Atualmente, o sistema de geração de energia fotovoltaica da China é principalmente um sistema CC, que carrega a energia elétrica gerada pela bateria solar, e a bateria fornece energia diretamente para a carga. Por exemplo, o sistema de iluminação solar residencial no noroeste da China e o sistema de alimentação de energia de uma estação de micro-ondas longe da rede são todos sistemas CC. Este tipo de sistema tem uma estrutura simples e baixo custo. No entanto, devido às diferentes tensões CC de carga (como 12 V, 24 V, 48 V, etc.), é difícil alcançar a padronização e a compatibilidade do sistema, especialmente para energia civil, já que a maioria das cargas CA são usadas com energia CC. É difícil para o fornecimento de energia fotovoltaica fornecer eletricidade para entrar no mercado como uma commodity. Além disso, a geração de energia fotovoltaica eventualmente alcançará a operação conectada à rede, que deve adotar um modelo de mercado maduro. No futuro, os sistemas de geração de energia fotovoltaica CA se tornarão a principal fonte de geração de energia fotovoltaica.
Os requisitos do sistema de geração de energia fotovoltaica para fornecimento de energia do inversor
O sistema de geração de energia fotovoltaica com saída de energia CA consiste em quatro partes: matriz fotovoltaica, controlador de carga e descarga, bateria e inversor (o sistema de geração de energia conectado à rede geralmente economiza bateria), sendo o inversor o componente principal. A energia fotovoltaica tem requisitos mais elevados para inversores:
1. Alta eficiência é necessária. Devido ao alto preço atual das células solares, para maximizar o uso das células solares e melhorar a eficiência do sistema, é necessário tentar melhorar a eficiência do inversor.
2. Alta confiabilidade é necessária. Atualmente, os sistemas de geração de energia fotovoltaica são usados principalmente em áreas remotas, e muitas usinas não possuem supervisão e manutenção. Isso exige que o inversor tenha uma estrutura de circuito razoável, uma seleção rigorosa de componentes e diversas funções de proteção, como proteção contra polaridade CC na entrada, proteção contra curto-circuito na saída CA, proteção contra superaquecimento, proteção contra sobrecarga, etc.
3. A tensão de entrada CC precisa ter uma ampla faixa de adaptação. Como a tensão do terminal da bateria varia com a carga e a intensidade da luz solar, embora a bateria tenha um efeito significativo na tensão da bateria, a tensão da bateria flutua com a mudança da capacidade restante e da resistência interna da bateria. Especialmente quando a bateria está envelhecendo, sua tensão do terminal varia amplamente. Por exemplo, a tensão do terminal de uma bateria de 12 V pode variar de 10 V a 16 V. Isso requer que o inversor opere em uma CC maior. Garanta a operação normal dentro da faixa de tensão de entrada e a estabilidade da tensão de saída CA.
4. Em sistemas de geração de energia fotovoltaica de média e grande capacidade, a saída da fonte de alimentação do inversor deve ser uma onda senoidal com menor distorção. Isso ocorre porque, em sistemas de média e grande capacidade, se for utilizada energia de onda quadrada, a saída conterá mais componentes harmônicos, e harmônicos mais altos gerarão perdas adicionais. Muitos sistemas de geração de energia fotovoltaica são carregados com equipamentos de comunicação ou instrumentação. Esses equipamentos exigem mais da qualidade da rede elétrica. Quando os sistemas de geração de energia fotovoltaica de média e grande capacidade são conectados à rede, para evitar a poluição de energia com a rede pública, o inversor também precisa gerar uma corrente senoidal.
O inversor converte corrente contínua em corrente alternada. Se a tensão de corrente contínua for baixa, ela é reforçada por um transformador de corrente alternada para obter uma tensão e frequência de corrente alternada padrão. Para inversores de grande capacidade, devido à alta tensão do barramento CC, a saída CA geralmente não precisa de um transformador para aumentar a tensão para 220 V. Nos inversores de média e pequena capacidade, a tensão CC é relativamente baixa, como 12 V. Para 24 V, um circuito de reforço deve ser projetado. Inversores de média e pequena capacidade geralmente incluem circuitos inversores push-pull, circuitos inversores de ponte completa e circuitos inversores de reforço de alta frequência. Os circuitos push-pull conectam o plugue neutro do transformador de reforço à fonte de alimentação positiva e dois tubos de potência Trabalho alternado, potência CA de saída, porque os transistores de potência são conectados ao aterramento comum, os circuitos de acionamento e controle são simples e, como o transformador tem uma certa indutância de fuga, ele pode limitar a corrente de curto-circuito, melhorando assim a confiabilidade do circuito. A desvantagem é que a utilização do transformador é baixa e a capacidade de acionar cargas indutivas é ruim.
