Systemy solarne są również wspierane przez inwertery do konwersji prądu stałego generowanego przez panele słoneczne na prąd przemienny. Systemy solarne potrzebują inwertera słonecznego, aby działać wydajnie w połączeniu z siecią lub bez niej. Dzisiaj poznamy inwerter sieciowy, jego cenę i sposoby podłączania go do sieci. Ale przedtem zaczniemy od zasady działania inwertera sieciowego.
Czym jest falownik sieciowy i jaką pełni funkcję?
Jest to element elektroniczny służący do pozyskiwania energii słonecznej przez systemy paneli słonecznych. Falownik GTI, czyli inwerter sieciowy, jest podłączony do paneli słonecznych w celu przekształcenia prądu stałego (DC) generowanego przez panele słoneczne w prąd przemienny (AC). System sieciowy działa bez akumulatorów, a inwertery sieciowe mogą być stosowane w panelach słonecznych, turbinach wiatrowych i elektrowniach wodnych.
Falowniki podłączone do sieci mogą odpowiednio konwertować prąd na częstotliwość sieci energetycznej od 60 Hz do 50 Hz powszechnie stosowaną w lokalnych generatorach elektrycznych. GTI pobiera zmienne nieregulowane napięcie z zestawu paneli słonecznych, aby przetworzyć je na prąd przemienny zsynchronizowany z siecią. Jednak gdy sieć jest wyłączona, GTI powinien automatycznie zatrzymać dopływ prądu do linii energetycznych.
Jaka jest zasada działania inwertera sieciowego?
Zanim poznasz zasadę działania falownika sieciowego, musisz zrozumieć jego obwód . Kondensatory (C), diody (D), cewki (L), transformatory (T) i tranzystory MOSFET (Q) to elementy jego obwodu. Cały proces konwersji składa się z trzech etapów. Falownik sieciowy musi zsynchronizować swoją częstotliwość, amplitudę i przebieg z siecią energetyczną oraz dostarczyć do obciążenia prąd sinusoidalny.
Uwaga: Falownik podłączony do sieci będzie przeciążony, jeśli napięcie wyjściowe (Volt) będzie wyższe niż napięcie sieciowe. Jeśli będzie niższe, GTI może je obniżyć zamiast pobierać.
Etap 1st
W tym momencie prąd stały (DC) jest przekształcany na prąd przemienny (AC) o częstotliwości 60 Hz. Napięcie wejściowe jest początkowo podwyższane przez przetwornicę podwyższającą napięcie, składającą się z kondensatora C2, tranzystora MOSFET Q1, cewki indukcyjnej L1 i diody D1. Jedna z wejściowych szyn prądu stałego powinna być uziemiona w przypadku instalacji fotowoltaicznej o napięciu powyżej 50 V. Teoretycznie, każda z dwóch szyn może być podłączona do masy, zazwyczaj do bieguna ujemnego.
Przewody wyjściowe prądu przemiennego w konfiguracjach współpracujących z siecią powinny być izolowane od prądu stałego w przypadku, gdy wejściowy prąd stały ma przewodzenie do ziemi.
2nd etap
Uzyskany prąd przemienny jest następnie konwertowany do wymaganego poziomu za pomocą transformatora podwyższającego napięcie o niskiej częstotliwości. Jest to stopień przetwornicy DC-DC z modulacją szerokości impulsu, zasadniczo mostek H, z przetwornicą izolującą. Stopień ten składa się z kondensatora C3, tranzystorów Q2-Q5 (MOSFET), transformatora T1, cewki L2 i diody D2-D5. Półmostek lub przetwornica w kierunku przewodzenia może być również stosowana dla poziomów mocy poniżej 1000 watów.
Przewód prądu stałego (DC) do wyjściowego falownika prądu przemiennego jest podłączony do sieci, a jego wartość musi być wyższa niż szczytowe napięcie prądu przemiennego . Na przykład, dla napięcia 120 V AC, napięcie prądu stałego (VDC) powinno wynosić >120° ≤2 = 168 V, zazwyczaj między 180 V a 200 V, a dla napięcia 240 V AC wymagane będzie napięcie 350–400 V DC. To kolejny ważny krok w zasadzie działania falownika podłączonego do sieci.
Transformatory niskiej częstotliwości (LF) są również stosowane w niektórych komercyjnych modelach inwerterów w stopniu wyjściowym zamiast transformatora wysokiej częstotliwości w sekcji DC-DC. W tej metodzie wejście jest konwertowane na 60 Hz AC, a transformator zmienia je na wymagane poziomy, zapewniając jednocześnie izolację.
Uwaga: Przewodników z układów fotowoltaicznych o konstrukcji nieizolowanej nie można połączyć z ziemią.
Jednakże, w przypadku podwyższenia napięcia T1 (transformatora), stopień konwertowany (pierwszy stopień) może zostać pominięty . Może to jednak prowadzić do dużej indukcyjności upływu, co skutkuje skokami napięcia na prostownikach i tranzystorach polowych (FET) oraz innymi niepożądanymi efektami. Dzieje się tak głównie w systemach beztransformatorowych.
