Ο μετατροπέας είναι μια συσκευή που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα από ένα φωτοβολταϊκό σύστημα παραγωγής ενέργειας σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Η ισχύς εξόδου των μετατροπέων συνήθως διατίθεται σε διαφορετικές χωρητικότητες, όπως 5 kW, 50 kW, 500 kW κ.λπ. Η ποσότητα των φωτοβολταϊκών μονάδων καθορίζεται με βάση την χωρητικότητα του μετατροπέα. Για παράδειγμα, ένας μετατροπέας 1 kW μπορεί να συνδέσει 6-8 φωτοβολταϊκά πάνελ ισχύος περίπου 100 watt και αυτός ο συνδυασμός μπορεί να επιτύχει τη μέγιστη χρήση ενέργειας. Ομοίως, για ένα φωτοβολταϊκό σύστημα 350 kW, απαιτούνται συνήθως 5-7 μετατροπείς. Αν υποθέσουμε ότι χρησιμοποιούμε κάθε μετατροπέα με ονομαστική ισχύ 50 kW, θα χρειαζόμασταν τουλάχιστον 7 μετατροπείς για να επιτύχουμε παραγωγή ισχύος 350 kW. Πρέπει επίσης να εξετάσουμε τη σχέση μεταξύ του αριθμού των μετατροπέων και της απόδοσης λειτουργίας, καθώς και το επίπεδο δυσκολίας των χειριστών και των τεχνικών για αυτές τις συσκευές. Πολύ λίγοι μετατροπείς μπορούν εύκολα να οδηγήσουν σε αστοχίες ενός σημείου, ενώ πάρα πολλοί μετατροπείς μπορεί επίσης να προκαλέσουν δυσκολίες συντήρησης και υψηλό κόστος.
Οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς μπορούν να ταξινομηθούν στους ακόλουθους τύπους σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους ταξινόμησης:
Μετατροπέας εκτός δικτύου:γνωστός και ως ανεξάρτητος μετατροπέας. Μπορεί να τροφοδοτεί ανεξάρτητα το φορτίο χωρίς να επηρεάζεται από το ηλεκτρικό δίκτυο ή άλλες πηγές. Χρησιμοποιείται σε ανεξάρτητα συστήματα, η φωτοβολταϊκή συστοιχία φορτίζει την μπαταρία και ο μετατροπέας χρησιμοποιεί την τάση συνεχούς ρεύματος της μπαταρίας ως πηγή ενέργειας.
Μετατροπέας συνδεδεμένος στο δίκτυο:Οι μετατροπείς που είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο μπορούν να παρέχουν εναλλασσόμενο ρεύμα από συσκευές αποθήκευσης σε φορτία εναλλασσόμενου ρεύματος και να παρέχουν πρόσθετη ισχύ στο δίκτυο. Η τάση εξόδου του μετατροπέα μπορεί να ανατροφοδοτηθεί σε μια εμπορική πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος, επομένως το ημιτονοειδές κύμα εξόδου πρέπει να βρίσκεται στην ίδια φάση, συχνότητα και τάση με την πηγή ισχύος.
Μετατροπέας διπλής κορυφής:γνωστός και ως εφεδρικός μετατροπέας μπαταρίας. Ένας ειδικός μετατροπέας που χρησιμοποιεί μια μπαταρία ως πηγή ενέργειας, σε συνδυασμό με έναν φορτιστή μπαταρίας για τη φόρτιση της μπαταρίας. Εάν υπάρχει υπερβολική ισχύς, θα επαναφορτιστεί στην πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος. Οι μετατροπείς διπλής αιχμής μπορούν να λειτουργήσουν τόσο ως συνδεδεμένοι στο δίκτυο όσο και ως μετατροπείς εκτός δικτύου.
Μετατροπέας πηγής τάσης (VSI):Η είσοδος του μετατροπέα είναι μια πηγή σταθερής τάσης DC. Κατάλληλο για περιπτώσεις που απαιτούν σταθερή τάση εξόδου, όπως κίνηση κινητήρα.
