باختصار، يمكن تقسيم عملية عمل العاكس الكهروضوئي إلى ثلاث مراحل أساسية:جمع الطاقة والتحسين, DC-تحويل التيار المتردد، والشبكة-متصلة/متوقفة-تكيف الشبكة. فيما يلي تحليل تفصيلي من وجهات نظر المبادئ الأساسية والوحدات الأساسية والتقنيات الرئيسية:
I. أهداف العمل الأساسية
إن خصائص خرج الوحدات الكهروضوئية شديدة التأثر بالإضاءة ودرجة الحرارة، مما يمثل علاقة غير خطية بين جهد الخرج والتيار. علاوة على ذلك، لا يمكن توصيل طاقة التيار المستمر المولدة مباشرة بالشبكة الرئيسية أو تشغيل أحمال التيار المتردد التقليدية. لذلك، يحتاج العاكس إلى تحقيق هدفين أساسيين:
تعظيم انتاج الطاقة: تتبع نقطة إخراج الطاقة القصوى للوحدات الكهروضوئية في الوقت الفعلي من خلال تقنية MPPT لتحسين كفاءة توليد الطاقة قدر الإمكان.
الموجي والتزامن: قم بتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد جيبية تفي بمعايير الشبكة (مع جهد وتردد وطور متسق مع شبكة الطاقة) لضمان سلامة توصيل الشبكة -أو التشغيل المستقر للأحمال خارج الشبكة-.
ثانيا. عملية العمل الأساسية للعاكسات الكهروضوئية
أخذ الأكثر شيوعاالشبكة-العاكسات الكهروضوئية المتصلةعلى سبيل المثال، يمكن تقسيم عملية العمل الشاملة إلى أربع خطوات:
الخطوة 1: إدخال DC وتصفيته (معالجة جانب DC-)
إن خرج طاقة التيار المستمر من خلال الوحدات الكهروضوئية المتصلة على التوالي/المتوازية-ليس مستقرًا تمامًا، حيث تحدث تموجات الجهد وتقلبات التيار نتيجة لتغيرات الإضاءة والاختلافات في خصائص الوحدة.
يتصل العاكس أولاً بقوة التيار المستمر من خلال أفتيل العاصمة(لحماية التيار الزائد) و أمانعة الصواعق DC(للحماية من الطفرة).
ثم دائرة مرشح مكونة منمكثفات/محاثات مرشح التيار المستمريتم استخدامه لتسهيل تقلبات جهد التيار المستمر، مما يوفر دخلاً ثابتًا للتيار المستمر لمرحلة التحويل اللاحقة.
الخطوة 2: الحد الأقصى لتتبع نقطة الطاقة (MPPT)
هذا هو الرابط الرئيسي للعاكس لتحسين كفاءة توليد الطاقة. المبدأ الأساسي هو اكتشاف جهد الخرج والتيار للوحدات الكهروضوئية في الوقت الفعليخوارزميات التحكم، وحساب طاقة الخرج الحالية، وضبط جهد دخل التيار المستمر للعاكس ديناميكيًا للحفاظ على تشغيل الوحدات الكهروضوئية عند نقطة الحد الأقصى لإخراج الطاقة في جميع الأوقات.
خوارزميات MPPT الشائعة: الاضطراب والمراقبة (P&O)، التوصيل المتزايد (INC). من بينها، تتميز طريقة التوصيل التزايدي بدقة أعلى ومناسبة للسيناريوهات ذات التغيرات السريعة في الإضاءة.
طريقة التنفيذ: ضبط جهد التيار المستمر من خلال أDC-محول DC(مثل دائرة التعزيز-للأعلى). عندما يكون جهد الخرج للوحدات الكهروضوئية منخفضًا، تعمل دائرة التعزيز على تعزيزه إلى جهد ناقل تيار مستمر مناسب للانعكاس (على سبيل المثال، ناقل تيار مستمر 380 فولت يتوافق مع مخرج تيار متردد 380 فولت).
