Система солнечных инверторов: Руководство по основным компонентам

Мозг" вашей солнечной энергосистемы

Мир солнечной энергии. Хотя солнечные панели являются наиболее заметным компонентом системы, которая принимает чистую солнечную энергию, мозгом является система солнечного инвертора. Это очень важный компонент технологии, который является фактическим центром управления и командования, а также интеллектуальных решений, принимаемых каждую миллисекунду посредством его контроля, преобразования и оптимального использования энергии, которая приводит в движение ваш дом, бизнес или даже электростанцию коммунального масштаба.

Качественная инверторная система не только превращает электроэнергию в электричество, но и позволяет максимально эффективно использовать собранный урожай, обеспечивает безопасность и стабильность сети, а также предоставляет необходимую информацию для контроля работы солнечной энергии и системы. В ее отсутствие энергия, вырабатываемая солнечными батареями, не может быть использована.

В этом подробном руководстве мы откроем коробку и рассмотрим эту систему поближе. Теперь мы увидим, что это такое, четыре наиболее распространенных типа, с которыми вы можете столкнуться, ключевые аппаратные элементы, находящиеся в ней, и как она взаимодействует с батареями и сетью. Самое главное, мы узнаем об одном из основополагающих элементов, который обычно игнорируют, но который имеет огромное значение для производительности и долговечности: о системе охлаждения.

Что такое система солнечного инвертора и как она работает?

В своей простейшей форме солнечная инверторная система выполняет только одну главную, волшебную задачу: она преобразует электричество постоянного тока (DC) в электричество переменного тока (AC).

Солнечные панели вырабатывают постоянный ток - электрический поток в прямом направлении. Но переменный ток - это то, что используется в электросетях и большинстве приборов в вашем здании (светильники, холодильник, промышленные машины и т. д.), он подобен току, который быстро меняет свое направление.

Рассматривайте инвертор как высокоскоростной, сложный переводчик. Он получает язык постоянного тока, используемого системой солнечных батарей, и преобразует его в язык переменного тока, который может быть понят и использован вашим зданием.

Процесс выглядит следующим образом:

1. Солнечные панели улавливают солнечный свет и вырабатывают электричество постоянного тока.
2. Этот постоянный ток поступает в систему солнечных инверторов.
3. Инвертор, используя сложные электронные переключатели, "измельчает" сигнал постоянного тока и собирает его в чистый синусоидальный сигнал переменного тока.
4. Затем подается переменный ток:
   • Отправляется прямо к вам домой или на предприятие для питания электроприборов.
   • Подается в аккумуляторную систему для хранения.
   • Экспортируется в коммунальную сеть, часто в кредит.

4 основных типа систем солнечных инверторов

Инвертор - это не универсальный продукт. Типы инверторов, которые вам нужны, в значительной степени определяются размером вашего проекта, вашим бюджетом и целью проекта (например, резервное питание от аккумулятора или управление тенью крыши).

Струнные инверторные системы

Струнный инвертор - это классический и наиболее распространенный тип инвертора для жилых и небольших коммерческих проектов. Система работает путем последовательного соединения нескольких солнечных панелей, которое называется "струной". Объединенная энергия постоянного тока, генерируемая всеми панелями, подается на преобразование в централизованный инверторный блок с одной панелью.

• Лучшее для: Простые, незатененные крыши, где все панели направлены в одну сторону. Они экономичны, надежны и просты в обслуживании.
• Ключевое соображение: Производительность струны определяется самой высокопроизводительной панелью. Если одна панель загрязнена или запятнана, производительность всех остальных панелей в этой струне падает.

Микроинверторные системы

Микроинвертор - это более современная разработка, которая децентрализует инверсию. Здесь нет центрального инвертора, а небольшой микроинвертор устанавливается непосредственно на заднюю панель каждой панели. Конструкция предполагает, что каждая панель является единственным генератором переменного тока.

• Лучшее для: Сложные крыши с многочисленными углами, мансардами или периодическим затенением (например, от деревьев или дымовых труб).
• Ключевое соображение: Поскольку все панели работают отдельно, тень, отбрасываемая одной панелью, не влияет на тень любой другой панели, что позволяет максимально увеличить общую мощность. Они также могут контролироваться на уровне панели, но, как правило, изначально являются самыми дорогими.