Etap 3rd
Obejmuje on kolejną konwersję pozostałej części prądu przemiennego na wyjście drugiego stopnia. W tym stopniu, kolejny pełny mostek jest używany do konwersji prądu stałego na prąd przemienny. Tranzystory IGBT Q6-Q9 (MOSFET), kondensator C4 i cewka L3. Tranzystor MOSFET w tym stopniu działa jako przełączniki elektroniczne pracujące w trybie PWM (modulacji szerokości impulsu). W tej topografii wymagane są antyrównoległe diody gaszące, które zapewniają alternatywną ścieżkę dla prądu, gdy przełączniki są wyłączone. Do cewki L3 (cewki) można przyłożyć potencjał dodatni, ujemny lub zerowy, stosując różne przełączniki w mostku H. Następnie wyjściowy filtr LC redukuje harmoniczne o wysokiej częstotliwości, generując falę sinusoidalną.
- Dodatkowy induktor: Obwody powinny umożliwiać ograniczony przepływ prądu do obciążeń i z powrotem do linii. GTE działa jako źródło sterowane prądem, a nie źródło napięcia, ponieważ siatka działa jako źródło o bardzo dużej impedancji. L-Grid (dodatkowa cewka sprzęgająca) jest używana między GTE a liniami głównymi w celu pochłaniania dodatkowego napięcia AC, co dodatkowo zmniejsza harmoniczne prądu generowane przez modulację szerokości impulsu (PWM).
Uwaga : Wprowadzenie dodatkowych biegunów do pętli prądowej może wiązać się z ryzykiem niestabilności systemu.
Przeczytaj także: Zrozumienie zasady działania systemu solarnego poza siecią
Jakie komponenty są niezbędne do zainstalowania falownika podłączonego do sieci?
Po zapoznaniu się z zasadą działania inwertera sieciowego zapoznaj się z jego komponentami. Ponieważ inwertery sieciowe są łatwe w instalacji i konserwacji, wymagają minimalnego sprzętu i przeciętnej konserwacji. Poniżej przedstawiono kilka komponentów i okablowania potrzebnych na miejscu podczas instalacji GTI.
1. Izolatory
Są to kluczowe elementy elektroniczne stosowane w inwerterach słonecznych, gdyż umożliwiają komunikację między obwodami sterującymi wrażliwymi na niskie napięcie (mikrokontrolerami) i elementami wysokiego napięcia (tranzystorami mocy).
Zobacz także : 8 najlepszych falowników o mocy 3000 W
2. Miernik netto
Jest to system śledzenia, który monitoruje wymianę energii między domem a główną siecią energetyczną. Oblicza i przypisuje właścicielom systemów paneli słonecznych energię elektryczną dostarczoną do sieci z ich systemu zasilania słonecznego.
3. Jednostka ochrony
Falowniki podłączone do sieci posiadają zabezpieczenie przed pracą wyspową oraz inne wbudowane funkcje zabezpieczające. Jednak dodanie urządzeń zabezpieczających, takich jak regulatory ładowania, wyłączniki bezpieczeństwa i okablowanie, tworzy dodatkową warstwę w całym systemie.
4. Panele słoneczne
Są to najważniejsze elementy, ponieważ inwertery działają poprzez zamianę prądu stałego generowanego przez panele słoneczne na prąd zmienny, który nadaje się do zasilania urządzeń.
5. Okablowanie
Wymagane jest prawidłowe okablowanie z podłączeniem do paneli słonecznych, głównego panelu elektrycznego i licznika netto. Długość, szerokość i jakość przewodu powinny być optymalne do celu, w jakim są używane. Następnie zobaczmy, jak podłączyć inwerter sieciowy do sieci.
Zobacz także: Jak podłączyć falownik o mocy 5000 W?
Jak podłączyć falownik sieciowy do sieci?
Zanim podłączysz inwerter sieciowy do sieci, musisz zrozumieć kilka rzeczy.
1. Częstotliwość
Częstotliwość sieci zasilającej jest ściśle ustalona na poziomie 50 Hz, choć może się ona nieznacznie zmieniać, zazwyczaj mieści się w przedziale od 49.9 do 50.1 Hz.
2. Średnia kwadratowa
Jest to wartość skuteczna napięcia sygnału 50 Hz , a rzeczywisty sygnał sięga 325 V. Jest to istotne, ponieważ podczas podłączania falownika wytwarzane są tak wysokie temperatury , że prąd przepływa przez wtyczki. Falownik sieciowy to nie tylko zasada działania, ale także dogłębne poznanie tych czynników.
3. Spadki napięcia
Wtyczki w domu otrzymują zmienne napięcie. Dzieje się tak z powodu spadku napięcia na rezystancji złączy, bezpieczników, transformatorów i przewodów, a także innych elementów obwodu. Podczas wyłączania/włączania dużych obciążeń w pobliżu, zauważysz nagłe wahania i zmiany. Napięcie w sieci zasilającej jest znacznie bardziej zmienne, na przykład w niektórych lokalizacjach powinno wynosić 230 V z tolerancją +10%/-6%.
