მზის ინვერტორის პრინციპი და გამოყენება

ამჟამად, ჩინეთის ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის სისტემა ძირითადად მუდმივი დენის სისტემაა, რომელიც მზის ბატარეის მიერ გენერირებული ელექტროენერგიის დატენვას ისახავს მიზნად, ხოლო ბატარეა პირდაპირ აწვდის ენერგიას დატვირთვას. მაგალითად, ჩინეთის ჩრდილო-დასავლეთში მზის საყოფაცხოვრებო განათების სისტემა და ქსელიდან შორს მდებარე მიკროტალღური სადგურების ელექტრომომარაგების სისტემა ყველა მუდმივი დენის სისტემაა. ამ ტიპის სისტემას აქვს მარტივი სტრუქტურა და დაბალი ღირებულება. თუმცა, დატვირთვის განსხვავებული მუდმივი ძაბვის გამო (როგორიცაა 12 ვ, 24 ვ, 48 ვ და ა.შ.), რთულია სისტემის სტანდარტიზაციისა და თავსებადობის მიღწევა, განსაკუთრებით სამოქალაქო ენერგიისთვის, რადგან ცვლადი დენის დატვირთვების უმეტესობა გამოიყენება მუდმივი დენის წყაროსთან. ფოტოელექტრული ენერგიის წყაროსთვის რთულია ელექტროენერგიის მიწოდება ბაზარზე, როგორც სასაქონლო. გარდა ამისა, ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაცია საბოლოოდ მიაღწევს ქსელთან დაკავშირებულ ოპერაციას, რამაც უნდა მიიღოს მომწიფებული ბაზრის მოდელი. მომავალში, ცვლადი დენის ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის სისტემები ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის მთავარ მიმართულებად იქცევა.
ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის სისტემის მოთხოვნები ინვერტორული კვების წყაროსთვის

ცვლადი დენის გამომავალი ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის სისტემა ოთხი ნაწილისგან შედგება: ფოტოელექტრული მასივი, დამუხტვისა და განმუხტვის კონტროლერი, აკუმულატორი და ინვერტორი (ქსელთან დაკავშირებული ენერგიის გენერაციის სისტემა, როგორც წესი, აკუმულატორის დაზოგვას უწყობს ხელს) და ინვერტორი მთავარი კომპონენტია. ფოტოელექტრულ სადგურებს ინვერტორებზე უფრო მაღალი მოთხოვნები აქვთ:

1. საჭიროა მაღალი ეფექტურობა. მზის უჯრედების ამჟამინდელი მაღალი ფასის გამო, მზის უჯრედების გამოყენების მაქსიმიზაციისა და სისტემის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად, აუცილებელია ინვერტორის ეფექტურობის გაუმჯობესების მცდელობა.

2. საჭიროა მაღალი საიმედოობა. ამჟამად, ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის სისტემები ძირითადად გამოიყენება შორეულ რაიონებში და ბევრი ელექტროსადგური უყურადღებოდ და მოვლა-პატრონობის გარეშეა. ეს მოითხოვს ინვერტორს ჰქონდეს გონივრული წრედის სტრუქტურა, კომპონენტების მკაცრი შერჩევა და ინვერტორს ჰქონდეს სხვადასხვა დამცავი ფუნქციები, როგორიცაა შესასვლელი DC პოლარობის შეერთებისგან დაცვა, ცვლადი ცვლადი დენის გამომავალი მოკლე ჩართვისგან დაცვა, გადახურებისგან, გადატვირთვისგან დაცვა და ა.შ.

