עקרון ויישום של מהפך סולארי

נכון לעכשיו, מערכת ייצור החשמל הפוטו -וולטאי של סין היא בעיקר מערכת DC, שהיא לטעון את האנרגיה החשמלית שנוצרת על ידי הסוללה הסולארית, והסוללה מספקת ישירות כוח לעומס. לדוגמה, מערכת התאורה הסולארית של משק הבית בצפון -מערב סין ומערכת אספקת החשמל של תחנת המיקרוגל הרחק מהרשת הם כולם מערכת DC. למערכת מסוג זה יש מבנה פשוט ועלות נמוכה. עם זאת, בשל מתחי DC העומס השונים (כגון 12V, 24V, 48V וכו '), קשה להשיג סטנדרטיזציה ותאימות של המערכת, במיוחד עבור כוח אזרחי, מכיוון שרוב העומסים של AC משמשים עם כוח DC. קשה לאספקת הכוח הפוטו -וולטאית לספק חשמל להיכנס לשוק כסחורה. בנוסף, ייצור כוח פוטו-וולטאי ישיג בסופו של דבר פעולה מחוברת לרשת, אשר חייבת לאמץ מודל שוק בוגר. בעתיד, מערכות ייצור כוח פוטו -וולטאיות של AC יהפכו לזרם המרכזי של ייצור הכוח הפוטו -וולטאי.
הדרישות של מערכת ייצור חשמל פוטו -וולטאי לאספקת חשמל מהפך

מערכת ייצור החשמל הפוטו-וולטאית המשתמשת בתפוקת חשמל AC מורכבת מארבעה חלקים: מערך פוטו-וולטאי, בקר טעינה ופריקה, סוללה ומהפך (מערכת ייצור החשמל המחוברת לרשת יכולה בדרך כלל לחסוך את הסוללה), והמהפך הוא רכיב המפתח. ל- Photovoltaic דרישות גבוהות יותר לממירים:

1. נדרשת יעילות גבוהה. בשל המחיר הגבוה של תאים סולאריים כרגע, על מנת למקסם את השימוש בתאים סולאריים ולשפר את יעילות המערכת, יש צורך לנסות לשפר את היעילות של המהפך.

2. נדרש אמינות גבוהה. נכון לעכשיו, מערכות ייצור חשמל פוטו -וולטאיות משמשות בעיקר באזורים מרוחקים, ותחנות כוח רבות אינן מתייחסות ומתוחזקות. זה מחייב את המהפך להיות מבנה מעגלי סביר, בחירת רכיבים קפדנית, ומחייב את המהפך להיות פונקציות הגנה שונות, כגון הגנה על חיבור קוטביות של DC, הגנה על קצרי פלט AC, התחממות יתר, הגנת עומס יתר וכו '.

3. מתח הכניסה DC נדרש להיות מגוון רחב של הסתגלות. מכיוון שמתח הטרמינל של הסוללה משתנה עם העומס ועוצמת אור השמש, אם כי לסוללה יש השפעה חשובה על מתח הסוללה, מתח הסוללה משתנה עם שינוי קיבולת הנותר של הסוללה והתנגדות פנימית. במיוחד כאשר הסוללה מזדקנת, מתח המסוף שלה משתנה מאוד. לדוגמה, מתח הטרמינל של סוללה של 12 וולט יכול להשתנות מ- 10 V עד 16 V. זה מחייב את המהפך לפעול ב- DC גדול יותר להבטיח פעולה רגילה בטווח מתח הקלט ולהבטיח את יציבות מתח היציאה של AC.

