Kao osnovna oprema fotonaponskih sistema za proizvodnju energije, pretvarači se koriste za pretvaranje promjenjivog istosmjernog napona koji generiraju fotonaponski moduli u AC napajanje na mrežnoj frekvenciji, što je jedan od važnih sistemskih balansa u fotonaponskim sistemima. Trenutno, uobičajeni pretvarači na tržištu su centralizirani invertori, strunasti invertori i mikro invertori. U nastavku ćemo uporediti i analizirati ove tri vrste pretvarača.
1 Centralizirani inverter
Inverterska tehnologija je povezivanje nekoliko paralelnih fotonaponskih nizova na DC ulazni terminal istog centraliziranog pretvarača. Generalno, trofazni IGBT moduli napajanja se koriste za sisteme velike snage, a tranzistori sa efektom polja se koriste za sisteme male snage. Istovremeno, DSP kontroleri konverzije se koriste za poboljšanje kvaliteta generisane električne energije, čineći je veoma blizu struji sinusnog talasa. Obično se koristi u sistemima velikih fotonaponskih elektrana većih od 10KW.
Centralizovani pretvarači se generalno koriste u velikim sistemima za proizvodnju električne energije kao što su fabrike, pustinjske elektrane i zemaljske elektrane sa ravnomernom sunčevom svetlošću. Ukupna snaga sistema je velika, obično iznad nivoa megavata.
Glavne prednosti su:
1. Broj invertera je mali, što olakšava upravljanje;
2. Inverter ima mali broj komponenti i visoku pouzdanost;
3. Nizak sadržaj harmonika, niska DC komponenta i visok kvalitet energije;
4. Inverter ima visoku integraciju, veliku gustoću snage i nisku cijenu;
5. Inverter ima potpune zaštitne funkcije i visoku sigurnost elektrane;
6. Ima funkciju regulacije faktora snage i funkciju niskog napona, s dobrim performansama regulacije mreže.
Glavni nedostaci su:
1. Stopa grešaka DC kombinatora je visoka, što utiče na ceo sistem;
2. Opseg MPPT napona centraliziranih pretvarača je uzak, općenito 450-820V, a konfiguracija komponente nije fleksibilna. Vrijeme proizvodnje električne energije je kratko u područjima s oblačnim i maglovitim vremenom;
3. Instalacija i postavljanje inverter mašinskih prostorija su teški i zahtevaju namenske mašinske prostorije i opremu;
4. Sam pretvarač troši mnogo energije, a ventilacija i odvođenje toplote u računarskoj sobi troše mnogo električne energije, što održavanje sistema čini relativno složenim;
5. U centralizovanom inverterskom sistemu povezanom na mrežu, niz komponenti dolazi do pretvarača kroz dva ušća. Funkcija praćenja maksimalne snage (MPPT) pretvarača ne može pratiti rad svake komponente, tako da je nemoguće održati svaku komponentu na optimalnoj radnoj tački. Kada komponenta pokvari ili je blokirana sjenkama, to će uticati na efikasnost proizvodnje energije cijelog sistema;
6. Ne postoji mogućnost redundantnosti u centraliziranom inverterskom sistemu povezanom s mrežom. U slučaju kvara, cijeli sistem će prestati proizvoditi električnu energiju.
2-strujni inverter
Inverter sa strujom je baziran na modularnom konceptu, gdje svaki fotonaponski niz (1-5kw) prolazi kroz inverter sa praćenjem maksimalne snage na DC kraju i paralelnom mrežnom vezom na kraju AC. Danas je postao najpopularniji inverter na međunarodnom tržištu.
Strunasti pretvarači se uglavnom koriste za male i srednje krovne fotonaponske sisteme za proizvodnju električne energije i male zemaljske elektrane.
