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Prinzip und Anwendung des Solarwechselrichters

Gegenwärtig ist Chinas photovoltaisches Stromerzeugungssystem hauptsächlich ein Gleichstromsystem, das die von der Solarbatterie erzeugte elektrische Energie aufladen soll, und die Batterie versorgt die Last direkt mit Strom. Beispielsweise sind das Solar-Haushaltsbeleuchtungssystem im Nordwesten Chinas und das weit vom Netz entfernte Stromversorgungssystem der Mikrowellenstation allesamt Gleichstromsysteme. Diese Art von System hat eine einfache Struktur und niedrige Kosten. Aufgrund der unterschiedlichen Lastgleichspannungen (z. B. 12 V, 24 V, 48 V usw.) ist es jedoch schwierig, eine Standardisierung und Kompatibilität des Systems zu erreichen, insbesondere für zivile Stromversorgung, da die meisten Wechselstromlasten mit Gleichstrom verwendet werden . Für die Photovoltaik-Stromversorgung ist es schwierig, Strom als Handelsware auf den Markt zu bringen. Darüber hinaus wird die photovoltaische Stromerzeugung schließlich einen netzgekoppelten Betrieb erreichen, der ein ausgereiftes Marktmodell annehmen muss. In der Zukunft werden photovoltaische Wechselstromerzeugungssysteme zum Mainstream der photovoltaischen Stromerzeugung.

2021/11/25

Die Anforderungen an ein photovoltaisches Stromerzeugungssystem für die Wechselrichterstromversorgung.

Das photovoltaische Stromerzeugungssystem mit Wechselstromausgang besteht aus vier Teilen: Photovoltaik-Array, Lade- und Entladeregler, Batterie und Wechselrichter (das netzgekoppelte Stromerzeugungssystem kann im Allgemeinen die Batterie sparen), und der Wechselrichter ist die Schlüsselkomponente. Die Photovoltaik stellt höhere Anforderungen an Wechselrichter:


1. Es ist eine hohe Effizienz erforderlich. Aufgrund des gegenwärtig hohen Preises von Solarzellen ist es notwendig, zu versuchen, die Effizienz des Wechselrichters zu verbessern, um die Verwendung von Solarzellen zu maximieren und die Systemeffizienz zu verbessern.

2. Hohe Zuverlässigkeit ist erforderlich. Gegenwärtig werden photovoltaische Stromerzeugungssysteme hauptsächlich in abgelegenen Gebieten verwendet, und viele Kraftwerke sind unbeaufsichtigt und werden nicht gewartet. Dies erfordert, dass der Wechselrichter über eine vernünftige Schaltungsstruktur und eine strenge Komponentenauswahl verfügt und dass der Wechselrichter über verschiedene Schutzfunktionen verfügt, wie z.

3. Die DC-Eingangsspannung muss einen weiten Anpassungsbereich aufweisen. Da sich die Klemmenspannung der Batterie mit der Belastung und der Intensität der Sonneneinstrahlung ändert, obwohl die Batterie einen wichtigen Einfluss auf die Batteriespannung hat, schwankt die Batteriespannung mit der Änderung der verbleibenden Kapazität und des Innenwiderstands der Batterie. Besonders wenn die Batterie altert, schwankt ihre Klemmenspannung stark. Beispielsweise kann die Klemmenspannung einer 12-V-Batterie zwischen 10 V und 16 V variieren. Dies erfordert, dass der Wechselrichter mit einer höheren Gleichspannung betrieben wird. Stellen Sie den normalen Betrieb innerhalb des Eingangsspannungsbereichs sicher und stellen Sie die Stabilität der Ausgangswechselspannung sicher.

