בקצרה, ניתן לחלק את תהליך העבודה של מהפך PV לשלושה שלבי ליבה:איסוף כוח ואופטימיזציה, DC-המרה AC, והתאמת רשת-מחוברת/כבויה-. להלן פירוט מפורט מנקודות המבט של עקרונות בסיסיים, מודולי ליבה וטכנולוגיות מפתח:
I. יעדי עבודה מרכזיים
מאפייני הפלט של מודולי PV רגישים מאוד לתאורה ולטמפרטורה, ומציגים קשר לא ליניארי בין מתח מוצא לזרם. יתרה מזאת, לא ניתן לחבר ישירות את כוח ה-DC שנוצר ישירות לרשת החשמל או להניע עומסי AC קונבנציונליים. לכן, המהפך צריך להשיג שתי מטרות ליבה:
מקסימום תפוקת הכוח: עקוב אחר נקודת תפוקת ההספק המקסימלית של מודולי PV בזמן אמת באמצעות טכנולוגיית MPPT כדי לשפר את יעילות ייצור החשמל ככל האפשר.
צורת גל וסנכרון: המר מתח DC למתח AC סינוסואיד העומד בתקני רשת (עם מתח, תדר ופאזה עקביים עם רשת החשמל) כדי להבטיח בטיחות-מחוברת לרשת או פעולה יציבה של עומסי-רשת לא.
II. תהליך עבודה בסיסי של ממירים פוטו-וולטאיים
לוקח את הנפוץ ביותרממירי PV המחוברים לרשת-כדוגמה, ניתן לחלק את תהליך העבודה הכולל לארבעה שלבים:
שלב 1: קלט וסינון DC (עיבוד צד-DC)
פלט הספק DC על ידי מודולי ה-PV המקושרים בסדרה/מקביל- אינו יציב לחלוטין, עם אדוות מתח ותנודות זרם הנגרמות משינויי תאורה והבדלים במאפייני המודול.
המהפך מתחבר תחילה למתח DC דרך אנתיך DC(להגנה על זרם יתר) ואמעכב נחשולי DC(להגנה מפני נחשולי מתח).
לאחר מכן, מעגל סינון המורכב מקבלים/משרנים מסנן DCמשמש להחלקת התנודות של מתח DC, מתן קלט DC יציב לשלב ההמרה הבא.
שלב 2: מעקב נקודות כוח מקסימלי (MPPT)
זהו חוליית מפתח עבור המהפך לשיפור יעילות ייצור החשמל. עקרון הליבה הוא לזהות את מתח המוצא והזרם של מודולי PV בזמן אמת באמצעותאלגוריתמי בקרה, חשב את הספק המוצא הנוכחי, והתאם באופן דינמי את מתח הכניסה DC של המהפך כדי לשמור על מודולי ה-PV פועלים בנקודה של תפוקת הספק מקסימלית בכל עת.
אלגוריתמים נפוצים של MPPT: הפרעות ותצפית (P&O), מוליכות אינקרמנטלית (INC). ביניהם, שיטת המוליכות המצטברת היא בעלת דיוק גבוה יותר ומתאימה לתרחישים עם שינויי תאורה מהירים.
שיטת יישום: כוונן את מתח DC דרך aממיר DC-DC(כגון מעגל Boost step-up). כאשר מתח המוצא של מודולי PV נמוך, מעגל ה-Boost מגביר אותו למתח אוטובוס DC המתאים להיפוך (למשל, אוטובוס 380V DC המתאים לפלט 380V AC).
שלב 3: DC-המרת AC (שלב היפוך ליבה)
זוהי פונקציית הליבה של המהפך, שבעצם ממיר מתח DC יציב להספק AC דומה לגל סינוס באמצעות פעולת-תדר הדלקה-הגבוה שלהתקני מיתוג אלקטרוניים. על פי מבנים טופולוגיים שונים, הוא מחולק בעיקר לממירים חד פאזיים-(עבור יישומי צריכת חשמל-אזרחית נמוכה) וממירי תלת-פאזיים(עבור יישומי הספק תעשייתיים ומסחריים-), עם עקרונות ליבה עקביים:
החלפת מכשירים: טרנזיסטורים דו-קוטביים של שער מבודדים (IGBT) או מתכת-Oxide-שדה מוליכים למחצה-אומצו טרנזיסטורי אפקט (MOSFET), שהם "מתגים אלקטרוניים" להמרת הספק ויכולים להשלים את בקרת ההפעלה-ת תוך מיקרו-שניות.
טופולוגיה של גשר אינוורטר: הנפוץ ביותר הוא המעגל מהפך גשר מלא-(עם 4 התקני החלפה עבור-חד פאזי ו-6 עבור תלת-פאזי). ניקח את מעגל הגשר-השלבי המלא-כדוגמה:
הבקר יוצאאותות של אפנון רוחב דופק (PWM).כדי לשלוט ברצף ההפעלה- ומחזור העבודה של 4 ה-IGBTs.
על ידי התאמת רוחב הפולס, פלט "רכבת הפולס של הגל המרובע" על ידי התקני המיתוג מסונן ליצירת הספק AC קרוב לגל סינוס.