Μετατροπέας τρέχουσας πηγής (CSI):Η είσοδος του μετατροπέα είναι μια σταθερή πηγή ρεύματος συνεχούς ρεύματος. Κατάλληλο για καταστάσεις με μεγάλες αλλαγές φορτίου, μπορεί να παρέχει σταθερή έξοδο ρεύματος.
Μονοφασικός μετατροπέας:μετατρέπει την είσοδο DC σε μονοφασική έξοδο. Η τάση και το ρεύμα εξόδου ενός μονοφασικού μετατροπέα έχουν μόνο μία φάση, με ονομαστική συχνότητα 50Hz ή 60Hz. Χρησιμοποιείται συνήθως σε σενάρια χαμηλού φορτίου, όπως οικιακές συσκευές και μικρές συσκευές.
Τριφασικός μετατροπέας:μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε τριφασικό τροφοδοτικό. Ένα τριφασικό τροφοδοτικό παρέχει τρία τεμνόμενα και ομοιόμορφα διαχωρισμένα εναλλασσόμενα ρεύματα. Και τα τρία κύματα που δημιουργούνται στο άκρο εξόδου έχουν το ίδιο πλάτος και συχνότητα. Κατάλληλο για εφαρμογές υψηλού φορτίου όπως βιομηχανικός εξοπλισμός και μεγάλοι κινητήρες.
Μετατροπέας με μεταγωγή γραμμής:Η τάση γραμμής του κυκλώματος AC του μετατροπέα μπορεί να ληφθεί μέσω της συσκευής. Όταν το ρεύμα στο SCR έχει μηδενικά χαρακτηριστικά, η συσκευή απενεργοποιείται. Κατάλληλο για καταστάσεις που απαιτούν ακριβή έλεγχο του ρεύματος.
Μετατροπέας αναγκαστικής εναλλαγής:Σε αυτόν τον τύπο μεταγωγής, δεν θα υπάρχει σημείο μηδέν στο τροφοδοτικό. Επομένως, απαιτούνται ορισμένοι εξωτερικοί πόροι για τη διόρθωση της συσκευής. Κατάλληλο για καταστάσεις που απαιτούν εξωτερικό έλεγχο.
Μετατροπέας σειράς:Το φορτίο συνδέεται απευθείας σε σειρά με το τροφοδοτικό DC με τη βοήθεια θυρίστορ. Κατάλληλο για καταστάσεις όπου απαιτείται απευθείας σύνδεση σε σειρά φορτίων.
Παράλληλος μετατροπέας:Η αγωγή και η απενεργοποίηση των θυρίστορ ελέγχονται από πυκνωτές μεταγωγής που συνδέονται μεταξύ τους. Σε κατάσταση λειτουργίας, ο πυκνωτής συνδέεται παράλληλα με το φορτίο μέσω ενός μετασχηματιστή. Κατάλληλο για καταστάσεις όπου απαιτούνται παράλληλα φορτία.
Μετατροπέας μισής γέφυρας:απαιτούνται δύο ηλεκτρονικοί διακόπτες για να λειτουργήσει. Οι διακόπτες μπορεί να είναι MOSFET, IJBT, BJT ή θυρίστορ. Κατάλληλο για εφαρμογές μικρής και μεσαίας ισχύος.
Μετατροπέας πλήρους γέφυρας:Ένας μονοφασικός μετατροπέας πλήρους γέφυρας έχει τέσσερις ελεγχόμενους διακόπτες που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της κατεύθυνσης της ροής του ρεύματος στο φορτίο. Αυτή η γέφυρα διαθέτει 4 διόδους ανάδρασης που μπορούν να ανατροφοδοτήσουν την ενέργεια που αποθηκεύεται στο φορτίο στην παροχή ρεύματος. Κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής ισχύος.
Τριφασικός μετατροπέας γέφυρας:Τα βιομηχανικά και άλλα βαριά φορτία απαιτούν τριφασική παροχή ρεύματος.