الخطوة 3: تحويل التيار المتردد -DC (مرحلة الانعكاس الأساسية)
هذه هي الوظيفة الأساسية للعاكس، والتي تقوم أساسًا بتحويل طاقة التيار المستمر المستقرة إلى طاقة تيار متردد مشابهة للموجة الجيبية من خلال -عملية إيقاف التشغيل- ذات التردد العاليأجهزة تحويل الطاقة الإلكترونية. وفقا للهياكل الطوبولوجية المختلفة، يتم تقسيمها بشكل رئيسي إلىمحولات -أحادية الطور(للتطبيقات المدنية منخفضة الطاقة-) ومحولات ثلاثية الطور-.(للتطبيقات الصناعية والتجارية عالية الطاقة-)، مع مبادئ أساسية متسقة:
تبديل الأجهزة: تم اعتماد ترانزستورات التأثير ثنائية القطب (IGBTs) أو الترانزستورات ذات التأثير المعدني -المجال الأكسيد-المعدنية-، وهي عبارة عن "مفاتيح إلكترونية" لتحويل الطاقة ويمكنها إكمال التحكم في التشغيل-وإيقاف التشغيل خلال أجزاء من الثانية.
طوبولوجيا الجسر العاكس: الأكثر استخداما هودائرة عاكسة كاملة للجسر-.(مع 4 أجهزة تبديل لمرحلة واحدة-و6 أجهزة لثلاثة-طور). لنأخذ دائرة الجسر -المرحلة الكاملة-المرحلة الواحدة كمثال:
مخرجات وحدة التحكمإشارات تعديل عرض النبض (PWM).للتحكم في تسلسل التشغيل-وإيقاف التشغيل ودورة التشغيل لوحدات IGBT الأربعة.
من خلال ضبط عرض النبضة، يتم تصفية خرج "قطار نبض الموجة المربعة" بواسطة أجهزة التبديل لتكوين طاقة تيار متردد قريبة من الموجة الجيبية.
تصفية التيار المتردد: تحتوي طاقة التيار المتردد بعد الانقلاب على -توافقيات عالية التردد، والتي تحتاج إلى تصفيتها بواسطةدائرة مرشح LCتتكون من محاثات ومكثفات مرشح التيار المتردد للحصول على طاقة تيار متردد جيبية نقية.
الخطوة 4: الشبكة-متصلة/متوقفة-تكيف الشبكة وحمايتها (معالجة جانب التيار المتردد-)
1. المحولات المتصلة بالشبكة-: المزامنة والاتصال بالشبكة
إذا تم استخدام العاكس لتوليد الطاقة -المتصلة بالشبكة، فمن الضروري التأكد من أن طاقة التيار المتردد الناتجةبنفس التردد والطور والجهدمثل الشبكة الرئيسية:
اكتشف في الوقت الفعلي-تردد الجهد الكهربي ومرحلة شبكة الطاقةمرحلة -تقنية الحلقة المقفلة (PLL).، اضبط طور وتردد خرج طاقة التيار المتردد بواسطة العاكس، وحقق تزامنًا دقيقًا مع شبكة الطاقة.
الاتصال بشبكة الكهرباء من خلالموصل التيار المتردد، وتأكد من سلامة الاتصال بالشبكة-من خلالهاحماية الجزر، حماية الجهد الزائد/الجهد المنخفض، حماية التيار الزائد، حماية الترددوما إلى ذلك (على سبيل المثال، عندما تكون شبكة الكهرباء خارج الطاقة، يجب أن يتوقف العاكس عن العمل على الفور لمنع "تأثير الجزيرة" من تعريض موظفي الصيانة للخطر).
2. محولات خارج الشبكة-: مصدر طاقة مباشر
إذا تم استخدام العاكس في نظام خارج الشبكة- (على سبيل المثال، مصدر الطاقة الكهروضوئية في المناطق النائية)، فسيتم إمداد طاقة التيار المتردد الجيبية المفلترة مباشرة إلى الأحمال (على سبيل المثال، الأجهزة المنزلية، المعدات الصناعية). وفي الوقت نفسه، يمكن دمجها مع بطاريات تخزين الطاقة لتحقيق تنظيم الجهد المستقر.
