De l'article pour comprendre le principe de fonctionnement des onduleurs photovoltaïques !

Principe de fonctionnement et caractéristiques Principe de fonctionnement : Le noyau de l'onduleur est le circuit de commutation de l'onduleur, appelé circuit onduleur en abrégé. Ce circuit complète la fonction de l'onduleur en allumant et éteignant l'interrupteur électronique de puissance. Caractéristiques : (1) Un rendement élevé est requis. En raison du prix élevé des cellules solaires, afin de maximiser l'utilisation des cellules solaires et d'améliorer l'efficacité du système, nous devons essayer d'améliorer l'efficacité de l'onduleur. (2) Une fiabilité élevée est requise. À l'heure actuelle, les systèmes de centrales photovoltaïques sont principalement utilisés dans les zones reculées. De nombreuses centrales électriques sont sans surveillance et entretenues. Cela nécessite que les onduleurs aient une structure de circuit raisonnable, une sélection stricte des composants et exigent que les onduleurs aient diverses fonctions de protection, telles que: protection contre l'inversion de polarité CC en entrée, protection contre les courts-circuits en sortie CA, surchauffe, protection contre les surcharges, etc. (3) L'entrée la tension est nécessaire pour avoir une large plage d'adaptation. Parce que la tension aux bornes de la cellule solaire change avec la charge et l'intensité de la lumière du soleil. Surtout lorsque la batterie vieillit, sa tension aux bornes varie considérablement. Par exemple, la tension aux bornes d'une batterie 12 V peut varier de 10 V à 16 V, ce qui oblige l'onduleur à assurer un fonctionnement normal dans une plage de tension d'entrée CC plus large.

Classification des onduleurs photovoltaïques Il existe de nombreuses méthodes de classification des onduleurs, par exemple : selon le nombre de phases de la tension alternative de sortie de l'onduleur, elle peut être divisée en onduleurs monophasés et onduleurs triphasés ; selon les dispositifs semi-conducteurs utilisés dans l'onduleur Différents types peuvent être divisés en onduleurs à transistors, onduleurs à thyristors et onduleurs à thyristors de blocage. Selon le principe du circuit onduleur, il peut être divisé en onduleur à oscillation auto-excitée, onduleur à superposition d'ondes étagées et onduleur à modulation de largeur d'impulsion. Selon l'application dans un système connecté au réseau ou un système hors réseau, il peut être divisé en onduleur connecté au réseau et en onduleur hors réseau. Afin de faciliter la sélection des onduleurs pour les utilisateurs photovoltaïques, la classification est uniquement basée sur les différentes occasions applicables des onduleurs.

1. Onduleur centralisé La technologie d'onduleur centralisé consiste à connecter plusieurs chaînes photovoltaïques parallèles à l'extrémité d'entrée CC du même onduleur centralisé. Généralement, les modules de puissance IGBT triphasés sont utilisés pour une puissance élevée et l'utilisation d'un transistor à effet de champ de faible puissance, tout en utilisant un contrôleur de conversion DSP pour améliorer la qualité de l'énergie électrique générée, la rendant très proche du courant d'onde sinusoïdale, généralement utilisé dans le système des grandes centrales photovoltaïques (>10kW). La principale caractéristique est la puissance élevée et le faible coût du système. Cependant, étant donné que la tension et le courant de sortie des différentes chaînes photovoltaïques ne sont souvent pas complètement adaptés (en particulier lorsque les chaînes photovoltaïques sont partiellement ombragées en raison de nuages, d'ombre, de taches, etc.), l'inversion centralisée est adoptée. La méthode de changement entraînera une diminution de l'efficacité du processus d'onduleur et une diminution de l'énergie des utilisateurs d'électricité. Dans le même temps, la fiabilité de la production d'électricité de l'ensemble du système photovoltaïque est affectée par le mauvais état de fonctionnement d'un groupe d'unités photovoltaïques. La dernière direction de recherche est l'utilisation du contrôle de modulation vectorielle spatiale et le développement de nouvelles connexions topologiques d'onduleurs pour obtenir un rendement élevé dans des conditions de charge partielle.

