Glavni tipovi i principi rada fotonaponskih pretvarača
Fotonaponski pretvarači se uglavnom mogu podijeliti u četiri kategorije: centralizirani, string, distribuirani i mikro invertori. Centralizovani inverterski sistem ima veliku ukupnu snagu i uglavnom se koristi u velikim projektima kao što su zemaljske fotonaponske elektrane sa dobrim uslovima osvetljenja; Distribuirani invertori se mogu podijeliti na invertore sa nizom i mikro invertere, koji se obično koriste u malim i srednjim industrijskim, komercijalnim i kućnim fotonaponskim sistemima za proizvodnju električne energije, u kojima je žičani tip glavni tip proizvoda distribuiranog pretvarača. Distribuirani invertori imaju i centralizirane i nizaste karakteristike i široko se koriste u projektima kao što su planinski prednjači. Mikro-inverter treba da prati maksimalnu vršnu vrednost svakog fotonaponskog modula nezavisno, a zatim se spoji u AC mrežu nakon inverzije. Kapacitet jedne jedinice mikro-invertora je generalno ispod 1 kW.
Broj centraliziranih pristupnih fotonaponskih grupnih nizova je velik, a pojedinačni kapacitet je obično veći od 500KW. Centralizirani inverter je uobičajena vrsta fotonaponskih pretvarača na tržištu. Njegov princip rada je spajanje istosmjerne struje koju generira više fotonaponskih modula i praćenje maksimalne snage (MPPT), a zatim centralizirani inverter pretvara jednosmjernu naizmjeničnu struju i povećava napon, kako bi se realizirala proizvodnja električne energije u mreži. Jedan MPPT je opremljen sa 2-12 fotonaponskim grupama. Snaga svakog MPPT-a može doseći 125-1000kW, a kapacitet svakog MPPT-a je obično iznad 500KW, što ima prednosti velike snage i velikog kapaciteta.
Centralizirani pretvarači mogu smanjiti broj korištenja, smanjiti sistemske troškove i gubitke i olakšati centralizirano upravljanje. Zbog prednosti velikog kapaciteta centraliziranih invertera, korištenje centraliziranih pretvarača za fotonaponske elektrane iste razmjere može uvelike smanjiti broj korištenih pretvarača, smanjiti ukupni gubitak kola u sistemu i olakšati centraliziranu instalaciju i upravljanje. Istovremeno, sam centralizovani pretvarač ima visok stepen integracije, jednostavnu kontrolu, relativno zrelu tehnologiju i nisku jediničnu cenu. Kombinacija ova dva faktora može značajno smanjiti troškove opreme sistema elektrane.
Primjena centraliziranih pretvarača može efikasno smanjiti harmonike i poboljšati ukupni kvalitet proizvodnje električne energije u sistemu. Prilikom Fourierove dekompozicije nesinusoidnog naboja dobićemo dio naboja veći od osnovne frekvencije, odnosno harmonika čija je frekvencija obično cjelobrojni višekratnik osnovne frekvencije. Harmonici će proizvesti harmonijski pad napona na impedanciji kratkog spoja električne mreže, čime će utjecati na valni oblik napona; lako je izazvati lokalnu serijsko-paralelnu rezonancu u sistemu, što dovodi do oštećenja opreme. Broj centraliziranih invertera koji se koriste je mali, što može smanjiti broj serijskih i paralelnih i efektivno smanjiti sadržaj harmonika, čime se osigurava udio osnovnih valova u proizvodnji električne energije i poboljšava ukupni kvalitet proizvodnje električne energije.\
Povezivanje na više skupova DC ulaza, centralizirani MPPT raspon napona je uzak, što utiče na ukupne performanse proizvodnje energije. Broj fotonaponskih žica povezanih na jedan MPPT centraliziranog pretvarača je velik i nemoguće je precizno kontrolisati svaku grupu fotonaponskih žica, tako da ne može garantovati da je svaki niz u najboljoj radnoj tački, čime se smanjuje ukupni trošak sistema . efikasnost proizvodnje energije. Opseg napona centraliziranog MPPT-a je općenito u rasponu od 500-850V. Zbog uskog raspona MPPT napona, podesivost centraliziranog pretvarača je loša. U uslovima nezadovoljavajućeg osvetljenja kao što je oblačna kiša, napon sistema je niži od minimalnog napona invertera MPPT, a normalna proizvodnja električne energije se ne može izvesti, što utiče na vreme proizvodnje struje. Istovremeno, zbog svojih karakteristika pristupa višestrukim setovima DC ulaza, fotonaponski sistemi zahtijevaju dobre performanse prilagođavanja između komponenti. Jednom kada jedna od komponenti pokvari, to će uticati na ukupnu proizvodnju energije i efikasnost proizvodnje električne energije u sistemu.
