Централни инвертори за соларни паркове

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 3, 2011

Централни инвертори за соларни паркове

Специфики на мрежово свързаните инвертори за големи PV паркове

В големите фотоволтаични паркове обикновено се използват няколко централни инвертора, свързани паралелно или последователно, които преобразуват постояннотоковата електроенергия, постъпваща от соларните модули, в променливотокова, с подходящо за мрежата напрежение, честота и фаза. Преобразуването се осъществява на базата на два принципа. При първия постоянното напрежение веднага се преобразува в променливо и след това чрез трансформатор (обикновено повишаващ) се получава желаната стойност на променливото напрежение. Вторият принцип се състои в първоначално повишаване на постоянното напрежение чрез схеми, подобни на повишаващите ключови стабилизатори, след което се извършва преобразуването в променливо напрежение. Тук се избягва поставянето на трансформатор в изхода на инвертора, но схемата е по-сложна и скъпа. За да има галванично разделяне между изхода и входа, в тези инвертори, е необходимо повишаващият стабилизатор също да съдържа трансформатор.

Освен преобразуване на енергията, инверторите имат за задача и да максимизират производителността на фотоволтаиците чрез проследяване на максималната работна точка в променливите работни условия на системата, както и осигуряването на безопасното й функциониране. Сред техническите изисквания към мрежово-свързаните инвертори са генерирането на чисто синусоидално напрежение, синхронизирано със синусоидалното напрежение на мрежата, високата ефективност при пълно или частично натоварване, визуално изобразяване на производителността на фотоволтаиците и други.

Видове инвертори

Инверторите, използвани във фотоволтаични паркове, биват няколко разновидности. Първата са инверторите с модифицирани правоъгълни импулси (Modified Square Wave Inverter) със средна стойност на изходното напрежение обикновено равна на 220 V. Предимството им е сравнително ниската цена, а основен недостатък са създаваните значителни електромагнитни смущения, което прави невъзможно тяхното използване за захранване на редица уреди. Това е причина за сравнително рядкото им използване във фотоволтаични централи. Втората разновидност, с много по-голямо приложение, са инверторите със синусоидално изходно напрежение (Sine Wave Inverter), равно на мрежовото. Те не само могат да захранват всякакви товари, предназначени за електрическата мрежа, но и практически не създават електромагнитни смущения в околните устройства (например, в особено чувствителните радио- и телевизионни приемници).

В големите фотоволтаични паркове най-често се използват трифазни инвертори. Те нямат принципни ограничения за максималната мощност, тъй като тя се доставя в трите фази. Освен това, при нулиране на напрежението в една от фазите то продължава да съществува в останалите, намалението на изходната мощност на инвертора е по-малко и в кондензатора трябва да се натрупва по-малко енергия. Така той е с по-малък капацитет и по-дълъг експлоатационен срок.

Технически характеристики на инверторите

Сред основните характеристики на инверторите, посочвани в техническата им спецификация, са стойностите на входното напрежение и изходната им мощност. Първата от тях включва максималното постоянно входно напрежение (Max DC Input Voltage) при празен ход на изхода на инвертора и обхвата на постоянното входно напрежение (DC Voltage Operating Range), в който се гарантират нормалната работа и останалите параметри. Посочват се и обхватът на напрежението на МРР (MPP-Voltage Range), показващ границите на поддържане на МРР; максималният постоянен входен ток (DC ISC Maximum Current), над който не се гарантира сигурната работа на инвертора, и номиналният постоянен входен ток (DC IMP Nominal Current, Rated Input Current), който е най-големият за поддържане на МРР.

Втората група са параметрите, свързани с изхода. Тук е максималната изходна мощност (Output Power) Pnom, давана във W или VА (мощността във W е с около 20% по-малка от тази във VА) и имаща твърде широки граници - от няколко VА до няколко десетки kVA. Допустимото й надхвърляне OLC (Overload Capacity) е свързано с неговата продължителност, например 125% за 10 min и 150% за 1 min. В част от инверторите се налага изключването им за определено време след претоварване с цел охлаждане - това време се дава в каталога. Вместо мощността, нерядко като параметър се използва максималният изходен ток (Output Current) Irms. Стойността на изходното напрежение (AC Output Voltage) Vrms не е задължително 220 V - има инвертори и с други стойности. Както при всеки захранващ блок (например, токоизправителите и постояннотоковите стабилизатори), изходното напрежение намалява с увеличаване на изходния ток, което в каталога може да бъде дадено като графика или изяснено с текст. Затова често като параметър се предпочита напрежението на празен ход.

Подобно на електрическата мрежа, в някои инвертори се задава стабилността на изходното напрежение (Output Regulation), например ±10%. Честотата на изходното напрежение (Output Frequency) fOUT зависи от предназначението на инвертора - тя е 50 Hz за осигуряващите мрежово напрежение и няколко десетки kHz за предназначените за LCD. Нейната стабилност (Frequency Stability, Output Frequency Regulation) също е параметър и представлява най-голямата относителна промяна 100 Df0/f0 със стойности между стотни от % до десетина %. Тъй като честотата зависи от VIN, в някои каталози се дава съответната графика.

Важно значение за нормалната работа на голяма част от инверторите имат допустимите стойности на cosj на техния товар (Load Power Factor). Максималната положителна стойност (Lag) при капацитивен товар и максималната отрицателна стойност (Lead) могат и да бъдат различни. Максимално допустимият коефициент на фoрмата (Crest Factor) на изходното напрежение се отнася за свързване на индуктивен товар и обикновено е около 3:1.