3. მუდმივი დენის შეყვანის ძაბვას ადაპტაციის ფართო დიაპაზონი უნდა ჰქონდეს. ვინაიდან აკუმულატორის ტერმინალური ძაბვა იცვლება დატვირთვისა და მზის სხივების ინტენსივობის მიხედვით, მიუხედავად იმისა, რომ აკუმულატორს მნიშვნელოვანი გავლენა აქვს ძაბვაზე, აკუმულატორის ძაბვა მერყეობს აკუმულატორის დარჩენილი სიმძლავრისა და შიდა წინააღმდეგობის ცვლილებასთან ერთად. განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც აკუმულატორი დაბერდება, მისი ტერმინალური ძაბვა მნიშვნელოვნად იცვლება. მაგალითად, 12 ვოლტიანი აკუმულატორის ტერმინალური ძაბვა შეიძლება მერყეობდეს 10 ვოლტიდან 16 ვოლტამდე. ეს მოითხოვს ინვერტორის მუშაობას უფრო დიდ მუდმივი ძაბვით, რაც უზრუნველყოფს ნორმალური მუშაობას შეყვანის ძაბვის დიაპაზონში და უზრუნველყოფს ცვლადი დენის გამომავალი ძაბვის სტაბილურობას.

4. საშუალო და დიდი სიმძლავრის ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის სისტემებში, ინვერტორის კვების წყაროს გამომავალი უნდა იყოს სინუსოიდური ტალღა ნაკლები დამახინჯებით. ეს იმიტომ ხდება, რომ საშუალო და დიდი სიმძლავრის სისტემებში, თუ გამოიყენება კვადრატული ტალღის სიმძლავრე, გამომავალი შეიცავს მეტ ჰარმონიულ კომპონენტს და უფრო მაღალი ჰარმონიკები წარმოქმნიან დამატებით დანაკარგებს. ბევრი ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის სისტემა დატვირთულია საკომუნიკაციო ან ინსტრუმენტული აღჭურვილობით. აღჭურვილობას უფრო მაღალი მოთხოვნები აქვს ელექტროქსელის ხარისხთან დაკავშირებით. როდესაც საშუალო და დიდი სიმძლავრის ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის სისტემები ქსელთან არის დაკავშირებული, საზოგადოებრივი ქსელით ენერგო დაბინძურების თავიდან ასაცილებლად, ინვერტორს ასევე მოეთხოვება სინუსოიდური დენის გამომუშავება.

ინვერტორი მუდმივ დენს ცვლად დენად გარდაქმნის. თუ მუდმივ დენზე ძაბვა დაბალია, მას ცვლადი დენის ტრანსფორმატორი აძლიერებს სტანდარტული ცვლადი დენის ძაბვისა და სიხშირის მისაღებად. დიდი სიმძლავრის ინვერტორებისთვის, მაღალი მუდმივ ძაბვის გამო, ცვლადი დენის გამოსავალს ზოგადად არ სჭირდება ტრანსფორმატორი ძაბვის 220 ვოლტამდე გასაზრდელად. საშუალო და მცირე სიმძლავრის ინვერტორებში მუდმივ ძაბვა შედარებით დაბალია, მაგალითად, 12 ვოლტი. 24 ვოლტისთვის უნდა იყოს შემუშავებული გამაძლიერებელი წრედი. საშუალო და მცირე სიმძლავრის ინვერტორები ზოგადად მოიცავს ბიძგ-პული ინვერტორულ წრედებს, სრული ხიდის მქონე ინვერტორულ წრედებს და მაღალი სიხშირის გამაძლიერებელ ინვერტორულ წრედებს. ბიძგ-პული წრედები აკავშირებს გამაძლიერებელი ტრანსფორმატორის ნეიტრალურ შტეფსელს დადებით კვების წყაროსთან და ორ კვების მილთან ალტერნატიული მუშაობისთვის, გამომავალი ცვლადი დენის წყარო, რადგან სიმძლავრის ტრანზისტორები დაკავშირებულია საერთო მიწასთან, წამყვანი და მართვის წრედები მარტივია და რადგან ტრანსფორმატორს აქვს გარკვეული გაჟონვის ინდუქციურობა, მას შეუძლია შეზღუდოს მოკლე ჩართვის დენი, რითაც აუმჯობესებს წრედის საიმედოობას. ნაკლი ის არის, რომ ტრანსფორმატორის გამოყენება დაბალია და ინდუქციური დატვირთვების მართვის უნარი ცუდია.
სრული ხიდის ინვერტორული სქემა გადალახავს ბიძგ-პულს სქემის ნაკლოვანებებს. დენის ტრანზისტორი არეგულირებს გამომავალი იმპულსის სიგანეს და გამომავალი ცვლადი დენის ძაბვის ეფექტური მნიშვნელობა შესაბამისად იცვლება. რადგან წრედს აქვს თავისუფალი მარყუჟი, ინდუქციური დატვირთვებისთვისაც კი, გამომავალი ძაბვის ტალღის ფორმა არ დამახინჯდება. ამ წრედის ნაკლი ის არის, რომ ზედა და ქვედა მკლავების დენის ტრანზისტორები არ იყენებენ დამიწებას, ამიტომ უნდა იქნას გამოყენებული სპეციალური ამძრავი წრედი ან იზოლირებული კვების წყარო. გარდა ამისა, ზედა და ქვედა ხიდის მკლავების საერთო გამტარობის თავიდან ასაცილებლად, წრედი უნდა იყოს დაპროექტებული გამორთვისა და შემდეგ ჩართვისთვის, ანუ უნდა დაყენდეს მკვდარი დრო, ხოლო წრედის სტრუქტურა უფრო რთულია.

