Principales tipos y principios de funcionamiento de los inversores fotovoltaicos
Los inversores fotovoltaicos se pueden dividir principalmente en cuatro categorías: centralizados, cadenas, distribuidos y micro inversores. El sistema inversor centralizado tiene una gran potencia total y se utiliza principalmente en proyectos de gran envergadura como centrales fotovoltaicas terrestres con buenas condiciones de iluminación; Los inversores distribuidos se pueden dividir en inversores de cadena y microinversores, que generalmente se utilizan en sistemas de generación de energía fotovoltaica industriales, comerciales y domésticas de tamaño pequeño y mediano, en los que el tipo de cadena es el principal tipo de producto inversor distribuido. Los inversores distribuidos tienen características tanto centralizadas como de tipo cadena, y se usan ampliamente en proyectos como los pioneros de montaña. El microinversor debe rastrear el valor pico de potencia máxima de cada módulo fotovoltaico de forma independiente y luego fusionarse con la red de CA después de la inversión. La capacidad de una sola unidad del microinversor es generalmente inferior a 1kW.
La cantidad de cadenas de grupos fotovoltaicos de acceso centralizado es grande y la capacidad individual suele ser superior a 500 KW. El inversor centralizado es un tipo común de inversor fotovoltaico en el mercado. Su principio de funcionamiento es fusionar la corriente continua generada por múltiples módulos fotovoltaicos y rastrear el pico de potencia máxima (MPPT), y luego el inversor centralizado convierte la corriente alterna continua y aumenta el voltaje, para realizar la generación de energía de la red. Un solo MPPT está equipado con 2-12 grupos fotovoltaicos. La potencia de cada MPPT puede llegar a 125-1000kW, y la capacidad de cada MPPT suele ser superior a 500KW, lo que tiene las ventajas de alta potencia y gran capacidad.
Los inversores centralizados pueden reducir el número de usos, reducir los costes y pérdidas del sistema y facilitar la gestión centralizada. Debido a las ventajas de la gran capacidad de los inversores centralizados, el uso de inversores centralizados para centrales eléctricas fotovoltaicas de la misma escala puede reducir en gran medida la cantidad de inversores utilizados, reducir la pérdida total del circuito del sistema y facilitar la instalación y gestión centralizadas. Al mismo tiempo, el propio inversor centralizado tiene un alto grado de integración, control simple, tecnología relativamente madura y bajo costo unitario. La combinación de los dos factores puede reducir en gran medida el costo del equipo del sistema de la central eléctrica.
La aplicación de inversores centralizados puede reducir de manera efectiva los armónicos y mejorar la calidad general de generación de energía del sistema. Al realizar la descomposición de Fourier de la carga no sinusoidal, obtendremos una parte de la carga mayor que la frecuencia fundamental, es decir, el armónico, cuya frecuencia suele ser un múltiplo entero de la frecuencia fundamental. Los armónicos producirán una caída de voltaje armónico en la impedancia de cortocircuito de la red eléctrica, lo que afectará la forma de onda del voltaje; es fácil causar una resonancia local en serie-paralelo en el sistema, lo que resulta en daños al equipo. El número de inversores centralizados utilizados es pequeño, lo que puede reducir el número de series y paralelos, y reducir efectivamente el contenido de armónicos, asegurando así la proporción de ondas fundamentales en la generación de energía y mejorando la calidad general de generación de energía.
Al conectarse a múltiples conjuntos de entradas de CC, el rango de voltaje del MPPT centralizado es estrecho, lo que afecta el rendimiento general de generación de energía. La cantidad de cadenas fotovoltaicas conectadas a un solo MPPT del inversor centralizado es grande y es imposible controlar con precisión cada grupo de cadenas fotovoltaicas, por lo que no puede garantizar que cada cadena esté en el mejor punto de trabajo, lo que reduce el costo general del sistema. . eficiencia de generación de energía. El rango de voltaje del MPPT centralizado generalmente está en el rango de 500-850V. Debido al estrecho rango de voltaje del MPPT, la capacidad de ajuste del inversor centralizado es deficiente. En condiciones de iluminación insatisfactorias, como lluvia nublada, el voltaje del sistema es más bajo que el voltaje mínimo del inversor MPPT y no se puede realizar la generación de energía normal, lo que afecta el tiempo de generación de energía. Al mismo tiempo, debido a sus características de acceder a múltiples conjuntos de entradas de CC, los sistemas fotovoltaicos requieren un buen rendimiento de adaptación entre los componentes. Una vez que uno de los componentes falla, afectará la generación de energía general y la eficiencia de generación de energía del sistema.
