Определение фотоэлектрического инвертора и его роль в солнечных системах

Фотоэлектрический инвертор — это электронное устройство, которое преобразует электричество постоянного тока (DC) от солнечных батарей в полезную электроэнергию переменного тока. Думайте об этом как о мозге вашей солнечной системы. Он управляет преобразованием, оптимизирует вывод и обеспечивает безопасную работу всего. Этот компонент позволяет использовать солнечную энергию для вашего дома и сети.

Инвертор является важной частью фотоэлектрической системы. Без него вы не сможете использовать мощность своих панелей. Назначение инвертора выходит за рамки преобразования. Он также контролирует производительность, защищает от сбоев и максимизирует выходную мощность вашего фотоэлектрического массива.

Современные инверторы выполняют эту функцию автоматически. Они отслеживают точку максимальной мощности, чтобы увеличить сбор энергии. Эти инверторы также управляют потоком фотоэлектрического тока и соблюдением требований сети.

Ключевые выводы

• Фотоэлектрический инвертор преобразует постоянный ток от солнечных панелей в полезный переменный ток.

• Инвертор контролирует производительность вашей системы и защищает от сбоев в сети..

• Отслеживание максимальной мощности (MPPT) помогает вашим панелям производить больше энергии.

• Струнные инверторы хорошо подходят для простых крыш; микроинверторы лучше справляются с тенью.

• Подберите размер инвертора к вашей солнечной батарее и соблюдайте местные электротехнические нормы и правила.

Что такое инвертор? Определение фотоэлектрического инвертора

Источник изображения: пиксели

Фотоэлектрический инвертор является важнейшим компонентом, который преобразует переменный выходной постоянный ток в переменный ток, соответствующий требованиям сети. Вы можете услышать, как эксперты называют его мозгом Солнечной системы. Эта метка подходит, поскольку инвертор управляет преобразованием и обеспечивает контроль за всем массивом. Определение остается простым: оно преобразует постоянный ток, генерируемый фотоэлектрическими модулями, в переменный ток, необходимый для бытовых приборов.

Основное преобразование: постоянный ток в переменный

Процесс преобразования начинается, когда ваша солнечная панель производит постоянный ток. Этот постоянный ток течет в инвертор. Электронные переключатели внутри устройства , такие как транзисторы или МОП-транзисторы, быстро контролируют ток. Это действие генерирует серию импульсов. Затем инвертор изменяет ширину каждого импульса, чтобы имитировать синусоидальную форму сигнала. Этот метод называется широтно-импульсной модуляцией . Импульсный выходной сигнал проходит через схему фильтра для сглаживания формы сигнала и удаления высокочастотного шума. Трансформаторы также могут регулировать напряжение в соответствии со стандартами сети переменного тока.

Вход постоянного тока переключается тысячи раз в секунду. Полученные импульсы объединяются в синусоидальный выходной сигнал, соответствующий напряжению и частоте сети. Затем фильтры сглаживают форму сигнала перед его подачей в сетку. Этот метод обеспечивает высококачественное преобразование переменного тока, контроль выходного напряжения и тока, снижение гармонических искажений, повышение эффективности и стабильную синхронизацию сети.

Сетевой фотоэлектрический инвертор существенно отличается от обычного инвертора. В таблице ниже показаны эти различия.

Почему преобразование важно для вашего дома и сети

Фотоэлектрическим системам нужны инверторы , поскольку дома и предприятия работают на переменном токе. Выход переменного тока вашего инвертора должен соответствовать определенным стандартам. Для жилых систем типичное входное напряжение постоянного тока достигает максимального значения 600 В , что ограничено стандартом NEC 690.7(C) для домов на одну или две семьи. Рабочий диапазон обычно находится в пределах от 500 В до 600 В. Фактический Voc массива с холодной коррекцией должен оставаться ниже порога 600 В. На стороне переменного тока вы увидите напряжение 120 В, 208 В или 240 В. Доминирующим стандартом для автономных домов является однофазное напряжение 240 В. Почти все инверторы мощностью выше 3 кВт используют это напряжение.

