC-Polaritätsverbindungsschutz, AC-Ausgangs-Kurzschlussschutz, Überhitzung, Überlastschutz usw.
3. Die DC-Eingangsspannung muss über einen weiten Anpassungsbereich verfügen.Da sich die Klemmenspannung der Batterie mit der Last und der Intensität des Sonnenlichts ändert, hat die Batterie zwar einen großen Einfluss auf die Batteriespannung, die Batteriespannung schwankt jedoch mit der Änderung der Restkapazität und des Innenwiderstands der Batterie.Insbesondere wenn die Batterie altert, schwankt ihre Klemmenspannung stark.Beispielsweise kann die Klemmenspannung einer 12-V-Batterie zwischen 10 V und 16 V variieren. Dies erfordert, dass der Wechselrichter mit einem größeren Gleichstrom betrieben wird. Sorgen Sie für einen normalen Betrieb innerhalb des Eingangsspannungsbereichs und stellen Sie die Stabilität der Wechselstrom-Ausgangsspannung sicher.
4. In Photovoltaik-Stromerzeugungssystemen mittlerer und großer Kapazität sollte der Ausgang des Wechselrichter-Netzteils eine Sinuswelle mit geringerer Verzerrung sein.Dies liegt daran, dass in Systemen mittlerer und großer Kapazität bei Verwendung von Rechteckwellenleistung der Ausgang mehr harmonische Komponenten enthält und höhere Harmonische zusätzliche Verluste erzeugen.Viele Photovoltaik-Stromerzeugungssysteme sind mit Kommunikations- oder Instrumentierungsgeräten ausgestattet.Die Geräte stellen höhere Anforderungen an die Qualität des Stromnetzes.Wenn die Photovoltaik-Stromerzeugungssysteme mittlerer und großer Kapazität an das Netz angeschlossen sind, muss der Wechselrichter auch einen Sinuswellenstrom ausgeben, um eine Stromverschmutzung im öffentlichen Netz zu vermeiden.
Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um.Wenn die Gleichspannung niedrig ist, wird sie durch einen Wechselstromtransformator verstärkt, um eine normale Wechselspannung und -frequenz zu erhalten.Bei Wechselrichtern mit großer Kapazität benötigt der AC-Ausgang aufgrund der hohen DC-Busspannung im Allgemeinen keinen Transformator, um die Spannung auf 220 V zu erhöhen.Bei Wechselrichtern mit mittlerer und kleiner Kapazität ist die Gleichspannung relativ niedrig, beispielsweise 12 V. Für 24 V muss eine Boost-Schaltung ausgelegt werden.Wechselrichter mittlerer und kleiner Kapazität umfassen im Allgemeinen Push-Pull-Wechselrichterschaltungen, Vollbrücken-Wechselrichterschaltungen und Hochfrequenz-Boost-Wechselrichterschaltungen.Gegentaktschaltungen verbinden den Neutralleiter des Aufwärtstransformators mit der positiven Stromversorgung und zwei Leistungsröhren, die abwechselnd arbeiten und Wechselstrom ausgeben, da die Leistungstransistoren mit der gemeinsamen Masse verbunden sind, die Antriebs- und Steuerschaltungen einfach sind, und weil Da der Transformator über eine gewisse Streuinduktivität verfügt, kann er den Kurzschlussstrom begrenzen und so die Zuverlässigkeit der Schaltung verbessern.Der Nachteil besteht darin, dass die Transformatorauslastung gering ist und die Fähigkeit, induktive Lasten anzutreiben, schlecht ist.
Die Vollbrücken-Wechselrichterschaltung überwindet die Nachteile der Gegentaktschaltung.Der Leistungstransistor passt die Ausgangsimpulsbreite an und der Effektivwert der Ausgangswechselspannung ändert sich entsprechend.Da die Schaltung über eine Freilaufschleife verfügt, wird die Wellenform der Ausgangsspannung auch bei induktiven Lasten nicht verzerrt.Der Nachteil dieser Schaltung besteht darin, dass die Leistungstransistoren des oberen und unteren Zweigs keine gemeinsame Masse haben und daher eine eigene Ansteuerschaltung oder eine isolierte Stromversorgung verwendet werden muss.Um die gemeinsame Leitung des oberen und unteren Brückenzweigs zu verhindern, muss außerdem ein Stromkreis so ausgelegt sein, dass er aus- und wieder eingeschaltet wird, d. h. es muss eine Totzeit eingestellt werden, und die Schaltungsstruktur ist komplizierter.
