O papel dos inversores nos sistemas fotovoltaicos

In the wave of global energy transformation, solar PV power generation has become an important force with its clean and renewable characteristics. In PV systems, although the inverter seems inconspicuous, it plays a vital role and can be called the "heart" and "brain" of the entire system. It not only realizes the key power conversion, but also undertakes multiple functions such as system regulation and safety assurance, which afeta profundamente a eficiência da geração de energia, a estabilidade e a economia dos sistemas fotovoltaicos .

Os painéis solares convertem energia luminosa em corrente direta (DC) através do efeito fotoelétrico, mas se está conectado à rede elétrica ou a aparelhos diários de direção, ele precisa usar corrente alternada (AC) .

A função mais básica e central do inversor é converter o DC gerado pelo painel solar em AC que atende aos requisitos .

Take the home PV system as an example. The solar panels on the roof continuously output DC during the day. A string inverter with a rated power of 5kW uses internal power electronic devices (such as insulated gate bipolar transistors IGBT) to convert DC power into sinusoidal AC power with a frequency of 50Hz and a voltage of 220V (or 380V) Através de comutação de alta frequência ., essa energia CA pode ser usada diretamente por geladeiras, aparelhos de ar condicionado, TVs e outros aparelhos em casa, e o excesso de energia pode ser conectado à rede elétrica para obter "auto-geração para auto-uso e excedente de energia para a grade" .}}}}}

In large-scale ground PV power stations, the scale of power conversion of centralized inverters is even more amazing. For example, at a megawatt-level PV base in western China, a single centralized inverter with a capacity of 1MW can convert millions of watts of DC power into AC power every hour, which is equivalent to meeting the electricity needs of thousands of households. These Os inversores usam estruturas topológicas complexas e algoritmos de controle para garantir que a energia CA de saída tenha uma taxa de distorção harmônica extremamente baixa (geralmente inferior a 5%), atendendo aos rigorosos requisitos de qualidade de energia da grade de energia e evitando a poluição na grade .

A intensidade da luz, a temperatura, a cobertura de poeira e outros fatores farão com que a potência de saída dos painéis solares mude o tempo todo, e a função de rastreamento máximo de ponto de energia (MPPT) do inversor pode ajustar o ponto de trabalho do painel solar em tempo real, para que sempre produza a potência máxima .

Suponha que a potência máxima de um painel solar em condições de teste padrão (STC, irradiância 1000W/m², temperatura de 25 graus) seja 500W, mas em operação real, a luz fraca no início da manhã, a alta temperatura ao meio -dia e a cobertura de nuvens à tarde, causará a potência de saída do painel solar para flutuar.}}}}}

No momento, o inversor equipado com algoritmos MPPT avançados (como o método de observação de perturbação e o método de incremento de condutância) alterará continuamente a tensão de trabalho e a corrente do painel solar e bloqueia com precisão o ponto de energia máximo por meio de um ciclo rápido de "ajuste-ajuste".}}

De acordo com as estatísticas, os inversores com função MPPT eficiente podem aumentar a eficiência geral da geração de energia dos sistemas fotovoltaicos em 5% - 15% .

In distributed PV scenarios, the advantages of the MPPT function are more obvious. For example, in a rooftop PV system of a residential building, the output characteristics of panels in different strings vary greatly because some panels are blocked by leaves and covered by building shadows. String inverters or micro inverters are equipped with independent MPPT modules for each string or each panel, which Pode otimizar a eficiência da geração de energia de cada parte separadamente, evitar o "efeito de placa curta" e maximizar a geração de energia de todo o sistema .

O sistema fotovoltaico é exposto ao ar livre por um longo tempo e enfrenta vários riscos, como anomalias de grade, falhas de equipamento e ambiente natural . A função de proteção do inversor é como uma "guarda de segurança" para garantir a operação estável do sistema .}

When the power grid is out of power due to a fault, if the PV system continues to supply power to the local power grid, an "island" will be formed, which will not only cause electric shock hazards to maintenance personnel, but also damage equipment. The island protection device built into the inverter can quickly detect abnormal changes in frequency, voltage and other parameters at the moment of power outage, and cut off the output within 2 seconds to avoid o efeito da ilha .

