För närvarande är Kinas solcellssystem huvudsakligen ett likströmssystem, som laddar den elektriska energin som genereras av solbatteriet, och batteriet levererar ström direkt till lasten. Till exempel är solcellsbelysningssystem för hushåll i nordvästra Kina och mikrovågsstationers strömförsörjningssystem långt ifrån elnätet alla likströmssystem. Denna typ av system har en enkel struktur och låg kostnad. På grund av de olika likströmsspänningarna (som 12V, 24V, 48V, etc.) är det dock svårt att uppnå standardisering och kompatibilitet av systemet, särskilt för civil kraft, eftersom de flesta växelströmsbelastningar används med likström. Det är svårt för solcellskraftförsörjningen att leverera el för att komma in på marknaden som en handelsvara. Dessutom kommer solcellskraftproduktion så småningom att uppnå nätansluten drift, vilket måste anta en mogen marknadsmodell. I framtiden kommer växelströms solcellssystem att bli den vanligaste typen av solcellskraftproduktion.
Kraven på solcellskraftverk för växelriktarströmförsörjning
Det solcellsbaserade kraftgenereringssystemet som använder växelström består av fyra delar: solcellspaneler, laddnings- och urladdningsregulatorer, batteri och växelriktare (ett nätanslutet kraftgenereringssystem kan generellt spara batteri), och växelriktaren är nyckelkomponenten. Solceller har högre krav på växelriktare:
1. Hög effektivitet krävs. På grund av det höga priset på solceller för närvarande är det nödvändigt att försöka förbättra växelriktarens effektivitet för att maximera användningen av solceller och förbättra systemets effektivitet.
2. Hög tillförlitlighet krävs. För närvarande används solcellssystem huvudsakligen i avlägsna områden, och många kraftverk är obevakade och underhållslösa. Detta kräver att växelriktaren har en rimlig kretsstruktur, strikt komponentval och att växelriktaren har olika skyddsfunktioner, såsom polaritetsskydd för DC-ingången, kortslutningsskydd för AC-utgången, överhettningsskydd, överbelastningsskydd etc.
3. DC-ingångsspänningen måste ha ett brett anpassningsområde. Eftersom batteriets polspänning ändras med belastningen och solljusets intensitet, även om batteriet har en viktig effekt på batterispänningen, fluktuerar batterispänningen med förändringen av batteriets återstående kapacitet och inre resistans. Speciellt när batteriet åldras varierar dess polspänning kraftigt. Till exempel kan polspänningen på ett 12 V-batteri variera från 10 V till 16 V. Detta kräver att växelriktaren arbetar med en större DC-spänning. Säkerställ normal drift inom ingångsspänningsområdet och säkerställ stabilitet hos AC-utgångsspänningen.
4. I solcellssystem med medel- och hög kapacitet bör växelriktarens strömförsörjning ha en sinusvåg med mindre distorsion. Detta beror på att i system med medel- och hög kapacitet, om fyrkantsvågseffekt används, kommer utgången att innehålla fler harmoniska komponenter, och högre övertoner kommer att generera ytterligare förluster. Många solcellssystem är laddade med kommunikations- eller instrumentutrustning. Utrustningen har högre krav på elnätets kvalitet. När solcellssystem med medel- och hög kapacitet är anslutna till elnätet, måste växelriktaren också mata ut en sinusvågsström för att undvika strömförorening med det allmänna elnätet.
Växelriktaren omvandlar likström till växelström. Om likströmsspänningen är låg förstärks den med en växelströmstransformator för att erhålla en standard växelströmsspänning och -frekvens. För växelriktare med hög kapacitet, på grund av den höga DC-busspänningen, behöver AC-utgången i allmänhet inte en transformator för att öka spänningen till 220 V. I växelriktare med medel- och liten kapacitet är DC-spänningen relativt låg, såsom 12 V. För 24 V måste en boost-krets utformas. Växelriktare med medel- och liten kapacitet inkluderar i allmänhet push-pull-växelriktarkretsar, fullbryggväxelriktarkretsar och högfrekventa boost-växelriktarkretsar. Push-pull-kretsar ansluter boost-transformatorns neutralkontakt till den positiva strömförsörjningen, och två effektrör arbetar växelvis, matar ut växelström. Eftersom effekttransistorerna är anslutna till gemensam jord är driv- och styrkretsarna enkla, och eftersom transformatorn har en viss läckinduktans kan den begränsa kortslutningsströmmen, vilket förbättrar kretsens tillförlitlighet. Nackdelen är att transformatorns utnyttjande är lågt och förmågan att driva induktiva laster är dålig.
Fullbryggväxelriktarkretsen övervinner nackdelarna hos push-pull-kretsen. Effekttransistorn justerar utgångspulsbredden, och det effektiva värdet på utgångsväxelspänningen ändras därefter. Eftersom kretsen har en frigående slinga, kommer utgångsspänningens vågform inte att förvrängas även för induktiva belastningar. Nackdelen med denna krets är att effekttransistorerna i de övre och nedre armarna inte delar jord, så en dedikerad drivkrets eller en isolerad strömförsörjning måste användas. För att förhindra gemensam ledning av de övre och nedre bryggarmarna måste dessutom en krets utformas för att stängas av och sedan slås på, det vill säga en dödtid måste ställas in, och kretsstrukturen är mer komplicerad.
Utgången från push-pull-kretsen och fullbryggkretsen måste kompletteras med en step-up-transformator. Eftersom step-up-transformatorn är stor, har låg effektivitet och är dyrare, har högfrekvent step-up-omvandlingsteknik använts med utvecklingen av kraftelektronik och mikroelektronikteknik för att uppnå omvänd transformation. Detta kan realisera en växelriktare med hög effekttäthet. Frontstegets boostkrets i denna växelriktarkrets använder push-pull-struktur, men arbetsfrekvensen är över 20 kHz. Boost-transformatorn använder ett högfrekvent magnetiskt kärnmaterial, så den är liten i storlek och lätt. Efter högfrekvent invertering omvandlas den till högfrekvent växelström genom en högfrekvent transformator, och sedan erhålls högspänd likström (vanligtvis över 300 V) genom en högfrekvent likriktarfilterkrets och inverteras sedan genom en frekvensomvandlarkrets.
Med denna kretsstruktur förbättras växelriktarens effekt avsevärt, växelriktarens tomgångsförlust minskas motsvarande och verkningsgraden förbättras. Nackdelen med kretsen är att kretsen är komplicerad och tillförlitligheten är lägre än för de två ovanstående kretsarna.
Styrkrets för växelriktarkrets
Huvudkretsarna för de ovan nämnda växelriktarna måste alla realiseras via en styrkrets. Generellt finns det två styrmetoder: fyrkantvåg, positiv och svag våg. Växelriktarens strömförsörjningskrets med fyrkantvågsutgång är enkel, låg kostnad, men låg effektivitet och har många harmoniska komponenter. Sinusvågsutgång är utvecklingstrenden för växelriktare. Med utvecklingen av mikroelektronikteknik har även mikroprocessorer med PWM-funktioner kommit ut. Därför har växelriktartekniken för sinusvågsutgång mognat.
1. Växelriktare med fyrkantvågsutgång använder för närvarande mestadels integrerade kretsar med pulsbreddsmodulering, såsom SG 3 525, TL 494 och så vidare. Praktiken har visat att användningen av SG3525 integrerade kretsar och användningen av effekt-FET:er som switchande kraftkomponenter kan uppnå relativt hög prestanda och prisvärda växelriktare. Eftersom SG3525 har förmågan att direkt driva effekt-FET:er och har en intern referenskälla och operationsförstärkare samt underspänningsskyddsfunktion, är dess perifera krets mycket enkel.
2. Den integrerade kretsen för växelriktarstyrning med sinusvågsutgång, växelriktarens styrkrets med sinusvågsutgång kan styras av en mikroprocessor, såsom 80 C 196 MC producerad av INTEL Corporation, och producerad av Motorola Company. MP 16 och PI C 16 C 73 producerade av MI-CRO CHIP Company, etc. Dessa enkretsdatorer har flera PWM-generatorer och kan ställa in de övre och övre bryggarmarna. Under dödtiden används INTELs 80 C 196 MC för att realisera sinusvågsutgångskretsen, 80 C 196 MC för att slutföra sinusvågssignalgenereringen och detektera AC-utgångsspänningen för att uppnå spänningsstabilisering.
Val av kraftenheter i växelriktarens huvudkrets
Valet av de viktigaste kraftkomponenterna förväxelriktareär mycket viktigt. För närvarande inkluderar de mest använda kraftkomponenterna Darlington-krafttransistorer (BJT), effektfälteffekttransistorer (MOS-FET), isolerade gate-transistorer (IGB). T) och avstängningstyristor (GTO), etc. De mest använda komponenterna i lågspänningssystem med liten kapacitet är MOS FET, eftersom MOS FET har lägre spänningsfall i påslaget tillstånd och högre switchfrekvens. IGBT används vanligtvis i högspännings- och storkapacitetssystem. Detta beror på att MOS FET:s påslagningsmotstånd ökar med ökande spänning, och IGBT har en större fördel i system med medelhög kapacitet, medan GTO:er vanligtvis används som kraftkomponenter i system med superhög kapacitet (över 100 kVA).
Publiceringstid: 21 oktober 2021