Μετατροπέας τετραγωνικών κυμάτων:Ο απλούστερος μετατροπέας που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα, αλλά η κυματομορφή εξόδου δεν είναι καθαρό ημιτονοειδές κύμα, έχει μόνο ένα τετράγωνο κύμα στο άκρο εξόδου.
Μετατροπέας οιονεί ημιτονικού κύματος:ένας τροποποιημένος μετατροπέας ημιτονοειδούς κύματος με κλιμακωτούς ημιτονοειδείς κυματισμούς.
Μετατροπέας καθαρού ημιτονοειδούς κύματος:Ο μετατροπέας καθαρού ημιτονοειδούς κύματος μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε σχεδόν καθαρό ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ρεύμα και η κυματομορφή εξόδου είναι πολύ πιο ομαλή από τους μετατροπείς τετραγωνικών και οιονεί ημιτονοειδών κυμάτων.
Μετατροπέας δύο επιπέδων:Ένας μετατροπέας δύο επιπέδων έχει δύο επίπεδα εξόδου, με εναλλασσόμενες θετικές και αρνητικές τάσεις εξόδου στη θεμελιώδη συχνότητα.
Μετατροπέας πολλαπλών επιπέδων:Ένας μετατροπέας πολλαπλών επιπέδων μετατρέπει ένα σήμα DC σε μια κλιμακωτή κυματομορφή πολλαπλών επιπέδων και η κυματομορφή εξόδου του μετατροπέα πολλαπλών επιπέδων δεν εναλλάσσεται άμεσα θετική και αρνητική, αλλά εναλλασσόμενη πολλαπλών επιπέδων.
Εάν ταξινομηθούν σύμφωνα με τη μέθοδο σύνδεσης μεταξύ φωτοβολταϊκών μονάδων και μετατροπέων, μπορούν να χωριστούν σε κεντρικούς μετατροπείς και μετατροπείς στοιχειοσειρών.
Σύγκριση τριών κύριων τύπων μετατροπέων
| Σχέδιο | Κεντρικός μετατροπέας | Μετατροπέας χορδών | Μικρο μετατροπέας |
| Κεντρικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής μεγάλης κλίμακας | Εφαρμόσιμος | Εφαρμόσιμος | Ανεφάρμοστος |
| Διανεμήθηκε μεγάλης κλίμακας βιομηχανικός και εμπορικός σταθμός παραγωγής ενέργειας στον τελευταίο όροφο | Εφαρμόσιμος | Εφαρμόσιμος | Ανεφάρμοστος |
| Διανέμονται μικρομεσαίοι βιομηχανικοί και εμπορικοί σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε στέγες | Ανεφάρμοστος | Εφαρμόσιμος | Εφαρμόσιμος |
| Κατανεμημένος σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στον τελευταίο όροφο για οικιακή χρήση | Ανεφάρμοστος | Εφαρμόσιμος | Εφαρμόσιμος |
| Η μέγιστη παρακολούθηση ισχύος αντιστοιχεί στον αριθμό των εξαρτημάτων | Ένας μεγάλος αριθμός χορδών | 1-4 σύνολα συμβολοσειρών | Μονή χορδή |
| Μέγιστο εύρος τάσης παρακολούθησης ισχύος | Στενός | Ευρύς | Ευρύς |
| Αποδοτικότητα παραγωγής ενέργειας συστήματος | Γενικός | Ψηλά | Υψιστος |
| Εγκατάσταση κατάληψη γης | Χρειάζομαι ανεξάρτητη αίθουσα υπολογιστών | Δεν χρειάζεται | Δεν χρειάζεται |
| Εξωτερική εγκατάσταση | Δεν επιτρέπεται | Επιτρέπεται | Επιτρέπεται |
| Συντηρησιμότητα | Γενικός | Εύκολη συντήρηση | Δύσκολο στη συντήρηση |
| Συγκρίνετε έργα | Μετατροπέας στοιχειοσειρών 80KW | Κεντρικός μετατροπέας 500KW |
