El principio de funcionamiento del inversor:
El núcleo del dispositivo inversor es el circuito inversor, también conocido como circuito inversor. Este circuito completa la función del inversor activando y desactivando el interruptor electrónico de potencia.
Características:
(1) Se requiere alta eficiencia.
Debido al alto precio de las células solares en la actualidad, para maximizar la utilización de las células solares y mejorar la eficiencia del sistema, debemos tratar de mejorar la eficiencia del inversor.
(2) Se requiere alta confiabilidad.
En la actualidad, el sistema de la central fotovoltaica se utiliza principalmente en áreas remotas, y muchas centrales eléctricas no requieren supervisión ni mantenimiento, lo que requiere que el inversor tenga una estructura de circuito razonable, una selección estricta de componentes y requiere que el inversor tenga varias funciones de protección, como: protección contra inversión de polaridad de entrada de CC, protección contra cortocircuito de salida de CA, sobrecalentamiento, protección contra sobrecarga, etc.
(3) Se requiere que el voltaje de entrada tenga un rango de adaptación más amplio.
Debido a que el voltaje terminal de la celda solar varía con la carga y la intensidad de la luz solar, especialmente con el envejecimiento de la batería, su voltaje terminal varía considerablemente. Por ejemplo, para una batería de 12 V, su voltaje terminal puede variar entre 10 V y 16 V, lo que requiere que el inversor funcione normalmente dentro de un amplio rango de voltaje de entrada de CC.
Clasificación de inversores fotovoltaicos：
Existen diversas formas de clasificar los inversores. Por ejemplo, según el número de fases de la tensión de CA de salida, se pueden dividir en inversores monofásicos y trifásicos; inversores de transistores, inversores de tiristores e inversores de tiristores de apagado. Según el principio del circuito inversor, también se pueden dividir en inversores de oscilación autoexcitada, inversores de superposición de ondas escalonadas e inversores de modulación por ancho de pulsos. Según su aplicación en sistemas conectados a la red o aislados, se pueden dividir en inversores conectados a la red e inversores aislados. Para facilitar la elección de los inversores por parte de los usuarios optoelectrónicos, a continuación se clasifican según sus diferentes aplicaciones.
1. Inversor centralizado
La tecnología de inversor centralizado consiste en conectar varias cadenas fotovoltaicas en paralelo a la entrada de CC del mismo inversor centralizado. Generalmente, se utilizan módulos de potencia IGBT trifásicos para alta potencia y transistores de efecto de campo para baja potencia. El DSP convierte el controlador para mejorar la calidad de la energía generada, acercándola a una corriente sinusoidal, típicamente utilizada en sistemas para grandes plantas fotovoltaicas (>10 kW). La principal ventaja es la alta potencia y el bajo coste del sistema. Sin embargo, debido a que la tensión y la corriente de salida de las diferentes cadenas fotovoltaicas a menudo no coinciden completamente (especialmente cuando las cadenas fotovoltaicas están parcialmente bloqueadas por nubosidad, sombra, manchas, etc.), se adopta el inversor centralizado. Este cambio de método reducirá la eficiencia del proceso del inversor y el consumo de energía de los usuarios. Al mismo tiempo, la fiabilidad de la generación de energía de todo el sistema fotovoltaico se ve afectada por el mal funcionamiento de un grupo de unidades fotovoltaicas. La última dirección de investigación es el uso del control de modulación vectorial espacial y el desarrollo de nuevas conexiones topológicas de inversores para obtener una alta eficiencia en condiciones de carga parcial.
2. Inversor de cadena
El inversor de cadena se basa en un concepto modular. Cada cadena fotovoltaica (1-5 kW) pasa por un inversor, cuenta con seguimiento de pico de potencia máxima en el lado de CC y se conecta en paralelo en el lado de CA. Es el inversor más popular del mercado.
Muchas grandes plantas fotovoltaicas utilizan inversores de cadena. La ventaja es que no se ven afectados por las diferencias entre módulos ni el sombreado entre cadenas, y al mismo tiempo reducen el desajuste entre el punto de funcionamiento óptimo de los módulos fotovoltaicos y el inversor, aumentando así la generación de energía. Estas ventajas técnicas no solo reducen el coste del sistema, sino que también aumentan su fiabilidad. Asimismo, se introduce el concepto de "maestro-esclavo" entre las cadenas, de modo que el sistema puede conectar varios grupos de cadenas fotovoltaicas y permitir que una o varias de ellas funcionen, siempre que una sola cadena de energía no pueda hacer funcionar un solo inversor, produciendo así más electricidad.
