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Panels Photovoltaische Solarenergie

Wechselrichter

Wechselrichter

Ein Wechselrichter ist ein elektronisches Gerät. Die Funktion des Wechselrichters besteht darin, eine Gleichstromeingangsspannung in eine symmetrische Wechselstromausgangsspannung mit der vom Benutzer gewünschten Größe und Frequenz umzuwandeln.

Wechselrichter werden auch als Inverter und Drehrichter.

In den Anfängen der Photovoltaik-Solarenergie verwendeten Elektrifizierungsanlagen Strom zum Verbrauch mit der gleichen Spannung und auf die gleiche Weise, wie sie ihn von Photovoltaik-Solarmodulen und -Akkumulatoren erhalten hatten, dh bei 12, 24, 48 Volt Gleichstrom. Dies machte einen großen Unterschied bei Benutzern, die ein elektrisches Verteilungsnetz oder Generatoren mit 220 VoltWechselstrom hatten.

Warum sind Wechselrichter notwendig?

Der Gerätemarkt hat sich an die meisten Benutzer angepasst und wir können jedes Gerät mit 220 VoltWechselstrom finden . Daher ist es schwieriger, zuverlässige, qualitativ hochwertige und kostengünstige Geräte zu erhalten, die mit niedriger Spannung und Gleichstrom betrieben werden.

Daher ist eine Ausrüstung erforderlich, um Gleichströme mit niedrigen Spannungswerten in Wechselströme mit Spannungswerten von 220 Volt umzuwandeln. Dies sind Wechselrichter (auch Wechselrichter oder Umrichter genannt).

Die Gleichstrom- / Wechselstromwandler (Wechselrichter, Wechselrichter) ermöglichen die Umwandlung der von den Solarmodulen erzeugten und in der Batterie gespeicherten 12, 24, 48 Volt Gleichstrom in Wechselstrom von 125 oder 220 V (derzeit 230 V). wie die, die normalerweise an Orten verwendet wird, an denen sich das herkömmliche Stromnetz befindet.

Wie funktioniert ein Wechselrichter?

Ein einfacher Wechselrichter besteht aus einem Oszillator, der einen Transistor steuert, mit dem der eingehende Strom unterbrochen und eine Rechteckwelle erzeugt wird .

Diese rechteckige Welle speist einen Transformator, der seine Form glättet , so dass er ein bisschen mehr wie eine Sinuswelle aussieht und die erforderliche Ausgangsspannung erzeugt. Die Spannungsausgangswellenform eines idealen Wechselrichters sollte sinusförmig sein . Eine gute Technik, um dies zu erreichen, ist die Verwendung der PWM-Technik, wodurch die sinusförmige Hauptkomponente viel größer als die höheren Harmonischen wird.

Die von diesen Geräten erzeugte Rechteckwellenform hat das Problem, reich an höheren Harmonischen zu sein, während die Sinuswelle des elektrischen Netzwerks diese nicht aufweist. Dies impliziert einen geringeren Wirkungsgrad der motorisierten Ausrüstung, größere akustische und elektrische Geräusche sowie schwerwiegende Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit.

Arten von Investoren

Sie können grob in zwei Typen eingeteilt werden:

  • einphasige Wechselrichter
  • dreiphasige Wechselrichter.

Wie sind moderne Konverter?

Die modernsten Investoren haben begonnen, fortschrittlichere Formen von Transistoren oder ähnlichen Vorrichtungen wie Thyristoren, Triacs oder IGBTs zu verwenden.

Die effizientesten Wechselrichter verwenden verschiedene elektronische Geräte , um zu einer Welle zu gelangen, die eine Sinuswelle am Eingang des Transformators vernünftigerweise simuliert, anstatt sich darauf zu verlassen, um die Welle zu glätten. 

Eine elektronische Schaltung erzeugt mittels Pulsweitenmodulation (PAM) eine Stufenspannung so nah wie möglich an einer Sinuswelle. Das als modifizierte Sinuswelle bezeichnete Signal wird durch Kondensatoren und Induktivitäten ausgeglichen 

Kondensatoren und Induktivitäten können verwendet werden, um den Stromfluss zum und vom Transformator zu glätten. Diese Elemente werden am Ein- und Ausgang des Transformators platziert, um Oberschwingungen zu unterdrücken.