סינון AC: הספק ה-AC לאחר היפוך מכיל-הרמוניות בתדר גבוה, שצריך לסנן על ידימעגל מסנן LCמורכב משרני מסנן AC וקבלים להשגת הספק AC סינוסואידי טהור.
שלב 4: התאמת והגנה לרשת-מחוברת/כבויה-(עיבוד צד AC-)
1. ממירי רשת-מחוברים: סנכרון וחיבור לרשת
אם המהפך משמש לייצור חשמל-מחובר לרשת, יש צורך לוודא שהספק AC פלט הואבאותו תדר, פאזה ומתחבתור רשת החשמל:
בזמן אמת-זהה את תדר המתח ואת השלב של רשת החשמלטכנולוגיית Phase-Locked Loop (PLL)., התאם את הפאזה והתדירות של תפוקת הכוח AC על ידי המהפך, והשיג סנכרון מדויק עם רשת החשמל.
התחבר לרשת החשמל דרך אמגע AC, ולהבטיח בטיחות-מחוברת לרשתהגנה על אי, הגנה מפני מתח יתר/מתח, הגנה על זרם יתר, הגנת תדרוכו' (למשל, כאשר רשת החשמל מנותקת, על המהפך להפסיק לפעול באופן מיידי כדי למנוע מ"אפקט האי" לסכן את אנשי התחזוקה).
2. ממירי רשת כבויים-: אספקת חשמל ישירה
אם המהפך משמש במערכת-מחוץ לרשת (למשל, אספקת חשמל פוטו-וולטאית באזורים מרוחקים), מתח ה-AC הסינוסואידי המסונן מסופק ישירות לעומסים (למשל, מכשירי חשמל ביתיים, ציוד תעשייתי). בינתיים, ניתן לשלב אותו עם סוללות אחסון אנרגיה כדי להשיג ויסות מתח יציב.
III. סוגים עיקריים של ממירים פוטו-וולטאיים והבדלים טופולוגיים
לסוגים שונים של ממירים יש הבדלים קלים בטופולוגיה של שלב ההיפוך ומתאימים לתרחישים שונים:
ממירים מרכזיים(הספק-גבוה, לשימוש תעשייתי/מסחרי ותחנות כוח פוטו-וולטאיות):
לְאַמֵץשנאי תדר מתח/שנאי-תדר גבוהטופולוגיה. כמה סוגים חסרי שנאים (לא-מבודדים) משיגים בידוד באמצעות קבלים, כאשר הספק מגיע למספר מגה וואט. הם מאופיינים באינטגרציה גבוהה ותפעול ותחזוקה נוחים.
ממירי מחרוזת(הספק בינוני וקטן, לשימוש ביתי ומערכות פוטו-וולטאיות מבוזרות):
כל מחרוזת PV מצוידת בבקר MPPT עצמאי, ושלב ההיפוך מאמץ טופולוגיית גשר מלאה-. זה יכול לעקוב אחר נקודת הכוח המקסימלית של כל מיתר באופן עצמאי, תוך התאמה להבדלים בתאורה בין מיתרים שונים (למשל, הצללה).
מיקרו-ממירים(הספק-נמוך, עבור מערכות פוטו-וולטאיות ביתיות):
מותקן ישירות בחלק האחורי של מודולי PV, עם מיקרו-מהפך אחד המתאים למודול אחד, המממש "היפוך רמת מודול-". יש לו דיוק MPPT הגבוה ביותר והוא מתאים לסביבות תאורה מורכבות.
IV. אינדיקטורים טכניים מרכזיים והשפעות ביצועים
יעילות היפוך: ממירים- באיכות גבוהה יכולים להשיג יעילות מקסימלית של למעלה מ-98% (יעילות אירופאית), אשר תלויה בעיקר באובדן ההולכה של התקני מיתוג ובדיוק המעקב של MPPT.
עיוות הרמוני מוחלט (THD): ממירי רשת-מחוברים דורשים THD פחות או שווה ל-5%. ככל שה-THD נמוך יותר, גל הסינוס הפלט טהור יותר וההפרעה לרשת החשמל קטנה יותר.
יעילות MPPT: בדרך כלל נדרש להיות גדול או שווה ל-99%, מה שמשפיע ישירות על ייצור החשמל הכולל של המערכת הפוטו-וולטאית.
תַקצִיר
המהות של מהפך PV היא ללממש המרת צורת כוח באמצעות אפנון-תדר גבוה עם התקני מיתוג אלקטרוניים הליבה, תוך השגת אופטימיזציה של הספק והתאמת רשת באמצעות אלגוריתמי בקרה. ליבת עקרון העבודה שלו טמון ב:מימוש אופטימיזציה של הספק באמצעות ממירי DC-DC, השגת DC-AC המרת AC באמצעות PWM-גשרי ממירים מווסתים, והבטחת חיבור בטוח לרשת באמצעות לולאות-נעולות פאזה ומעגלי הגנה. תהליך זה לא רק מנצל את מאפייני המיתוג המהיר של טכנולוגיית הכוח האלקטרונית, אלא גם משלב את הרגולציה המדויקת של תיאוריית הבקרה, המשמשת חוליה מרכזית לניצול יעיל של החשמל במערכות ייצור חשמל פוטו-וולטאיות.