Centralizirani pretvarač je velikih dimenzija i potrebno ga je smjestiti u posebnu kompjutersku sobu, što otežava instalaciju. Zbog velikog kapaciteta pojedinačnih jedinica, zapremina i težina centralizovanog pretvarača su veliki, te je za postavljanje potrebno postaviti posebnu prostoriju za opremu na otvorenom. Namenska kompjuterska sala zauzima veliku površinu, što povećava poteškoću instalacije dok povećava ukupnu cenu zemljišta za sistem. Osim toga, zbog nepropusnosti prostorije za opremu, postavljanje pretvarača u prostoriju za opremu dovest će do loše ventilacije unutar prostorije za opremu, što će rezultirati toplinskim problemima.
Inverter sa strunama ima modularni dizajn, koji može realizovati decentralizovanu MPPT optimizaciju. Sistem elektrane koji koristi strujni fotonaponski inverter obično konvertuje jednosmernu struju koju generišu moduli prvo kroz inverter, a zatim je spaja u AC mrežu nakon spajanja, transformacije povećanja i distribucije naizmenične struje. U poređenju sa centralizovanim inverterom, strujni inverter ima modularni dizajn i ima više MPPT; broj PV modula povezanih na svaki MPPT je manji, obično 1-4 grupe, koje mogu realizovati distribuirani MPPT. Tražite najbolje. Budući da postoji malo pristupnih terminala, kada jedna komponenta pokvari, to će utjecati samo na proizvodnju energije modula koji odgovara komponenti, osiguravajući da na efikasnost proizvodnje energije cjelokupnog fotonaponskog sistema ne utiče jedna komponenta, i rješavanje problema problem neusklađenosti centraliziranih fotonaponskih elektrana .
Niz MPPT ima širok raspon napona, što može poboljšati vrijeme proizvodnje energije i proizvodnju energije u sistemu. Opseg MPPT napona žičanog pretvarača je širok, obično 200V-1000V, a podesivost je dobra. U slučaju nedovoljne svjetlosti ili nepovoljnog vremena za proizvodnju električne energije, ukupni napon fotonaponskih modula će biti nizak. Širi opseg MPPT napona može pokriti nizak ulazni napon, čime se osigurava vrijeme proizvodnje energije u sistemu i poboljšava ukupna proizvodnja energije.
Paralelno povezivanje više invertera povećava gubitke žice i podložno je problemima rezonancije. U poređenju sa centralizovanim inverterima, individualni kapacitet invertera na nizu je manji, obično 100KW ili manje; za fotonaponske elektrane iste skale, odabirom korištenja žičanih invertera povećat će se broj pretvarača. Višestruki invertori će biti povezani paralelno, a gubitak žice će se povećavati kako se povećava broj korištenih pretvarača. Istovremeno, paralelno povezivanje više invertera će dovesti do povećanja ukupnih harmonika, povećaće se poteškoće potiskivanja, problem rezonancije će biti ozbiljniji i lako će izazvati kvar i paljenje električne opreme.
Distribuirani inverter je novi tip pretvarača koji kombinuje prednosti centralizovanog i string tipa. Distribuirani inverter je relativno nova vrsta fotonaponskih pretvarača, koja ima karakteristike centraliziranog invertera i string invertera. Distribuirani pretvarači se mogu shvatiti kao centralizirani pretvarač i decentralizirana optimizacija. Prvo, praćenje maksimalne snage (MPPT) se provodi odvojeno kroz višestruke invertore, a zatim se centralizirani pretvarači pretvaraju u mreže naizmjenične struje nakon spajanja. U poređenju sa centralizovanim inverterima, distribuirani pretvarači imaju prednosti odličnih nezavisnih performansi, velike proizvodnje energije i ukupne stabilnosti sistema; u poređenju sa string inverterima, distribuirani pretvarači koriste decentralizovanu optimizaciju. Potonji centralizirani konfluentni inverter uvelike smanjuje troškove opreme sistema. Trenutno se uglavnom koristi u nekim vodećim projektima demonstracionih baza u Kini. Zbog kasnog razvoja rješenja distribuiranog pretvarača, iskustvo projekta nije dovoljno, a još nije formirana velika aplikacija; u isto vrijeme, zbog metode centraliziranog invertera, ovo rješenje treba koristiti namjensku kompjutersku prostoriju za odvođenje topline iz centraliziranog pretvarača, povećavajući korisnu površinu koju sistem zauzima.
Mikro-inverter može vršiti MPPT kontrolu pojedinačnih komponenti, a efikasnost proizvodnje i nivo proizvodnje energije su visoki. Za razliku od ostalih invertera, mikro-inverter je integrisan sa svakim fotonaponskim modulom i može vršiti kontrolu praćenja maksimalne snage (MPPT) na jednom modulu, čime se u velikoj meri poboljšava ukupna efikasnost proizvodnje energije i proizvodnje energije sistema. Istovremeno, mikro-inverter ima karakteristike male veličine i male težine, te ne zahtijeva dodatni prostor za pohranu, što uvelike povećava udobnost ugradnje. Uglavnom je pogodan za projekte malih i srednjih elektrana kao što su domaćinstva. Za elektranu istog obima, upotreba mikro-invertera će zahtijevati više opreme, a ukupni trošak sistema je znatno veći nego kod sistema koji koriste centralizirana rješenja ili rješenja invertera na nizu.