4 במערכות ייצור כוח פוטו-וולטאיות בינוניות וגדולות, התפוקה של אספקת החשמל המהפכה צריכה להיות גל סינוס עם פחות עיוות. הסיבה לכך היא שבמערכות בקיבולת בינונית וגדולה, אם משתמשים בכוח גל מרובע, התפוקה תכיל רכיבים הרמוניים יותר, והרמוניות גבוהות יותר יניבו הפסדים נוספים. מערכות ייצור כוח פוטו -וולטאיות רבות עמוסות בציוד תקשורת או מכשור. לציוד דרישות גבוהות יותר לגבי איכות רשת החשמל. כאשר מערכות ייצור החשמל הפוטו-וולטאיות הבינוניות והגדולות מחוברות לרשת, על מנת להימנע מזיהום חשמל עם הרשת הציבורית, המהפך נדרש גם להפיק זרם גל סינוס.

המהפך ממיר זרם ישיר לזרם חילופין. אם מתח הזרם הישיר נמוך, הוא מוגבר על ידי שנאי זרם לסירוגין כדי להשיג מתח זרם ותדר סטנדרטי לסירוגין. עבור ממירים בעלי קיבולת גדולה, בשל מתח האוטובוס הגבוה של DC, פלט ה- AC בדרך כלל אינו זקוק לשנאי כדי להגביר את המתח ל 220 וולט. בממירים בקיבולת בינונית וקטנה, מתח ה- DC נמוך יחסית, כמו 12 וולט, עבור 24 וולט, יש לתכנן מעגל דחיפה. הממירים בקיבולת בינונית וקטנה כוללים בדרך כלל מעגלי מהפך דחיפה, מעגלי מהפך בגשר מלא ומעגלי המהפך בתדר גבוה. מעגלי דחיפה מחברים בין התקע הנייטרלי של שנאי Boost לאספקת החשמל החיובית, ושתי צינורות כוח עבודה חלופית, כוח AC פלט, מכיוון שטרנזיסטורי הכוח מחוברים לקרקע המשותפת, מעגלי הכונן והבקרה הם פשוטים, ומכיוון שלשנאי יש השראות דליפה מסוימת, זה יכול להגביל את זרם הקצר של מעגל הקצר, ובכך שיפור את אמון המעגל. החיסרון הוא ששימוש שנאי נמוך והיכולת להניע עומסים אינדוקטיביים היא ירודה.
מעגל המהפך של הגשר המלא מתגבר על החסרונות של מעגל הדחיפה. טרנזיסטור הכוח מתאים את רוחב דופק הפלט, והערך האפקטיבי של מתח ה- AC הפלט משתנה בהתאם. מכיוון שלמעגל יש לולאה חופשית, אפילו לעומסים אינדוקטיביים, צורת גל מתח היציאה לא תעוות. החיסרון של מעגל זה הוא כי טרנזיסטורי הכוח של הזרועות העליונות והתחתונות אינם חולקים את האדמה, ולכן יש להשתמש במעגל כונן ייעודי או באספקת חשמל מבודדת. בנוסף, על מנת למנוע את ההולכה הנפוצה של זרועות הגשר העליון והתחתון, יש לתכנן מעגל לכיבוי ואז להפעיל אותו, כלומר יש להגדיר זמן מת, ומבנה המעגל מסובך יותר.

על הפלט של מעגל הדחיפה ומעגל הגשר המלא להוסיף שנאי מדרגה. מכיוון ששנאי המדרגה הוא גדול בגודל, דל יעילות ויקר יותר, עם פיתוח אלקטרוניקה חשמל וטכנולוגיית מיקרו-אלקטרוניקה, משתמשים בטכנולוגיית המרה בתדר גבוה לתדר גבוה כדי להשיג הפוך הוא יכול לממש מהפך צפיפות כוח גבוה. מעגל ההגברה הקדמי של מעגל המהפך הזה נוקט במבנה דחיפה, אך תדר העבודה הוא מעל 20 קילו הרץ. שנאי Boost מאמצים חומר ליבה מגנטי בתדר גבוה, כך שהוא קטן בגודל ובאור במשקל. לאחר היפוך בתדירות גבוהה, הוא מומר לזרם חילופין בתדר גבוה דרך שנאי בתדר גבוה, ואז מתקבל זרם ישיר במתח גבוה (בדרך כלל מעל 300 וולט) באמצעות מעגל מסנן מיישר בתדר גבוה, ואז הפוך דרך מעגל תדר כוח.