Darüber hinaus ist es möglich, eine sogenannte "modifizierte Sinuswelle" zu erzeugen, die aus drei Punkten erzeugt wird: einem positiven, einem negativen und einem Massepunkt. Eine Logikschaltung ist dafür verantwortlich, die Transistoren so zu aktivieren, dass sie sich ordnungsgemäß abwechseln.

Modifizierte Sinuswechselrichter können dazu führen, dass bestimmte Lasten weniger effizient arbeiten. Zum Beispiel Elektromotoren.

Wie sind die fortschrittlichsten Wechselrichter?

Die fortschrittlichsten Wechselrichter verwenden eine Pulsweitenmodulation mit einer viel höheren Trägerfrequenz , um näher an die Sinuswellen- oder Raumvektormodulationen heranzukommen und die harmonische Verzerrung des Ausgangs zu verbessern. Die Welle kann auch vorverzerrt werden, um den Leistungsfaktor zu verbessern.

Das System kann zurückgeführt werden, um eine stabile Ausgangsspannung bereitzustellen, wenn sich die Eingangsspannung ändert. Für beide Modulationsarten wird die Signalqualität durch die Anzahl der verwendeten Bits bestimmt. Es erstreckt sich von mindestens 3 Bit bis maximal 12 Bit und kann die Sinuskurve sehr gut beschreiben.

Elektromotoren

Bei asynchronen Elektromotoren und insbesondere bei synchronen Elektromotoren steht die Drehzahl in direktem Zusammenhang mit der Frequenz der Versorgungsspannung.

Wo in der Industrie erforderlich, um die Drehzahl eines Motors zu variieren, werden Wechselstrom- und Wechselstromwechselrichter verwendet. In diesen Systemen wird die Eingangsspannung zuerst durch einen Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt und durch Kondensatoren ausgeglichen und dann an den Inversionsabschnitt angelegt. In der Tat ist dies daher ein "Wechselrichter-Gleichrichter" -System, selbst wenn sie nur als "Wechselrichter" (dh nur "Wechselrichter") bekannt sind.

Der Zweck dieser Doppeloperation besteht nur darin, die gewünschte Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Intervalls zu ändern, und das Vorhandensein eines Transformators ist nicht erforderlich, da es nicht erforderlich ist, den Wert der Ausgangsspannung zu variieren, der gleich der Eingangsspannung bleibt.

Die Ausgangsfrequenz wird im einfachsten Fall durch ein analoges Signal bestimmt, das dem Wechselrichter zugeführt wird, beispielsweise durch ein Potentiometer oder durch ein digitales Signal, das von einer SPS gesendet wird.

Was sind die Vor- und Nachteile von Stromrichtern?

Die Vorteile elektrischer Energie in Form von Wechselstrom sind vielfältig:

  • Es ist die Art von Strom, die weltweit verwendet wird und daher einen Punkt der Normalität ergibt.
  • Es erleichtert den Kauf von Haushaltsgeräten, um Zugang zu den effizientesten zu erhalten.
  • Es ermöglicht die Aufrechterhaltung stabiler Spannungs- und Wellenformwerte trotz der Variabilität des Ladezustands der Batterien.
  • Die Tatsache, mit höheren Spannungen zu arbeiten (220 V sind 18 mal 12 V), ermöglicht das Arbeiten mit niedrigen elektrischen Strömen und daher können dünnere Leiter, übliche elektrische Schutzvorrichtungen verwendet und Verluste minimiert werden.

Nicht alle sind Vorteile, sie haben auch einige Nachteile:

  • Die Installation besteht aus einem weiteren Element, dem Konverter. Daher nimmt die Zuverlässigkeit des Systems ab.
  • Der Wandler hat elektrische Verluste zu kompensieren, indem er mehr Strom für die Module erzeugt (5%).
  • In kleinen Installationen kann der Konverter einen wichtigen Teil des Budgets darstellen. Bei einer Installation von etwa 100 Wp Modulleistung kann ein 250-W-Wandler beispielsweise 20% der Gesamtkosten ausmachen.

Welche Eigenschaften müssen bei einem Wechselrichter berücksichtigt werden?

