Netzgekoppelte Photovoltaik-Wechselrichter sind wesentliche Schlüsselkomponenten in Photovoltaik-Stromerzeugungssystemen und werden hauptsächlich als dedizierte Wechselrichter-Stromquellen im Bereich der solaren Photovoltaik-Stromerzeugung eingesetzt. Netzgekoppelte Wechselrichter wandeln den von Solarmodulen erzeugten Wechselstrom in Wechselstrom um, der mithilfe der leistungselektronischen Umwandlungstechnologie direkt an das Stromnetz angeschlossen werden kann. Erfahren Sie mehr über das Funktionsprinzip von netzgekoppelten Photovoltaik-Wechselrichtern und ihre Rolle in Photovoltaik-Stromerzeugungssystemen.
1 Funktionsprinzip eines netzgekoppelten Photovoltaik-Wechselrichters
Wenn das öffentliche Stromnetz unterbrochen wird, kommt es auf der Netzseite zu einem Kurzschlusszustand, und der an das Netz angeschlossene Wechselrichter schützt sich automatisch vor Überlastung. Wenn der Mikroprozessor eine Überlastung erkennt, blockiert er nicht nur das SPWM-Signal, sondern schaltet auch den mit dem Netz verbundenen Leistungsschalter ab. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Solarzellenfeld Energie abgibt, arbeitet der Wechselrichter in einem separaten Betriebszustand. Im Einzelbetrieb ist die Steuerung relativ einfach, da es sich um den Gegenkopplungszustand der Wechselspannung handelt. Der Mikroprozessor erkennt die Ausgangsspannung des Wechselrichters, vergleicht sie mit der Referenzspannung (normalerweise 220 V) und steuert dann den Arbeitszyklus des PWM-Ausgangs, um den Wechselrichter- und Spannungsregelungsbetrieb zu erreichen.
Voraussetzung für den autarken Betrieb ist natürlich, dass die Solarzellenanlage zu diesem Zeitpunkt ausreichend Strom liefern kann. Wenn die Last zu groß ist oder die Sonneneinstrahlung schlecht ist, kann der Wechselrichter nicht genügend Leistung abgeben und die Klemmenspannung des Solarzellenfelds sinkt, was zu einem Rückgang der Ausgangs-Wechselspannung führt und in einen Niederspannungsschutzzustand übergeht. Wenn das Stromnetz die Versorgung wieder aufnimmt, wechselt es automatisch in den Rückspeisezustand.
2 Die Rolle von netzgekoppelten Photovoltaik-Wechselrichtern
Wechselrichter haben nicht nur die Funktion der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, sondern auch die Funktion, die Leistung von Solarzellen zu maximieren und Systemfehler zu schützen. Zusammenfassend gibt es automatische Betriebs- und Abschaltfunktionen, eine Funktion zur Steuerung der Maximalleistungsverfolgung, eine Anti-Isolierungs-Betriebsfunktion (für netzgekoppelte Systeme), eine automatische Spannungsanpassungsfunktion (für netzgekoppelte Systeme), eine DC-Erkennungsfunktion (für netzgekoppelte Systeme) und DC-Erdungserkennungsfunktion (für netzgekoppelte Systeme).
1. Automatische Betriebs- und Abschaltfunktion
Nach Sonnenaufgang am Morgen nimmt die Intensität der Sonneneinstrahlung allmählich zu und entsprechend steigt auch die Leistung der Solarzelle. Wenn die für den Betrieb des Wechselrichters erforderliche Ausgangsleistung erreicht ist, startet der Wechselrichter automatisch den Betrieb. Nach Inbetriebnahme überwacht der Wechselrichter ständig die Leistung der Solarzellenmodule. Solange die Ausgangsleistung der Solarzellenmodule größer ist als die für den Betrieb des Wechselrichters erforderliche Ausgangsleistung, läuft der Wechselrichter weiter; Bis zum Sonnenuntergang kann der Wechselrichter auch an regnerischen Tagen noch betrieben werden. Wenn die Leistung des Solarzellenmoduls abnimmt und die Leistung des Wechselrichters gegen Null geht, wechselt der Wechselrichter in einen Standby-Zustand.
2. Maximale Leistungsverfolgungskontrollfunktion
Die Leistung von Solarzellenmodulen variiert mit der Intensität der Sonneneinstrahlung und der Temperatur des Solarzellenmoduls selbst (Chiptemperatur). Darüber hinaus gibt es aufgrund der Eigenschaft, dass die Spannung bei steigendem Strom bei Solarzellenmodulen abnimmt, einen optimalen Betriebspunkt, der die maximale Leistung erreichen kann. Die Intensität der Sonneneinstrahlung ändert sich ständig und natürlich ändert sich auch der optimale Betriebspunkt. Im Vergleich zu diesen Änderungen erhält das System, indem der Betriebspunkt des Solarzellenmoduls auf dem maximalen Leistungspunkt gehalten wird, immer die maximale Leistungsabgabe vom Solarzellenmodul, und diese Steuerung wird als Maximum-Power-Tracking-Steuerung bezeichnet. Das größte Merkmal von Wechselrichtern, die in Solarstromerzeugungssystemen verwendet werden, ist die Integration der MPPT-Funktion (Maximum Power Point Tracking).
3. Netzerkennungs- und Netzanschlussfunktion
Vor der netzgekoppelten Stromerzeugung muss der netzgekoppelte Wechselrichter Strom aus dem Netz entnehmen, die Spannung, Frequenz, Phasenfolge und andere Parameter der Netzstromübertragung erkennen und dann die Parameter seiner eigenen Stromerzeugung anpassen, um sie an die Stromerzeugung anzupassen elektrische Netzparameter. Danach kann die netzgekoppelte Stromerzeugung abgeschlossen werden.
4. Nullspannungs-Ride-Through-Funktion (Niederspannung).
Wenn Unfälle oder Störungen im Stromnetz zu einem vorübergehenden Spannungsabfall am Netzanschlusspunkt eines Photovoltaik-Kraftwerks führen, kann das Photovoltaik-Kraftwerk innerhalb eines bestimmten Bereichs und Zeitintervalls des Spannungsabfalls einen kontinuierlichen Betrieb ohne Unterbrechung gewährleisten.
5. Erkennung und Kontrolle des Inseleffekts
Während der normalen Stromerzeugung ist die netzgekoppelte Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage mit dem Stromnetz verbunden und liefert Wirkleistung an das Netz. Wenn jedoch das Stromnetz ausfällt, kann das mit dem Photovoltaiknetz verbundene Stromerzeugungssystem weiterhin arbeiten und unabhängig von lokalen Lasten betrieben werden, ein Phänomen, das als Inseleffekt bekannt ist. Wenn bei Wechselrichtern Inselbildung auftritt, stellt sie ein großes Sicherheitsrisiko für die persönliche Sicherheit, den Netzbetrieb und den Wechselrichter selbst dar. Daher schreibt die Netzanschlussnorm für Wechselrichter vor, dass netzgekoppelte Photovoltaik-Wechselrichter über Funktionen zur Inselnetzerkennung und -steuerung verfügen müssen.