Glavne prednosti su:
1. Strunasti pretvarač ima modularni dizajn, pri čemu svaki fotonaponski niz odgovara inverteru. DC kraj ima funkciju praćenja maksimalne snage, a AC kraj je povezan paralelno s mrežom. Njegova prednost je u tome što na njega ne utiču razlike modula između struna i prepreke u sjeni, dok istovremeno smanjuje neusklađenost između optimalne radne tačke fotonaponskih modula i pretvarača i maksimizira proizvodnju energije;
2. Opseg MPPT napona kod invertora je širok, općenito se kreće od 250-800V. The component konfiguracija je fleksibilnija, a vrijeme proizvodnje energije je duže u područjima s oblačnim i maglovitim vremenom;
3. Mrežni pretvarač sa žicom ima malu zapreminu, malu težinu i vrlo je lak za transport i instalaciju. Ne zahtijeva profesionalni alat i opremu, niti namjensku distributivnu sobu. Može pojednostaviti izgradnju i smanjiti zauzetost zemljišta u različitim primjenama. Priključci na DC liniju također ne zahtijevaju DC kombinovane kutije ili DC razvodne ormare. Tip žice također ima prednosti kao što su niska samopotrošnja energije, minimalan utjecaj kvara i laka zamjena i održavanje.
Glavni nedostaci su:
1. Postoji mnogo elektronskih komponenti, sa uređajima za napajanje i signalnim krugovima na istoj ploči, što otežava projektovanje i proizvodnju, i nešto manje pouzdano;
2. Električni razmak energetskih uređaja je mali, što ih čini neprikladnim za područja na velikim nadmorskim visinama i vanjsku instalaciju. Izlaganje vjetru i suncu može lako uzrokovati starenje kućišta i hladnjaka;
3. Bez dizajna izolacionog transformatora, električna sigurnost je malo loša i nije pogodna za sistem negativnog uzemljenja tankoslojnih komponenti. DC komponenta je velika i ima značajan uticaj na električnu mrežu;
4. Kada je više invertera spojeno paralelno, ukupni harmonik je visok, a THDI jednog pretvarača može se kontrolisati na preko 2%. Međutim, ako je više od 40 invertera spojeno paralelno, ukupni harmonik će biti superponiran i teško ga je potisnuti;
5. Sa velikim brojem invertera, ukupna stopa kvarova će se povećati, što otežava praćenje sistema;
6. Bez DC prekidača i AC prekidača, i bez DC osigurača, nije lako isključiti kada sistem pokvari;
7. Jedan inverter može postići nulti napon kroz funkciju, ali kada je više mašina spojeno paralelno, teško je postići nulti napon kroz funkciju, regulaciju reaktivne snage, regulaciju aktivne snage i druge funkcije.
3 Mikro inverter
Mikro inverteri mogu postići maksimalno praćenje tačke snage na nivou panela, sa prednostima u odnosu na centralne pretvarače. Ovo može optimizirati izlaznu snagu svakog modula kako bi se maksimizirala ukupna izlazna snaga.
Glavne prednosti su:
1. Kada jedan ili čak više modula pokvari, sistem i dalje može da nastavi da obezbeđuje električnu energiju u mrežu sa visokom dostupnošću; Više redundantnih modula može biti opciono konfigurisano za poboljšanje pouzdanosti sistema;
2. Fleksibilna konfiguracija, omogućavajući korisnicima da instaliraju fotonaponske ćelije prema svojim finansijskim mogućnostima na domaćem tržištu;
3. Efikasno smanjiti uticaj senki uzrokovanih lokalnim maskiranjem na izlaznu snagu;
4. Bez električne energije visokog napona, sigurnija, jednostavnija i brža instalacija, niži troškovi održavanja i montaže i smanjena ovisnost o pružaocima instalacijskih usluga;
5. Povećanjem proizvodnje energije svakog invertorskog modula i praćenjem maksimalne snage, može se pratiti maksimalna tačka snage jedne komponente, što može uvelike povećati proizvodnju energije fotonaponskog sistema za 25%.
Glavni nedostaci su:
1. Scenariji primjene mikro invertera općenito su prikladni za krovna domaćinstva, ali su njihove primjene ograničene;
2. Trošak mikro invertera je relativno veći u poređenju sa centralizovanim inverterima i inverterima na nizu.
Kroz uporednu analizu, strunasti invertori imaju prednosti u odnosu na centralizovane invertore i mikro invertore u pogledu stope kvarova, sigurnosti sistema i troškova rada i održavanja. Imaju bolju pouzdanost sistema i mogu osigurati dugoročan siguran i pouzdan rad elektrana.