| Κουτί συνδυασμού | Δεν χρειάζεται κουτί συνδυασμού, η είσοδος DC υποδιαιρείται σε κάθε συμβολοσειρά | Χρειάζεστε 12 κουτιά συνδυασμού για κεντρική σύγκλιση |
| καλωδίωση DC | Απλή καλωδίωση στην πλευρά DC, κατανεμημένη επιτόπια σύνδεση δικτύου. Κοντό καλώδιο DC, χαμηλού κόστους | Η καλωδίωση στην πλευρά DC είναι σχετικά πολύπλοκη και έχει μεγάλη απόσταση. Εάν είναι απαραίτητο, πρέπει να εγκατασταθούν πολλαπλά επίπεδα ράβδων ζυγών, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα σχετικά υψηλό κόστος |
| καλωδίωση AC | Η απόσταση σύνδεσης του πλευρικού καλωδίου AC είναι μεγάλη και κάθε μετατροπέας απαιτεί διακόπτη κυκλώματος AC, ο οποίος μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο τοπικά ή μέσω σύγκλισης AC | Η απόσταση από την πλευρά AC στον μετασχηματιστή είναι πολύ μικρή, η απώλεια γραμμής είναι μικρή και η καλωδίωση AC είναι απλή και οικονομική |
| Τάση εξόδου | Τριφασική έξοδος AC 400V, μπορεί να συνδεθεί σε δίκτυο DC χαμηλής τάσης χωρίς την ανάγκη μετασχηματιστών απομόνωσης | Τριφασική έξοδος AC 315V, η σύνδεση στο δίκτυο απαιτεί την προσθήκη μετασχηματιστή απομόνωσης 400V |
| Επίπεδο προστασίας | Επίπεδο προστασίας IP65, μπορεί να εγκατασταθεί σε εξωτερικούς χώρους και μπορεί να εγκατασταθεί κοντά στα εξαρτήματα. | Το επίπεδο προστασίας είναι IP20, εγκατεστημένο σε εσωτερικούς χώρους ή κατασκευασμένο σε εξωτερικούς χώρους |
| Μέθοδος ψύξης | Έξυπνη ψύξη αέρα | Η εξαναγκασμένη ψύξη αέρα απαιτεί αεραγωγούς υψηλής ροής |
| Εύρος τάσης εργασίας | Τάση MPPT ευρείας εμβέλειας, 200-850V, ικανή να παράγει ηλεκτρισμό ακόμη και σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, όπως βροχερές μέρες | Το εύρος MPPT είναι 500-820V και το εύρος παραγωγής ενέργειας είναι σχετικά στενό |
| Αποδοτικότητα | Η υψηλότερη απόδοση είναι 99% και η συνολική απόδοση είναι 98,65% | Η μέγιστη απόδοση ενός μετασχηματιστή χωρίς μόνωση είναι 98.0%, με συνολική απόδοση 97,5%. Η μέγιστη απόδοση ενός μετασχηματιστή με μόνωση είναι 97.0%, με συνολική απόδοση 96,5% |
| Ποιότητα ισχύος | Μονή μονάδα THD<3%, total THD of 20 units together exceeds 5%. No isolation transformer, high DC component | Μονό THD<3%, parallel connection of two units is about 3%, and there is no DC component when an isolation transformer is added |
| Ρύθμιση δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας | Διαθέτει χαμηλή τάση διέλευσης, ρύθμιση συντελεστή ισχύος και καταγραφή σφαλμάτων δικτύου | Υπάρχει μια λειτουργία χαμηλής τάσης και το ηλεκτρικό δίκτυο μπορεί να προσαρμόσει τον συντελεστή ισχύος. Οι συναρτήσεις ενεργού και αέργου ισχύος είναι σχετικά αδύναμες |