Por exemplo, quando um tufão fez com que a rede elétrica em uma determinada área fosse paralisada, o inversor local do sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica ativou prontamente a proteção da ilha, garantindo efetivamente a segurança do pessoal de reparo e a integridade do equipamento .

When the output voltage of the solar panel is too high (such as a voltage surge due to a sudden drop in temperature), a short-circuit fault occurs in the circuit, or the load current is too large, the inverter will automatically trigger the protection mechanism to cut off the circuit or limit the current to prevent equipment damage and fire accidents. At the same time, the inverter also has an over-temperature protection Função . Quando a temperatura do dispositivo de energia interna é muito alta, esfria iniciando o ventilador de resfriamento, reduzindo a potência de saída, etc ., para garantir que o equipamento opere dentro de uma faixa de temperatura segura .

Com o aumento contínuo da capacidade instalada por PV, o papel dos inversores na interação da grade está se tornando cada vez mais importante ., não precisa apenas integrar suavemente a energia elétrica na grade, mas também atende aos requisitos da grade para a qualidade da energia, os recursos de estabilidade e regulação.}}}}}}}}

O inversor controla a forma de onda e a fase da corrente de saída, para que a energia CA de saída esteja na mesma frequência e fase que a tensão da grade e controla o conteúdo harmônico para um nível extremamente baixo ., por exemplo, os inversores inteligentes modernos podem controlar a distorção atual (THD) e a onda de onda de sequência ideal, a onda de onda de sequência ideal, a onda {a taxa de grades {thd) e a onda de onda de sequência ideal, a onda {a operação da onda {a onda {a onda {a onda é a onda).}}}}}}}}}}}}, por exemplo, os inversores inteligentes podem controlar a interferência da grade (THD) e a onda de onda de segmento ideal, a onda de onda de sequência ideal; Além disso, o inversor também pode ajustar o fator de potência de acordo com a demanda da grade para chegar perto de 1, melhorando assim a eficiência da transmissão da grade .

Impulsionados pela globalização da eletricidade verde, os sistemas fotovoltaicos se transformaram gradualmente de unidades simples de geração de energia para nós inteligentes com recursos de suporte à grade . novos inversores suportam funções como a regulação de energia ativa e a compensação de energia reativa; when the grid voltage is low, the inverter can output reactive power to increase the grid voltage level. In Germany, the inverters of some PV power stations have realized the function of "virtual power plant" through real-time communication with the power grid dispatching center, effectively participated in the peak load regulation of the power grid, and improved the absorption capacity of new energy.

Os inversores modernos geralmente integram as funções de coleta de dados, comunicação e análise inteligente, tornando-se a "casa inteligente" do sistema fotovoltaico . através de sensores embutidos, o inversor monitora a tensão de entrada de DC, a corrente de saída, a temperatura de 40 ou outros parâmetros, e a temperatura de 40 anos, a temperatura de 40 anos, e a temperatura do equipamento, e a temperatura do equipamento, e a temperatura do equipamento, e carregam os dados do tempo. WiFi) Comunicação .

Operation and maintenance personnel can remotely view the operating status, power generation data and fault alarm information of the PV system through mobile phone APP or computer. For example, when the power generation of a certain panel decreases due to dust accumulation, the inverter will issue an alarm in time, and locate the problem panel through data analysis, helping operation and maintenance personnel to accurately repair and reduce operation and maintenance costs. In addition, Alguns inversores avançados também possuem funções de manutenção preditiva . através da análise de aprendizado de máquina de dados históricos, o risco de falha do equipamento pode ser previsto com antecedência, transformando manutenção passiva em manutenção ativa .

In summary, the inverter integrates multiple functions such as power conversion, power optimization, safety protection, grid interaction and intelligent management in the PV system. Its performance directly determines the power generation efficiency, stability and economic benefits of the PV system. With the continuous advancement of technology, new technologies such as silicon carbide devices, AI algorithms, and multi-energy A fusão melhorará ainda mais o desempenho dos inversores, promoverá a indústria fotovoltaica para se desenvolver em uma direção mais eficiente e inteligente e contribuirá mais para a transformação de energia global .