El inversor centralizado es de gran tamaño y debe colocarse en una sala de ordenadores dedicada, lo que aumenta la dificultad de instalación. Debido a la gran capacidad de la unidad individual, el volumen y el peso del inversor centralizado son grandes, y es necesario establecer una sala de equipos especiales al aire libre para su colocación. La sala de computadoras dedicada ocupa un área grande, lo que aumenta la dificultad de la instalación y aumenta el costo total del terreno del sistema. Además, debido a la hermeticidad de la sala de equipos, colocar el inversor en la sala de equipos provocará una ventilación deficiente dentro de la sala de equipos, lo que provocará problemas térmicos.
El inversor de cadena adopta un diseño modular, que puede realizar la optimización MPPT descentralizada. El sistema de la central eléctrica que utiliza un inversor fotovoltaico de cadena generalmente convierte la corriente CC generada por los módulos primero a través del inversor y luego la fusiona con la red de CA después de la confluencia, la transformación de aumento y la distribución de energía de CA. Comparado con el inversor centralizado, el inversor de cadena adopta un diseño modular y tiene múltiples MPPT; la cantidad de módulos fotovoltaicos conectados a cada MPPT es menor, generalmente 1-4 grupos, que pueden realizar MPPT distribuidos. Busca lo mejor. Dado que hay pocos terminales de acceso, cuando falla un solo componente, solo afectará la generación de energía del módulo correspondiente al componente, asegurando que la eficiencia de generación de energía del sistema fotovoltaico en general no se vea afectada por un solo componente, y resolviendo el Problema de desajuste de las centrales fotovoltaicas centralizadas.
La cadena MPPT tiene un amplio rango de voltaje, lo que puede mejorar el tiempo de generación de energía y la generación de energía del sistema. El rango de voltaje MPPT del inversor de cadena es amplio, generalmente 200 V-1000V, y la capacidad de ajuste es buena. En el caso de luz insuficiente o clima desfavorable para la generación de energía, el voltaje general de los módulos fotovoltaicos será bajo. El rango de voltaje MPPT más amplio puede cubrir el voltaje de entrada bajo, lo que garantiza el tiempo de generación de energía del sistema y mejora la generación de energía en general.
La conexión en paralelo de múltiples inversores aumenta las pérdidas de cable y es propensa a problemas de resonancia. En comparación con los inversores centralizados, la capacidad individual de los inversores de cadena es menor, generalmente de 100 KW o menos; para centrales fotovoltaicas de la misma escala, optar por utilizar inversores string aumentará el número de inversores. Se conectarán varios inversores de cadena en paralelo y la pérdida de cables aumentará a medida que aumente el número de inversores utilizados. Al mismo tiempo, la conexión en paralelo de múltiples inversores conducirá al aumento de los armónicos totales, aumentará la dificultad de supresión, el problema de resonancia será más grave y fácilmente causará la falla y la quema de equipos eléctricos.
El inversor distribuido es un nuevo tipo de inversor que combina las ventajas del tipo centralizado y de cadena. El inversor distribuido es un tipo relativamente nuevo de inversor fotovoltaico, que tiene las características de inversor centralizado e inversor de cadena. Los inversores distribuidos pueden entenderse como inversores centralizados y optimización descentralizada. En primer lugar, el seguimiento de los picos de potencia máxima (MPPT) se lleva a cabo por separado a través de varios inversores de cadena y, a continuación, los inversores centralizados se convierten en redes eléctricas de CA después de la confluencia. En comparación con los inversores centralizados, los inversores distribuidos tienen las ventajas de un excelente rendimiento independiente, alta generación de energía y estabilidad general del sistema; En comparación con los inversores de cadena, los inversores distribuidos utilizan la optimización descentralizada. El último inversor de confluencia centralizado reduce en gran medida el costo del equipo del sistema. Actualmente, se utiliza principalmente en algunos de los principales proyectos base de demostración en China. Debido al desarrollo tardío de la solución de inversor distribuido, la experiencia del proyecto no es suficiente y aún no se ha formado una aplicación a gran escala; al mismo tiempo, debido al método de inversor centralizado, esta solución necesita usar una sala de computadoras dedicada para disipar el calor del inversor centralizado, aumentando el área útil ocupada por el sistema.
El microinversor puede realizar el control MPPT de componentes individuales, y la eficiencia de generación de energía y el nivel de generación de energía son altos. A diferencia de otros inversores, el microinversor está integrado con cada módulo fotovoltaico y puede realizar un control de seguimiento de picos de potencia máxima (MPPT) en un solo módulo, lo que mejora en gran medida la eficiencia general de generación de energía y la generación de energía del sistema. Al mismo tiempo, el microinversor tiene las características de tamaño pequeño y peso ligero, y no requiere espacio de almacenamiento adicional, lo que mejora enormemente la comodidad de la instalación. Es principalmente adecuado para proyectos de centrales eléctricas pequeñas y medianas, como hogares. Para una central eléctrica de la misma escala, el uso de microinversores requerirá más equipo, y el costo total del sistema es significativamente más alto que el de los sistemas que utilizan soluciones de inversor de cadena o centralizadas.