2. Onduleurs string Les onduleurs string sont basés sur le concept modulaire. Chaque chaîne photovoltaïque (1 à 5 kW) passe par un onduleur et dispose d'un suivi de crête de puissance maximale à l'extrémité CC. La connexion parallèle et au réseau est devenue l'onduleur le plus populaire sur le marché international. De nombreuses grandes centrales photovoltaïques utilisent des onduleurs string. L'avantage est qu'il n'est pas affecté par les différences de module et les ombres entre les chaînes, et réduit en même temps le décalage entre le point de fonctionnement optimal du module photovoltaïque et l'onduleur, augmentant ainsi la production d'énergie. Ces avantages techniques réduisent non seulement le coût du système, mais augmentent également la fiabilité du système. Dans le même temps, le concept de « maître-esclave » est introduit entre les chaînes, ce qui oblige le système à connecter plusieurs chaînes photovoltaïques entre elles et à en laisser une ou plusieurs fonctionner lorsqu'une seule chaîne d'énergie électrique ne peut pas faire fonctionner un seul onduleur. , Afin de produire plus d'électricité. Le dernier concept est que plusieurs onduleurs forment une "équipe" pour remplacer le concept "maître-esclave", ce qui rend la fiabilité du système un peu plus loin. Actuellement, les onduleurs string sans transformateur ont pris les devants.

3. Micro-onduleur Dans le système PV traditionnel, la borne d'entrée CC de chaque onduleur string sera connectée en série par environ 10 panneaux photovoltaïques. Lorsque l'un des 10 panneaux connectés en série ne fonctionne pas bien, cette chaîne sera affectée. Si l'onduleur utilise le même MPPT pour plusieurs entrées, chaque entrée sera également affectée, réduisant considérablement l'efficacité de la production d'électricité. Dans les applications pratiques, divers facteurs d'abri tels que les nuages, les arbres, les cheminées, les animaux, la poussière, la glace et la neige provoqueront les facteurs ci-dessus, et la situation est très courante. Dans le système PV du micro-onduleur, chaque panneau est connecté à un micro-onduleur. Lorsqu'un des panneaux ne fonctionne pas bien, seul celui-ci sera affecté. Tous les autres panneaux photovoltaïques fonctionneront dans les meilleures conditions de fonctionnement, rendant le système global plus efficace et générant plus de puissance. Dans les applications pratiques, si l'onduleur de chaîne tombe en panne, les panneaux de plusieurs kilowatts ne fonctionneront pas et l'impact de la panne du micro-onduleur est assez faible.

4. Optimiseur de puissance L'installation d'un optimiseur de puissance (OptimizEr) dans le système de production d'énergie solaire peut grandement améliorer l'efficacité de conversion et simplifier la fonction de l'onduleur (Inverter) pour réduire les coûts. Afin de réaliser un système de génération d'énergie solaire intelligent, l'optimiseur de puissance de l'appareil peut garantir que chaque cellule solaire exerce les meilleures performances et surveiller l'état de consommation de la batterie à tout moment. L'optimiseur de puissance est un dispositif entre le système de production d'électricité et l'onduleur. La tâche principale est de remplacer la meilleure fonction de suivi de point de puissance d'origine de l'onduleur. L'optimiseur de puissance utilise l'analogie pour effectuer des analyses de suivi de point de puissance extrêmement rapides en simplifiant le circuit et une seule cellule solaire correspond à un optimiseur de puissance, de sorte que chaque cellule solaire puisse effectivement obtenir le meilleur suivi de point de puissance. De plus, vous pouvez également surveiller le l'état de la batterie à tout moment et n'importe où en insérant une puce de communication, signalez les problèmes en temps réel et permettez au personnel concerné de les réparer dès que possible. La fonction de l'onduleur photovoltaïque L'onduleur a non seulement la fonction de conversion directe en courant alternatif, mais a également pour fonction de maximiser les performances de la cellule solaire et la fonction de protection contre les pannes du système. En résumé, il existe des fonctions de fonctionnement et d'arrêt automatiques, une fonction de contrôle de suivi de puissance maximale, une fonction de fonctionnement anti-simple (pour le système connecté au réseau), une fonction de réglage automatique de la tension (pour un système connecté au réseau), une fonction de détection de courant continu (pour un système connecté au réseau). système), fonction de détection de mise à la terre CC (pour système connecté au réseau). Voici une brève introduction aux fonctions de fonctionnement et d'arrêt automatiques et à la fonction de contrôle de suivi de puissance maximale.