ბიძგ-აზიდვის სქემის და სრული ხიდის სქემის გამოსავალს უნდა დაემატოს ამწევი ტრანსფორმატორი. რადგან ამწევი ტრანსფორმატორი დიდი ზომისაა, დაბალი ეფექტურობით და უფრო ძვირია, დენის ელექტრონიკისა და მიკროელექტრონიკის ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, უკუქცევის მისაღწევად გამოიყენება მაღალი სიხშირის ამწევი გარდაქმნის ტექნოლოგია. ამ ინვერტორული სქემის წინა საფეხურის გამაძლიერებელი სქემა იყენებს ბიძგ-აზიდვის სტრუქტურას, მაგრამ სამუშაო სიხშირე 20 კჰც-ზე მეტია. გამაძლიერებელი ტრანსფორმატორი იყენებს მაღალი სიხშირის მაგნიტური ბირთვის მასალას, ამიტომ ის პატარა ზომისაა და მსუბუქი. მაღალი სიხშირის ინვერსიის შემდეგ, იგი გარდაიქმნება მაღალი სიხშირის ცვლად დენად მაღალი სიხშირის ტრანსფორმატორის მეშვეობით, შემდეგ კი მაღალი ძაბვის მუდმივი დენი (ზოგადად 300 ვ-ზე მეტი) მიიღება მაღალი სიხშირის გამასწორებელი ფილტრის სქემის მეშვეობით, შემდეგ კი ინვერტირებულია დენის სიხშირის ინვერტორის სქემის მეშვეობით.

ამ წრედის სტრუქტურით, ინვერტორის სიმძლავრე მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია, შესაბამისად, ინვერტორის დატვირთვის გარეშე დანაკარგები მცირდება და უმჯობესდება ეფექტურობა. წრედის ნაკლი ის არის, რომ წრედი რთულია და საიმედოობა უფრო დაბალია, ვიდრე ზემოთ მოცემულ ორ სქემაში.

ინვერტორული წრედის მართვის სქემა

ზემოთ ხსენებული ინვერტორების ძირითადი სქემები მართვის სქემით უნდა რეალიზდეს. ზოგადად, არსებობს მართვის ორი მეთოდი: კვადრატული ტალღა და დადებითი და სუსტი ტალღა. კვადრატული ტალღის გამოსავლით ინვერტორის კვების წყაროს სქემა მარტივია, დაბალი ფასით, მაგრამ დაბალი ეფექტურობით და დიდი ჰარმონიული კომპონენტებით. სინუსოიდული გამოსავლი ინვერტორების განვითარების ტენდენციაა. მიკროელექტრონიკის ტექნოლოგიის განვითარებასთან ერთად, გამოვიდა PWM ფუნქციების მქონე მიკროპროცესორებიც. ამიტომ, სინუსოიდული გამოსავლის ინვერტორული ტექნოლოგია მომწიფდა.