בעזרת מבנה מעגל זה משופר מאוד את כוחו של המהפך, אובדן ללא עומס של המהפך מופחת בהתאמה והיעילות משופרת. החיסרון של המעגל הוא שהמעגל מסובך והאמינות נמוכה משני המעגלים לעיל.

מעגל בקרה של מעגל המהפך

המעגלים העיקריים של הממירים שהוזכרו לעיל כולם צריכים להתממש על ידי מעגל בקרה. באופן כללי, ישנן שתי שיטות בקרה: גל מרובע וגל חיובי וחלש. מעגל אספקת החשמל של המהפך עם תפוקת גל מרובע פשוט, נמוך בעלות, אך נמוך ביעילות וגדול ברכיבים הרמוניים. ו פלט גל סינוס הוא מגמת הפיתוח של הממירים. עם פיתוח טכנולוגיית מיקרואלקטרוניקה, מעבדי מיקרו -מעבדים עם פונקציות PWM יצאו גם הם. לפיכך, טכנולוגיית המהפך לתפוקת גל סינוס התבגרה.

1. ממירים עם תפוקת גל מרובעת משתמשים כיום ברובם מעגלים משולבים במודולציה ברוחב הדופק, כמו SG 3 525, TL 494 וכן הלאה. התרגול הוכיח כי השימוש במעגלים משולבים SG3525 ושימוש ב- FETs כוח שכן רכיבי כוח מיתוג יכולים להשיג ביצועים גבוהים יחסית וממירי מחירים. מכיוון של- SG3525 יש את היכולת להניע ישירות את יכולת ה- FETs של כוח ויש לו מקור הפניה פנימי ומגבר תפעולי ופונקציה להגנה מפני מתח, כך שהמעגל ההיקפי שלו פשוט מאוד.

2. המעגל המשולב לבקרת המהפך עם פלט גל סינוס, ניתן לשלוט במעגל הבקרה של המהפך עם פלט גל סינוס על ידי מעבד מיקרו, כמו 80 C 196 MC המיוצר על ידי Intel Corporation, ולהפיק על ידי חברת מוטורולה. MP 16 ו- PI C 16 C 73 המיוצר על ידי חברת C-CRO Chip Company וכו '. מחשבים עם שבב יחיד אלה כוללים מחוללי PWM מרובים, ויכולים להגדיר את זרועות הגשר העליונות והעליונות. במהלך התקופה המתה, השתמש ב- 80 C MC של חברת אינטל כדי לממש את מעגל הפלט של גל סינוס, 80 C 196 MC כדי להשלים את יצירת האות של גל סינוס, ולאתר את מתח היציאה של AC כדי להשיג ייצוב מתח.

בחירת מכשירי חשמל במעגל הראשי של המהפך

הבחירה ברכיבי הכוח העיקריים שלמהפךחשוב מאוד. נכון לעכשיו, רכיבי הכוח המשומשים ביותר כוללים טרנזיסטורי כוח דארלינגטון (BJT), טרנזיסטורים של אפקט שדה חשמל (MOS-F ET), טרנזיסטורי GATE מבודדים (IGB). T) והפניית תיריסטור (GTO) וכו ', המכשירים המשומשים ביותר במערכות מתח נמוך בקיבולת קטנה הם MOS FET, מכיוון ש- MOS FET יש ירידה במתח במדינה נמוכה יותר ותדירות המיתוג של IG BT משמשת בדרך כלל במערכות בעלות מתח גבוה וביכולת גדולה. הסיבה לכך היא שההתנגדות במדינה של MOS FET עולה עם עליית המתח, ו- IG BT היא במערכות קיבולת בינונית תופסת יתרון גדול יותר, ואילו במערכות סופר-גדולות (מעל 100 kVA), GTOs משמשים בדרך כלל כמרכיבי כוח.