Hauptmerkmale, die einen Konverter definieren

  • Eingangsspannung (VDC): Dieser Wert muss dem des Akkumulators (12, 24, 48 V) entsprechen.
  • Ausgangsspannung (Vac): Dieser Wert muss normalisiert werden (230 VAC).
  • Ausgangs- / Eingangsspannungsstabilität: Variationen von bis zu 10% für Rechteckwandler und 5% für Sinuswandler werden unterstützt. Dies sind Werte, die die Normen für die Spannung herkömmlicher elektrischer Netze unabhängig von der vom Verbrauch benötigten Leistung zulassen. Andererseits darf bei Installationen mit Akkumulatoren die Eingangsspannung nicht größer als 125% und nicht kleiner als 85% der nominalen Eingangsspannung des Wandlers sein.
  • Wave - Typ : zur Zeit müssen Anleger ein Typ - Format mit einer Standard - AC reiner Sinuswelle vor.
  • Überlastfähigkeit (Spitzenleistungen) und Wärmeschutz : Sehr nützlich bei Installationen mit Motoren, da Sie zum Zeitpunkt des Starts die für den Nennbetrieb erforderliche Leistung verdoppeln können, allerdings nur für einige Sekunden. Es ist zu beachten, dass jeder Motor beim Starten einen Strom ziehen kann, der bis zum Fünffachen des Nennstroms beträgt und in der Regel ungefähr dreimal so hoch ist.
  • Die Energieeffizienz oder Leistung des Wandlers ist das Verhältnis zwischen der vom Wandler gelieferten Energie zum Wechselstromverbrauch und der von diesem Eingangswandler (von der Batterie) benötigten Energie. Wenn der für eine bestimmte Leistung ausgelegte Wandler in einem Bruchteil dieser Leistung arbeitet, sinkt die Leistung. Ein Sinuswandler muss einen Wirkungsgrad von 70% bei 20% der Nennleistung und 85% bei einer Leistung von mehr als 40% der Nennleistung verlangen.
  • Automatischer Start und Standby-Zustand : Damit können die Leistungsteile desselben Wandlers ohne Verbrauch getrennt und wieder angeschlossen werden, wenn ein Energiebedarf über einem zuvor festgelegten Schwellenwert festgestellt wird.
  • Schutz gegen Polaritätsumkehr und Kurzschlüsse : Grundlegende Optionen angesichts der Möglichkeit von Fehlern oder Fehlfunktionen der Verbraucherkreise, die während der Lebensdauer des Umrichters hoch sind.
  • Geringe harmonische Verzerrung : Parameter in Bezug auf die Qualität der erzeugten Welle. Oberschwingungen werden normalerweise durch Filter entfernt, auch wenn dies zu Verlusten führt. Die Frequenzänderung der Ausgangsspannung beträgt weniger als 3% des Nennwerts.
  • Möglichkeit der parallelen Kombination : Dies ermöglicht ein mögliches Wachstum der Anlage und des Stromverbrauchs.
  • Gutes Verhalten bei Temperaturschwankungen : Betriebsspanne zwischen -5 ° C und 40 ° C.
  • Genug technische Dokumentation . Es ist mindestens erforderlich:
    • Eingangs- und Ausgangsarbeitsspannung.
    • Nennspannung.
    • Nennfrequenz und Verzerrungsfaktor.
    • Ausgangswellenform.
    • Zulässiger Arbeitstemperaturbereich.
    • Leistung abhängig von der benötigten Leistung.
    • Überlastung, die widersteht.
    • Kurzschlusswiderstand.
    • Leistungsfaktor.

Photovoltaik-Wechselrichter für Netzeinspeisung

Photovoltaik-Wechselrichter für den Eingang in das Stromnetz sind ein besonderer Wechselrichtertyp, der speziell zur Umwandlung elektrischer Energie in Form von Gleichstrom, der von einem Photovoltaikmodul erzeugt wird, in Wechselstrom umgewandelt wird , der direkt in das Stromnetz eingespeist wird . Die Stromabgabe des Solarmoduls erfolgt zunächst in Form von Gleichstrom.

Was ist der MPPT?

Das MPPT ist eine zusätzliche Funktion, die dieser Wechselrichtertyp bietet. Das MPPT verwendet spezielle Software- und Hardwaresteuerungssysteme, mit denen die bei allen Wetterbedingungen maximal verfügbare Leistung aus den Solarmodulen entnommen werden kann.

Photovoltaik-Module haben tatsächlich eine Spannungs- / Intensitätskennlinie, so dass es einen optimalen Arbeitspunkt gibt, der als maximaler Leistungspunkt bezeichnet wird und an dem es möglich ist, die maximal verfügbare Leistung zu extrahieren.