O circuito inversor de ponte completa supera as deficiências do circuito push-pull. O transistor de potência ajusta a largura do pulso de saída, e o valor efetivo da tensão CA de saída muda de acordo. Como o circuito possui um loop de roda livre, mesmo para cargas indutivas, a forma de onda da tensão de saída não será distorcida. A desvantagem desse circuito é que os transistores de potência dos braços superior e inferior não compartilham o terra, portanto, um circuito de acionamento dedicado ou uma fonte de alimentação isolada deve ser usado. Além disso, para evitar a condução comum dos braços superior e inferior da ponte, um circuito deve ser projetado para ser desligado e depois ligado, ou seja, um tempo morto deve ser definido, e a estrutura do circuito é mais complexa.
A saída do circuito push-pull e do circuito de ponte completa deve adicionar um transformador elevador. Como o transformador elevador é grande em tamanho, baixa eficiência e mais caro, com o desenvolvimento da eletrônica de potência e da tecnologia de microeletrônica, a tecnologia de conversão elevadora de alta frequência é usada para obter reverso. Pode realizar inversor de alta densidade de potência. O circuito de reforço do estágio frontal deste circuito inversor adota a estrutura push-pull, mas a frequência de trabalho é acima de 20 kHz. O transformador de reforço adota material de núcleo magnético de alta frequência, por isso é pequeno em tamanho e leve em peso. Após a inversão de alta frequência, ela é convertida em corrente alternada de alta frequência através de um transformador de alta frequência e, em seguida, a corrente contínua de alta tensão (geralmente acima de 300 V) é obtida através de um circuito de filtro retificador de alta frequência e, em seguida, invertida através de um circuito inversor de frequência de potência.
Com esta estrutura de circuito, a potência do inversor é significativamente melhorada, a perda em vazio do inversor é reduzida correspondentemente e a eficiência é melhorada. A desvantagem do circuito é que ele é complexo e a confiabilidade é menor do que os dois circuitos acima.
Circuito de controle do circuito inversor
Os circuitos principais dos inversores mencionados acima precisam ser realizados por um circuito de controle. Geralmente, existem dois métodos de controle: onda quadrada e onda positiva e fraca. O circuito de alimentação do inversor com saída de onda quadrada é simples, de baixo custo, mas com baixa eficiência e grande número de componentes harmônicos. A saída de onda senoidal é a tendência de desenvolvimento dos inversores. Com o desenvolvimento da tecnologia microeletrônica, microprocessadores com funções PWM também surgiram. Portanto, a tecnologia de inversores para saída de onda senoidal amadureceu.
1. Inversores com saída de onda quadrada atualmente utilizam principalmente circuitos integrados de modulação por largura de pulso, como SG 3525, TL 494 e outros. A prática demonstrou que o uso de circuitos integrados SG3525 e o uso de FETs de potência como componentes de potência de comutação podem alcançar inversores de desempenho e preço relativamente altos. Como o SG3525 possui a capacidade de acionar diretamente FETs de potência, possui fonte de referência interna, amplificador operacional e função de proteção contra subtensão, seu circuito periférico é muito simples.
2. O circuito integrado de controle do inversor com saída senoidal pode ser controlado por um microprocessador, como o 80 C 196 MC da INTEL Corporation e o da Motorola, MP 16 e PI C 16 C 73 da MI-CRO CHIP. Esses computadores de chip único possuem múltiplos geradores PWM e podem configurar os braços de ponte superior e superior. Durante o tempo morto, utilize o 80 C 196 MC da INTEL para realizar o circuito de saída senoidal, o 80 C 196 MC para concluir a geração do sinal senoidal e detectar a tensão de saída CA para estabilizar a tensão.
Seleção de dispositivos de potência no circuito principal do inversor
A escolha dos principais componentes de potência doinversoré muito importante. Atualmente, os componentes de potência mais utilizados incluem transistores de potência Darlington (BJT), transistores de efeito de campo de potência (MOS-F ET), transistores de porta isolada (IGB). T) e tiristores de desligamento (GTO), etc., os dispositivos mais utilizados em sistemas de baixa tensão de pequena capacidade são MOS FET, porque o MOS FET tem menor queda de tensão no estado ligado e maior A frequência de comutação do IG BT é geralmente usada em sistemas de alta tensão e grande capacidade. Isso ocorre porque a resistência no estado ligado do MOS FET aumenta com o aumento da tensão, e o IG BT está em sistemas de média capacidade ocupa uma vantagem maior, enquanto em sistemas de supergrande capacidade (acima de 100 kVA), os GTOs são geralmente usados como componentes de potência.
Data de publicação: 21 de outubro de 2021
