Оптимизатор мощности - Power optimizer

А оптимизатор мощности это Преобразователь постоянного тока в постоянный технология, разработанная для максимального использования солнечной энергии фотоэлектрический или же ветряная турбина системы. Они делают это, индивидуально настраивая производительность панели или ветряной турбины. отслеживание точки максимальной мощности, и, при необходимости, настройка вывода для соответствия производительности струнный инвертор. Оптимизаторы мощности особенно полезны, когда производительность компонентов, генерирующих электроэнергию в распределенной системе, будет сильно различаться, например, из-за различий в оборудовании, затенения света или ветра, или из-за установки в разных направлениях или на большом расстоянии друг от друга.

Оптимизаторы мощности для солнечных батарей могут быть похожи на микроинверторы в том, что обе системы пытаются изолировать отдельные панели, чтобы улучшить общую производительность системы. А умный модуль Оптимизатор мощности интегрирован в солнечный модуль. Микроинвертор, по сути, объединяет оптимизатор мощности с небольшим инвертором в одном корпусе, который используется на каждой панели, в то время как оптимизатор мощности оставляет инвертор в отдельном корпусе и использует только один инвертор для всего массива. Заявленное преимущество этого «гибридного» подхода - более низкая общая стоимость системы, избегая распространения электроники.

Описание

Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT)

Для более широкого освещения этой темы см. Отслеживание точки максимальной мощности.

Большинство устройств для производства или хранения энергии имеют сложную взаимосвязь между производимой мощностью, нагрузкой на них и эффективностью доставки. Например, обычная батарея накапливает энергию в химических реакциях в электролитах и ​​пластинах. Эти реакции требуют времени, чтобы произойти, что ограничивает скорость, с которой энергия может быть эффективно отобрана из ячейки.[1] По этой причине большие батареи, используемые для накопления энергии, обычно имеют две или более емкости, обычно это «2 часа» и «20 часов», при этом 2-часовая скорость часто составляет около 50% от 20-часовой.

Типичные кривые I-V ячейки, показывающие соотношение между током, напряжением и общим выходом для различных количеств входящего света.

У солнечных панелей есть аналогичные проблемы из-за скорости, с которой элемент может преобразовывать солнечную энергию. фотоны в электроны, температура окружающей среды и множество других проблем. В этом случае существует сложная нелинейная зависимость между напряжением, током и общим количеством вырабатываемой мощности, «ВАХ».[2] Для оптимизации сбора в современных солнечных батареях используется метод, известный как "отслеживание точки максимальной мощности "(MPPT), чтобы контролировать общий выход массива и постоянно корректировать представленную нагрузку, чтобы поддерживать работу системы на максимальной эффективности.[3]

Традиционно солнечные панели производят напряжение около 30 В.[4] Это слишком мало для эффективного преобразования в AC кормить Энергосистема. Чтобы решить эту проблему, панели соединяются последовательно, чтобы повысить напряжение до более подходящего для используемого инвертора напряжения, обычно около 600 В.[5]

Недостатком этого подхода является то, что система MPPT может применяться только к массиву в целом. Поскольку кривая I-V нелинейна, панель, которая даже слегка затенена, может иметь значительно более низкий выход и значительно увеличить внутреннее сопротивление. Поскольку панели соединены последовательно, это приведет к снижению выходной мощности всей струны из-за повышенного общего сопротивления. Это изменение производительности заставляет систему MPPT изменять рабочую точку, перемещая остальные панели в сторону от их максимальной производительности.[6]

Из-за последовательной проводки несоответствие мощности фотоэлектрических модулей в цепочке может привести к резкой и непропорциональной потере мощности всей солнечной батареи, а в некоторых случаях - к полному отказу системы.[7] Затенение всего 9% всей поверхности фотоэлектрической системы в некоторых случаях может привести к общесистемной потере мощности до 54%.[8] Хотя эта проблема наиболее заметна при «больших» событиях, таких как проходящая тень, даже самые незначительные различия в характеристиках панели из-за грязи, дифференциального старения или незначительных различий во время производства могут привести к тому, что массив в целом будет работать вдали от наилучшей точки MPPT. . «Согласование панелей» - важная часть дизайна солнечных батарей.