4. In photovoltaischen Stromerzeugungssystemen mit mittlerer und großer Kapazität sollte der Ausgang der Wechselrichterstromversorgung eine Sinuswelle mit weniger Verzerrung sein. Dies liegt daran, dass in Systemen mit mittlerer und großer Kapazität bei Verwendung von Rechteckwellenleistung der Ausgang mehr harmonische Komponenten enthält und höhere Harmonische zusätzliche Verluste erzeugen. Viele photovoltaische Energieerzeugungssysteme sind mit Kommunikations- oder Instrumentierungsausrüstung geladen. Die Ausrüstung hat höhere Anforderungen an die Qualität des Stromnetzes. Wenn die photovoltaischen Stromerzeugungssysteme mittlerer und großer Kapazität an das Netz angeschlossen werden, muss der Wechselrichter auch einen Sinuswellenstrom ausgeben, um eine Stromverschmutzung durch das öffentliche Netz zu vermeiden.

Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um. Wenn die Gleichspannung niedrig ist, wird sie durch einen Wechselstromtransformator verstärkt, um eine Standard-Wechselspannung und -frequenz zu erhalten. Bei Wechselrichtern mit großer Kapazität benötigt der AC-Ausgang aufgrund der hohen DC-Busspannung im Allgemeinen keinen Transformator, um die Spannung auf 220 V zu erhöhen. Bei Wechselrichtern mit mittlerer und kleiner Kapazität ist die Gleichspannung relativ niedrig, z. B. 12 V. Für 24 V muss eine Boost-Schaltung ausgelegt werden. Wechselrichter mit mittlerer und kleiner Kapazität umfassen im Allgemeinen Gegentakt-Wechselrichterschaltungen, Vollbrücken-Wechselrichterschaltungen und Hochfrequenz-Boost-Wechselrichterschaltungen. Gegentaktschaltungen verbinden den neutralen Stecker des Boost-Transformators mit der positiven Stromversorgung, und zwei Leistungsröhren arbeiten abwechselnd, geben Wechselstrom aus, da die Leistungstransistoren mit der gemeinsamen Masse verbunden sind, die Ansteuer- und Steuerschaltungen einfach sind und weil Der Transformator hat eine gewisse Streuinduktivität, er kann den Kurzschlussstrom begrenzen und so die Zuverlässigkeit der Schaltung verbessern. Der Nachteil ist, dass die Transformatorauslastung gering ist und die Fähigkeit, induktive Lasten zu treiben, schlecht ist.
Die Vollbrücken-Wechselrichterschaltung überwindet die Nachteile der Gegentaktschaltung. Der Leistungstransistor passt die Ausgangsimpulsbreite an, und der Effektivwert der Ausgangswechselspannung ändert sich entsprechend. Da die Schaltung über eine Freilaufschleife verfügt, wird die Wellenform der Ausgangsspannung selbst bei induktiven Lasten nicht verzerrt. Der Nachteil dieser Schaltung besteht darin, dass die Leistungstransistoren des oberen und unteren Zweigs nicht die Masse teilen, sodass eine dedizierte Treiberschaltung oder eine isolierte Stromversorgung verwendet werden muss. Zusätzlich muss, um die gemeinsame Leitung der oberen und unteren Brückenzweige zu verhindern, eine Schaltung entworfen werden, um ausgeschaltet und dann eingeschaltet zu werden, das heißt, es muss eine Totzeit eingestellt werden, und die Schaltungsstruktur ist komplizierter.


Der Ausgang der Gegentaktschaltung und der Vollbrückenschaltung muss einen Aufwärtstransformator hinzufügen. Da der Aufwärtstransformator groß, wenig effizient und teurer ist, wird mit der Entwicklung der Leistungselektronik und der Mikroelektroniktechnologie eine Hochfrequenz-Aufwärtswandlungstechnologie verwendet, um eine Umkehrung zu erreichen. Sie kann einen Wechselrichter mit hoher Leistungsdichte realisieren. Die Frontstufen-Boost-Schaltung dieser Wechselrichterschaltung nimmt eine Gegentaktstruktur an, aber die Arbeitsfrequenz liegt über 20 kHz. Der Aufwärtstransformator verwendet Hochfrequenz-Magnetkernmaterial, sodass er klein und leicht ist. Nach der Hochfrequenzinversion wird es durch einen Hochfrequenztransformator in Hochfrequenzwechselstrom umgewandelt, und dann wird Hochspannungsgleichstrom (im Allgemeinen über 300 V) durch eine Hochfrequenzgleichrichterfilterschaltung erhalten und dann durch a invertiert Stromfrequenz-Wechselrichterschaltung.