(1) Fonctionnement automatique et fonction d'arrêt Après le lever du soleil le matin, l'intensité du rayonnement solaire augmente progressivement et la puissance de la batterie solaire augmente également. Lorsque la puissance de sortie requise par l'onduleur est atteinte, l'onduleur commence automatiquement à fonctionner. Après la mise en service, l'onduleur surveille à tout moment la sortie des composants de la cellule solaire. Tant que la puissance de sortie des composants de la cellule solaire est supérieure à la puissance de sortie requise par l'onduleur, l'onduleur continuera à fonctionner ; il s'arrêtera jusqu'au coucher du soleil, même s'il fait nuageux ou pluvieux. L'onduleur peut également être utilisé. Lorsque la sortie du module de cellules solaires diminue et que la sortie de l'onduleur approche 0, l'onduleur passe en état de veille.

(2) Fonction de contrôle de suivi de puissance maximale La sortie du module de cellule solaire varie avec l'intensité du rayonnement solaire et la température du module de cellule solaire lui-même (température de la puce). De plus, comme le module de cellules solaires a la caractéristique que la tension diminue avec l'augmentation du courant, il existe un point de fonctionnement optimal qui permet d'obtenir la puissance maximale. L'intensité du rayonnement solaire change, et évidemment le meilleur point de fonctionnement change également. Par rapport à ces changements, le point de fonctionnement du module de cellule solaire est toujours au point de puissance maximale et le système obtient toujours la puissance de sortie maximale du module de cellule solaire. Ce type de contrôle est le contrôle de suivi de puissance maximale. La principale caractéristique de l'onduleur utilisé dans le système de production d'énergie solaire est qu'il inclut la fonction de suivi du point de puissance maximale (MPPT).

Les principaux indicateurs techniques des onduleurs photovoltaïques

1. La stabilité de la tension de sortie Dans un système photovoltaïque, l'énergie électrique générée par la cellule solaire est d'abord stockée par la batterie, puis convertie en courant alternatif 220V ou 380V via l'onduleur. Cependant, la batterie est affectée par sa propre charge et décharge, et sa tension de sortie varie considérablement. Par exemple, la batterie 12V nominale peut varier de 10,8 à 14,4V (dépasser cette plage peut endommager la batterie). Pour un onduleur qualifié, lorsque la tension aux bornes d'entrée change dans cette plage, la variation de sa tension de sortie en régime permanent ne doit pas dépasser Plusmn ; 5% de la valeur nominale. Dans le même temps, lorsque la charge change soudainement, son écart de tension de sortie ne doit pas dépasser ± 10% de la valeur nominale.

2. Distorsion de forme d'onde de la tension de sortie Pour les onduleurs à onde sinusoïdale, la distorsion de forme d'onde maximale admissible (ou contenu harmonique) doit être spécifiée. Généralement exprimée par la distorsion totale de la forme d'onde de la tension de sortie, sa valeur ne doit pas dépasser 5% (la sortie monophasée autorise 10%). Étant donné que le courant harmonique d'ordre élevé produit par l'onduleur produira des pertes supplémentaires telles que des courants de Foucault sur la charge inductive, si la distorsion de la forme d'onde de l'onduleur est trop importante, cela provoquera un échauffement important des composants de la charge, ce qui n'est pas propice à la sécurité. de l'équipement électrique et affecte sérieusement l'efficacité de fonctionnement du système. 3. Fréquence de sortie nominale Pour les charges qui incluent des moteurs, tels que des machines à laver, des réfrigérateurs, etc., parce que le meilleur point de fonctionnement de fréquence du moteur est de 50 Hz, une fréquence trop élevée ou trop basse entraînera un échauffement de l'équipement, réduisant ainsi l'efficacité de fonctionnement et la durée de vie du système. Par conséquent, la fréquence de sortie de l'onduleur doit être une valeur relativement stable, généralement 50 Hz, et sa déviation doit être comprise entre Plusmn;l% dans des conditions de travail normales.

4. Le facteur de puissance de charge représente la capacité de l'onduleur à supporter des charges inductives ou capacitives. Le facteur de puissance de charge de l'onduleur à onde sinusoïdale est de 0,7 à 0,9 et la valeur nominale est de 0,9. Dans le cas d'une certaine puissance de charge, si le facteur de puissance de l'onduleur est faible, la capacité de l'onduleur requise augmentera. D'une part, le coût augmentera et la puissance apparente du circuit alternatif du système photovoltaïque augmentera. À mesure que le courant augmente, les pertes augmenteront inévitablement et l'efficacité du système diminuera également.