   

Гибридные инверторные системы

Гибридные инверторные системы часто называют инверторами, готовыми к работе с батареями, и они являются универсальным решением в эпоху современной энергетики. Один гибридный инвертор может работать как обычный струнный инвертор (преобразуя постоянный ток в переменный) и как аккумуляторный инвертор (управляя потоком энергии в батарее и из нее).

• Лучшее для: Владельцы домов и предприятий, которым нужны накопители энергии (солнечные батареи) сейчас или планируете добавить его в будущем.
• Ключевое соображение: Это мозг для достижения энергетической независимости. Он способен одновременно управлять солнечной системой, батареей и сетью. Он может направлять излишки солнечной энергии в батарею, а затем освобождать батарею, чтобы обслуживать дом во время отсутствия солнца (ночью или при отключении электричества).

Центральные инверторы

Это монстр инверторной индустрии, ориентированный на крупные коммерческие и коммунальные солнечные фермы (большие поля солнечных панелей, которые вы видите). Сотни панелей могут быть подключены к одному центральному инвертору, на котором можно обрабатывать мегаватты (МВт) мощности.

• Лучшее для: Солнечные электростанции, крупные промышленные объекты и общественные солнечные проекты.
• Ключевое соображение: Это не маленькие коробки, обычно они размером с транспортный контейнер. Их плотность мощности гигантская, и их производительность не может быть скомпрометирована. Их отказ может вывести из строя большую часть электростанции, и поэтому надежность их внутренних компонентов, в частности терморегулирования, является многомиллионной проблемой.

Вот простая таблица, которая поможет вам сравнить эти типы:

Внутри "коробки": Аппаратные компоненты, питающие вашу систему

Теперь давайте заглянем под капот. Хотя точная конструкция может меняться, почти все инверторы тока используют для работы три основные группы аппаратных компонентов.

Модуль преобразования (IGBTs/MOSFETs): "Двигатель"

Это и есть двигатель инвертора. Он представляет собой набор высокопрочных, быстро реагирующих полупроводниковых переключателей, известных как IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором) или МОП-транзисторы (полевые транзисторы на основе оксидов металлов и полупроводников).

Эти переключатели выполняют необходимую работу по изменению переменного постоянного тока на постоянную синусоиду постоянного тока. Они реагируют на постоянные колебания, чтобы обеспечить нужное количество энергии на выходе, и могут срабатывать тысячи раз в секунду. Это очень эффективный процесс, но он производит один важный побочный продукт, а именно большое количество отработанного тепла.

Трекеры точки максимальной мощности (MPPT): "Оптимизатор"

Важнейшей технологией является оптимизатор, который максимизирует производство энергии. Производство энергии в солнечной панели всегда находится в состоянии потока, зависящего от солнечных лучей, температуры и других условий. Задача MPPT заключается в постоянном сканировании входящего постоянного тока, чтобы найти оптимальную точку мощности, так называемую точку максимальной мощности, сочетание напряжения и тока, чтобы извлечь из панелей абсолютный максимум ватт в любой момент времени.

Системный контроллер (MCU): "Центральный процессор"

Это мозг или центральный процессор устройства. Микроконтроллерный блок (MCU) - это сложный процессор, который управляет всеми остальными частями. Он управляет IGBT, когда и как они должны переключаться, считывает данные MPPT, проверяет стабильность электрических сетей, управляет системами хранения аккумуляторов (в гибридных системах) и сообщает все оперативные данные, подлежащие мониторингу. Он также взаимодействует с контроллером заряда или контроллером заряда солнечных батарей для управления зарядом батарей и обеспечения максимально возможной безопасности и функциональности системы.

Понимание системной интеграции: Сеть, батареи и нагрузки

Солнечная инверторная система - это не просто инвертор. Ее особенностью является сочетание с тремя наиболее важными участниками вашей энергетической экосистемы:

1. Сетка: Электрическая сеть, которая осуществляет обмен солнечной электроэнергии.
2. Батареи: Ваши местные аккумуляторные системы, которые гарантируют постоянное питание в отсутствие солнца.
3. Нагрузки: В вашем здании есть все, что нуждается в электроэнергии - бытовая техника и оборудование, и даже технологии будущего, работающие на электричестве, например электромобили.

Современный гибридный инвертор принимает интеллектуальное решение в режиме реального времени, которое зависит от программирования и условий. Например, в солнечный день, в 14:00, он может генерировать 4 кВт солнечной энергии для обслуживания дома (нагрузка), 3 кВт для зарядки батареи и экспортировать оставшиеся 2 кВт в сеть. Затем в 8 часов вечера он будет отключен от батареи и будет использоваться для работы дома, не обращая внимания на сеть, чтобы сэкономить деньги.

