Идеальная нагрузка для инвертора

board-small-150x150Популярный вопрос: Что произойдет, если солнечные батареи на 6 кВт подключить к инвертору на 5 кВт? Сколько энергии будет потеряно из-за «одностороннего ограничения?»

Мы знаем, что номинальная мощность солнечных батарей может быть больше, чем номинальная мощность инвертора (до определенной степени — у инверторов действительно более высокий максимальный входной ток). Но лишь немногие конструкторы и инженеры понимают, что такое практические пределы.

Соотношение постоянного и переменного напряжения (известное также как коэффициент мощности нагрузки инвертора) является важным параметром при проектировании солнечных электростанций. Например, массив солнечных батарей на 6 кВт постоянного тока в сочетании с инвертором с номинальной мощностью 5 кВт переменного тока будет иметь коэффициент DC / AC 1,2 (6 кВт / 5 кВт = 1,2). Ключевым фактором здесь являются «потери из-за одностороннего ограничения»: если мощность подаваемого на инвертор тока больше, чем инвертор может обработать, то в результате эта мощность «ограничивается» и теряется.

Специалисты Folsom Labs обнаружили, что многие проектировщики чрезмерно консервативны, когда речь идет о соотношении DC / AC. Многие люди думают, что DC / AC соотношение 1,1 идеально, а 1,2 слегка агрессивно. Напротив, расчетное значение 1,2 часто приводит к минимальным потерям, в то время как значение 1,25 или 1,3 может улучшить экономику проекта, особенно, когда размер проекта ограничивается мощностью переменного тока.

Почему и как инверторы делают ограничения?

Каждый инвертор имеет максимальную и номинальную мощность. Это важно по двум причинам. Во-первых, номинальные или максимально допустимые значения параметров силовых комплектующих инверторов часто спроектированы с удельной мощностью и диапазоном напряжения с запасом. Во-вторых, на системном уровне, домашний распределительный щиток переменного тока (и/или точка подключения к сети) сконструирован с запасом удельной максимальной мощности. Инверторы обычно не выдают больше их максимальной мощности переменного тока. Если входная мощность постоянного тока слишком высокая, инвертор будет поднимать рабочее напряжение солнечных батарей, чтобы вывести станцию на максимальную мощность и уменьшить мощность постоянного тока.

Почему 20 процентное соотношение DC / AC приводит к минимальным ограничениям?

Многие проекты начинаются с допуска максимального соотношения постоянного-переменного тока в 1,2 (другими словами, номинальная мощность солнечных батарей на 20% больше по сравнению с максимальной мощностью инвертора). Это на самом деле сохраняет потери на крайне низком уровне, как правило, ниже 0,25%. Почему так? Три фактора помогут объяснить эти низкие потери:

  1. Полностью «стандартные» условия (1000 Вт / м2) встречаются редко

КПД солнечной батареи определяется при «стандартных условиях испытания» (STC), при которых на батарею падает солнечный свет 1000 Вт/м2 (в основном, в полдень, в летний день). На практике, такие идеальные условия встречаются редко.f4

Например, на графике ниже показана частотная диаграмма для солнечных батарей в Атланте, обращенных на юг при наклоне 15 °. Обратите внимание, что солнечная электростанция редко получает полный солнечный свет. На самом деле, всего 422 часа (9% от всех рабочих часов) она получает больше, чем 800 Вт / м2 (что эквивалентно ограничению в соотношении DC / AC 1,25).f1

  1. Температурные потери сокращают время высокой мощности еще больше

В дополнение к тому, что солнечная электростанция редко получает полное солнце, есть и другие системные потери между поверхностью солнечной батареи и инвертором. В частности, огромное влияние оказывают температурные потери: как правило, батареи теплее, чем 25ºC, особенно, если на них падает максимум солнечного света. Соответственно, электростанция производит меньше своей номинальной мощности и не может достичь условий для максимальной мощности инвертора.

Вернемся к примеру из Атланты: Давайте посмотрим на то, как часто станция работала близко к номинальной мощности. Обратите внимание на то, что верхний конец диаграммы распределения даже тоньше, так как эти данные включает в себя и температурные потери, которые будут наибольшими в моменты наивысшего солнечного света. На этот раз в наличие есть только 212 часов (4,5% от рабочего времени), когда станция производила более 80% от своей номинальной мощности.F2

Работа не останавливается, когда мощность постоянного тока выше максимальной мощности переменного тока

В общем, когда инвертор работает в режиме превышения мощности, то это просто означает, что он будет жертвовать излишками мощности. Таким образом, даже когда фактическая мощность постоянного тока на 10% выше по сравнению с мощностью переменного тока, то потери за этот период будут составлять только 10%. Посмотрим еще раз на пример из Атланты: за 212 часов, в течение которых станция производила более 80% от номинальной мощности (точка ограничения для коэффициента 1,25), средняя производительность была на 6,8% выше ограничения. Этот эффект еще более выразительный для домашних станций. Потому что домашние станции устанавливаются заподлицо, они быстрее нагреваются, и, следовательно, температурные потери у них еще больше. В результате, система из Атланты с коэффициентом 1,25 имеет потери от одностороннего ограничения 0,6% для коммерческой станции и 0,1% для домашней.

Копание дальше: различные значения коэффициента DC / AC

Так как коэффициент 1,25 в Атланте дает лишь от 0,1% до 0,6% потерь от ограничения, возникает вопрос: какими будут потери, если мы значительно увеличим соотношение DC / AC? Смотрите ниже:f3Потери от одностороннего ограничения будут равны нулю для коэффициентов DC / AC в 1,5 для обоих типов систем. В коммерческих электростанциях (с более низкими температурными потерями) мощность солнечной батареи может доходить до 365 Вт, поддерживая при этом потери от ограничения на уровне менее 2%. И, наконец, в домашних системах мощность батареи может достичь 380 Вт с потерями ниже 1%.

Вывод

В следующий раз, когда вам кто-то скажет, что номинальная сила постоянного тока слишком велика для инвертора, то проверьте это для себя. Вы можете обнаружить, что при моделировании производительности системы потери от одностороннего ограничения будут ниже, чем вы ожидали.

Источник: http://www.solarpowerworldonline.com/2016/07/solar-inverters-clipping-dcac-inverter-load-ratio-ideal/

Написать нам