5. Rendement de l'onduleur Le rendement d'un onduleur fait référence au rapport entre sa puissance de sortie et sa puissance d'entrée dans des conditions de fonctionnement spécifiées, exprimé en pourcentage. En général, le rendement nominal d'un onduleur photovoltaïque se réfère à une charge purement résistive. , Rendement à 80% de charge. Comme le coût global du système photovoltaïque est relativement élevé, l'efficacité de l'onduleur photovoltaïque doit être maximisée, le coût du système doit être réduit et les performances de coût du système photovoltaïque doivent être améliorées. À l'heure actuelle, le rendement nominal des onduleurs grand public se situe entre 80 % et 95 %, et le rendement des onduleurs à faible puissance ne doit pas être inférieur à 85 %. Dans le processus de conception réel du système photovoltaïque, non seulement l'onduleur à haut rendement doit être sélectionné, mais également la configuration raisonnable du système doit être adoptée pour que la charge du système photovoltaïque fonctionne autant que possible près du meilleur point de rendement.

6. Courant de sortie nominal (ou capacité de sortie nominale)

Indique le courant de sortie nominal de l'onduleur dans la plage de facteur de puissance de charge spécifiée. Certains produits onduleurs donnent la capacité de sortie nominale et l'unité est exprimée en VA ou en kVA. La capacité nominale de l'onduleur est lorsque le facteur de puissance de sortie est de 1 (c'est-à-dire charge résistive pure), la tension de sortie nominale est le produit du courant de sortie nominal. 7. Mesures de protection Un onduleur avec d'excellentes performances doit également avoir des fonctions de protection complètes ou des mesures pour faire face à diverses situations anormales lors de l'utilisation réelle, afin de protéger l'onduleur lui-même et les autres composants du système contre les dommages. (1) Protecteur de sous-tension d'entrée : lorsque la tension d'entrée est inférieure à 85 % de la tension nominale, l'onduleur doit être protégé et affiché. (2) Protecteur de surtension d'entrée : lorsque la tension d'entrée est supérieure à 130 % de la tension nominale, l'onduleur doit être protégé et affiché. (3) Protection contre les surintensités : la protection contre les surintensités de l'onduleur doit pouvoir assurer une action rapide lorsque la charge est court-circuitée ou que le courant dépasse la valeur admissible pour le protéger des dommages causés par les surtensions. Lorsque le courant de travail dépasse 150 % de la valeur nominale, l'onduleur doit pouvoir se protéger automatiquement. (4) Le temps d'action de la protection contre les courts-circuits de l'onduleur du protecteur de court-circuit de sortie ne doit pas dépasser 0,5 s. (5) Protection de connexion inversée d'entrée : lorsque les bornes d'entrée positive et négative sont connectées à l'envers, l'onduleur doit avoir une fonction de protection et un affichage. (6) Protection contre la foudre : L'onduleur doit être doté d'une protection contre la foudre.

(7) Protection contre les surchauffes, etc. De plus, pour les onduleurs sans mesures de stabilisation de la tension, l'onduleur doit également disposer de mesures de protection contre les surtensions de sortie pour protéger la charge des dommages causés par les surtensions. 8. Les caractéristiques de démarrage représentent la capacité de l'onduleur à démarrer avec la charge et ses performances pendant le fonctionnement dynamique. L'onduleur doit être garanti pour démarrer de manière fiable sous la charge nominale. 9. Bruit : Les transformateurs, les inducteurs de filtre, les commutateurs électromagnétiques, les ventilateurs et autres composants des équipements électroniques de puissance génèrent du bruit. Lorsque l'onduleur fonctionne normalement, son bruit ne doit pas dépasser 80 dB et le bruit d'un petit onduleur ne doit pas dépasser 65 dB. Compétences de sélection La sélection des onduleurs doit d'abord considérer avoir une capacité nominale suffisante pour répondre aux exigences de l'équipement pour la puissance électrique sous la charge maximale. Pour un onduleur avec un seul appareil comme charge, le choix de sa capacité nominale est relativement simple. Lorsque l'équipement électrique est une charge résistive pure ou que le facteur de puissance est supérieur à 0,9, la capacité nominale de l'onduleur est sélectionnée entre 1,1 et 1,15 fois la capacité de l'équipement électrique. Dans le même temps, l'onduleur doit également avoir la capacité de résister à l'impact des charges capacitives et inductives. Pour les charges inductives générales, telles que les moteurs, les réfrigérateurs, les climatiseurs, les machines à laver, les pompes à eau haute puissance, etc., lors du démarrage, la puissance instantanée peut être 5 à 6 fois sa puissance nominale. A ce moment, l'onduleur supportera une grande puissance instantanée. monter. Pour de tels systèmes, la capacité nominale de l'onduleur doit avoir une marge suffisante pour garantir que la charge peut être démarrée de manière fiable, et l'onduleur hautes performances peut être démarré à pleine charge plusieurs fois sans endommager les dispositifs d'alimentation. Pour leur propre sécurité, les petits onduleurs ont parfois besoin d'utiliser un démarrage progressif ou un démarrage à limitation de courant. Précautions d'installation et entretien

