Pašlaik Ķīnas fotoelektriskā enerģijas ražošanas sistēma galvenokārt ir līdzstrāvas sistēma, kas paredzēta saules akumulatora saražotās elektroenerģijas uzlādēšanai, un akumulators tieši piegādā enerģiju slodzei. Piemēram, saules mājsaimniecības apgaismojuma sistēma Ķīnas ziemeļrietumos un mikroviļņu staciju barošanas sistēma, kas atrodas tālu no tīkla, ir līdzstrāvas sistēmas. Šāda veida sistēmai ir vienkārša struktūra un zemas izmaksas. Tomēr atšķirīgo slodzes līdzstrāvas spriegumu (piemēram, 12 V, 24 V, 48 V utt.) dēļ ir grūti panākt sistēmas standartizāciju un savietojamību, īpaši civilās enerģijas jomā, jo lielākā daļa maiņstrāvas slodžu tiek izmantotas ar līdzstrāvu. Fotoelektriskajam barošanas avotam ir grūti piegādāt elektroenerģiju, lai tā nonāktu tirgū kā prece. Turklāt fotoelektriskā enerģijas ražošana galu galā sasniegs tīklam pieslēgtu darbību, kam jāpieņem nobriedis tirgus modelis. Nākotnē maiņstrāvas fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmas kļūs par fotoelektriskās enerģijas ražošanas pamatstraumes daļu.
Fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmas prasības invertora barošanas avotam
Fotoelektriskā enerģijas ražošanas sistēma, kas izmanto maiņstrāvas izejas jaudu, sastāv no četrām daļām: fotoelektriskā masīva, uzlādes un izlādes regulatora, akumulatora un invertora (tīklam pieslēgta enerģijas ražošanas sistēma parasti var ietaupīt akumulatora enerģiju), un invertors ir galvenā sastāvdaļa. Fotoelektriskajai sistēmai ir augstākas prasības invertoriem:
1. Nepieciešama augsta efektivitāte. Ņemot vērā saules bateriju augsto cenu pašlaik, lai maksimāli palielinātu saules bateriju izmantošanu un uzlabotu sistēmas efektivitāti, ir jācenšas uzlabot invertora efektivitāti.
2. Nepieciešama augsta uzticamība. Pašlaik fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmas galvenokārt tiek izmantotas attālos apgabalos, un daudzas elektrostacijas tiek bez uzraudzības un apkopes. Tas prasa, lai invertoram būtu saprātīga ķēdes struktūra, stingra komponentu izvēle un dažādas aizsardzības funkcijas, piemēram, ieejas līdzstrāvas polaritātes savienojuma aizsardzība, maiņstrāvas izejas īsslēguma aizsardzība, pārkaršanas aizsardzība, pārslodzes aizsardzība utt.
3. Līdzstrāvas ieejas spriegumam ir jābūt plašam pielāgošanās diapazonam. Tā kā akumulatora spaiļu spriegums mainās atkarībā no slodzes un saules gaismas intensitātes, lai gan akumulatoram ir būtiska ietekme uz akumulatora spriegumu, akumulatora spriegums svārstās atkarībā no akumulatora atlikušās ietilpības un iekšējās pretestības izmaiņām. Īpaši akumulatora novecošanās laikā tā spaiļu spriegums ievērojami mainās. Piemēram, 12 V akumulatora spaiļu spriegums var svārstīties no 10 V līdz 16 V. Tas prasa, lai invertors darbotos ar lielāku līdzstrāvas spriegumu. Lai nodrošinātu normālu darbību ieejas sprieguma diapazonā un maiņstrāvas izejas sprieguma stabilitāti, invertors var darboties ar lielāku līdzstrāvas spriegumu.
4. Vidējas un lielas jaudas fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmās invertora barošanas avota izejai jābūt sinusoidālai strāvai ar mazāku kropļojumu. Tas ir tāpēc, ka vidējas un lielas jaudas sistēmās, ja tiek izmantota taisnstūra viļņa strāva, izejā būs vairāk harmonisku komponentu, un augstākas harmonikas radīs papildu zudumus. Daudzas fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmas ir noslogotas ar sakaru vai instrumentācijas iekārtām. Iekārtām ir augstākas prasības attiecībā uz elektrotīkla kvalitāti. Kad vidējas un lielas jaudas fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmas ir pievienotas tīklam, lai izvairītos no jaudas piesārņojuma ar publisko tīklu, invertoram ir jāizvada arī sinusoidāla strāva.
Invertors pārveido līdzstrāvu maiņstrāvā. Ja līdzstrāvas spriegums ir zems, to pastiprina maiņstrāvas transformators, lai iegūtu standarta maiņstrāvas spriegumu un frekvenci. Lielas ietilpības invertoriem, pateicoties augstajam līdzstrāvas kopnes spriegumam, maiņstrāvas izejai parasti nav nepieciešams transformators, lai paaugstinātu spriegumu līdz 220 V. Vidējas un mazas ietilpības invertoriem līdzstrāvas spriegums ir relatīvi zems, piemēram, 12 V. 24 V spriegumam ir jāprojektē pastiprināšanas ķēde. Vidējas un mazas ietilpības invertori parasti ietver push-pull invertora shēmas, pilna tilta invertora shēmas un augstfrekvences pastiprināšanas invertora shēmas. Push-pull shēmas savieno pastiprināšanas transformatora neitrālo spraudni ar pozitīvo barošanas avotu, un divas jaudas lampas darbojas alternatīvi, izejot maiņstrāvu, jo jaudas tranzistori ir savienoti ar kopējo zemi, piedziņas un vadības shēmas ir vienkāršas, un, tā kā transformatoram ir noteikta noplūdes induktivitāte, tas var ierobežot īsslēguma strāvu, tādējādi uzlabojot shēmas uzticamību. Trūkums ir zems transformatora izmantojums un slikta spēja vadīt induktīvās slodzes.
Pilna tilta invertora shēma pārvar push-pull shēmas trūkumus. Jaudas tranzistors regulē izejas impulsa platumu, un attiecīgi mainās izejas maiņstrāvas sprieguma efektīvā vērtība. Tā kā shēmai ir brīvgaitas cilpa, pat induktīvu slodžu gadījumā izejas sprieguma viļņu forma netiks kropļota. Šīs shēmas trūkums ir tāds, ka augšējā un apakšējā roka jaudas tranzistori nedalās ar zemi, tāpēc jāizmanto īpaša piedziņas shēma vai izolēts barošanas avots. Turklāt, lai novērstu augšējā un apakšējā tilta roka kopīgu vadīšanu, shēma jāprojektē tā, lai to varētu izslēgt un pēc tam ieslēgt, tas ir, jāiestata miera laiks, un shēmas struktūra ir sarežģītāka.
Push-pull ķēdes un pilna tilta ķēdes izejai jāpievieno pastiprināšanas transformators. Tā kā pastiprināšanas transformators ir liels, ar zemu efektivitāti un dārgāks, attīstoties jaudas elektronikas un mikroelektronikas tehnoloģijām, apgrieztās darbības sasniegšanai tiek izmantota augstfrekvences pastiprināšanas pārveidošanas tehnoloģija, kas var realizēt augstas jaudas blīvuma invertoru. Šīs invertora ķēdes priekšējās pakāpes pastiprināšanas ķēde izmanto push-pull struktūru, bet darba frekvence ir virs 20 kHz. Pastiprināšanas transformators izmanto augstfrekvences magnētisko serdes materiālu, tāpēc tas ir mazs izmērs un viegls. Pēc augstfrekvences inversijas tā tiek pārveidota augstfrekvences maiņstrāvā, izmantojot augstfrekvences transformatoru, un pēc tam caur augstfrekvences taisngrieža filtra ķēdi tiek iegūta augstsprieguma līdzstrāva (parasti virs 300 V), un pēc tam caur jaudas frekvences invertora ķēdi tiek invertēta.