Mit dieser Schaltungsstruktur wird die Leistung des Wechselrichters stark verbessert, der Leerlaufverlust des Wechselrichters entsprechend verringert und der Wirkungsgrad verbessert. Der Nachteil der Schaltung besteht darin, dass die Schaltung kompliziert ist und die Zuverlässigkeit geringer ist als bei den obigen zwei Schaltungen.

Steuerkreis der Wechselrichterschaltung

Die Hauptschaltungen der oben erwähnten Wechselrichter müssen alle durch eine Steuerschaltung realisiert werden. Im Allgemeinen gibt es zwei Steuermethoden: Rechteckwelle und positive und schwache Welle. Die Wechselrichter-Stromversorgungsschaltung mit Rechteckwellenausgang ist einfach, kostengünstig, aber niedrig im Wirkungsgrad und reich an harmonischen Komponenten. . Sinusausgang ist der Entwicklungstrend von Wechselrichtern. Mit der Entwicklung der Mikroelektronik-Technologie sind auch Mikroprozessoren mit PWM-Funktionen herausgekommen. Daher ist die Wechselrichtertechnologie für die Sinuswellenausgabe ausgereift.


1. Wechselrichter mit Rechteckwellenausgang verwenden derzeit meist integrierte Schaltkreise mit Pulsweitenmodulation, wie SG 3 525, TL 494 und so weiter. Die Praxis hat bewiesen, dass die Verwendung von integrierten SG3525-Schaltkreisen und die Verwendung von Leistungs-FETs als Schaltleistungskomponenten relativ hohe Leistungs- und Preiswechselrichter erzielen können. Da der SG3525 in der Lage ist, Leistungs-FETs direkt anzusteuern und über eine interne Referenzquelle und einen Operationsverstärker sowie eine Unterspannungsschutzfunktion verfügt, ist seine Peripherieschaltung sehr einfach.

2. Die integrierte Wechselrichtersteuerungsschaltung mit Sinuswellenausgang, die Steuerschaltung des Wechselrichters mit Sinuswellenausgang kann durch einen Mikroprozessor gesteuert werden, wie z. B. 80 C 196 MC, hergestellt von INTEL Corporation und hergestellt von Motorola Company. MP 16 und PI C 16 C 73, hergestellt von MI-CRO CHIP Company usw. Diese Ein-Chip-Computer haben mehrere PWM-Generatoren und können die oberen und oberen Brückenzweige einstellen. Verwenden Sie während der Totzeit den 80 C 196 MC der Firma INTEL, um die Sinuswellen-Ausgangsschaltung zu realisieren, 80 C 196 MC, um die Sinuswellensignalerzeugung abzuschließen, und erfassen Sie die AC-Ausgangsspannung, um eine Spannungsstabilisierung zu erreichen.

Auswahl von Leistungsgeräten im Hauptstromkreis des Wechselrichters

Die Wahl der Hauptleistungskomponenten des Wechselrichters ist sehr wichtig. Zu den derzeit am häufigsten verwendeten Leistungskomponenten gehören Darlington-Leistungstransistoren (BJT), Leistungsfeldeffekttransistoren (MOS-F ET) und Transistoren mit isoliertem Gate (IGB). T) und Abschaltthyristor (GTO) usw., die am häufigsten verwendeten Geräte in Niederspannungssystemen mit kleiner Kapazität sind MOS FET, da MOS FET einen geringeren Spannungsabfall im Durchlasszustand und eine höhere Schaltfrequenz von IG BT hat in Hochspannungs- und Großleistungssystemen eingesetzt. Dies liegt daran, dass der Einschaltwiderstand von MOS FET mit steigender Spannung zunimmt und IG BT in Systemen mit mittlerer Kapazität einen größeren Vorteil einnimmt, während in Systemen mit supergroßer Kapazität (über 100 kVA) GTOs im Allgemeinen verwendet werden als Leistungskomponenten.

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