Der Ausgang der Gegentaktschaltung und der Vollbrückenschaltung muss einen Aufwärtstransformator hinzufügen.Da der Aufwärtstransformator groß ist, einen geringen Wirkungsgrad hat und teurer ist, wird mit der Entwicklung der Leistungselektronik und der Mikroelektroniktechnologie die Hochfrequenz-Aufwärtsumwandlungstechnologie verwendet, um eine Umkehrung zu erreichen. Dadurch kann ein Wechselrichter mit hoher Leistungsdichte realisiert werden.Der Front-Boost-Schaltkreis dieses Wechselrichterschaltkreises verfügt über eine Push-Pull-Struktur, die Arbeitsfrequenz liegt jedoch über 20 kHz.Der Boost-Transformator besteht aus Hochfrequenz-Magnetkernmaterial und ist daher klein und leicht.Nach der Hochfrequenzinvertierung wird er durch einen Hochfrequenztransformator in hochfrequenten Wechselstrom umgewandelt, und dann wird durch eine Hochfrequenzgleichrichterfilterschaltung Hochspannungsgleichstrom (im Allgemeinen über 300 V) erhalten und dann durch a invertiert Stromfrequenzumrichterschaltung.
Mit dieser Schaltungsstruktur wird die Leistung des Wechselrichters erheblich verbessert, der Leerlaufverlust des Wechselrichters entsprechend reduziert und der Wirkungsgrad verbessert.Der Nachteil der Schaltung besteht darin, dass die Schaltung kompliziert ist und die Zuverlässigkeit geringer ist als bei den beiden oben genannten Schaltungen.
Steuerkreis des Wechselrichterkreises
Die Hauptschaltungen der oben genannten Wechselrichter müssen alle durch eine Steuerschaltung realisiert werden.Im Allgemeinen gibt es zwei Steuerungsmethoden: Rechteckwelle sowie positive und schwache Welle.Die Wechselrichter-Stromversorgungsschaltung mit Rechteckwellenausgang ist einfach, kostengünstig, weist jedoch einen geringen Wirkungsgrad und viele Oberschwingungskomponenten auf..Sinuswellenausgang ist der Entwicklungstrend von Wechselrichtern.Mit der Entwicklung der Mikroelektronik-Technologie sind auch Mikroprozessoren mit PWM-Funktionen auf den Markt gekommen.Daher ist die Wechselrichtertechnologie für die Sinuswellenausgabe ausgereift.
1. Wechselrichter mit Rechteckwellenausgang verwenden derzeit meist integrierte Pulsweitenmodulationsschaltkreise wie SG 3 525, TL 494 usw.Die Praxis hat gezeigt, dass durch den Einsatz integrierter SG3525-Schaltkreise und den Einsatz von Leistungs-FETs als Schaltleistungskomponenten relativ hohe Leistungs- und Preis-Wechselrichter erzielt werden können.Da der SG3525 Leistungs-FETs direkt ansteuern kann und über eine interne Referenzquelle, einen Operationsverstärker und eine Unterspannungsschutzfunktion verfügt, ist seine Peripherieschaltung sehr einfach.
2. Der integrierte Schaltkreis zur Wechselrichtersteuerung mit Sinuswellenausgang, der Steuerkreis des Wechselrichters mit Sinuswellenausgang, kann von einem Mikroprozessor gesteuert werden, z. B. 80 C 196 MC, hergestellt von INTEL Corporation und hergestellt von Motorola Company.MP 16 und PI C 16 C 73, hergestellt von MI-CRO CHIP Company usw. Diese Ein-Chip-Computer verfügen über mehrere PWM-Generatoren und können die oberen und oberen Brückenarme einstellen.Verwenden Sie während der Totzeit den 80 C 196 MC der Firma INTEL, um die Sinuswellen-Ausgangsschaltung zu realisieren, 80 C 196 MC, um die Erzeugung des Sinuswellensignals abzuschließen und die AC-Ausgangsspannung zu erkennen, um eine Spannungsstabilisierung zu erreichen.
Auswahl der Leistungsgeräte im Hauptstromkreis des Wechselrichters
Die Wahl der Hauptleistungskomponenten desWandlerist sehr wichtig.Zu den derzeit am häufigsten verwendeten Leistungskomponenten gehören Darlington-Leistungstransistoren (BJT), Leistungsfeldeffekttransistoren (MOS-F ET) und isolierte Gate-Transistoren (IGB).T) und Abschaltthyristor (GTO) usw. sind die am häufigsten verwendeten Geräte in Niederspannungssystemen mit kleiner Kapazität MOS-FETs, da MOS-FETs einen geringeren Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand und eine höhere Schaltfrequenz von IG BT aufweisen Einsatz in Hochspannungs- und Großleistungsanlagen.Dies liegt daran, dass der Durchlasswiderstand des MOS-FET mit zunehmender Spannung zunimmt und IG BT in Systemen mit mittlerer Kapazität einen größeren Vorteil hat, während in Systemen mit sehr großer Kapazität (über 100 kVA) im Allgemeinen GTOs verwendet werden als Leistungskomponenten.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 21. Okt. 2021