ثالثا. الأنواع الرئيسية للعاكسات الكهروضوئية والاختلافات الطوبولوجية
تتميز الأنواع المختلفة من العاكسات باختلافات طفيفة في طوبولوجيا مرحلة الانعكاس وهي مناسبة لسيناريوهات مختلفة:
العاكسون المركزية(طاقة-عالية، للاستخدام الصناعي/التجاري ومحطات الطاقة الكهروضوئية):
يتبنىمحول تردد الطاقة/محول التردد العالي-طوبولوجيا. تحقق بعض الأنواع بدون محولات (غير -معزولة) العزل من خلال المكثفات، حيث تصل الطاقة إلى عدة ميجاوات. إنها تتميز بالتكامل العالي والتشغيل والصيانة المريحة.
محولات السلسلة(الطاقة المتوسطة والصغيرة، للاستخدام المنزلي والأنظمة الكهروضوئية الموزعة):
يتم تجهيز كل سلسلة PV بوحدة تحكم MPPT مستقلة، وتعتمد مرحلة الانعكاس طوبولوجيا الجسر- الكاملة. يمكنه تتبع الحد الأقصى لنقطة الطاقة لكل سلسلة بشكل مستقل، والتكيف مع اختلافات الإضاءة بين السلاسل المختلفة (على سبيل المثال، التظليل).
العاكسات الدقيقة(طاقة-منخفضة، للأنظمة الكهروضوئية المنزلية):
يتم تركيبه مباشرة على الجزء الخلفي من الوحدات الكهروضوئية، مع عاكس صغير واحد يتوافق مع وحدة واحدة، مما يحقق "عكس مستوى الوحدة-". إنه يتمتع بأعلى دقة MPPT ومناسب لبيئات الإضاءة المعقدة.
رابعا. المؤشرات الفنية الرئيسية وتأثيرات الأداء
كفاءة الانقلاب: يمكن للمحولات عالية الجودة- تحقيق الحد الأقصى من الكفاءة بما يزيد عن 98% (الكفاءة الأوروبية)، والتي تعتمد بشكل أساسي على فقدان التوصيل لأجهزة التبديل ودقة تتبع MPPT.
التشوه التوافقي الكلي (THD): تتطلب المحولات المتصلة بالشبكة- THD أقل من أو يساوي 5%. كلما انخفض THD، كانت الموجة الجيبية للخرج أنقى وقل التداخل في شبكة الطاقة.
كفاءة MPPT: بشكل عام يشترط أن تكون أكبر من أو تساوي 99% مما يؤثر بشكل مباشر على توليد الطاقة الإجمالي للنظام الكهروضوئي.
ملخص
جوهر العاكس الكهروضوئي هوتحقيق تحويل نموذج الطاقة من خلال تعديل التردد العالي-باستخدام أجهزة تحويل الطاقة الإلكترونية باعتبارها جوهرًا، مع تحقيق تحسين الطاقة وتكييف الشبكة من خلال خوارزميات التحكم. جوهر مبدأ عملها يكمن في:تحقيق تحسين الطاقة من خلال محولات التيار المستمر-التيار المستمر، وتحقيق تحويل التيار المستمر-التيار المتردد من خلال الجسور العاكسة المعدلة بـ PWM-، وضمان الاتصال الآمن بالشبكة من خلال حلقات الطور-المقفلة ودوائر الحماية. لا تستخدم هذه العملية خصائص التبديل السريع لتكنولوجيا الطاقة الإلكترونية فحسب، بل تجمع أيضًا بين التنظيم الدقيق لنظرية التحكم، والتي تعمل كحلقة وصل رئيسية للاستخدام الفعال للطاقة في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية.