1. კვადრატული ტალღის გამომავალი ინვერტორები ამჟამად ძირითადად იყენებენ იმპულსური სიგანის მოდულაციის ინტეგრირებულ სქემებს, როგორიცაა SG 3 525, TL 494 და ა.შ. პრაქტიკამ დაამტკიცა, რომ SG3525 ინტეგრირებული სქემების და სიმძლავრის FET-ების, როგორც გადართვის სიმძლავრის კომპონენტების გამოყენებით, შესაძლებელია შედარებით მაღალი წარმადობის და ფასის ინვერტორების მიღწევა. რადგან SG3525-ს აქვს სიმძლავრის FET-ების პირდაპირ მართვის შესაძლებლობა და აქვს შიდა საცნობარო წყარო და ოპერატიული გამაძლიერებელი, ასევე დაბალი ძაბვისგან დაცვის ფუნქცია, მისი პერიფერიული სქემა ძალიან მარტივია.

2. ინვერტორის მართვის ინტეგრირებული სქემა სინუსოიდური გამომავალით, ინვერტორის მართვის სქემა სინუსოიდური გამომავალით შეიძლება კონტროლდებოდეს მიკროპროცესორით, როგორიცაა INTEL Corporation-ის მიერ წარმოებული 80 C 196 MC და Motorola Company-ის მიერ წარმოებული MP 16 და PI C 16 C 73 და ა.შ. ამ ერთჩიპიან კომპიუტერებს აქვთ მრავალი PWM გენერატორი და შეუძლიათ ზედა და ზედა ხიდის მკლავების დაყენება. მკვდარი დროის განმავლობაში, გამოიყენეთ INTEL-ის კომპანიის 80 C 196 MC სინუსოიდური გამომავალი სქემის რეალიზებისთვის, 80 C 196 MC სინუსოიდური სიგნალის გენერირების დასასრულებლად და ცვლადი დენის გამომავალი ძაბვის დასადგენად ძაბვის სტაბილიზაციის მისაღწევად.

ინვერტორის მთავარ წრედში დენის მოწყობილობების შერჩევა

ძირითადი სიმძლავრის კომპონენტების არჩევანიინვერტორიძალიან მნიშვნელოვანია. ამჟამად, ყველაზე ხშირად გამოყენებული სიმძლავრის კომპონენტებია დარლინგტონის სიმძლავრის ტრანზისტორები (BJT), სიმძლავრის ველის ეფექტის ტრანზისტორები (MOS-F ET), იზოლირებული კარიბჭის ტრანზისტორები (IGB). T) და გამორთვის ტირისტორი (GTO) და ა.შ. მცირე სიმძლავრის დაბალი ძაბვის სისტემებში ყველაზე ხშირად გამოყენებული მოწყობილობებია MOS FET, რადგან MOS FET-ს აქვს უფრო დაბალი ჩართვის მდგომარეობის ძაბვის ვარდნა და უფრო მაღალი. IG BT-ის გადართვის სიხშირე ზოგადად გამოიყენება მაღალი ძაბვის და დიდი სიმძლავრის სისტემებში. ეს იმიტომ ხდება, რომ MOS FET-ის ჩართვის მდგომარეობის წინააღმდეგობა იზრდება ძაბვის მატებასთან ერთად და IG BT საშუალო სიმძლავრის სისტემებში უფრო დიდ უპირატესობას იკავებს, ხოლო ზედიზედ დიდი სიმძლავრის (100 კვა-ზე მეტი) სისტემებში, GTO-ები ზოგადად გამოიყენება როგორც სიმძლავრის კომპონენტები.