Als Kernausrüstung von Photovoltaik-Stromerzeugungssystemen werden Wechselrichter verwendet, um die von Photovoltaikmodulen erzeugte variable Gleichspannung in Wechselstrom mit der Netzfrequenz umzuwandeln, was eine der wichtigen Systembilanzen in Photovoltaik-Array-Systemen darstellt. Derzeit sind Zentralwechselrichter, Stringwechselrichter und Mikrowechselrichter die häufigsten Wechselrichter auf dem Markt. Im Folgenden vergleichen und analysieren wir diese drei Wechselrichtertypen.
1 Zentralwechselrichter
Bei der Wechselrichtertechnologie handelt es sich um den Anschluss mehrerer paralleler Photovoltaikstränge an den DC-Eingangsanschluss desselben Zentralwechselrichters. Im Allgemeinen werden dreiphasige IGBT-Leistungsmodule für Hochleistungssysteme und Feldeffekttransistoren für Systeme mit niedriger Leistung verwendet. Gleichzeitig werden DSP-Umwandlungsregler eingesetzt, um die Qualität der erzeugten elektrischen Energie zu verbessern und sie dem Sinusstrom sehr nahe zu bringen. Es wird im Allgemeinen in großen Photovoltaik-Kraftwerkssystemen mit mehr als 10 kW eingesetzt.
Zentralisierte Wechselrichter werden im Allgemeinen in großen Stromerzeugungssystemen wie Fabriken, Wüstenkraftwerken und Bodenkraftwerken mit gleichmäßigem Sonnenlicht eingesetzt. Die Gesamtleistung des Systems ist groß und liegt meist über dem Megawatt-Niveau.
Die Hauptvorteile sind:
1. Die Anzahl der Wechselrichter ist gering und daher einfach zu verwalten.
2. Der Wechselrichter verfügt über eine geringe Anzahl von Komponenten und eine hohe Zuverlässigkeit.
3. Niedriger Oberwellengehalt, geringer Gleichstromanteil und hohe Leistungsqualität;
4. Der Wechselrichter verfügt über eine hohe Integration, eine hohe Leistungsdichte und niedrige Kosten.
5. Der Wechselrichter verfügt über umfassende Schutzfunktionen und eine hohe Sicherheit des Kraftwerks.
6. Es verfügt über eine Leistungsfaktorregulierungsfunktion und eine Niederspannungs-Ride-Through-Funktion mit guter Netzregulierungsleistung.
Die Hauptnachteile sind:
1. Die Fehlerrate des DC-Sammelkastens ist hoch, was sich auf das gesamte System auswirkt.
2. Der MPPT-Spannungsbereich von Zentralwechselrichtern ist schmal, im Allgemeinen 450-820V, und die Komponentenkonfiguration ist nicht flexibel. In Gebieten mit bewölktem und nebligem Wetter ist die Stromerzeugungszeit kurz;
3. Die Installation und Bereitstellung von Wechselrichter-Maschinenräumen ist schwierig und erfordert spezielle Maschinenräume und Geräte.
4. Der Wechselrichter selbst verbraucht viel Strom und die Belüftung und Wärmeableitung im Computerraum verbrauchen viel Strom, was die Systemwartung relativ komplex macht;
5. In einem zentralisierten netzgekoppelten Wechselrichtersystem erreicht die Komponentenanordnung den Wechselrichter über zwei Zusammenflüsse. Die Maximum Power Tracking-Funktion (MPPT) des Wechselrichters kann den Betrieb jeder Komponente nicht überwachen, sodass es unmöglich ist, jede Komponente auf ihrem optimalen Arbeitspunkt zu halten. Wenn eine Komponente ausfällt oder durch Schatten blockiert wird, wirkt sich dies auf die Stromerzeugungseffizienz des gesamten Systems aus;
6. Das zentralisierte netzgekoppelte Wechselrichtersystem verfügt über keine Redundanzfähigkeit. Im Falle einer Störungsabschaltung stoppt die gesamte Anlage die Stromerzeugung.
2 String-Wechselrichter
Der String-Wechselrichter basiert auf dem modularen Konzept, bei dem jeder Photovoltaik-String (1-5kw) einen Wechselrichter mit maximaler Spitzenleistungsverfolgung am DC-Ende und paralleler Netzverbindung am AC-Ende durchläuft. Er ist heute der beliebteste Wechselrichter auf dem internationalen Markt.
String-Wechselrichter werden hauptsächlich für kleine und mittlere Photovoltaik-Stromerzeugungsanlagen auf Dächern und kleine Bodenkraftwerke eingesetzt.
Die Hauptvorteile sind:
1. Der Stringwechselrichter ist modular aufgebaut, wobei jeder Photovoltaikstring einem Wechselrichter entspricht. Das DC-Ende verfügt über eine Funktion zur Verfolgung der maximalen Leistung und das AC-Ende ist parallel zum Netz angeschlossen. Sein Vorteil besteht darin, dass es nicht von Modulunterschieden zwischen Strings und Schattenhindernissen beeinflusst wird, während gleichzeitig die Diskrepanz zwischen dem optimalen Betriebspunkt von Photovoltaikmodulen und dem Wechselrichter verringert und die Stromerzeugung maximiert wird;
2. Der MPPT-Spannungsbereich von String-Wechselrichtern ist breit und liegt im Allgemeinen zwischen 250-800V. Die KomponenteDie NT-Konfiguration ist flexibler und die Stromerzeugungszeit ist in Gebieten mit bewölktem und nebligem Wetter länger.