| κανάλια MPPT | 1 μετατροπέας με 6 κανάλια MPPT, έργο 1 MW με 72 κανάλια MPPT, έχει πλεονεκτήματα σε πολλαπλές γωνίες | Δύο κανάλια MPPT παράγουν υψηλή ισχύ σε επίπεδες και ανεμπόδιστες περιοχές |
| Ασφάλεια | Χωρίς διακόπτες κυκλώματος DC και διακόπτες κυκλώματος AC, η ασφάλεια είναι ελαφρώς κατώτερη | Υπάρχουν διακόπτες κυκλώματος DC και διακόπτες κυκλώματος εναλλασσόμενου ρεύματος που μπορούν να αποσυνδεθούν σύμφωνα με διαφορετικές συνθήκες σφάλματος, με καλή ασφάλεια |
| Αριθμός | Χωρητικότητα συστήματος | Επιλογή μετατροπέα | Περιγραφή |
| 1 | Κάτω από 400 KW | Μετατροπέας χορδών | Για συστήματα κάτω των 400 kw, η διαφορά κόστους μεταξύ των μετατροπέων στοιχειοσειρών και των κεντρικών μετατροπέων δεν είναι σημαντική, αλλά οι μετατροπείς στοιχειοσειρών παράγουν 5% έως 10% περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια |
| 2 | 400KW έως 2MW | Μετατροπέας χορδών | Για συστήματα μεταξύ 400KW και 2MW, το κόστος των μετατροπέων στοιχειοσειρών είναι 5% υψηλότερο από τους κεντρικούς μετατροπείς, αλλά η παραγωγή ισχύος των μετατροπέων στοιχειοσειρών είναι 5% έως 10% υψηλότερη. Τα συνολικά έσοδα του συστήματος μετατροπέα στοιχειοσειρών είναι καλά |
| 3 | 2MW έως 6MW | Οι κεντρικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται για επίγειους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με ομοιόμορφο ηλιακό φως και οι μετατροπείς τύπου στοιχειοσειρών χρησιμοποιούνται για στέγες | Επιλέξτε σύμφωνα με την πραγματική τοποθεσία εγκατάστασης |
| 4 | Πάνω από 6MW | Κεντρικός μετατροπέας | Οι κεντρικοί μετατροπείς μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις του ηλεκτρικού δικτύου |
Κεντρικός μετατροπέας:Χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του συνεχούς ρεύματος πολλαπλών φωτοβολταϊκών σειρών σε σύνολο, και είναι κατάλληλο για μεγάλα φωτοβολταϊκά εργοστάσια, όπως μεγάλα εργοστάσια, εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής στην έρημο, επίγεια κ.λπ. Τα χαρακτηριστικά του περιλαμβάνουν: υψηλή ισχύ, με ένα χωρητικότητα γενικά άνω των 500 KW, κατάλληλο για μεγάλους φωτοβολταϊκούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Υψηλή ποιότητα ισχύος, χαμηλή περιεκτικότητα αρμονικών, υψηλή ποιότητα ισχύος, πλήρεις λειτουργίες προστασίας και υψηλή ασφάλεια. Βολική διαχείριση, με μικρό αριθμό μετατροπέων, εύκολο στη διαχείριση, λίγα εξαρτήματα και καλή σταθερότητα. Τα κύρια μειονεκτήματα είναι: το εύρος τάσης MPPT είναι στενό και η διαμόρφωση του εξαρτήματος δεν είναι ευέλικτη. Χρειάζεστε μια ειδική αίθουσα υπολογιστών, η εγκατάσταση δεν είναι ευέλικτη. Η αυτοκατανάλωση ενέργειας και ο εξαερισμός και η απαγωγή θερμότητας στην αίθουσα υπολογιστών καταναλώνουν πολύ ηλεκτρική ενέργεια.
