Οι μετατροπείς που συνδέονται με το φωτοβολταϊκό δίκτυο αποτελούν βασικά βασικά στοιχεία στα συστήματα παραγωγής φωτοβολταϊκών ενέργειας, που χρησιμοποιούνται κυρίως ως αποκλειστικές πηγές ενέργειας μετατροπέων στον τομέα της ηλιακής φωτοβολταϊκής παραγωγής ενέργειας. Οι μετατροπείς που είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο μετατρέπουν την ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος που παράγεται από τους ηλιακούς συλλέκτες σε εναλλασσόμενο ρεύμα που μπορεί να συνδεθεί απευθείας στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της τεχνολογίας ηλεκτρονικής μετατροπής ισχύος. Ας μάθουμε για την αρχή λειτουργίας των φωτοβολταϊκών μετατροπέων που συνδέονται με το δίκτυο και τον ρόλο τους στα φωτοβολταϊκά συστήματα παραγωγής ενέργειας.
1 Αρχή λειτουργίας μετατροπέα συνδεδεμένου φωτοβολταϊκού δικτύου
Όταν διακόπτεται το δημόσιο δίκτυο ρεύματος, η πλευρά του δικτύου ισοδυναμεί με κατάσταση βραχυκυκλώματος και ο μετατροπέας που είναι συνδεδεμένος στο δίκτυο θα προστατεύεται αυτόματα λόγω υπερφόρτωσης. Όταν ο μικροεπεξεργαστής ανιχνεύσει υπερφόρτωση, εκτός από το μπλοκάρισμα του σήματος SPWM, θα αποσυνδέσει επίσης τον διακόπτη κυκλώματος που είναι συνδεδεμένος στο δίκτυο. Αυτή τη στιγμή, εάν η συστοιχία ηλιακών κυψελών έχει έξοδο ενέργειας, ο μετατροπέας θα λειτουργεί σε ξεχωριστή κατάσταση λειτουργίας. Όταν λειτουργεί μόνος, ο έλεγχος είναι σχετικά απλός, που είναι η κατάσταση αρνητικής ανάδρασης της τάσης AC. Ο μικροεπεξεργαστής ανιχνεύει την τάση εξόδου του μετατροπέα και τη συγκρίνει με την τάση αναφοράς (συνήθως 220 V) και στη συνέχεια ελέγχει τον κύκλο λειτουργίας εξόδου PWM για να επιτύχει τη λειτουργία ρύθμισης του μετατροπέα και της τάσης.
Φυσικά, η προϋπόθεση για ανεξάρτητη λειτουργία είναι ότι η συστοιχία ηλιακών κυψελών μπορεί να παρέχει επαρκή ισχύ εκείνη τη στιγμή. Εάν το φορτίο είναι πολύ μεγάλο ή οι συνθήκες ηλιακού φωτός είναι κακές, ο μετατροπέας δεν μπορεί να παράγει επαρκή ισχύ και η τάση τερματικού της συστοιχίας ηλιακών κυψελών θα πέσει, με αποτέλεσμα τη μείωση της τάσης AC εξόδου και την είσοδο σε κατάσταση προστασίας χαμηλής τάσης. Όταν το δίκτυο τροφοδοσίας συνεχίσει να τροφοδοτείται, θα μεταβεί αυτόματα στην κατάσταση ανάδρασης.
2 Ο ρόλος των μετατροπέων που συνδέονται με το φωτοβολταϊκό δίκτυο
Οι μετατροπείς όχι μόνο έχουν τη λειτουργία μετατροπής άμεσου σε εναλλασσόμενο ρεύμα, αλλά έχουν επίσης τη λειτουργία της μεγιστοποίησης της απόδοσης των ηλιακών κυψελών και της προστασίας από σφάλματα συστήματος. Συνοπτικά, υπάρχουν λειτουργίες αυτόματης λειτουργίας και τερματισμού λειτουργίας, λειτουργία ελέγχου παρακολούθησης μέγιστης ισχύος, λειτουργία αντιμονωμένης λειτουργίας (για συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο), λειτουργία αυτόματης ρύθμισης τάσης (για συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο), λειτουργία ανίχνευσης DC (για συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο) και Λειτουργία ανίχνευσης γείωσης DC (για συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο).
