مبدأ العمل وخصائص العاكس الكهروضوئي

مبدأ عمل العاكس:

جوهر جهاز العاكس هو دائرة التبديل العاكس، والتي يشار إليها باسم دائرة العاكس للاختصار.تكمل الدائرة وظيفة العاكس عن طريق تشغيل وإيقاف مفتاح الطاقة الإلكتروني.

سمات:

(1) مطلوب كفاءة عالية.

نظرا لارتفاع أسعار الخلايا الشمسية في الوقت الحاضر، من أجل تعظيم الاستفادة من الخلايا الشمسية وتحسين كفاءة النظام، يجب علينا أن نحاول تحسين كفاءة العاكس.

(2) مطلوب موثوقية عالية.

في الوقت الحاضر، يستخدم نظام محطة الطاقة الكهروضوئية بشكل رئيسي في المناطق النائية، والعديد من محطات الطاقة غير مراقبة ويتم صيانتها، الأمر الذي يتطلب أن يكون للعاكس هيكل دائرة معقول، واختيار صارم للمكونات، ويتطلب أن يكون للعاكس وظائف حماية مختلفة، مثل مثل: حماية عكس قطبية تيار مستمر، حماية ماس كهربائى لمخرج التيار المتردد، ارتفاع درجة الحرارة، حماية من الحمل الزائد، إلخ.

(3) مطلوب جهد الإدخال للحصول على نطاق أوسع من التكيف.

لأن الجهد الطرفي للخلية الشمسية يختلف باختلاف الحمل وشدة ضوء الشمس.خاصة عندما تكون البطارية قديمة، فإن جهدها الطرفي يختلف بشكل كبير.على سبيل المثال، بالنسبة لبطارية 12 فولت، قد يختلف الجهد الطرفي لها بين 10 فولت و16 فولت، الأمر الذي يتطلب أن يعمل العاكس بشكل طبيعي ضمن نطاق جهد دخل تيار مستمر كبير.

تصنيف العاكس الضوئية:

هناك طرق عديدة لتصنيف العاكسون.على سبيل المثال، وفقًا لعدد مراحل خرج جهد التيار المتردد بواسطة العاكس، يمكن تقسيمه إلى محولات أحادية الطور ومحولات ثلاثية الطور؛وتنقسم إلى محولات الترانزستور ومحولات الثايرستور ومحولات إيقاف الثايرستور.وفقًا لمبدأ دائرة العاكس، يمكن أيضًا تقسيمها إلى عاكس تذبذب ذاتي الإثارة وعاكس تراكب موجة متدرج وعاكس تعديل عرض النبض.وفقًا للتطبيق في النظام المتصل بالشبكة أو النظام خارج الشبكة، يمكن تقسيمه إلى عاكس متصل بالشبكة وعاكس خارج الشبكة.من أجل تسهيل اختيار مستخدمي الإلكترونيات الضوئية للعاكسات، هنا يتم تصنيف العاكسات فقط وفقًا للمناسبات المختلفة المطبقة.

1. العاكس المركزي

تقنية العاكس المركزي هي أن عدة سلاسل كهروضوئية متوازية متصلة بمدخل التيار المستمر لنفس العاكس المركزي.بشكل عام، يتم استخدام وحدات طاقة IGBT ثلاثية الطور للطاقة العالية، وتستخدم الترانزستورات ذات التأثير الميداني للطاقة المنخفضة.يقوم DSP بتحويل وحدة التحكم لتحسين جودة الطاقة المولدة، مما يجعلها قريبة جدًا من تيار الموجة الجيبية، والذي يستخدم عادةً في أنظمة محطات الطاقة الكهروضوئية الكبيرة (> 10 كيلوواط).أكبر ميزة هي أن قوة النظام عالية والتكلفة منخفضة، ولكن لأن جهد الخرج والتيار لسلاسل كهروضوئية مختلفة غالبًا ما لا يكونان متطابقين تمامًا (خاصة عندما تكون سلاسل الكهروضوئية مسدودة جزئيًا بسبب الغيوم والظل والبقع ، وما إلى ذلك)، تم اعتماد العاكس المركزي.سيؤدي تغيير الطريقة إلى تقليل كفاءة عملية الانفرتر وتقليل الطاقة لدى مستخدمي الكهرباء.وفي الوقت نفسه، تتأثر موثوقية توليد الطاقة للنظام الكهروضوئي بأكمله بحالة العمل السيئة لمجموعة الوحدات الكهروضوئية.أحدث اتجاه بحثي هو استخدام التحكم في تعديل ناقل الفضاء وتطوير اتصال طوبولوجي جديد للعاكسات للحصول على كفاءة عالية في ظل ظروف التحميل الجزئي.

