Der Solar-Wechselrichter für netzgekoppelte PV-Systeme

Wie wir bereits wissen, erzeugen photovoltaische Solarzellen kontinuierlichen Gleichstrom (DC). elektrische Energie benötigt wird. Der Solar Power Inverter sorgt für diese DC-AC-Umwandlung unter Verwendung elektronischer Schalttechniken.

Der Solar Power Inverterist ein wichtiges elektronisches Gerät, das die von der PV-Solaranlage erzeugte elektrische Energie in eine saubere Wechselstromversorgung umwandelt, die für die direkte Einspeisung in das Stromnetz geeignet ist. Die typische Anwendung eines einzelnen Solar-Wechselrichters besteht darin, die niedrige Eingangsspannung in eine höhere herkömmliche Haushalts-Wechselstromversorgung mit der richtigen Frequenz und Spannung umzuwandeln, sodass wir elektrische Geräte verwenden können, wenn keine Wechselstromversorgung verfügbar ist.

Symbol für Solarwechselrichter

In der Praxis ermöglicht uns der Wechselrichter den Betrieb von Bohrmaschinen, Computern, Staubsaugern, Netzbeleuchtung und den meisten Elektrogeräten, die an die Steckdose angeschlossen werden können. Wenn der Wechselrichter groß genug ist, können auch größere Geräte wie Gefrierschränke, Kühlschränke und Waschmaschinen verwendet werden.

Alle diese standardmäßigen 120- oder 240-Volt-Wechselstromgeräte können entweder direkt von der PV-Solaranlage oder durch Umwandlung der in Backup-Batterien gespeicherten Energie mit dem entsprechend dimensionierten Solar-Wechselrichter gespeist werden. Der Betrieb eines Wechselrichters ist im Allgemeinen leise, wobei seine Ausgangsleistung verfügbar ist, wann immer sie benötigt wird. Daher können eigenständige Batteriesysteme nahezu jedes handelsübliche Standardgerät 24 Stunden am Tag betreiben.

Während ein einzelner Wechselrichter für eine Haushaltsinstallation durchaus ausreichen kann, werden mehrere Einheiten zur Norm, je weiter wir voranschreiten Leistungsskalierung und deren Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit sind Hauptanliegen des Systemdesigners.

Solar-Wechselrichter-Konfigurationen

Konfiguration Zentralwechselrichter

Konfiguration des zentralen Wechselrichters – Mehrere Zweige des Arrays sind parallel miteinander verbunden. Die gesamte Leistung des Arrays wird über einen einzigen zentralen Solarwechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und dann in das Netz eingespeist. Der einzelne Wechselrichter wird mit einer DC-Eingangsspannung und einem Strom versorgt, die abhängig von der Konfiguration des Arrays ziemlich hoch sein können.

Diese Art der Wechselrichterkonfiguration bietet einen guten Wirkungsgrad, niedrige Kosten, durchschnittliche Zuverlässigkeit und seit dem PV PV-Module innerhalb des gleichen Arrays gleichmäßig aufeinander abgestimmt sind, stellt das vom Wechselrichter für das gesamte Array ausgewählte Maximum Power Point Tracking (MPPT) sicher, dass alle PV-Module mit oder nahe ihrer maximalen Ausgangsleistung betrieben werden.

Zweigwechselrichterkonfiguration

Zweigstellen-Wechselrichterkonfiguration – An jedem Zweig oder String ist ein eigener Wechselrichter angeschlossen. Dann kann jeder einzelne Zweig eine unterschiedliche Anzahl von PV-Modulen, unterschiedliche Modultypen, Positionen, Ausrichtungen oder eine Voll- oder Teilverschattung aufweisen. Das Ergebnis ist, dass jeder Wechselrichter im Verhältnis zu seinem angeschlossenen Array eine andere Ausgangsleistung erzeugt.

Daher kann das Array nicht effizient durch einen einzigen maximalen Leistungspunkt (MPP) charakterisiert werden, da jeder Wechselrichter in Bezug auf die anderen an einem anderen maximalen Leistungspunkt arbeitet. Der Hauptvorteil dieser Art der Wechselrichterkonfiguration besteht darin, dass sich jeder Solarzweig an einem anderen Ort oder einer anderen Position befinden kann und nicht alle zusammen in einem einzigen Array.