1. Avant l'installation, vérifiez si l'onduleur est endommagé pendant le transport.

2. Lors du choix du site d'installation, il convient de s'assurer qu'il n'y a pas d'interférences provenant d'autres équipements électroniques de puissance dans la zone environnante.

3. Avant d'effectuer les connexions électriques, assurez-vous d'utiliser des matériaux opaques pour couvrir les panneaux photovoltaïques ou déconnectez le disjoncteur côté DC. L'exposition au soleil, les panneaux photovoltaïques vont générer des tensions dangereuses.

4. Toutes les opérations d'installation doivent être effectuées uniquement par du personnel professionnel et technique.

5. Les câbles utilisés dans le système de production d'électricité du système photovoltaïque doivent être solidement connectés, bien isolés et de spécifications appropriées. Tendance de développement Pour les onduleurs solaires, l'amélioration de l'efficacité de conversion de l'énergie est un sujet éternel, mais lorsque l'efficacité du système devient de plus en plus élevée, approchant presque 100%, de nouvelles améliorations de l'efficacité s'accompagneront de performances à moindre coût. Par conséquent, comment maintenir une efficacité élevée et maintenir une bonne compétitivité des prix sera un sujet important à l'heure actuelle. Par rapport aux efforts visant à améliorer l'efficacité des onduleurs, comment améliorer l'efficacité de l'ensemble du système d'onduleurs devient progressivement un autre problème important pour les systèmes d'énergie solaire. Dans un panneau solaire, lorsqu'une ombre partielle de 2 à 3 % de la surface apparaît, pour un onduleur doté d'une fonction MPPT, lorsque la puissance de sortie du système est mauvaise, il y aura même une chute de puissance d'environ 20 % ! Pour mieux s'adapter à de telles situations, il est très efficace d'utiliser des fonctions de contrôle MPPT un à un ou plusieurs MPPT pour des modules solaires simples ou partiels. Étant donné que le système d'onduleur est en état de fonctionnement connecté au réseau, la fuite du système au sol entraînera de graves problèmes de sécurité ; de plus, afin d'améliorer l'efficacité du système, la plupart des panneaux solaires sont connectés en série pour former une tension de sortie continue élevée ; En raison de l'apparition de conditions anormales entre les électrodes, il est facile de produire un arc continu. En raison de la tension continue élevée, il est très difficile d'éteindre l'arc et il est extrêmement facile de provoquer un incendie. Avec l'adoption généralisée des systèmes d'onduleurs solaires, les problèmes de sécurité du système seront également une partie importante de la technologie des onduleurs. De plus, le système électrique inaugure le smart。

Le développement rapide et la vulgarisation de la technologie des réseaux électriques. Un grand nombre de systèmes d'énergie solaire et d'autres nouvelles énergies sont connectés au réseau, ce qui pose de nouveaux défis techniques pour la stabilité du système de réseau intelligent. Concevoir un système d'onduleurs qui peut être plus rapidement, plus précisément et plus intelligemment compatible avec les réseaux intelligents deviendra une condition nécessaire pour les systèmes d'onduleurs solaires à l'avenir.

De manière générale, le développement de la technologie des onduleurs est développé avec le développement de la technologie de l'électronique de puissance, de la technologie microélectronique et de la théorie de contrôle moderne. Au fil du temps, la technologie des onduleurs se développe dans le sens d'une fréquence plus élevée, d'une puissance plus élevée, d'une efficacité plus élevée et d'un volume plus petit.