Интеграция системы солнечных инверторов с электросетью

Взаимосвязь большинства фотоэлектрических систем наиболее значима с энергосистемой. Эта интеграция определяет не только энергоэффективность, но и общую выходную мощность и регулируется определенными правилами и финансовыми стимулами.

Чистый учет и продажа избыточной энергии

Нетто-учет - это метод выставления счетов, который является финансовой мотивацией при использовании солнечной энергии в сети, что является основной мотивацией при использовании солнечной энергии, привязанной к сети. Как только ваша система вырабатывает солнечную электроэнергию в объеме, превышающем ваш расход, дополнительная солнечная электроэнергия экспортируется в сеть, и ваш счетчик переключается на обратный ход. Вы получаете кредит за эту энергию, который можно использовать ночью или в пасмурные дни, когда вы покупаете энергию из сети.

Прямая иллюстрация работы солнечного инвертора заключается в том, что он гарантирует эффективный поток энергии между вашим домом и коммунальной сетью.

Соблюдение правил предоставления коммунальных услуг в США

Солнечная инверторная система не может быть включена в сеть. Инверторы также обладают большой мощностью, поэтому они должны быть правильно спроектированы и соответствовать высоким стандартам безопасности, которые необходимы для обеспечения безопасности работника коммунальной службы и сети. Это, в основном в США, означает соответствие:

• UL 1741: Это стандарт сертификации и безопасности инверторов и оборудования, взаимодействующего с сетью.
• IEEE 1547: Технический стандарт, описывающий поведение распределенных энергетических ресурсов (таких как ваш инвертор) при подключении к сети, включая так называемое "антиостровное" отключение, которое означает автоматическое выключение при отключении питания.

Правильное соблюдение требований важно не только для обеспечения безопасности электросети, но и для того, чтобы ваша фотоэлектрическая система была стабильной и эффективной, несмотря на количество подключенных панелей и конечную нагрузку.

Почему активное охлаждение является основным компонентом производительности

Мы уже говорили об отличном двигателе (IGBT) и мозге (MCU) инвертора. При таком плотном расположении вся эта высокопроизводительная электроника выделяет огромное количество тепла.

Здесь мы должны поговорить об одном из элементов, который слишком легко игнорировать, - системе терморегулирования. Способность инвертора контролировать тепло определяет его производительность, надежность и общий срок службы.

Одно из общих правил силовой электроники, основанное на законе Аррениуса, гласит, что длительный срок службы электрических элементов сокращается вдвое на каждые 10 °C (18°F) повышения рабочей температуры. В этом случае оптимизация работы солнечного инвертора обеспечивает стабильную выходную мощность и устойчивость системы.

Пассивное и активное охлаждение: Почему мощным системам нужны вентиляторы

1. Пассивное охлаждение: Нет никакого движения с помощью подвижных частей. Зависит исключительно от огромных металлических радиаторов с ребрами, чтобы охладить себя воздухом. Это характерно для небольших микроинверторов и бытовых струнных инверторов некоторых других моделей. Он бесшумен и имеет границу корпуса.
2. Активное охлаждение: Вентиляторы нагнетают большой объем воздуха над радиаторами и активно отводят тепло от компонентов.

Пассивное охлаждение может быть достаточно для небольших бытовых систем. Однако активное охлаждение - не вариант; оно необходимо в мощных гибридных инверторах (особенно при зарядке/разрядке батарей) и во всех крупных центральных инверторах. Плотность и требования к управлению энергией современных фотоэлектрических систем сделали эффективное охлаждение фотоэлектрической системы очень важным для обеспечения надежной работы, безопасной для сети.

Преимущество ACDCFAN: Надежное охлаждение для разумных инвестиций

Инверторная система - это солнечная система на 10-15 лет. Но так короток срок службы ее самой хрупкой составляющей. Даже в системе с принудительным охлаждением дешевый и некачественный вентилятор с подшипником скольжения, который засоряется от пыли или выходит из строя из-за подшипников, является точкой номер 1 механического отказа.

Именно поэтому спецификация решение для терморегулирования Промышленный класс - это не просто дополнение, это фундаментальный подход к защите ваших инвестиций. В ACDCFAN мы специализируемся на производстве компонентов охлаждения, которые предназначены для использования в условиях экстремальной надежности с мощные системы.