Изолирующие панели

Эти проблемы привели к ряду различных потенциальных решений, которые изолируют панели индивидуально или на гораздо меньшие группы (от 2 до 3 панелей) в попытке обеспечить MPPT, который позволяет избежать проблем с большими последовательностями.

Одно решение, микроинвертор, размещает всю систему преобразования мощности непосредственно на задней стороне каждой панели. Это позволяет системе отслеживать MPPT для каждой панели и напрямую выводить мощность переменного тока, соответствующую сети. Затем панели соединяются между собой параллельно, поэтому даже выход из строя одной из панелей или микроинверторов не приведет к потере мощности в цепи. Однако этот подход имеет недостаток, заключающийся в распределении схем преобразования энергии, которые, теоретически, являются дорогостоящей частью системы. Микроинверторы, по крайней мере, в начале 2011 года, имели значительно более высокие цена за ватт.

Это, естественно, приводит к концепции оптимизатора мощности, в которой на панели распределяется только система MPPT. В этом случае преобразование постоянного тока в переменное происходит в одном инверторе, в котором отсутствует аппаратное обеспечение MPPT или оно отключено. Современные решения могут корректно работать со всеми солнечными инверторами, что позволяет оптимизировать уже установленные установки. По словам его сторонников, этот «гибридный» подход дает в целом самое дешевое решение, сохраняя при этом преимущества микроинверторного подхода.

Выполнение

Оптимизаторы мощности по сути DC-DC преобразователи, принимая питание постоянного тока от солнечной панели при любом оптимальном напряжении и токе (через MPPT), а затем преобразовывая его в другое напряжение и ток, которые лучше всего подходят для центрального / струнный инвертор.

Некоторые оптимизаторы мощности предназначены для работы в сочетании с центральным инвертором от того же производителя, что позволяет инвертору обмениваться данными с оптимизаторами, чтобы гарантировать, что инвертор всегда получает одинаковое общее напряжение от цепочки панелей.[9] В этой ситуации, если есть последовательность панелей, подключенных последовательно, и выходная мощность одной панели падает из-за тени, ее напряжение упадет, так что она может выдавать одинаковое количество тока (в амперах). Это также приведет к падению напряжения на струне, за исключением того, что центральный инвертор настраивает все другие оптимизаторы так, чтобы их выходное напряжение слегка увеличивалось, поддерживая фиксированное напряжение струны, требуемое на инверторе (только при пониженной доступной силе тока, пока одна панель затенена. ). Обратной стороной этого типа оптимизатора является то, что для него требуется центральный инвертор от того же производителя, что и оптимизаторы, поэтому невозможно постепенно модернизировать их в существующей установке, если инвертор также не будет заменен, а также оптимизаторы, установленные на всех панели одновременно.

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Венкат Сринивасан, «Три закона батарей», GigaOm, 18 марта 2011 г.
  2. ^ Н. Шенк, «Фотоэлектрические системы: фотоэлектрическая теория II» В архиве 2010-07-19 в Wayback Machine, Массачусетский технологический институт
  3. ^ "Что такое отслеживание максимальной мощности и как оно работает?", BlueSky Energy
  4. ^ SW 245 от SolarWorld В архиве 2012-08-13 в Wayback Machine представляет собой типичную современную панель, в которой используются 6-дюймовые ячейки размером 6 на 10 и 30,8 В
  5. ^ SunnyBoy из SMA В архиве 2011-04-08 на Wayback Machine серия поставляется в версиях для США и Европы и обычно предлагает входы от 500 до 600 В постоянного тока.
  6. ^ «Увеличить производство энергии» В архиве 2011-05-16 на Wayback Machine, eIQ Energy
  7. ^ Chaintreuil, N. et al. «Влияние тени на фотоэлектрическую систему, подключенную к сети» INES R.D.I. Лаборатория солнечных систем (L2S), Ле Бурже-дю-Лак, Франция. Bruendlinger, R. et al. Документ «Максимальная эффективность отслеживания точки питания в условиях частично затененных фотоэлектрических массивов», представленный на 21-й Европейской конференции по фотоэлектрической солнечной энергии, 4–8 сентября 2008 г., Дрезден, Германия.
  8. ^ Мюнстер, Р. [«Тень случается»] Renewable Energy World.com http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2009/02/shade-happens-54551 2009-02-02. Проверено 9 марта 2009.
  9. ^ Техническое примечание SolarEdge - Фиксированное напряжение в цепочке, принцип работы