Стандарты подключения к сети также определяют функцию инвертора. IEEE 1547-2018 определяет комплексные технические требования и требования к совместимости для соединения DER, включая солнечные фотоэлектрические системы, с зональными электроэнергетическими системами. Этот стандарт охватывает показатели производительности, проходимость, связь, тестирование и безопасность. Это касается РЭР до 10 МВА. UL 1741 SB гарантирует, что DER соответствуют требованиям стандарта IEEE 1547-2018 к проходимости и связи. IEEE 519 определяет пределы гармонических искажений, которым должны соответствовать DER, чтобы избежать ухудшения качества местной электроэнергии.

Производители инверторов выбирают, по какому дополнению (SA или SB) сертифицировать свое оборудование, по своему усмотрению и в соответствии с требованиями рынка. Цель пересмотренного документа Дополнения SB состоит в том, чтобы привести к общему пониманию и применению новых требований для обеспечения максимальной согласованности реакции DER на события в сети.

Процесс преобразования имеет важное значение, поскольку он определяет, сможет ли ваша солнечная энергия действительно питать ваши светильники, бытовую технику и электронику. Без надлежащего преобразования постоянный ток от ваших панелей останется непригодным для использования в вашем доме.

Дополнительные роли солнечного инвертора

Помимо базового преобразования, фотоэлектрический инвертор также управляет и контролирует солнечную энергосистему. Это оптимизирует производительность и обеспечивает безопасность . Основная функция инвертора выходит далеко за рамки преобразования постоянного тока в переменный. Вы обнаружите, что эти устройства действуют как центральный менеджер всего вашего массива.

Оптимизация производительности с помощью MPPT

Отслеживание максимальной мощности , или MPPT, — это функция инвертора, которая выжимает максимальную мощность из ваших фотоэлектрических модулей. Инвертор постоянно регулирует рабочую точку ваших солнечных модулей, чтобы отслеживать точку максимальной мощности. Эта точка меняется в зависимости от облучения и температуры. Инвертор использует электронную систему управления с преобразователем постоянного тока для изменения нагрузки. Это удерживает произведение тока и напряжения на пике. Алгоритмы позволяют отслеживать ситуацию в реальном времени с быстрой корректировкой. По сравнению с ШИМ-контроллерами MPPT может извлекать больше энергии. На практике MPPT увеличивает выход энергии в зависимости от местоположения, погоды и конфигурации системы.

Глобальный MPPT означает способность инвертора изменять ВАХ массива в пределах рабочего напряжения. Это находит глобальную точку максимальной мощности. Большинство современных бытовых инверторов поддерживают глобальный MPPT, поскольку затенение от деревьев и препятствий является обычным явлением. Крупные коммерческие и центральные инверторы могут не включать эту функцию, поскольку, как правило, не ожидается значительного затенения. Традиционные солнечные инверторы выполняют MPPT для всего массива. Один и тот же ток, диктуемый инвертором, протекает через все модули, включенные последовательно. Поскольку разные модули могут иметь разные ВАХ и разные MPP из-за производственных допусков или частичного затенения, MPPT на уровне массива может привести к тому, что некоторые модули будут работать ниже своего MPP. Это снижает эффективность. Вместо этого MPPT можно развернуть для отдельных модулей. Это позволяет каждому модулю работать с максимальной эффективностью, несмотря на неравномерное затенение, загрязнение или электрическое несоответствие.

Функции мониторинга, безопасности и сети

Современные фотоэлектрические инверторы оснащены встроенными возможностями мониторинга . Они подключаются к локальной сети или Интернету. Это позволяет удаленно отслеживать производительность через веб-портал или мобильное приложение. Этот цифровой мониторинг предоставляет данные в режиме реального времени о производстве энергии, производительности системы и потенциальных проблемах. Это помогает обеспечить оптимальную работу и обнаружить аномалии или падения производительности. Большинство инверторов оснащены физическими индикаторами, такими как экраны дисплея или светодиодные индикаторы. Они показывают рабочее состояние, условия неисправности и показатели производительности. Вы можете быстро диагностировать проблемы, не имея передовых технических знаний.

