В качестве основного оборудования фотоэлектрических систем производства электроэнергии инверторы используются для преобразования переменного напряжения постоянного тока, генерируемого фотоэлектрическими модулями, в мощность переменного тока с частотой сети, что является одним из важных системных балансов в системах фотоэлектрических массивов. В настоящее время на рынке распространены централизованные инверторы, струнные инверторы и микроинверторы. Ниже мы сравним и проанализируем эти три типа инверторов.
1 централизованный инвертор
Инверторная технология представляет собой подключение нескольких параллельных фотоэлектрических цепочек к входной клемме постоянного тока одного и того же централизованного инвертора. Обычно для систем большой мощности используются трехфазные силовые модули IGBT, а для систем малой мощности — полевые транзисторы. В то же время контроллеры преобразования DSP используются для улучшения качества генерируемой электрической энергии, делая ее очень близкой к синусоидальному току. Обычно он используется в крупных фотоэлектрических электростанциях мощностью более 10 кВт.
Централизованные инверторы обычно используются в крупных системах производства электроэнергии, таких как заводы, электростанции в пустыне и наземные электростанции с равномерным солнечным светом. Общая мощность системы велика, обычно превышает уровень мегаватт.
Основные преимущества:
1. Количество инверторов невелико, что упрощает управление;
2. Инвертор имеет небольшое количество компонентов и высокую надежность;
3. Низкое содержание гармоник, низкая составляющая постоянного тока и высокое качество электроэнергии;
4. Инвертор имеет высокую степень интеграции, высокую плотность мощности и низкую стоимость;
5. Инвертор имеет полные функции защиты и высокую безопасность электростанции;
6. Он имеет функцию регулирования коэффициента мощности и функцию плавного хода при низком напряжении, с хорошими характеристиками регулирования сети.
Основными недостатками являются:
1. Частота отказов блока сумматора постоянного тока высока, что влияет на всю систему;
2. Диапазон напряжения MPPT централизованных инверторов узок, обычно 450-820 В, а конфигурация компонентов не является гибкой. Время выработки электроэнергии короткое в районах с пасмурной и туманной погодой;
3. Установка и развертывание инверторных машинных залов сложны и требуют специальных машинных помещений и оборудования;
4. Сам инвертор потребляет много энергии, а вентиляция и отвод тепла в компьютерном зале потребляют много электроэнергии, что делает обслуживание системы относительно сложным;
5. В централизованной инверторной системе, подключенной к сети, массив компонентов достигает инвертора через два слияния. Функция отслеживания максимальной мощности (MPPT) инвертора не может контролировать работу каждого компонента, поэтому невозможно поддерживать оптимальную рабочую точку каждого компонента. Когда компонент выходит из строя или блокируется тенями, это влияет на эффективность выработки электроэнергии всей системы;
6. В централизованной инверторной системе, подключенной к сети, отсутствует возможность резервирования. В случае аварийного отключения вся система перестанет вырабатывать электроэнергию.
2-струнный инвертор
Струнный инвертор основан на модульной концепции, где каждая фотоэлектрическая цепочка (1-5кВт) проходит через инвертор с отслеживанием пиковой мощности на конце постоянного тока и параллельным подключением к сети на конце переменного тока. Сегодня он стал самым популярным инвертором на международном рынке.
Струнные инверторы в основном используются для небольших и средних фотоэлектрических систем на крыше и небольших наземных электростанций.
Основные преимущества:
1. Струнный инвертор имеет модульную конструкцию, в которой каждая фотоэлектрическая цепочка соответствует инвертору. Конец постоянного тока имеет функцию отслеживания максимальной мощности, а конец переменного тока подключается параллельно к сети. Его преимущество заключается в том, что на него не влияют различия модулей между строками и теневые препятствия, при этом уменьшая несоответствие между оптимальной рабочей точкой фотоэлектрических модулей и инвертора и максимизируя выработку энергии;
2. Диапазон напряжения MPPT струнных инверторов широк и обычно составляет от 250-800В. Компонентконфигурация более гибкая, а время выработки электроэнергии больше в районах с пасмурной и туманной погодой;
3. Инвертор струнного типа, подключаемый к сети, имеет небольшой объем, легкий вес, его очень легко транспортировать и устанавливать. Для этого не требуются профессиональные инструменты и оборудование, а также не требуется выделенное распределительное помещение. Это может упростить строительство и уменьшить занятость земли в различных целях. Для подключения линий постоянного тока также не требуются распределительные коробки постоянного тока или распределительные шкафы постоянного тока. Струнный тип также имеет такие преимущества, как низкое энергопотребление, минимальное влияние неисправностей, а также простота замены и обслуживания.
Основными недостатками являются:
1. На одной плате расположено множество электронных компонентов с силовыми устройствами и сигнальными цепями, что затрудняет проектирование и производство и немного снижает надежность;
2. Электрический зазор силовых устройств невелик, что делает их непригодными для установки на высоте и на открытом воздухе. Воздействие ветра и солнца может легко вызвать старение корпуса и радиатора;
3. Без конструкции изолирующего трансформатора электробезопасность немного плохая и не подходит для системы отрицательного заземления тонкопленочных компонентов. Компонент постоянного тока велик и оказывает значительное влияние на энергосистему;
4. Когда несколько инверторов подключены параллельно, общая гармоника высока, и THDI одного инвертора можно контролировать на уровне более 2%. Однако если более 40 инверторов подключены параллельно, общая гармоника будет накладываться и ее будет трудно подавить;
5. При большом количестве инверторов общая частота отказов увеличивается, что затрудняет мониторинг системы;
6. Без автоматических выключателей постоянного тока и переменного тока, а также без предохранителей постоянного тока нелегко отключить систему при неисправности системы;
7. Один инвертор может обеспечить функцию поддержания нулевого напряжения, но когда несколько машин подключены параллельно, трудно достичь функции поддержания нулевого напряжения, регулирования реактивной мощности, регулирования активной мощности и других функций.
3 микроинвертора
Микроинверторы могут обеспечить максимальное отслеживание точки мощности на уровне панели, имея преимущества перед центральными инверторами. Это может оптимизировать выходную мощность каждого модуля, чтобы максимизировать общую выходную мощность.
Основные преимущества:
1. При выходе из строя одного или даже нескольких модулей система все равно может продолжать подавать электроэнергию в сеть с высокой доступностью; Для повышения надежности системы можно дополнительно настроить несколько резервных модулей;
2. Гибкая конфигурация, позволяющая пользователям устанавливать фотоэлектрические элементы в соответствии с их финансовыми возможностями на внутреннем рынке;
3. Эффективно уменьшить влияние теней, вызванных локальной маскировкой, на выходную мощность;
4. Отсутствие электричества высокого напряжения, более безопасная, простая и быстрая установка, снижение затрат на техническое обслуживание и установку, а также снижение зависимости от поставщиков услуг по установке;
5. Увеличивая выработку мощности каждого инверторного модуля и отслеживая максимальную мощность, можно отслеживать максимальную мощность отдельного компонента, что может значительно увеличить выработку электроэнергии фотоэлектрической системы на 25%.
Основными недостатками являются:
1. Сценарии применения микроинверторов обычно подходят для домов на крыше, но их применение ограничено;
2. Стоимость микроинверторов относительно выше по сравнению с централизованными инверторами и струнными инверторами.
По данным сравнительного анализа, струнные инверторы имеют преимущества перед централизованными инверторами и микроинверторами с точки зрения частоты отказов, безопасности системы, а также затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание. Они имеют более высокую надежность системы и могут обеспечить долгосрочную безопасную и надежную работу электростанций.