Przeczytaj także: Czy potrzebuję bezpiecznika między akumulatorem a falownikiem
4. Sinusoidal
Dostarczony sygnał powinien mieć ładną i czystą falę sinusoidalną , ale w pewnych punktach cyklu sinusoidalnego niektóre urządzenia nieliniowe pobierają moc z pewnych punktów. Wprowadza to zniekształcenia, przez co sygnał nie jest idealnie sinusoidalny. Komputery, świetlówki, odkurzacze i inne urządzenia stanowią obciążenie nieliniowe. Aby podłączyć falownik do sieci, konieczne jest utrzymanie fali sinusoidalnej.
Odpowiedź na pytanie, jak podłączyć falownik sieciowy do sieci, brzmi: należy pamiętać, że częstotliwość, amplituda i faza źródła zasilania lub falownika powinny być zsynchronizowane. Ponadto falownik powinien dostarczać prąd sinusoidalny do obciążenia. W przeciwnym razie może nie wykryć, czy napięcie wyjściowe jest wysokie, czy niskie, co może być problematyczne. Pomiędzy systemem a siecią powinna znajdować się dodatkowa cewka sprzęgająca L-siatka, która absorbuje dodatkowe napięcie prądu przemiennego. Należy zachować odległość około 500 milimetrów między falownikiem a ścianą górną i dolną, a także między dwoma falownikami.
Tutaj opisałem kroki dotyczące podłączenia. Falownik sieciowy, o którym mowa w tym punkcie, to Luminous Grid Tie Inverter, ale większość falowników ma podobne kroki.
Krok 1: Zacznij od wyłączenia zasilania głównego. Wyłącz wyłącznik nadprądowy prądu przemiennego (MCB) w skrzynce rozdzielczej prądu przemiennego.
Krok 2 : Następnie podłącz przewód wyjściowy z falownika do skrzynki rozdzielczej prądu przemiennego. Pamiętaj o zasadzie działania falownika podłączonego do sieci podczas podłączania.
Krok 3 : Podłącz przewód wyjściowy z puszki rozdzielczej prądu przemiennego do puszki MCB prądu przemiennego
Krok 4 : Teraz połączenie skrzynki MCB prądu zmiennego z licznikiem netto, a także z różnymi urządzeniami w domu zostanie nawiązane automatycznie.
Uwaga: Do tego typu prac zaleca się zatrudnienie techników i elektryków.
Zobacz także: Jak działa falownik hybrydowy?
Jaka jest cena falownika sieciowego?
Cena inwertera sieciowego zależy od jego mocy i faz, a także od wybranego typu inwertera sieciowego. Zazwyczaj może być konieczne wydać około 911 dolarów lub więcej dla inwertera sieciowego. Jednak inwertery są zazwyczaj dostarczane jako część systemów zasilania słonecznego i mogą stanowić około 20% kosztów całego systemu. Wiedza o cenie po zapoznaniu się z zasadą działania inwertera sieciowego jest jednak przydatna.
Przeczytaj także: Czy można łączyć falowniki szeregowo?
Jakie są rodzaje inwerterów podłączonych do sieci?
Po zapoznaniu się z inwerterami podłączonymi do sieci, przyjrzyj się dostępnym typom.
1. Falowniki centralne: Działają podobnie do falowników szeregowych, ale charakteryzują się dużym zakresem mocy. Są odporne na działanie czynników środowiskowych i nadają się do dużych farm słonecznych.
2. Mikrometry : Są to najnowsze, zaawansowane technologicznie urządzenia, które przetwarzają prąd stały na prąd przemienny bezpośrednio z tyłu paneli słonecznych. Nie są podłączone do żadnych łańcuchów, dzięki czemu panele nie są zacieniane. Mikrometry oferują indywidualne systemy monitorowania i można je rozbudowywać w zależności od potrzeb. Najlepiej sprawdzają się w rozwiązaniach o ograniczonej przestrzeni, ale są drogie.
3. Optymalizatory mocy : Są one również przymocowane do tylnej części paneli słonecznych i działają jak mikrometry. Zapewniają one monitorowanie wydajności na poziomie systemu oraz poszczególnych paneli. Optymalizatory mocy są tańsze niż mikrometry.
4. Falowniki szeregowe : Są to najpopularniejsze typy falowników podłączonych do sieci. Falowniki szeregowe są połączone szeregowo , a funkcją każdego z nich jest zamiana prądu stałego (DC) na prąd przemienny (AC). Falowniki te są niezawodne i niedrogie, a ich zastosowanie jest szczególnie korzystne w zastosowaniach komercyjnych i małych gospodarstwach domowych.
Więc dzisiaj dowiedziałeś się o zasadzie działania inwertera sieciowego, co chyba było dość interesujące. Biorąc pod uwagę komponenty używane w inwerterach sieciowych, ich cena może być ustalona, ale może się różnić w zależności od miejsca, producenta i marki, a także innych czynników. Jak podłączyć inwerter sieciowy do sieci? Odpowiedź na to pytanie jest prosta, wystarczy wykonać kroki wymienione powyżej, ale nadal nie zalecamy samodzielnej instalacji.
Polecane: Czy falownik hybrydowy może działać bez akumulatora?