2. سلسلة العاكس

يعتمد عاكس السلسلة على المفهوم المعياري.تمر كل سلسلة كهروضوئية (1-5 كيلو واط) من خلال عاكس، ولها أقصى تتبع لذروة الطاقة في جانب التيار المستمر، ويتم توصيلها بالتوازي في جانب التيار المتردد.العاكس الأكثر شعبية في السوق.

تستخدم العديد من محطات الطاقة الكهروضوئية الكبيرة محولات السلسلة.الميزة هي أنه لا يتأثر باختلافات الوحدة والتظليل بين السلاسل، وفي نفس الوقت يقلل من عدم التطابق بين نقطة التشغيل المثالية للوحدات الكهروضوئية والعاكس، وبالتالي زيادة توليد الطاقة.هذه المزايا التقنية لا تقلل من تكلفة النظام فحسب، بل تزيد أيضًا من موثوقية النظام.وفي الوقت نفسه، يتم إدخال مفهوم "السيد والعبد" بين الأوتار، بحيث يستطيع النظام ربط عدة مجموعات من الأوتار الكهروضوئية معًا وترك واحدة أو أكثر منها تعمل بشرط عدم قدرة سلسلة واحدة من الطاقة على توليد عمل العاكس واحد.، وبالتالي إنتاج المزيد من الكهرباء.

المفهوم الأحدث هو أن العديد من المحولات تشكل "فريقًا" مع بعضها البعض بدلاً من مفهوم "السيد والعبد"، مما يجعل موثوقية النظام خطوة إلى الأمام.في الوقت الحاضر، هيمنت محولات السلسلة بدون محولات.

3. العاكس الصغير

في النظام الكهروضوئي التقليدي، يتم توصيل طرف دخل التيار المستمر لكل عاكس سلسلة في سلسلة بحوالي 10 ألواح كهروضوئية.عندما يتم توصيل 10 لوحات في سلسلة، إذا لم تعمل إحداها بشكل جيد، فسوف تتأثر هذه السلسلة.إذا تم استخدام نفس MPPT لمدخلات متعددة للعاكس، فسوف تتأثر جميع المدخلات أيضًا، مما يقلل بشكل كبير من كفاءة توليد الطاقة.في التطبيقات العملية، عوامل الانسداد المختلفة مثل السحب والأشجار والمداخن والحيوانات والغبار والجليد والثلج سوف تسبب العوامل المذكورة أعلاه، والوضع شائع جدًا.في النظام الكهروضوئي للعاكس الصغير، يتم توصيل كل لوحة بعاكس صغير.عندما تفشل إحدى اللوحات في العمل بشكل جيد، ستتأثر هذه اللوحة فقط.وستعمل جميع الألواح الكهروضوئية الأخرى على النحو الأمثل، مما يجعل النظام العام أكثر كفاءة ويولد المزيد من الطاقة.في التطبيقات العملية، إذا فشل عاكس السلسلة، فسوف يتسبب ذلك في فشل عدة كيلووات من الألواح الشمسية في العمل، في حين أن تأثير فشل العاكس الصغير يكون صغيرًا جدًا.