1. Αυτόματη λειτουργία και λειτουργία τερματισμού λειτουργίας
Μετά την ανατολή του ηλίου το πρωί, η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας αυξάνεται σταδιακά και η παραγωγή της ηλιακής κυψέλης αυξάνεται επίσης ανάλογα. Όταν επιτευχθεί η απαιτούμενη ισχύς εξόδου για τη λειτουργία του μετατροπέα, ο μετατροπέας ξεκινά αυτόματα να λειτουργεί. Μετά την έναρξη λειτουργίας, ο μετατροπέας παρακολουθεί συνεχώς την έξοδο των μονάδων ηλιακής κυψέλης. Όσο η ισχύς εξόδου των μονάδων ηλιακής κυψέλης είναι μεγαλύτερη από την ισχύ εξόδου που απαιτείται για τη λειτουργία του μετατροπέα, ο μετατροπέας θα συνεχίσει να λειτουργεί. Μέχρι τη δύση του ηλίου, ο μετατροπέας μπορεί να λειτουργεί ακόμα και τις βροχερές μέρες. Όταν η έξοδος της μονάδας ηλιακής κυψέλης μειωθεί και η έξοδος του μετατροπέα πλησιάζει το μηδέν, ο μετατροπέας εισέρχεται σε κατάσταση αναμονής.
2. Λειτουργία ελέγχου παρακολούθησης μέγιστης ισχύος
Η απόδοση των μονάδων ηλιακής κυψέλης ποικίλλει ανάλογα με την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και τη θερμοκρασία της ίδιας της μονάδας ηλιακής κυψέλης (θερμοκρασία τσιπ). Επιπλέον, λόγω του χαρακτηριστικού της μείωσης της τάσης με την αύξηση του ρεύματος στις μονάδες ηλιακών κυψελών, υπάρχει ένα βέλτιστο σημείο λειτουργίας που μπορεί να επιτύχει τη μέγιστη ισχύ. Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας αλλάζει συνεχώς και προφανώς αλλάζει και το βέλτιστο σημείο λειτουργίας. Σε σύγκριση με αυτές τις αλλαγές, διατηρώντας το σημείο λειτουργίας της μονάδας ηλιακής κυψέλης στο μέγιστο σημείο ισχύος, το σύστημα λαμβάνει πάντα τη μέγιστη ισχύ εξόδου από τη μονάδα ηλιακής κυψέλης και αυτός ο έλεγχος ονομάζεται έλεγχος παρακολούθησης μέγιστης ισχύος. Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό των μετατροπέων που χρησιμοποιούνται σε συστήματα παραγωγής ηλιακής ενέργειας είναι η συμπερίληψη της λειτουργίας παρακολούθησης σημείου μέγιστης ισχύος (MPPT).
3. Ανίχνευση δικτύου και λειτουργία σύνδεσης δικτύου
Πριν από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας συνδεδεμένης στο δίκτυο, ο συνδεδεμένος μετατροπέας στο δίκτυο πρέπει να λαμβάνει ισχύ από το δίκτυο, να ανιχνεύσει την τάση, τη συχνότητα, τη σειρά φάσεων και άλλες παραμέτρους της μετάδοσης ισχύος του δικτύου και στη συνέχεια να προσαρμόσει τις παραμέτρους της δικής του παραγωγής ενέργειας ώστε να είναι συνεπείς με την ηλεκτρικές παράμετροι του δικτύου. Μετά από αυτό, μπορεί να ολοκληρωθεί η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που συνδέεται με το δίκτυο.
4. Λειτουργία διαδρομής μηδενικής (χαμηλής) τάσης
Όταν ατυχήματα ή διαταραχές του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας προκαλούν προσωρινή πτώση τάσης στο σημείο σύνδεσης στο δίκτυο ενός φωτοβολταϊκού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, ο φωτοβολταϊκός σταθμός μπορεί να εξασφαλίσει συνεχή λειτουργία χωρίς αποσύνδεση εντός ορισμένου εύρους και χρονικού διαστήματος πτώσης τάσης.
5. Ανίχνευση και έλεγχος νησιωτικής επίδρασης
Κατά τη διάρκεια της κανονικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, το σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που συνδέεται με το φωτοβολταϊκό δίκτυο συνδέεται με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας και παρέχει ενεργή ισχύ στο δίκτυο. Ωστόσο, όταν το δίκτυο χάνει ισχύ, το σύστημα παραγωγής ενέργειας που είναι συνδεδεμένο με το φωτοβολταϊκό δίκτυο μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί και να λειτουργεί ανεξάρτητα από τα τοπικά φορτία, ένα φαινόμενο γνωστό ως φαινόμενο νησίδας. Όταν συμβαίνει νησίδα σε μετατροπείς, θέτει μεγάλο κίνδυνο για την ασφάλεια της προσωπικής ασφάλειας, της λειτουργίας του δικτύου και του ίδιου του μετατροπέα. Επομένως, το πρότυπο σύνδεσης δικτύου για μετατροπείς ορίζει ότι οι μετατροπείς που συνδέονται με φωτοβολταϊκό δίκτυο πρέπει να διαθέτουν λειτουργίες ανίχνευσης και ελέγχου νησίδας.