Bei der Konkurrenz um "Kostenreduzierung und Effizienzverbesserung" in Photovoltaik-Kraftwerken wird die "Hochfrequenz" -Technologie von Gitterverbundenen Wechselrichter zu einem wichtigen Durchbruch. Durch Erhöhen der Schaltfrequenz (von traditionellen 10 kHz auf über 50 kHz) wurde das Volumen des Wechselrichters um 50%verringert, das Gewicht wurde um 60%verringert und die Umwandlungseffizienz ist 99%überschritten. Diese "kleine und präzise" Transformation reduziert nicht nur die Landbeschäftigungs- und Transportkosten des Kraftwerks, sondern verbessert auch die Freundlichkeit neuer Energie zum Netz durch schnelle Reaktionsfähigkeit, wodurch die Leistungsgrenze von Wechselrichtern der Netzraster neu definiert wird.
1 Die Kernlogik der Hochfrequenzumwandlung: Reduzierung magnetischer Komponenten und Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit
Die "Größenmagie" magnetischer Komponenten. Das Volumen der magnetischen Komponenten wie Transformatoren und Induktoren in Invertern ist umgekehrt proportional zur Schaltfrequenz. Wenn die Frequenz von 10 kHz auf 50 kHz erhöht wird, kann das Volumen der Induktoren mit der gleichen Leistung auf 1/5 ihrer ursprünglichen Größe reduziert werden. Nach einem 60-kHz-Hochfrequenzdesign wurde das Volumen eines 50-kW-Streicherwechsels aus einer bestimmten Marke von traditionellen 80 l auf 35 l reduziert. Das Gewicht wurde von 50 kg auf 22 kg reduziert und die Transportkosten pro Einheit wurden um 40%gesenkt. Bei der Installation von Berg -Photovoltaik -Kraftstationen wurde die Effizienz des manuellen Handlings um dreimal erhöht.
Ein qualitativer Sprung in der dynamischen Reaktionsfähigkeit. Der Hochfrequenzschalter beschleunigt die Reaktionsgeschwindigkeit des Wechselrichters auf Änderungen der Netzspannung und des Stroms. Nach der Hochfrequenzumwandlung wird die aktuelle Schleifenkontrollbandbreite eines 100-kW-Wechselrichters von 1 kHz auf 5 kHz erhöht. Wenn die Netzspannung plötzlich steigt, kann der Ausgang innerhalb von 200 μs eingestellt werden, um eine Überspannungsschutzwirkung zu vermeiden. Diese schnelle Reaktion verbessert die "Fahrt durch die Fähigkeit" des Wechselrichters im Falle von Gitterfehlern und hat durch die International Electrotechnical Commission (IEC) strenge Tests bestanden.
2 Technische Herausforderungen und Durchbrüche: Von "Heizung" bis zum "Effizienzbalance"
Das Design der Wärmedissipation löst Hochfrequenzverluste. Die Zunahme der Schaltfrequenz führt zu einem Anstieg des Schaltverlusts von IGBT (proportional zur Frequenz). Ein bestimmtes Unternehmen nimmt ein Kombinationsschema der "Silicon Carbid (SIC) -Geräte+Mikrokanal-Wasserkühlung" an: Der Schaltverlust von SIC-MOSFET ist nur ein Drittel des traditionellen IGBT auf Siliziumbasis. In Kombination mit einem Mikrokanal-Kühlkörper mit einer Durchflussrate von 2 l/min wird der Temperaturanstieg des 50-kHz-Hochfrequenzwechselrichters innerhalb von 40 km kontrolliert, was 50% niedriger ist als das Luftkühlschema.
Die Softwitching -Technologie gleicht Effizienz und Frequenz aus. Herkömmliche Hardschalter erleben einen starken Rückgang der Effizienz bei hohen Frequenzen, während die Technologie "Nullspannungsschalter (ZVS)" eine Resonanzschaltung verwendet, um den Schalttransistor bei Nullspannung zu leisten/zu schalten, wodurch die Schaltverluste beseitigt werden. Nach der Einführung dieser Technologie hielt ein Hochfrequenzrvers eine Umwandlungseffizienz von 99,2% bei einer Häufigkeit von 50 kHz bei, was 1,5 Prozentpunkten über das hart umschaltende Schema entspricht. Die jährliche Stromerzeugung stieg um 30 kW/kW, was einem jährlichen Anstieg von 15000 Yuan für einen einzigen 50 -kW -Wechselrichter entspricht.
Feinstimmige Kontrolle der elektromagnetischen Kompatibilität (EMC). Die durch Hochfrequenzschalter erzeugte elektromagnetische Interferenz (EMI) ist die Hauptherausforderung. Ingenieure haben das PCB-Layout (Verkürzung der Hochfrequenzschaltungslänge auf 5 cm) optimiert und mehrstufige EMI-Filter (Common-Modus+Differential-Modus-Induktivität) angewendet, um sicherzustellen, dass der elektromagnetische Strahlungsniveau des Wechselrichters den EN 61000-6-4-Standard erfüllt. Die Strahlungsintensität im Frequenzband von 30 MHz-1GHz beträgt weniger als 54 dB μ V/m, wodurch Interferenz mit dem Kommunikationssystem des Kraftwerks vermieden wird.
3 Szenarioanpassung: umfassende Eindringen von groß angelegten Kraftwerken bis hin zu verteilten Photovoltaiken
Der Vorteil einer hohen Leistungsdichte in Bodenkraftwerken. Ein 1-GW-Photovoltaik-Kraftwerk in der inneren Mongolei nimmt 1500-V-Hochfrequenz-Saiten-Wechselrichter mit einer einzigen Kapazität von 125 kW an, wodurch die Anzahl der Geräte um 52% im Vergleich zu herkömmlichen 60-kW-Modellen verringert wird. Er spart 30% der Kabelverwendung und verkürzt die Bauzeit des Kraftwerks um 15 Tage. Das kompakte Design (ein Gebiet von 0,5 Quadratmeter pro Einheit) reduziert den Platz im Wechselrichterraum um 60% und senkt die Kosten für die Bauingenieurwesen.
Die "flexible Installation" -Funktion verteilter Photovoltaik. Haushalts- und kommerzielle verteilte Szenarien legen stärker auf die Kompaktheit und einfache Verwendung von Wechselrichtern. Der hochfrequente 3-kW-Haushaltswechselrichter verfügt über ein Volumen, das nur ein Drittel der herkömmlichen Modelle entspricht und direkt an der Wand montiert werden kann, ohne dass ein dedizierter Computerraum erforderlich ist. Der "Micro High-Frequency Wechselrichter" einer bestimmten Marke ist sogar auf der Rückseite der Photovoltaikmodule (BIPV) integriert, um "Plug and Play" zu erreichen und die Installationszeit von 2 Stunden auf 30 Minuten zu verkürzen.
Mit dem Rückgang der Kosten für SIC-Geräte und der Reife von Hochfrequenztopologien wird die Häufigkeit von gitterverbundenen Wechselrichtern in Richtung 100 kHz bewegen, und die Stromdichte wird voraussichtlich 5 kW/l überschreiten, wobei sich eine Effizienz 99,5%nähert. Diese "Hochfrequenz" -Revolution verbessert nicht nur die technischen Parameter, sondern fördert auch die Verschiebung von Photovoltaik-Kraftwerken von "umfangreicher Konstruktion" zu "raffinierter Betrieb", wodurch eine Hardware-Grundlage für die erschwingliche Netzverbindung neuer Energie und die Beschleunigung des Prozesses der Energieveränderung liefert.