4. محسن الطاقة

يمكن أن يؤدي تركيب مُحسِّن الطاقة في نظام توليد الطاقة الشمسية إلى تحسين كفاءة التحويل بشكل كبير، وتبسيط وظائف العاكس لتقليل التكاليف.من أجل تحقيق نظام ذكي لتوليد الطاقة الشمسية، يمكن لمُحسِّن طاقة الجهاز أن يجعل كل خلية شمسية تؤدي أفضل أداء لها وتراقب حالة استهلاك البطارية في أي وقت.مُحسِّن الطاقة هو جهاز بين نظام توليد الطاقة والعاكس، وتتمثل مهمته الرئيسية في استبدال وظيفة تتبع نقطة الطاقة المثالية الأصلية للعاكس.يقوم مُحسِّن الطاقة بإجراء مسح سريع للغاية لتتبع نقطة الطاقة عن طريق القياس عن طريق تبسيط الدائرة وخلية شمسية واحدة تتوافق مع مُحسِّن الطاقة، بحيث يمكن لكل خلية شمسية تحقيق التتبع الأمثل لنقطة الطاقة، بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحديد حالة البطارية تتم مراقبتها في أي وقت وفي أي مكان عن طريق إدخال شريحة اتصال، ويمكن الإبلاغ عن المشكلة على الفور حتى يتمكن الموظفون المعنيون من إصلاحها في أقرب وقت ممكن.

وظيفة العاكس الكهروضوئي

لا يتمتع العاكس بوظيفة تحويل DC-AC فحسب، بل لديه أيضًا وظيفة تعظيم أداء الخلية الشمسية ووظيفة الحماية من أخطاء النظام.لتلخيص ذلك، هناك وظائف التشغيل والإيقاف التلقائي، ووظيفة التحكم في تتبع الطاقة القصوى، ووظيفة التشغيل المضادة للاستقلال (للنظام المتصل بالشبكة)، ووظيفة ضبط الجهد التلقائي (للنظام المتصل بالشبكة)، ووظيفة الكشف عن التيار المستمر (للنظام المتصل بالشبكة)، ووظيفة الكشف عن التيار المستمر (للنظام المتصل بالشبكة)، نظام متصل)، وظيفة الكشف عن التأريض DC (للأنظمة المتصلة بالشبكة).فيما يلي مقدمة موجزة عن وظائف التشغيل وإيقاف التشغيل التلقائي ووظيفة التحكم في تتبع الطاقة القصوى.

(1) التشغيل التلقائي ووظيفة التوقف

بعد شروق الشمس في الصباح، تزداد شدة الإشعاع الشمسي تدريجيًا، ويزداد أيضًا إنتاج الخلية الشمسية.عندما يتم الوصول إلى طاقة الخرج المطلوبة بواسطة العاكس، يبدأ العاكس في التشغيل تلقائيًا.بعد الدخول في التشغيل، سوف يقوم العاكس بمراقبة مخرجات وحدة الخلايا الشمسية طوال الوقت.طالما أن طاقة الخرج لوحدة الخلايا الشمسية أكبر من طاقة الخرج المطلوبة لكي يعمل العاكس، فسوف يستمر العاكس في العمل؛فيتوقف عند غروب الشمس، حتى لو كان الجو غائما وممطرا.يمكن أن يعمل العاكس أيضًا.عندما يصبح خرج وحدة الخلايا الشمسية أصغر ويقترب خرج العاكس من 0، سيشكل العاكس حالة الاستعداد.

(2) وظيفة التحكم في تتبع الطاقة القصوى

يختلف ناتج وحدة الخلايا الشمسية باختلاف شدة الإشعاع الشمسي ودرجة حرارة وحدة الخلايا الشمسية نفسها (درجة حرارة الشريحة).بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن وحدة الخلايا الشمسية تتميز بخاصية انخفاض الجهد مع زيادة التيار، فهناك نقطة تشغيل مثالية حيث يمكن الحصول على أقصى قدر من الطاقة.تتغير شدة الإشعاع الشمسي، ومن الواضح أن نقطة العمل المثالية تتغير أيضًا.بالنسبة لهذه التغييرات، تكون نقطة تشغيل وحدة الخلايا الشمسية دائمًا عند أقصى نقطة طاقة، ويحصل النظام دائمًا على أقصى إنتاج للطاقة من وحدة الخلايا الشمسية.هذا التحكم هو الحد الأقصى للتحكم في تتبع الطاقة.أكبر ميزة لمحولات أنظمة الطاقة الشمسية هي أنها تتضمن وظيفة تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT).