หลักการทำงานและคุณลักษณะของอินเวอร์เตอร์โฟโตวอลตาอิค

หลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์:

แกนหลักของอุปกรณ์อินเวอร์เตอร์คือวงจรสวิตช์อินเวอร์เตอร์ ซึ่งเรียกสั้นๆ ว่าวงจรอินเวอร์เตอร์ วงจรนี้ทำหน้าที่อินเวอร์เตอร์ให้เสร็จสมบูรณ์โดยการเปิดและปิดสวิตช์ไฟฟ้า

คุณสมบัติ:

(1) ต้องมีประสิทธิภาพสูง

เนื่องจากราคาเซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบันมีราคาสูง เพื่อที่จะใช้ประโยชน์จากเซลล์แสงอาทิตย์ให้เกิดประโยชน์สูงสุดและเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ เราจึงต้องพยายามปรับปรุงประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์

(2) ต้องมีความน่าเชื่อถือสูง

ในปัจจุบัน ระบบสถานีไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ส่วนใหญ่ใช้ในพื้นที่ห่างไกล และสถานีไฟฟ้าหลายแห่งไม่มีการดูแลและบำรุงรักษา ซึ่งต้องใช้อินเวอร์เตอร์ที่มีโครงสร้างวงจรที่เหมาะสม การเลือกส่วนประกอบที่เข้มงวด และต้องใช้อินเวอร์เตอร์ที่มีฟังก์ชันการป้องกันต่างๆ เช่น การป้องกันการกลับขั้วของอินพุต DC การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรเอาต์พุต AC ความร้อนสูงเกินไป การป้องกันการโอเวอร์โหลด ฯลฯ

(3) แรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะต้องมีช่วงการปรับตัวที่กว้างขึ้น

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของเซลล์แสงอาทิตย์จะแตกต่างกันไปตามโหลดและความเข้มของแสงแดด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแบตเตอรี่มีอายุมากขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วจะแตกต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างเช่น สำหรับแบตเตอรี่ 12V แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วอาจแตกต่างกันระหว่าง 10V และ 16V ซึ่งต้องใช้อินเวอร์เตอร์ในการทำงานตามปกติภายในช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุต DC ขนาดใหญ่

การจำแนกประเภทอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์-

มีหลายวิธีในการจำแนกอินเวอร์เตอร์ ตัวอย่างเช่น ตามจำนวนเฟสของเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับโดยอินเวอร์เตอร์ สามารถแบ่งได้เป็นอินเวอร์เตอร์เฟสเดียวและอินเวอร์เตอร์สามเฟส แบ่งเป็นอินเวอร์เตอร์ทรานซิสเตอร์ อินเวอร์เตอร์ไทริสเตอร์ และอินเวอร์เตอร์ไทริสเตอร์ปิด ตามหลักการของวงจรอินเวอร์เตอร์ สามารถแบ่งได้เป็นอินเวอร์เตอร์ออสซิลเลชันแบบกระตุ้นตัวเอง อินเวอร์เตอร์ซูเปอร์โพซิชันคลื่นสเต็ป และอินเวอร์เตอร์มอดูเลชั่นความกว้างพัลส์ ตามการใช้งานในระบบที่เชื่อมต่อกับกริดหรือระบบนอกกริด สามารถแบ่งได้เป็นอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับกริดและอินเวอร์เตอร์นอกกริด เพื่อให้ผู้ใช้ออปโตอิเล็กทรอนิกส์สามารถเลือกอินเวอร์เตอร์ได้ง่ายขึ้น ที่นี่จะจำแนกเฉพาะอินเวอร์เตอร์ตามโอกาสที่เกี่ยวข้องที่แตกต่างกัน

