Jako centralny kontroler systemu fotowoltaicznego, falownik odgrywa kluczową rolę w działaniu i wydajności całego systemu. Gdy system ma problemy, takie jak tryb gotowości, wyłączenie, alarm, awaria, generowanie energii niespełniające oczekiwań, przerwanie monitorowania danych itp., personel ds. obsługi i konserwacji zawsze podświadomie zaczyna od falownika, aby znaleźć przyczynę i rozwiązanie. W codziennej komunikacji okazuje się, że chociaż rozproszona fotowoltaika rozwija się szybko od wielu lat, nadal istnieje kilka typowych nieporozumień dotyczących falowników. Porozmawiajmy o tym dzisiaj.
01 Napięcie wyjściowe falownika?
Parametr „napięcie wyjściowe AC” można łatwo znaleźć w arkuszu specyfikacji każdej marki falownika. Jest to kluczowy parametr do definiowania charakterystyki klasy falownika. Mówiąc prościej, napięcie wyjściowe AC wydaje się odnosić do wartości napięcia wyjściowego po stronie AC falownika. W rzeczywistości jest to nieporozumienie.
„Napięcie wyjściowe AC” to nie napięcie wyjściowe samego falownika. Falownik to urządzenie elektroniczne o właściwościach źródła prądu. Ponieważ musi być podłączony do sieci energetycznej (Utility), aby bezpiecznie przesyłać lub przechowywać generowaną energię elektryczną, zawsze będzie wykrywał napięcie (V) i częstotliwość (F) sieci, do której jest podłączony podczas pracy. To, czy te dwa parametry są zsynchronizowane/takie same z siecią, decyduje o tym, czy energia elektryczna wyjściowa falownika może zostać zaakceptowana przez sieć. Aby wyprowadzić swoją znamionową wartość mocy (P=UI), falownik oblicza, czy może nadal wyprowadzać i ile wyprowadzać na podstawie napięcia sieciowego (punktu połączenia z siecią) wykrytego w każdym momencie. Tym, co jest faktycznie wyprowadzane do sieci, jest prąd (I), a wielkość prądu jest dostosowywana zgodnie ze zmianą napięcia.
Biorąc za przykład potrzebę konwersji 10 kW, jeśli napięcie sieciowe wynosi 400 V, wymagana wartość prądu, która ma być wyprowadzona przez falownik w tym momencie, wynosi: 10000÷400÷1,732≈14,5 A; gdy napięcie sieciowe w następnym momencie waha się do 430 V, wymagany prąd wyjściowy jest dostosowywany do 13,4 A; przeciwnie, gdy napięcie sieciowe spada, falownik odpowiednio zwiększa wartość prądu wyjściowego. Należy zwrócić uwagę na dwa punkty: ① Napięcie sieciowe nie może utrzymywać się na stałej wartości, zawsze podlega wahaniom; ② Dlatego napięcie sieciowe wykrywane przez falownik musi mieć pewien zakres. Jeśli rzeczywiste napięcie sieciowe waha się poza tym zakresem, falownik musi wykryć to w czasie rzeczywistym i zgłosić usterkę oraz zatrzymać wyjście do czasu przywrócenia napięcia sieciowego. Celem tego jest ochrona bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych i personelu na tej samej linii w podstacji.
W takim razie dlaczego nie zmienić nazwy tego parametru? Głównym powodem jest to, że branża od wielu lat stosuje tę samą praktykę - wszyscy nazywają go w ten sposób; jednocześnie, aby zachować spójność z prądem wyjściowym, został on nazwany w ten sposób.
02 Czy falownik musi być wyposażony w zabezpieczenie anty-wyspowe?
Odpowiedź brzmi oczywiście tak, bez wątpienia. Można nawet powiedzieć, że powodem, dla którego falownik można nazwać falownikiem, jest to, że ma zabezpieczenie anty-wyspowe. Wyobraź sobie: jeśli falownik pozwala na wejście strony DC, a strona AC nie może wyjść, gdzie pójdzie duża ilość ładunku? Sam falownik nie jest urządzeniem magazynującym i nie może przechowywać dużej ilości ładunku, więc nadal musi wychodzić. Kiedy dochodzi do wyspowania, ma to miejsce, gdy normalny przesył i dystrybucja mocy sieci energetycznej zostaje przerwana z jakiegoś powodu. Kiedy duża ilość ładunku dostanie się do linii sieci energetycznej wzdłuż pierwotnej ścieżki, jeśli w tym czasie pracuje przy niej personel zajmujący się konserwacją zasilania, konsekwencje będą katastrofalne. Dlatego jeśli system fotowoltaiczny ma być zawsze zsynchronizowany z siecią energetyczną, musi być wyposażony w funkcję zabezpieczenia anty-wyspowego (Anti-Islanding).
Jak to osiągnąć? Kluczowym punktem zapobiegania efektowi wyspowemu jest nadal wykrywanie przerw w dostawie prądu w sieci energetycznej. Zwykle stosuje się dwie metody wykrywania „efektu wyspowego”, pasywne lub aktywne. Niezależnie od metody wykrywania, po potwierdzeniu braku zasilania w sieci energetycznej, podłączony do sieci falownik zostanie odłączony od sieci, a falownik zostanie zatrzymany w określonym czasie reakcji. Wartość reakcji obecnie określona w przepisach mieści się w granicach 2 s.
03 Czy im wyższe napięcie w łańcuchu DC, tym lepsza generacja energii?
Niezupełnie. W zakresie napięcia roboczego MPPT falownika istnieje znamionowa wartość napięcia roboczego. Gdy wartość napięcia łańcucha DC jest równa lub zbliżona do znamionowej wartości napięcia falownika, tj. w zakresie napięcia pełnego obciążenia MPPT, falownik może wyprowadzić swoją znamionową wartość mocy. Jeśli napięcie łańcucha jest zbyt wysokie lub zbyt niskie, napięcie łańcucha jest dalekie od wartości/zakresu napięcia znamionowego ustawionego przez falownik, a jego wydajność wyjściowa jest znacznie zmniejszona. Po pierwsze, możliwość wyprowadzenia mocy znamionowej jest wykluczona - nie jest to pożądane; po drugie, jeśli napięcie łańcucha jest zbyt niskie, obwód Boost falownika musi być często uruchamiany, aby pracować w sposób ciągły, a ciągłe nagrzewanie powoduje, że wewnętrzny wentylator pracuje w sposób ciągły, co ostatecznie prowadzi do utraty wydajności; jeśli napięcie łańcucha jest zbyt wysokie, jest to nie tylko niebezpieczne, ale również ogranicza krzywą wyjściową IV komponentu, powodując zmniejszenie prądu i zwiększenie wahań mocy. Biorąc za przykład falownik 1100 V, jego znamionowe napięcie robocze wynosi zazwyczaj 600 V, a zakres napięcia pełnego obciążenia MPPT wynosi od 550 V do 850 V. Jeśli napięcie wejściowe przekracza ten zakres, wydajność falownika nie jest idealna.