El concepto más reciente consiste en que varios inversores formen un "equipo" entre sí, en lugar del concepto "maestro-esclavo", lo que eleva la fiabilidad del sistema. Actualmente, predominan los inversores de cadena sin transformador.
3. Microinversor
En un sistema fotovoltaico tradicional, la entrada de CC de cada inversor de cadena está conectada en serie mediante unos 10 paneles fotovoltaicos. Si uno de estos paneles falla, la cadena se verá afectada. Si se utiliza el mismo MPPT para varias entradas del inversor, todas se verán afectadas, lo que reducirá considerablemente la eficiencia de generación de energía. En la práctica, diversos factores de oclusión como nubes, árboles, chimeneas, animales, polvo, hielo y nieve pueden causar estos factores, una situación muy común. En un sistema fotovoltaico con microinversor, cada panel está conectado a otro. Si uno de los paneles falla, solo este se verá afectado. Los demás paneles fotovoltaicos funcionarán de forma óptima, lo que aumentará la eficiencia del sistema y generará más energía. En la práctica, si falla el inversor de cadena, varios kilovatios de paneles solares dejarán de funcionar, mientras que el impacto de la falla del microinversor es mínimo.
4. Optimizador de energía
La instalación de un optimizador de potencia en un sistema de generación de energía solar puede mejorar significativamente la eficiencia de conversión y simplificar las funciones del inversor para reducir costos. Para lograr un sistema de generación de energía solar inteligente, el optimizador de potencia del dispositivo puede optimizar el rendimiento de cada celda solar y monitorear el estado de consumo de la batería en cualquier momento. El optimizador de potencia es un dispositivo entre el sistema de generación de energía y el inversor, y su función principal es reemplazar la función original de seguimiento del punto de potencia óptimo del inversor. El optimizador de potencia realiza un escaneo de seguimiento del punto de potencia óptimo extremadamente rápido por analogía, simplificando el circuito. Una sola celda solar corresponde a un optimizador de potencia, de modo que cada celda solar puede lograr un seguimiento óptimo del punto de potencia. Además, el estado de la batería se puede monitorear en cualquier momento y en cualquier lugar mediante la inserción de un chip de comunicación, y el problema se puede reportar de inmediato para que el personal correspondiente pueda repararlo lo antes posible.
La función del inversor fotovoltaico
El inversor no solo realiza la conversión de CC a CA, sino que también maximiza el rendimiento de la célula solar y ofrece protección contra fallos del sistema. En resumen, incluye funciones de operación y apagado automáticos, control de seguimiento de potencia máxima, operación antiindependiente (para sistemas conectados a la red), ajuste automático de tensión (para sistemas conectados a la red), detección de CC (para sistemas conectados a la red) y detección de puesta a tierra de CC (para sistemas conectados a la red). A continuación, se presenta una breve introducción a las funciones de operación y apagado automáticos y al control de seguimiento de potencia máxima.
(1) Función de funcionamiento y parada automáticos
Tras el amanecer, la intensidad de la radiación solar aumenta gradualmente, al igual que la potencia de salida de la célula solar. Cuando se alcanza la potencia de salida requerida por el inversor, este se pone en funcionamiento automáticamente. Tras entrar en funcionamiento, el inversor monitoriza la potencia del módulo solar en todo momento. Mientras la potencia de salida del módulo solar sea mayor que la potencia de salida requerida para el inversor, este seguirá funcionando; se detendrá al atardecer, incluso si está nublado o llueve. El inversor también puede funcionar. Cuando la potencia del módulo solar disminuye y la potencia del inversor se acerca a cero, el inversor entra en estado de espera.
(2) Función de control de seguimiento de potencia máxima
La salida de un módulo solar varía con la intensidad de la radiación solar y la temperatura del propio módulo (temperatura del chip). Además, dado que el módulo solar tiene la característica de que el voltaje disminuye con el aumento de la corriente, existe un punto óptimo de funcionamiento donde se puede obtener la máxima potencia. La intensidad de la radiación solar cambia, y obviamente, el punto óptimo de funcionamiento también cambia. En relación con estos cambios, el punto de funcionamiento del módulo solar siempre se encuentra en el punto de máxima potencia, y el sistema siempre obtiene la máxima potencia de salida del módulo solar. Este control es el control de seguimiento de máxima potencia. La principal característica de los inversores para sistemas de energía solar es que incluyen la función de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT).
Hora de publicación: 26 de octubre de 2022