Individuelle Wechselrichterkonfiguration

Individuelle Wechselrichterkonfiguration – Jedes Photovoltaik-Solarpanel hat seinen eigenen Wechselrichter. Dadurch kann der Wechselrichter den optimalen Leistungspunkt für das Panel auswählen, was einen sehr guten Wirkungsgrad, aber höhere Kosten pro kWp ergibt. Mehr Komponenten im Array bedeuten geringere Zuverlässigkeit und mehr Wartung.

Eine zunehmende Anzahl von Herstellern von Solarmodulen bieten einzelne PV-Module mit direkt in das PV-Modul eingebauten Solarwechselrichtern an, wodurch jedes Solarmodul zu einem eigenen vollständigen Wechselstrom wird Stromquelle, die einen direkten Anschluss an das Stromnetz ermöglicht.

Netzgekoppelte Solarwechselrichter synchronisieren den von ihnen erzeugten Strom mit dem Wechselstrom des lokalen Stromnetzes, sodass das System den solar erzeugten Strom direkt in das Netz einspeisen kann, normalerweise über eine zweite Strom-kWh-„Netto“; Meter.

Die meisten netzgekoppelten Wechselrichter sind für den Betrieb ohne Pufferbatterien ausgelegt, es sind jedoch auch batteriebasierte Wechselrichtermodelle erhältlich. Die batteriebasierten Wechselrichter für den Einsatz sowohl in einem eigenständigen PV-System als auch in einem netzgekoppelten PV-System. Da moderne Wechselrichter ein eingebautes Batterieladegerät enthalten, das in der Lage ist, eine Batteriebank bei bewölktem oder schlechtem Wetter direkt vom Netz aufzuladen.

Hochwertige Solar-Wechselrichter sind in Größen ab einigen 100 Watt erhältlich , für die Stromversorgung von Lampen, Laptops und Spielkonsolen aus Ihrem Auto, bis zu mehreren zehn Kilowatt, für die Stromversorgung großer privater Solaranlagen mit netzgekoppelten Wechselrichtern, die so konzipiert sind, dass sie sich aus Sicherheitsgründen automatisch abschalten, wenn kein Netzstrom verfügbar ist.

Solar-Wechselrichter sind in einer Vielzahl von Leistungsgrößen und Nennspannungen erhältlich, um für nahezu jede Installationskombination geeignet zu sein, aber es gibt grundsätzlich drei Arten von DC-zu-AC-Solar-Wechselrichtern: Rechteckwelle, modifizierte Sinuswelle und reine Sinuswelle. p>

Ausgangswellenformen des Wechselrichters

Rechteck-Solar-Wechselrichter

Der Rechteck-Solar-Wechselrichterist der einfachste und kostengünstigste verfügbare Wechselrichtertyp. Aufgrund seiner geringen Qualität der Ausgangsleistung und der sehr großen Oberschwingungen wird es im Allgemeinen nicht kommerziell verwendet. Rechteckwellen-Wechselrichter, die mit Thyristor-Ausgangsstufen ausgestattet sind, zerhacken und invertieren (daher der Name Wechselrichter) die positive DC-Eingangsleistung, um eine Rechteckwelle zu erzeugen, die abwechselnd positiv und negativ wechselt, das AC-Ausgangssignal, das später gefiltert wird, um sich einer Sinuswelle anzunähern und unerwünschte Oberwellen zu eliminieren. p>

Billigere Rechteckwellen-Wechselrichter können auch Gegentakt-Transistorschaltungen mit Aufwärtstransformatoren verwenden, um die erforderliche Ausgangsspannung zu erzeugen. Rechteckwellen-Wechselrichter werden wirklich nur in kleinen eigenständigen PV-Systemen verwendet, die einfache Dinge wie Beleuchtung oder Handwerkzeuge mit Universalmotoren problemlos betreiben – aber nicht viel mehr.

Modifizierter Sinus-Solar-Wechselrichter

Der Modifizierter Sinus-Solar-Wechselrichterauch als Quasi-Sinus-Wechselrichter bezeichnet, ist im Grunde ein modifizierter Rechteckwellen-Wechselrichter, der eine Rechteckwellenausgabe mit geringer harmonischer Verzerrung und einem kleinen “OFF” Zeit zwischen den positiven und negativen Halbwellen, wenn der Wechselrichter die Polarität wechselt.