• Рассчитан на долгий срок службы: Стандартные вентиляторы - одно из самых слабых мест. В наших решениях используются высокотехнологичные шарикоподшипники, благодаря чему решение имеет Среднее время наработки на отказ (MTBF) более 70 000 часов. Это почти 8 лет работы в режиме 24/7, что гарантирует, что вентилятор прослужит столько же, сколько и сам инвертор.
• Умная, мгновенная производительность: ШИМ (широтно-импульсная модуляция) Интеллектуальное управление поддерживают наши вентиляторы. Они напрямую связаны с MCU (процессором, который мы уже упоминали) инвертора, чтобы обеспечить интеллектуальную тепловую реакцию по требованию. Они работают бесшумно и потребляют мало энергии на холостом ходу, а в пик производства или при зарядке батарей увеличивают мощность до полной, чтобы обезопасить детали.
• Окружающая среда в реальном мире: Устойчивость Крупные центральные инверторы не работают в чистых, кондиционированных помещениях. Они расположены в пустынях, на возвышенностях или в прибрежных районах, где много влаги. Наш сайт IP68-rated Вентиляторы полностью герметичны, что предотвращает попадание пыли и воды, а значит, обеспечивает оптимальную производительность охлаждения и долговечность даже в экстремальных условиях.

Для системных инженеров и менеджеров по закупкам, разрабатывающих новое поколение инверторов, терморегулирование является наиболее важным. Наши продукты полностью Сертификация RoHS 2.0 и UL, CE и TUVЭто значительно упрощает проектирование и соответствие нашей продукции. Мы даже можем помочь научно-исследовательским группам с первоначальным предложением по тепловой схеме в течение 12 часов.

Ключевые показатели производительности солнечных инверторов: Что означают эффективность и рейтинги?

Сравнивая инверторные системы, вы потеряетесь в технических характеристиках. Это два наиболее значимых параметра, на которые следует обратить внимание.

Как выбрать правильную систему солнечного инвертора

Самый важный выбор, от которого зависит долгосрочная эффективность вашего проекта, - это выбор системы солнечных инверторов. Для начала необходимо определить, каким масштабом вы располагаете, поскольку от этого зависит, что вы сможете сделать.

• На сайте жилые проектыСуществует три типа, из которых можно сделать выбор. Струнный инвертор - лучший выбор для простых и незатененных крыш. Если у вас более сложные углы или затенение крыши, микроинверторы смогут извлечь максимальное количество энергии, но при этом будут стоить дороже. Гибридный инвертор - это универсальное решение, если вы хотите быть энергонезависимым, в том числе иметь резервную батарею.
• В случае с Коммерческие (C&I) и коммунальные масштабыИ тогда выбор переходит к большим 3-фазным струнным инверторам или большим центральным инверторам. В этом случае внимание уделяется не первой стоимости, а общей стоимости владения (TCO). В таких мощных системах надежность является наиболее важным фактором. Изучите рейтинг эффективности инвертора по шкале CEC, его степень защиты от внешних воздействий и систему термообработки. В настоящее время разрабатывается мощный механизм активного охлаждения, который может выдерживать годы работы в условиях высокой нагрузки, чтобы не подвергать риску ваши долгосрочные инвестиции.

Какова эффективность CEC (не пиковая) вашего поставщика? Перед покупкой следует задать им два вопроса: "Какова гарантия и ожидаемый срок службы компонентов при пиковой нагрузке?

Заключение

Солнечная инверторная система - это не просто блок преобразования; это живой, дышащий мозг всего энергетического плана. Она определяет уровень получаемой энергии, способ ее использования и долговечность солнечных инверторов в течение следующих 20 лет.

Вы - домовладелец, выбравший микроинвертор, или бизнесмен, установивший гибридную систему с аккумуляторами, или инженер, решивший спроектировать фотоэлектрическую систему мощностью в мегаватт. Теперь вы знаете, что производительность системы настолько сильна, насколько сильны ее основные составляющие.

Все детали должны быть хорошо синхронизированы друг с другом, начиная со сложного "двигателя" IGBT и заканчивая "мозгом" MCU. И так называемый невоспетый герой - система терморегулирования, которая должна защищать их всех. Лучшая инвестиция в надежное и прибыльное будущее чистой энергии - это выбор системы с высококачественными и долговечными компонентами, вплоть до шарикоподшипников в вентиляторах охлаждения.