3. Der netzgekoppelte String-Wechselrichter hat ein kleines Volumen, ein geringes Gewicht und ist sehr einfach zu transportieren und zu installieren. Es sind weder professionelle Werkzeuge und Geräte noch ein spezieller Verteilerraum erforderlich. Es kann den Bau vereinfachen und den Flächenverbrauch in verschiedenen Anwendungen reduzieren. Für DC-Leitungsverbindungen sind außerdem keine DC-Sammelkästen oder DC-Verteilerschränke erforderlich. Der String-Typ bietet außerdem Vorteile wie einen geringen Eigenstromverbrauch, minimale Fehlerauswirkungen sowie einen einfachen Austausch und eine einfache Wartung.
Die Hauptnachteile sind:
1. Es gibt viele elektronische Komponenten mit Leistungsgeräten und Signalschaltungen auf derselben Platine, was die Entwicklung und Herstellung erschwert und etwas weniger zuverlässig macht.
2. Der elektrische Abstand von Stromversorgungsgeräten ist gering, sodass sie für hochgelegene Gebiete und die Installation im Freien ungeeignet sind. Wind- und Sonneneinstrahlung können leicht zu einer Alterung des Gehäuses und des Kühlkörpers führen;
3. Ohne eine Trenntransformatorkonstruktion ist die elektrische Sicherheit etwas schlecht und nicht für das negative Erdungssystem von Dünnschichtkomponenten geeignet. Der Gleichstromanteil ist groß und hat erhebliche Auswirkungen auf das Stromnetz;
4. Wenn mehrere Wechselrichter parallel geschaltet sind, ist die Gesamtharmonische hoch und der THDI eines einzelnen Wechselrichters kann auf über 2 % geregelt werden. Bei einer Parallelschaltung von mehr als 40 Wechselrichtern kommt es allerdings zu einer Überlagerung der Gesamtharmonischen, die nur schwer unterdrückt werden kann;
5. Bei einer großen Anzahl von Wechselrichtern erhöht sich die Gesamtausfallrate, was die Systemüberwachung erschwert;
6. Ohne DC-Leistungsschalter und AC-Leistungsschalter und ohne DC-Sicherungen ist es nicht einfach, die Verbindung zu trennen, wenn das System nicht richtig funktioniert.
7. Ein einzelner Wechselrichter kann eine Nullspannungs-Ride-Through-Funktion erreichen, aber wenn mehrere Maschinen parallel geschaltet sind, ist es schwierig, eine Nullspannungs-Ride-Through-Funktion, Blindleistungsregelung, Wirkleistungsregelung und andere Funktionen zu erreichen.
3 Mikro-Wechselrichter
Mikro-Wechselrichter können eine maximale Leistungspunktverfolgung auf Panelebene erreichen, was gegenüber Zentralwechselrichtern Vorteile bietet. Dadurch kann die Ausgangsleistung jedes Moduls optimiert werden, um die Gesamtausgangsleistung zu maximieren.
Die Hauptvorteile sind:
1. Bei Ausfall eines oder sogar mehrerer Module kann das System weiterhin hochverfügbar Strom ins Netz einspeisen; Zur Verbesserung der Systemzuverlässigkeit können optional mehrere redundante Module konfiguriert werden;
2. Flexible Konfiguration, die es Benutzern ermöglicht, Photovoltaikzellen entsprechend ihrer finanziellen Leistungsfähigkeit auf dem Heimatmarkt zu installieren;
3. Reduzieren Sie effektiv die Auswirkungen von Schatten, die durch lokale Maskierung auf die Ausgangsleistung verursacht werden.
4. Kein Hochspannungsstrom, sicherere, einfachere und schnellere Installation, geringere Wartungs- und Installationskosten und geringere Abhängigkeit von Installationsdienstleistern;
5. Durch die Erhöhung der Stromerzeugung jedes Wechselrichtermoduls und die Verfolgung der maximalen Leistung kann der maximale Leistungspunkt einer einzelnen Komponente verfolgt werden, wodurch die Stromerzeugung der Photovoltaikanlage erheblich um 25 % gesteigert werden kann.
Die Hauptnachteile sind:
1. Die Anwendungsszenarien von Mikro-Wechselrichtern eignen sich im Allgemeinen für Dachhaushalte, ihre Einsatzmöglichkeiten sind jedoch begrenzt;
2. Die Kosten für Mikrowechselrichter sind im Vergleich zu Zentralwechselrichtern und Stringwechselrichtern relativ höher.
Einer vergleichenden Analyse zufolge haben Stringwechselrichter Vorteile gegenüber Zentralwechselrichtern und Mikrowechselrichtern hinsichtlich Ausfallrate, Systemsicherheit sowie Betriebs- und Wartungskosten. Sie verfügen über eine höhere Systemzuverlässigkeit und können den langfristig sicheren und zuverlässigen Betrieb von Kraftwerken gewährleisten.