Actualmente, el sistema de generación de energía fotovoltaica en China es principalmente de CC, que carga la energía eléctrica generada por la batería solar, la cual suministra energía directamente a la carga. Por ejemplo, el sistema de iluminación solar para hogares en el noroeste de China y el sistema de suministro de energía de estaciones de microondas alejadas de la red eléctrica son todos de CC. Este tipo de sistema tiene una estructura simple y un bajo costo. Sin embargo, debido a las diferentes tensiones de CC de carga (como 12 V, 24 V, 48 V, etc.), es difícil lograr la estandarización y compatibilidad del sistema, especialmente para la energía civil, ya que la mayoría de las cargas de CA se utilizan con CC. Es difícil que la energía fotovoltaica se introduzca en el mercado como un producto básico. Además, la generación de energía fotovoltaica eventualmente logrará la conexión a la red, lo que requiere adoptar un modelo de mercado maduro. En el futuro, los sistemas de generación de energía fotovoltaica de CA se convertirán en la corriente principal de la generación de energía fotovoltaica.
Requisitos del sistema de generación de energía fotovoltaica para el suministro de energía del inversor
El sistema de generación de energía fotovoltaica que utiliza corriente alterna (CA) consta de cuatro partes: el panel fotovoltaico, el controlador de carga y descarga, la batería y el inversor (el sistema de generación de energía conectado a la red eléctrica generalmente permite ahorrar batería), siendo el inversor el componente clave. La energía fotovoltaica exige mayores requisitos para los inversores:
1. Se requiere una alta eficiencia. Debido al alto precio actual de las células solares, para maximizar su uso y mejorar la eficiencia del sistema, es necesario mejorar la eficiencia del inversor.
2. Se requiere alta confiabilidad. Actualmente, los sistemas de generación de energía fotovoltaica se utilizan principalmente en zonas remotas, y muchas centrales eléctricas no requieren supervisión ni mantenimiento. Esto requiere que el inversor tenga una estructura de circuito adecuada, una selección rigurosa de componentes y diversas funciones de protección, como protección de la polaridad de la entrada de CC, protección contra cortocircuitos en la salida de CA, sobrecalentamiento y sobrecarga, entre otras.
3. La tensión de entrada de CC debe tener un amplio rango de adaptación. Dado que la tensión en los terminales de la batería varía con la carga y la intensidad de la luz solar, aunque la batería tiene un efecto importante en su tensión, esta fluctúa con la variación de su capacidad restante y resistencia interna. Especialmente con el envejecimiento de la batería, su tensión en los terminales varía considerablemente. Por ejemplo, la tensión en los terminales de una batería de 12 V puede variar entre 10 V y 16 V. Esto requiere que el inversor funcione a una tensión de CC mayor. Asegúrese de que el funcionamiento sea normal dentro del rango de tensión de entrada y de que la tensión de salida de CA sea estable.
4. En sistemas de generación de energía fotovoltaica de mediana y gran capacidad, la salida del inversor debe ser una onda sinusoidal con menor distorsión. Esto se debe a que, en estos sistemas, si se utiliza energía de onda cuadrada, la salida contendrá más componentes armónicos, y los armónicos más altos generarán pérdidas adicionales. Muchos sistemas de generación de energía fotovoltaica están equipados con equipos de comunicación o instrumentación. Estos equipos tienen mayores requisitos de calidad de la red eléctrica. Cuando los sistemas de generación de energía fotovoltaica de mediana y gran capacidad se conectan a la red eléctrica, para evitar la contaminación con la red pública, el inversor también debe generar una corriente sinusoidal.
El inversor convierte la corriente continua en corriente alterna. Si la tensión de la corriente continua es baja, se amplifica mediante un transformador de corriente alterna para obtener una tensión y una frecuencia de corriente alterna estándar. En los inversores de gran capacidad, debido a la alta tensión del bus de CC, la salida de CA generalmente no necesita un transformador para amplificar la tensión a 220 V. En los inversores de mediana y pequeña capacidad, la tensión de CC es relativamente baja, por ejemplo, de 12 V. Para 24 V, se debe diseñar un circuito amplificador. Los inversores de mediana y pequeña capacidad suelen incluir circuitos inversores push-pull, circuitos inversores de puente completo y circuitos inversores amplificadores de alta frecuencia. Los circuitos push-pull conectan el conector neutro del transformador amplificador a la fuente de alimentación positiva y dos tubos de potencia. El trabajo alternativo permite generar CA. Dado que los transistores de potencia están conectados a tierra común, los circuitos de accionamiento y control son sencillos, y dado que el transformador tiene cierta inductancia de fuga, puede limitar la corriente de cortocircuito, mejorando así la fiabilidad del circuito. La desventaja es que la utilización del transformador es baja y la capacidad para accionar cargas inductivas es deficiente.