Modifizierte Sinus-Wechselrichter eignen sich für die meisten Arten von elektrischen und elektronischen Lasten und sind heute aufgrund ihrer guten Umwandlungseffizienz und relativ geringen Kosten ein beliebter Wechselrichtertyp auf dem Verbrauchermarkt und können in Solaranlagen verwendet werden, bei denen die Wellenform nicht gegeben ist zu wichtig.

Modifizierte Sinuswellen-Wechselrichter ermöglichen jedoch möglicherweise nicht, dass Drucker, Kopierer, Lichtdimmer, wiederaufladbare und variable Werkzeuge aufgrund der Schaltwirkung der Ausgangsstufe des Wechselrichters korrekt funktionieren. Auch einige Audioverstärker und Radios können aufgrund der Ausgangsschaltkomponenten des Wechselrichters ein niederfrequentes Hintergrundbrummen erzeugen.

Sinuswellen-Solarenergie-Wechselrichter

Der Der Sinus-Solar-Wechselrichter erzeugt eine hochwertige AC-Spannungswellenform mit niedriger harmonischer Gesamtverzerrung (THD), ähnlich der, die Sie von Ihrem örtlichen Elektrizitäts- oder Versorgungsunternehmen erhalten. Sie werden verwendet, wenn saubere Sinuswellenausgänge benötigt werden, um empfindliche Geräte wie elektronische Geräte, Drucker, Kopierer und Stereoanlagen usw. zu betreiben.

Wechselrichter mit reiner oder echter Sinuswelle werden von den meisten Energieversorgungsunternehmen als Teil einer netzgekoppelten PV-Solaranlage standardmäßig gefordert. Sinus-Wechselrichter sind bei gleicher Wattleistung wesentlich teurer als die vorherigen Typen, hauptsächlich aufgrund ihrer besseren internen elektronischen Schaltungen. Ihre Ausgangsspannung kann entweder im Rechteckwellenmodus oder im pulsweitenmodulierten (PWM) Modus gesteuert werden.

In reinen PWM-Sinuswellenschaltungen werden die Ausgangsspannung und -frequenz durch Variieren des Tastverhältnisses des Hochs gesteuert Frequenzimpulse. Die zerhackte Spannung wird dann durch ein Ausgangs-LC-Tiefpassfilternetzwerk geleitet, um einen sauberen sinusförmigen Ausgang zu erzeugen.

Dadurch können die Ausgangsspannung und -frequenz gut gesteuert werden, wodurch sichergestellt wird, dass jede AC-Last innerhalb der Leistungsgrenzen des Wechselrichters ordnungsgemäß funktioniert. Reine Sinus-Wechselrichter sind im Allgemeinen nicht für den Heim-Solarstrom geeignet, da ihre Kosten zu hoch und ineffizient sind, stattdessen "abgestuft"; Sinus-Wechselrichter verwendet werden.

Nur die hochwertigen Wechselrichter der Spitzenklasse liefern tatsächlich eine reine Sinuswelle als Ausgangswellenform. Auch einige der High-End-Wechselrichter mit reiner Sinuswelle haben Solar-Tracking-Schaltungen oder Maximum Power Point Tracking (MPPT) eingebaut, um eine motorisierte Solar-Tracking-PV-Anlage optimal zu betreiben.

Die meisten Sinuswellen-Modelle sind erhältlich auf dem Markt produziert eine Variation des oben genannten modifizierten Sinus-Wechselrichters. Ihr Spannungsausgang ist keine reine Sinuskurve, aber sie können fast alles betreiben, was an das lokale Stromnetz angeschlossen werden kann. Beim Wirkungsgrad schneiden Sinus-Wechselrichter besser ab als reine Sinus-Wechselrichter.

Auswahl von Solar-Wechselrichtern

Nach den Solar-PV-Modulen selbst sind Solar-Wechselrichter der zweitwichtigste Teil eines netzgekoppelten PV-Systems und daher die DC-Eingangsnennleistung des Wechselrichters sollte passend zum PV-Modul oder -Array ausgewählt werden.

Im Allgemeinen werden Wechselrichter für ein bestimmtes Solarsystem basierend auf der maximalen Last, der maximal erforderlichen Stoßspannung, der erforderlichen AC-Ausgangsspannung, der Eingangsbatteriespannung und allen erforderlichen optionalen Funktionen ausgewählt. Die Größe eines Wechselrichters bemisst sich nach seiner maximalen Dauerleistung in Watt und diese Leistung muss größer sein als die Gesamtwattzahl aller gleichzeitig angeschlossenen AC-Verbraucher.