Dieser charakteristische Punkt variiert kontinuierlich entsprechend der Sonneneinstrahlung, die auf die Oberfläche der Photovoltaikzellen trifft. Es ist klar, dass ein Wechselrichter, der an diesem Punkt "eingehakt" bleiben kann, unter allen Bedingungen immer die maximal verfügbare Leistung erhält.

Es gibt verschiedene Techniken zur Implementierung der MPPT-Funktion, die sich hinsichtlich der dynamischen Leistung (Einschwingzeit) und der Präzision unterscheiden. Obwohl die Genauigkeit des MPPT äußerst wichtig ist, ist die Einschwingzeit in einigen Fällen sogar noch länger. Während alle Wechselrichterhersteller im MPPT eine hohe Präzision erzielen können (normalerweise zwischen 99 und 99,6% des maximal verfügbaren Maximums), können nur wenige Präzision bei hoher Geschwindigkeit kombinieren.

Tatsächlich treten an Tagen mit variabler Wolkendecke große und plötzliche Änderungen der Sonnenenergie auf . Es ist sehr üblich, Abweichungen von 100 Watt / m² bis 1000-1200 Watt / m² in weniger als 2 Sekunden zu erkennen. Unter diesen sehr häufigen Bedingungen kann ein Wechselrichter mit Einschwingzeiten von weniger als 5 Sekunden bis zu 5% -10% mehr Energie produzieren als ein langsamer.

Einige PV-Wechselrichter sind mit modularen Leistungsstufen ausgestattet, andere sogar mit einem MPPT für jede Leistungsstufe. Auf diese Weise lassen Hersteller das Engineering-System frei, um den unabhängigen Master / Slave- oder MPPT-Betrieb zu konfigurieren.

Die Verwendung unabhängiger MPPTs bietet einen objektiven Vorteil unter ungleichmäßigen Bestrahlungsbedingungen. Tatsächlich ist es nicht ungewöhnlich, dass die Oberfläche von Sonnenkollektoren auf unterschiedliche Weise der Sonne ausgesetzt ist. Dies liegt daran, dass es auf zwei verschiedenen Ebenen der Decke organisiert ist, da die Module nicht in Ketten gleicher Länge verteilt sind oder aufgrund der teilweisen Verschattung derselben Module. In diesem Fall würde die Verwendung eines einzelnen MPPT dazu führen, dass der Wechselrichter außerhalb des Punktes maximaler Leistung arbeitet, und folglich würde die Energieerzeugung beschädigt.

Netzwerkschnittstelle

Ein weiteres wichtiges Merkmal eines Photovoltaik-Wechselrichters ist die Netzwerkschnittstelle. Diese Funktion, die in der Regel in die Maschine integriert ist, muss den Anforderungen der Vorschriften der verschiedenen Stromversorgungsunternehmen entsprechen.

Welche Verwendungszwecke und Anwendungen hat ein Wechselrichter?

Wechselrichter verwenden eine Vielzahl von Anwendungen, von kleinen Computer-Netzteilen bis hin zu industriellen Anwendungen zur Steuerung hoher Leistung. Wechselrichter werden auch verwendet, um den von Photovoltaik-Solarmodulen, Akkumulatoren oder Batterien usw. erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln und können so in das Stromnetz eingespeist oder in isolierten elektrischen Anlagen verwendet werden.

Neben den Anwendungen auf dem Gebiet der Photovoltaik-Solarenergie gibt es mehrere Anwendungen des Wechselrichters:

  • Wie wir gesehen haben, ermöglicht die Verwendung von Sonnenkollektoren in der Photovoltaik-Solarenergie die Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung, die zu Hause verwendet oder in das Verteilungsnetz eingespeist werden kann.
  • Bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen wandelt der Wechselrichter die von der Batterie gelieferte Spannung in Wechselstrom um.
  • Bei der Übertragung elektrischer Energie wandelt der Wechselrichter die Energie in Gleichstrom um, der in einigen elektrischen Leitungen übertragen wird, um das Wechselstromnetz zu versorgen.
  • Die Realisierung eines geschalteten Netzteils zur Umwandlung in Gleichstrom mit erheblichen Vorteilen hinsichtlich Effizienz, Größe und Gewicht
  • In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden sie verwendet, um Flugzeugavionik mit hochstabilem Wechselstrom zu versorgen, selbst wenn sie von Batterien versorgt wird (im Falle eines Stromausfalls).
  • Drehzahlschwankung bei Elektromotoren .
    Autor:

    Erscheinungsdatum: 8. April 2016
    Geändert am: 9. April 2020