Безопасность – еще одна важная роль. Защита от изолирования является обычно необходимой функцией безопасности. Он отключает фотоэлектрические инверторы, когда сеть переходит в изолированное состояние. Эта защита требуется для UL1741/IEEE 1547. Согласно разделу 4 IEEE 1547, Зонный ЭЭС должен быть обесточен в течение двух секунд после образования острова. Пассивная защита от изолирования контролирует напряжение и частоту. Активная защита от изолирования изменяет выходную реактивную мощность, чтобы дестабилизировать остров и ускорить его разрушение. Инверторы, подключенные к сети, постоянно контролируют напряжение и частоту сети, чтобы обнаружить отклонения, указывающие на сбой или нестабильность сети. При обнаружении отклонений инвертор немедленно отключается от сети, чтобы предотвратить независимую работу. Это защищает работников коммунальных предприятий от опасных линий под напряжением и предотвращает изолированную работу, которая может дестабилизировать электрическую сеть.

Типы фотоэлектрических инверторов

Источник изображения: unsplash

Сегодня на рынке вы найдете несколько дизайнов. Каждый тип соответствует разной планировке крыши, бюджету и энергетической цели. Три основные категории — это струнные инверторы, микроинверторы и гибридные инверторы . Четвертый тип, центральный инвертор, обслуживает коммунальные предприятия.

Струна против микроинверторов: плюсы и минусы

Струнный инвертор соединяет несколько фотоэлектрических модулей последовательно . Эта конструкция сочетает в себе постоянный ток высокого напряжения перед преобразованием. Одна неэффективная солнечная панель тянет вниз всю цепочку , потому что через каждый модуль протекает один и тот же ток. Микроинвертор решает эту проблему. Он монтируется под каждой панелью и преобразует постоянный ток в переменный в источнике. Каждое устройство самостоятельно отслеживает точку максимальной мощности, поэтому тень или грязь на одной панели не снижают мощность остальных.

В таблице ниже сравниваются эти два варианта..

Стоимость часто решает выбор. Стоимость установки струнной системы мощностью 10 кВт составляет от 1500 до 2500 долларов США . Микроинверторная система того же размера добавляет от 0,30 до 0,50 доллара за ватт, или примерно от 3000 до 5000 долларов больше. После 30% федерального ITC разрыв сокращается примерно до 2100–3500 долларов США. На струнные инверторы также распространяется более короткая гарантия: около 12 лет вместо 25 лет, и обычно они требуют замены примерно через 13 лет, что обходится от 1500 до 3000 долларов США вместе с рабочей силой. За полный 25-летний срок службы микроинверторы могут достичь паритета затрат для большинства установок, особенно там, где распространена тень.

Гибридные и центральные инверторы для специализированных нужд

Гибридный инвертор объединяет солнечную генерацию, аккумуляторную батарею и электроэнергию из сети в один блок. Он преобразует постоянный ток в переменный для вашего дома и может преобразовывать переменный ток из сети обратно в постоянный для зарядки аккумулятора. Эта двунаправленная функция обеспечивает резервное питание во время сбоев и большую энергетическую независимость. Устройство также регулирует переменную солнечную мощность и отслеживает точки максимальной мощности, чтобы максимизировать эффективность зарядки. Современные системы солнечной энергии и аккумулирования все чаще отдают предпочтение этой конструкции.

Центральные инверторы работают совершенно в другом масштабе. Они используют централизованную архитектуру с высокой плотностью мощности и обрабатывают мощность тысяч панелей. Эти устройства созданы для преобразования энергии на уровне мегаватт . Сегодня наиболее распространенным применением являются проекты коммунального масштаба. Крупные коммерческие и небольшие коммунальные проекты, реализованные всего несколько лет назад, также полагаются на них. Центральный инвертор обеспечивает существенную экономию за счет масштаба, что объясняет его доминирование на рынке коммунальных услуг.

От вашего выбора между этими типами зависит производительность, стоимость и возможности расширения в будущем. Затененная крыша с разными ориентациями указывает на микроинверторы. Прозрачная крыша с ограниченным бюджетом предпочитает струнную конструкцию. Планы по резервному аккумулятору делают гибридный агрегат практичным выбором.