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Auch Elektrogeräte wie Waschmaschinen Maschinen, Trockner, Kühl- und Gefrierschränke, die Elektromotoren verwenden, benötigen mehr Energie, um selbst zu starten, als sie zum Laufen benötigen.

Dieser hohe Anlaufstromverbrauch kann mehr als das Doppelte des normalen Stromverbrauchs betragen, daher muss dies bei der Dimensionierung der Wattleistung eines Wechselrichters berücksichtigt werden. Die meisten Wechselrichter sind in der Lage, das Drei- bis Fünffache ihrer Nennleistung für kurzzeitige Überspannungen und Überlastbedingungen zu liefern.

Nehmen wir an, dass wir den gesamten Wechselstromverbrauch unseres Hauses berechnet haben und dass wir 2500 W benötigen würden oder 2,5 kW Solarwechselrichter. Die PV-Solarmodule, an denen wir interessiert sind, sind monokristalline 24-Volt-Siliziummodule mit einer Spitzenleistung von 140 Watt. Wenn Sie dann 2500 W durch 140 Watt teilen, bedeutet dies, dass 18 PV-Module benötigt werden, was insgesamt 2520 Watt ergibt.

Aber wie verbinden wir diese 18 Panels mit dem Wechselrichter? Wir wissen aus früheren Tutorials, dass PV-Solarmodule genau wie Batterien miteinander verbunden werden können, und in einer Reihenschaltung addiert sich die Spannung mit einem konstanten Strom durch jedes Panel und in einer parallelen Kombination addiert sich der Strom mit einer konstanten Spannung über jedes Panel.

Wir müssen zunächst berechnen, wie viele Module in einem Reihenzweig miteinander verbunden werden können. Das Datenblatt für unseren Wechselrichter sagt uns, dass die Eingangsspannung des Maximum Power Point Tracking (MPPT) zwischen 175 und 480 Volt bei einem maximalen Strom von 15 Ampere liegt. Die Leerlaufspannung (Voc) jedes 24-Volt-PV-Moduls bei 25 °C wird mit 36,8 Volt angegeben.

Dann können wir die maximale Anzahl von Modulen sehen wir in einem einzigen Reihenzweig miteinander verbinden können, wird wie folgt berechnet: 480/36,8 = 13Tafeln. Ebenso wird die Mindestanzahl von 24-Volt-PV-Modulen, die erforderlich ist, um die MPPT-Tracking-Spannung über dem Minimum von 175 Volt zu halten, dort wie folgt berechnet: 175/24 = 7,3 oder 8 Panels.

Um die Eingangsspannungsgrenzen des Wechselrichters für unser einfaches Beispiel einzuhalten, sodass die Spannung des PV-Arrays nicht unter 175 V oder über 480 V liegt, ist ein Array-Zweig zwischen 8 und 13 Solar-PV erforderlich Tafeln. Da unser berechnetes Array aus 18 Modulen besteht, sind zwei Zweige oder Stränge von jeweils 9, 24-Volt-PV-Modulen akzeptabel. Der Kurzschlussstrom, Iscunserer monokristallinen 24-Volt-Silizium-Panels wird mit 5,8 Ampere angegeben. Zwei Zweige liefern daher einen maximalen Gesamtstrom von 11,6 A, was deutlich innerhalb der Wechselrichterspezifikation liegt.

Um also die Anzahl der Module zu bestimmen, die an einen Reihen-PV-Zweig angeschlossen werden können, überprüfen Sie die Summe der offenen Schaltungsspannung aller Panels nicht die maximale Power Point Tracking DC-Eingangsspannung überschreitet und dass die minimale Anzahl von Panels im Serienzweig nicht unter die minimale MPPT-Spannung fällt, nicht zu vergessen, dass die Spannung in einem Serienzweig mit nach oben und unten variiert Temperatur. Überprüfen Sie auch, ob der Kurzschlussstrom (Isc) des Arrays kleiner ist als der maximale DC-Eingangsstrom des Wechselrichters.

Im nächsten Tutorial geht es um Solarenergie werden wir uns die Vorteile der Verwendung von Deep Cycle-Batterien im Vergleich zu normalen Autobatterien ansehen und wie sie an unser privates Solarstromsystem angeschlossen werden können, um sie in einem eigenständigen oder netzgekoppelten PV-System zu verwenden.< /p>