Ar šo shēmas struktūru invertora jauda ir ievērojami uzlabota, invertora tukšgaitas zudumi ir attiecīgi samazināti un efektivitāte ir uzlabota. Šīs shēmas trūkums ir sarežģītā shēma un zemāka uzticamība nekā abām iepriekš minētajām shēmām.
Invertora ķēdes vadības ķēde
Iepriekš minēto invertoru galvenajām shēmām jābūt realizētām ar vadības ķēdi. Parasti ir divas vadības metodes: taisnstūra vilnis un pozitīvais un vājais vilnis. Invertora barošanas ķēde ar taisnstūra viļņa izeju ir vienkārša, lēta, bet ar zemu efektivitāti un lielu harmonisko komponentu skaitu. Sinusoidāla izeja ir invertoru attīstības tendence. Attīstoties mikroelektronikas tehnoloģijai, ir parādījušies arī mikroprocesori ar PWM funkcijām. Tāpēc invertoru tehnoloģija sinusoidālai izejai ir nobriedusi.
1. Invertori ar taisnstūra viļņa izeju pašlaik galvenokārt izmanto impulsa platuma modulācijas integrālās shēmas, piemēram, SG 3 525, TL 494 un tā tālāk. Prakse ir pierādījusi, ka, izmantojot SG3525 integrālās shēmas un jaudas lauka tranzistorus kā komutācijas jaudas komponentus, var sasniegt salīdzinoši augstu invertoru veiktspēju un cenu. Tā kā SG3525 spēj tieši vadīt jaudas lauka tranzistorus, tam ir iekšējais atsauces avots, operacionālais pastiprinātājs un zemsprieguma aizsardzības funkcija, tā perifērijas shēma ir ļoti vienkārša.
2. Invertora vadības integrētā shēma ar sinusoidālas viļņa izeju. Invertora vadības ķēdi ar sinusoidālas viļņa izeju var vadīt ar mikroprocesoru, piemēram, INTEL Corporation ražoto 80 C 196 MC un Motorola Company ražoto mikroprocesoru, MI-CRO CHIP Company ražoto MP 16 un PI C 16 C 73 utt. Šiem vienas mikroshēmas datoriem ir vairāki PWM ģeneratori, un tie var iestatīt augšējo un augšējo tilta sviru. Dīkstāves laikā izmantojiet INTEL uzņēmuma 80 C 196 MC, lai realizētu sinusoidālas izejas ķēdi, 80 C 196 MC, lai pabeigtu sinusoidālas signāla ģenerēšanu un noteiktu maiņstrāvas izejas spriegumu, lai panāktu sprieguma stabilizāciju.
Strāvas ierīču izvēle invertora galvenajā ķēdē
Galveno jaudas komponentu izvēleinvertorsir ļoti svarīgi. Pašlaik visbiežāk izmantotās jaudas komponentes ir Darlingtona jaudas tranzistori (BJT), jaudas lauka efekta tranzistori (MOS-F ET), izolēti vārtu tranzistori (IGB). T) un izslēgšanas tiristori (GTO) utt. Mazas ietilpības zemsprieguma sistēmās visbiežāk izmantotās ierīces ir MOS FET, jo MOS FET ir mazāks sprieguma kritums ieslēgtā stāvoklī un augstāka. IG BT pārslēgšanās frekvence parasti tiek izmantota augstsprieguma un lielas ietilpības sistēmās. Tas ir tāpēc, ka MOS FET ieslēgtā stāvokļa pretestība palielinās, palielinoties spriegumam, un IG BT ir lielāka priekšrocība vidējas ietilpības sistēmās, savukārt īpaši lielas ietilpības (virs 100 kVA) sistēmās GTO parasti tiek izmantoti kā jaudas komponenti.
Publicēšanas laiks: 2021. gada 21. oktobris