Важен параметър извън тези две групи е к.п.д., който по принцип намалява с понижаване на изходната мощност. В каталозите обикновено се дават две негови стойности. Максималният к.п.д. (Maximal Efficiency) hmax е отношението на изходната мощност и входната мощност в МРР. За отчитане и на зависимостта от изходната мощност се използва т.нар. европейски к.п.д. (European Efficiency, Euro Efficiency, eta EU), изчисляван като hEU = 0,03h5 + 0,06h10 + 0,13h20 + 0,1h30 + 0,48h50 + 0,2h100, където индексите показват при какъв процент от максималната изходна мощност е измерван съответният к.п.д. Обикновено, hEU е с 1 до 3% по-малък от hmax.

Оптимална мощност на инвертора

Мощността на инвертора се определя от пиковата мощност на конкретната фотоволтаична група. Тя трябва да бъде по-голяма от 90% от пиковата мощност на панелите. Тоест, за 10 kWp група е препоръчително използването на инвертор с мощност 9 - 10 kW. Ако мощността на инвертора е с повече от 10% по-малка, добивът на енергия ще бъде намален, а експлоатационният му срок - съкратен. Изключения се допускат в случаите, когато фотоволтаичната инсталация няма да достигне оптимална работа, поради неоптимално разположение или наклон. При никакви обстоятелства, обаче, максималният ток и напрежение на фотоволтаичните модули не трябва да превишават допустимите нива на входните напрежения и тока на инвертора, тъй като това ще го повреди. Когато инверторът е претоварен, той намалява своята мощност и не е в състояние да обработва пълната отработена мощност на фотоволтаичната група. Също така е препоръчително диапазонът на напрежение, в който инверторът ще следи точката на максимална мощност на една фотоволтаична група, да съответства на работните напрежения на групата. Избраният инвертор трябва да е в състояние да издържи на максималните напрежение и ток на цялата група.

С цел получаването на максимално количество енергия, инверторът трябва да работи в точката на постоянна мощност (МРР). Тъй като напрежението и токът на модулите варират значително в зависимост от атмосферните условия, инверторът трябва да променя точката си на максимална мощност, за да функционира оптимално. MPP тракерът, който се състои от електронно контролиран DC преобразувател, осигурява подаването на възможно най-голяма мощност към електрическата мрежа.

Много производители предлагат системи Master/Slave, при които единият инвертор управлява другия. Обикновено имат устройство за събиране и предаване на данни за свързаните на входа им PVP и за тези на управляваните инвертори, които от своя страна може да са без индикатори.

За гарантиране на безопасната работа се поставят множество електронни защити - например за изключване на инвертора при превишаване на максимално допустимата му температура и при недопустимо голям изходен ток.

Инсталация и свързване на мрежови инвертори

С цел намаляване дължината на захранващите кабели е удачно инверторът да се инсталира колкото се може по-близо до фотоволтаичните модули. Местоположението му трябва да бъде избрано така, че да не се нагорещява прекалено през лятото, тъй като при температури над 70°С повечето инвертори започват да регулират производителността на фотоволтаичните модули надолу с цел собствена защита. Поради тази причина, ако не е възможно да се избере сенчесто място, препоръчително е да се използва инвертор с принудително охлаждане. При избора на местоположение за инвертора е добре да се избягват места с потенциални източници на влага и прах.

При свързване на инверторите към мрежата трябва да се спазват някои основни изисквания. Сечението на АС кабела от инвертора до точката, в която той е свързан към мрежата трябва да бъде избрано за изходния АС ток на инвертора и защитен чрез подходящо оразмерен предпазител или автоматичен прекъсвач. Освен това, сечението на кабела трябва да е съобразено с пада на напрежение в него. Необходимо е да се инсталира и АС прекъсвач, който да позволи инверторът да бъде изключван от мрежата за поддръжка и ремонт.

Запис на данните от работата и мониторинг

Почти всички производители на инвертори предлагат функции за директно следене на данни, интегрирани в устройствата или в допълнително устройство (add-on). Данните могат както да бъдат четени на дисплея, изобразени чрез светодиоди и/или изпратени/насочени към компютър. Това дава възможност фотоволтаичната система да бъде контролирана и оценявана.

Записването на данните включва следните стойности: На входа: напрежение Vdc, ток Idc и мощност Pdcм; На изхода: напрежение Vаc, ток Iаc, мощност Pаc и честота f; продължителност на експлоатация на инвертора; обем на генерираната енергия; статус на устройството и дефекти.

Продължителността на експлоатация и обемът на енергия се отбелязва като дневни, седмични, месечни и/или годишни стойности. Данните се съхраняват директно или се изпращат до отдалечено устройство за съхраняване на данни. Данните се възпроизвеждат чрез използването на подходящ софтуер, който производителите използват за произведените от тях устройства. Капацитетът за съхраняване на данни при устройства, произвеждани в момента е между 28 и 450 дни. При някои устройства са необходими допълнителни апарати за съхраняване на данни или компютъра поема тази функция. Повечето инвертори имат сериен или паралелен компютърен интерфейс: RS-232 или RS-485.

Някои производители предлагат и допълнителен апарат за съхраняване на данни с многобройни интерфейси за комуникация. Това дава възможност данни от многобройни инвертори да бъдат записани и оценени централно. Също така нараства броят на пуснати в действие автоматизирани системи за наблюдение на работата. При сигнализацията за дефекти се произвеждат алармени сигнали или визуални сигнали на монитор, както и съобщения по факс, компютър, електронна поща, SMS или Интернет.


Top