El circuito inversor de puente completo supera las deficiencias del circuito push-pull. El transistor de potencia ajusta el ancho de pulso de salida y el valor efectivo de la tensión de CA de salida cambia en consecuencia. Gracias a un bucle de rueda libre, la forma de onda de la tensión de salida no se distorsiona, incluso con cargas inductivas. La desventaja de este circuito es que los transistores de potencia de los brazos superior e inferior no comparten la tierra, por lo que se requiere un circuito de control dedicado o una fuente de alimentación aislada. Además, para evitar la conducción común de los brazos del puente superior e inferior, se debe diseñar un circuito que se apague y vuelva a encender, es decir, se debe establecer un tiempo muerto, lo que complica la estructura del circuito.
La salida del circuito push-pull y el circuito de puente completo debe agregar un transformador elevador. Debido a que el transformador elevador es grande en tamaño, baja en eficiencia y más costoso, con el desarrollo de la electrónica de potencia y la tecnología microelectrónica, se utiliza tecnología de conversión elevadora de alta frecuencia para lograr la inversión. Puede realizar un inversor de alta densidad de potencia. El circuito elevador de etapa frontal de este circuito inversor adopta una estructura push-pull, pero la frecuencia de trabajo es superior a 20 KHz. El transformador elevador adopta material de núcleo magnético de alta frecuencia, por lo que es pequeño en tamaño y peso ligero. Después de la inversión de alta frecuencia, se convierte en corriente alterna de alta frecuencia a través de un transformador de alta frecuencia, y luego se obtiene corriente continua de alto voltaje (generalmente superior a 300 V) a través de un circuito de filtro rectificador de alta frecuencia, y luego se invierte a través de un circuito inversor de frecuencia de potencia.
Con esta estructura de circuito, la potencia del inversor se mejora considerablemente, sus pérdidas en vacío se reducen consecuentemente y su eficiencia mejora. La desventaja es su complejidad y su menor fiabilidad que en los dos circuitos anteriores.
Circuito de control del circuito inversor
Los circuitos principales de los inversores mencionados requieren un circuito de control. Generalmente, existen dos métodos de control: onda cuadrada y onda positiva y débil. El circuito de alimentación del inversor con salida de onda cuadrada es simple, económico, pero de baja eficiencia y con un alto contenido de armónicos. La salida de onda sinusoidal es la tendencia de desarrollo de los inversores. Con el desarrollo de la tecnología microelectrónica, también han surgido microprocesadores con funciones PWM. Por lo tanto, la tecnología de inversores con salida de onda sinusoidal ha madurado.
1. Los inversores con salida de onda cuadrada utilizan principalmente circuitos integrados de modulación por ancho de pulsos, como el SG 3525, el TL 494, etc. La práctica ha demostrado que el uso de circuitos integrados SG3525 y transistores de efecto de campo (FET) de potencia como componentes de potencia conmutados permite obtener inversores con un rendimiento y un precio relativamente altos. Dado que el SG3525 puede controlar directamente los FET de potencia, cuenta con una fuente de referencia interna, un amplificador operacional y protección contra subtensión, su circuito periférico es muy simple.
2. El circuito integrado de control del inversor con salida de onda sinusoidal puede ser controlado por un microprocesador, como el 80 C 196 MC de Intel Corporation y el de Motorola, o los MP 16 y PI C 16 C 73 de Microchip. Estos microprocesadores cuentan con múltiples generadores PWM y permiten configurar los brazos del puente superior. Durante el tiempo muerto, se utiliza el 80 C 196 MC de Intel para generar la señal de onda sinusoidal y detectar la tensión de salida de CA para estabilizar la tensión.
Selección de dispositivos de potencia en el circuito principal del inversor
La elección de los principales componentes de potencia delinversores muy importante. Actualmente, los componentes de potencia más utilizados incluyen transistores de potencia Darlington (BJT), transistores de efecto de campo de potencia (MOS-F ET), transistores de compuerta aislada (IGB). T) y tiristor de apagado (GTO), etc., los dispositivos más utilizados en sistemas de baja tensión y pequeña capacidad son MOS FET, porque MOS FET tiene una menor caída de tensión en estado activado y una mayor La frecuencia de conmutación de IG BT se utiliza generalmente en sistemas de alta tensión y gran capacidad. Esto se debe a que la resistencia en estado activado de MOS FET aumenta con el aumento de la tensión, y IG BT está en sistemas de capacidad media ocupa una mayor ventaja, mientras que en sistemas de capacidad supergrande (por encima de 100 kVA), los GTO se utilizan generalmente como componentes de potencia.
Hora de publicación: 21 de octubre de 2021