Μετατροπέας στοιχειοσειρών:Χρησιμοποιείται για την αναστροφή της ισχύος συνεχούς ρεύματος κάθε φωτοβολταϊκής στοιχειοσειράς ξεχωριστά και είναι κατάλληλο για μικρού και μεσαίου μεγέθους φωτοβολταϊκά συστήματα, μικρού και μεσαίου μεγέθους φωτοβολταϊκά συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ταράτσας και μικρούς επίγειους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Τα χαρακτηριστικά του περιλαμβάνουν: χαμηλή ισχύ, με ατομική ισχύ γενικά κάτω από 100 KW, αλλά με την τεχνολογική πρόοδο, αυτή τη στιγμή η πιο ώριμη ισχύς μπορεί να φτάσει τα 350 kW. Ευέλικτη διαμόρφωση εξαρτημάτων, ευρύ φάσμα τάσης MPPT, πιο ευέλικτη διαμόρφωση εξαρτημάτων, κατάλληλη για διάφορες συνθήκες φωτισμού. Υψηλή απόδοση παραγωγής ενέργειας, που δεν επηρεάζεται από τις διαφορές των μονάδων και τη σκίαση μεταξύ των σειρών, μεγιστοποιώντας την παραγωγή ενέργειας. Μικρό μέγεθος, μικρό αποτύπωμα, δεν χρειάζεται ειδική αίθουσα υπολογιστών, ευέλικτη εγκατάσταση. Εύκολη συντήρηση: χαμηλή αυτοκατανάλωση ενέργειας, ελάχιστες επιπτώσεις σφαλμάτων και άνετη συντήρηση. Η σχέση μεταξύ τάσης μετατροπέα και διαμόρφωσης ποσότητας εξαρτήματος πρέπει να ξεκινά από την αρχή του μετατροπέα και να συζητείται ως εξής:
Ένας μετατροπέας στοιχειοσειρών πρέπει να ενισχύσει και να σταθεροποιήσει την τάση DC σε μια συγκεκριμένη τιμή (αυτή ονομάζεται τάση διαύλου DC) προτού μετατραπεί σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Έξοδος 230V AC, με τάση διαύλου DC περίπου 360V. Έξοδος 400V AC, με τάση διαύλου DC περίπου 600V. Έξοδος 500V AC, με τάση διαύλου DC περίπου 750V. Έξοδος 540V AC, με τάση διαύλου DC περίπου 800V. Αλλά η τάση σειράς των εξαρτημάτων γενικά δεν είναι τόσο υψηλή και πρέπει να ρυθμιστεί από το κύκλωμα. Οι μετατροπείς χρησιμοποιούν γενικά PWM για τη ρύθμιση και υπάρχει ένας όρος που ονομάζεται κύκλος λειτουργίας, ο οποίος είναι ίσος με την τάση σειράς των εξαρτημάτων/τάση διαύλου DC. Ο κύκλος εργασίας σχετίζεται στενά με την αποδοτικότητα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο κύκλος λειτουργίας, τόσο μικρότερη είναι η διαφορά τάσης και τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση. Κατακτώντας αυτό το μυστικό, δεν χρειάζεται να υπολογίζετε πολύπλοκους τύπους κατά την αντιστοίχιση εξαρτημάτων με μετατροπείς. Προσπαθήστε να ταιριάξετε την τάση στοιχειοσειράς γύρω από την ονομαστική τάση λειτουργίας του μετατροπέα για την υψηλότερη απόδοση και δεν θα υπερβαίνει τη μέγιστη τάση σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Κατά τη λειτουργία, θα βρίσκεται επίσης εντός του εύρους τάσης MPPT πλήρους φορτίου, το οποίο είναι απολύτως απλό και πρακτικό. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα μια μονάδα μονού κρυστάλλου 450 W, με τάση λειτουργίας 41 V, μονοφασικό μετατροπέα 220 V, ονομαστική τάση εισόδου 360 V και την καλύτερη διαμόρφωση με 9 μονάδες. Τριφασικός μετατροπέας εξόδου 400 V με ονομαστική τάση εισόδου 600 V, κατά προτίμηση εξοπλισμένος με 15 εξαρτήματα.