Как выбрать правильный инвертор для вашей фотоэлектрической системы

Подбор инвертора в соответствии с размером панели и нагрузкой

Выбор размера начинается с соотношения между массивом и инвертором. Отношение постоянного тока к переменному , также называемое коэффициентом нагрузки инвертора, показывает, какая мощность солнечной панели подключена к выходному переменному току инвертора. Поскольку фотоэлектрические модули редко одновременно достигают номинальной пиковой мощности, номинальная мощность массива обычно превышает мощность инвертора как минимум на 10% . Соотношение 1,1 к 1,3 считается безопасным для жилых помещений. Коэффициенты выше 1,5 чреваты частыми ограничениями , когда панели производят больше мощности, чем может выдержать инвертор.

Чтобы рассчитать это соотношение, умножьте количество панелей на их максимальную мощность в ваттах, чтобы получить мощность постоянного тока. Затем умножьте количество инверторов на их пиковую мощность, чтобы получить мощность переменного тока. Разделите постоянный ток на переменный ток, чтобы найти соотношение. Для регионов с частичным затенением или частыми пасмурными днями соотношение хорошо подойдет Это гарантирует, что инверторы будут работать почти на полную мощность без ненужных затрат. 1,25:1 .

Фазовые конфигурации и региональные коды

Электроснабжение вашего дома определяет, какой тип инвертора вам нужен. Однофазные инверторы требуют однофазного питания с двумя проводами: активным и нейтральным. Для трехфазных инверторов требуется четыре провода: три активных и один нейтральный. В большинстве новых домов используется однофазное питание. В больших домах и старых объектах часто применяется трехфазное обслуживание. Для однофазных домов максимальная мощность инвертора обычно составляет 5 кВт , хотя это зависит от штата. Для трехфазных домов нет строгих ограничений, но установки мощностью более 5 кВт часто требуют индивидуального одобрения.

Региональные нормы определяют вашу установку. Национальный электротехнический кодекс (NEC) служит основным кодом для фотоэлектрических систем. Статья 690 NEC охватывает солнечные фотоэлектрические системы и включает требования к быстрому отключению. Статья 705 NEC касается взаимосвязанных источников производства электроэнергии и определяет, где подключаются инверторы относительно основного отключения сети. Нормы пожарной безопасности также влияют на физическую планировку. Международный пожарный кодекс требует наличия дорожек по периметру крыш. Эти правила различаются в зависимости от местоположения, поэтому проконсультируйтесь с местными властями, прежде чем завершить разработку проекта.

Фотоэлектрический инвертор преобразует постоянный ток в переменный. Это устройство также действует как мозг и сердце вашей системы. Он отслеживает производительность, управляет безопасностью и максимально увеличивает выходную мощность каждый день.

От вашего выбора типа инвертора зависит производительность, стоимость и возможность расширения в будущем. Струнные инверторы, микроинверторы и гибридные устройства служат различным потребностям. Гибридная модель поддерживает аккумуляторную батарею позже. Струнная конструкция теперь экономит деньги.

Проконсультируйтесь с сертифицированным установщиком. Этот эксперт оценивает планировку вашей крыши, ее затенение и энергетические цели. Правильный размер предотвращает проблемы.

Теперь, когда вы понимаете, что такое фотоэлектрический инвертор и как он работает, вы готовы принять обоснованное решение для своего путешествия к солнечной энергии.

Часто задаваемые вопросы

Когда ваш инвертор нуждается в замене?

Струнные инверторы обычно требуют замены примерно через 13 лет. Если ваша система теряет выходную мощность или отображает коды неисправностей, проверьте инвертор. Вам может понадобиться новый блок для восстановления полной фотоэлектрической энергии.

Как затенение влияет на струнные инверторы?

Затенение на одной панели снижает ток для всей цепочки при использовании инверторов цепочки . Мощность вашей системы падает, поскольку инверторы не могут оптимизировать каждую панель независимо. Конструкции микроинверторов позволяют избежать этого.

Что MPPT делает для вашей солнечной системы?

Отслеживание максимальной мощности регулирует рабочую точку ваших фотоэлектрических панелей. Он извлекает максимально возможную мощность при изменении солнечного света и температуры. Ваша система получает больше энергии по сравнению с конструкциями без MPPT.