1.อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์

เทคโนโลยีอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์คือการเชื่อมต่อสตริงโฟโตวอลตาอิคขนานหลายสตริงเข้ากับอินพุต DC ของอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ตัวเดียวกัน โดยทั่วไปแล้ว โมดูลพลังงาน IGBT สามเฟสใช้สำหรับพลังงานสูง และทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามใช้สำหรับพลังงานต่ำ DSP แปลงตัวควบคุมเพื่อปรับปรุงคุณภาพของพลังงานที่สร้างขึ้น ทำให้ใกล้เคียงกับกระแสคลื่นไซน์มาก ซึ่งมักใช้ในระบบสำหรับโรงไฟฟ้าโฟโตวอลตาอิคขนาดใหญ่ (>10kW) คุณสมบัติที่ใหญ่ที่สุดคือพลังงานของระบบสูงและต้นทุนต่ำ แต่เนื่องจากแรงดันเอาต์พุตและกระแสของสตริง PV ที่แตกต่างกันมักจะไม่ตรงกันอย่างสมบูรณ์ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสตริง PV ถูกปิดกั้นบางส่วนเนื่องจากเมฆ ร่มเงา คราบ ฯลฯ) จึงใช้อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ การเปลี่ยนแปลงวิธีการจะนำไปสู่การลดลงของประสิทธิภาพของกระบวนการอินเวอร์เตอร์และการลดลงของพลังงานของผู้ใช้ไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน ความน่าเชื่อถือในการผลิตไฟฟ้าของระบบโฟโตวอลตาอิคทั้งหมดได้รับผลกระทบจากสถานะการทำงานที่ไม่ดีของกลุ่มหน่วยโฟโตวอลตาอิค ทิศทางการวิจัยล่าสุดคือ การใช้การควบคุมมอดูเลตเวกเตอร์อวกาศและการพัฒนาการเชื่อมต่อแบบโทโพโลยีใหม่ของอินเวอร์เตอร์เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงภายใต้สภาวะโหลดบางส่วน

2.อินเวอร์เตอร์สตริง

อินเวอร์เตอร์แบบสตริงนั้นใช้แนวคิดแบบโมดูลาร์ โดยสตริง PV แต่ละสตริง (1-5 กิโลวัตต์) จะผ่านอินเวอร์เตอร์ โดยจะมีการติดตามค่าพีคของพลังงานสูงสุดที่ด้าน DC และเชื่อมต่อแบบขนานที่ด้าน AC อินเวอร์เตอร์ที่ได้รับความนิยมสูงสุดในตลาด

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่หลายแห่งใช้อินเวอร์เตอร์แบบสตริง ข้อดีคือไม่ได้รับผลกระทบจากความแตกต่างของโมดูลและการแรเงาของสตริง และในเวลาเดียวกันก็ลดความไม่ตรงกันระหว่างจุดทำงานที่เหมาะสมที่สุดของโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์และอินเวอร์เตอร์ ส่งผลให้การผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ข้อดีทางเทคนิคเหล่านี้ไม่เพียงแต่ลดต้นทุนของระบบเท่านั้น แต่ยังเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบอีกด้วย ในเวลาเดียวกัน แนวคิดของ "มาสเตอร์-สเลฟ" ถูกนำมาใช้ระหว่างสตริง ทำให้ระบบสามารถเชื่อมต่อสตริงพลังงานแสงอาทิตย์หลายกลุ่มเข้าด้วยกันและให้สตริงหนึ่งหรือหลายสตริงทำงานภายใต้เงื่อนไขที่สตริงพลังงานเดียวไม่สามารถทำให้อินเวอร์เตอร์ตัวเดียวทำงานได้ จึงผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้น

แนวคิดล่าสุดคืออินเวอร์เตอร์หลายตัวจะทำงานร่วมกันแทนที่จะใช้แนวคิดแบบ "มาสเตอร์-สเลฟ" ซึ่งทำให้ความน่าเชื่อถือของระบบดีขึ้นไปอีก ในปัจจุบัน อินเวอร์เตอร์แบบสตริงที่ไม่มีหม้อแปลงได้รับความนิยม

3. ไมโครอินเวอร์เตอร์

ในระบบ PV แบบดั้งเดิม ปลายอินพุต DC ของอินเวอร์เตอร์สตริงแต่ละตัวจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมโดยแผงโซลาร์เซลล์ประมาณ 10 แผง เมื่อเชื่อมต่อแผง 10 แผงแบบอนุกรม หากแผงใดแผงหนึ่งไม่ทำงานอย่างถูกต้อง สตริงนี้จะได้รับผลกระทบ หากใช้ MPPT ตัวเดียวกันสำหรับอินพุตหลายตัวของอินเวอร์เตอร์ อินพุตทั้งหมดจะได้รับผลกระทบด้วย ทำให้ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าลดลงอย่างมาก ในการใช้งานจริง ปัจจัยการบดบังต่างๆ เช่น เมฆ ต้นไม้ ปล่องไฟ สัตว์ ฝุ่น น้ำแข็ง และหิมะ จะทำให้เกิดปัจจัยดังกล่าว และสถานการณ์นี้พบได้บ่อยมาก ในระบบ PV ของไมโครอินเวอร์เตอร์ แผงแต่ละแผงจะเชื่อมต่อกับไมโครอินเวอร์เตอร์ เมื่อแผงใดแผงหนึ่งทำงานไม่ถูกต้อง เฉพาะแผงนี้เท่านั้นที่จะได้รับผลกระทบ แผง PV อื่นๆ ทั้งหมดจะทำงานได้อย่างเหมาะสม ทำให้ระบบโดยรวมมีประสิทธิภาพมากขึ้นและสร้างพลังงานได้มากขึ้น ในการใช้งานจริง หากอินเวอร์เตอร์สตริงล้มเหลว จะทำให้แผงโซลาร์เซลล์ขนาดหลายกิโลวัตต์ทำงานไม่ได้ ในขณะที่ผลกระทบของความล้มเหลวของไมโครอินเวอร์เตอร์ค่อนข้างน้อย

4. ตัวเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน

การติดตั้งตัวเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานในระบบผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงและลดความซับซ้อนของฟังก์ชันของอินเวอร์เตอร์เพื่อลดต้นทุนได้อย่างมาก เพื่อให้บรรลุระบบผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์อัจฉริยะ ตัวเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานของอุปกรณ์สามารถทำให้เซลล์แสงอาทิตย์แต่ละเซลล์ทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพและตรวจสอบสถานะการใช้แบตเตอรี่ได้ตลอดเวลา ตัวเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานเป็นอุปกรณ์ระหว่างระบบผลิตไฟฟ้าและอินเวอร์เตอร์ และหน้าที่หลักคือการเปลี่ยนฟังก์ชันการติดตามจุดพลังงานที่เหมาะสมเดิมของอินเวอร์เตอร์ ตัวเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานทำการสแกนติดตามจุดพลังงานที่เหมาะสมอย่างรวดเร็วโดยการเปรียบเทียบโดยการลดความซับซ้อนของวงจรและเซลล์แสงอาทิตย์เพียงเซลล์เดียวที่สอดคล้องกับตัวเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน ดังนั้นเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละเซลล์จึงสามารถติดตามจุดพลังงานที่เหมาะสมได้อย่างแท้จริง นอกจากนี้ สามารถตรวจสอบสถานะแบตเตอรี่ได้ทุกเมื่อและทุกสถานที่โดยการใส่ชิปการสื่อสาร และสามารถรายงานปัญหาได้ทันทีเพื่อให้บุคลากรที่เกี่ยวข้องสามารถซ่อมแซมได้โดยเร็วที่สุด

ฟังก์ชั่นของอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซล่าเซลล์

อินเวอร์เตอร์ไม่เพียงแต่มีฟังก์ชันการแปลง DC-AC เท่านั้น แต่ยังมีฟังก์ชันเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์และฟังก์ชันการป้องกันความผิดพลาดของระบบอีกด้วย โดยสรุปแล้ว มีฟังก์ชันการทำงานและการปิดเครื่องอัตโนมัติ ฟังก์ชันการควบคุมการติดตามพลังงานสูงสุด ฟังก์ชันป้องกันการทำงานอิสระ (สำหรับระบบที่เชื่อมต่อกับกริด) ฟังก์ชันการปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ (สำหรับระบบที่เชื่อมต่อกับกริด) ฟังก์ชันการตรวจจับ DC (สำหรับระบบที่เชื่อมต่อกับกริด) ฟังก์ชันการตรวจจับกราวด์ DC (สำหรับระบบที่เชื่อมต่อกับกริด) ต่อไปนี้คือคำอธิบายสั้นๆ เกี่ยวกับฟังก์ชันการทำงานและการปิดเครื่องอัตโนมัติและฟังก์ชันการควบคุมการติดตามพลังงานสูงสุด

(1) การทำงานอัตโนมัติและฟังก์ชั่นหยุด

หลังจากพระอาทิตย์ขึ้นในตอนเช้า ความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์จะค่อยๆ เพิ่มขึ้น และเอาต์พุตของเซลล์แสงอาทิตย์ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน เมื่อถึงกำลังเอาต์พุตที่อินเวอร์เตอร์ต้องการ อินเวอร์เตอร์ก็จะเริ่มทำงานโดยอัตโนมัติ หลังจากเริ่มทำงาน อินเวอร์เตอร์จะตรวจสอบเอาต์พุตของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ตลอดเวลา ตราบใดที่กำลังเอาต์พุตของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์มากกว่ากำลังเอาต์พุตที่จำเป็นสำหรับการทำงานของอินเวอร์เตอร์ อินเวอร์เตอร์จะยังคงทำงานต่อไป และจะหยุดทำงานเมื่อพระอาทิตย์ตกดิน แม้ว่าจะมีเมฆมากหรือฝนตก อินเวอร์เตอร์ก็สามารถทำงานได้เช่นกัน เมื่อเอาต์พุตของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์เล็กลงและเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์อยู่ใกล้ 0 อินเวอร์เตอร์จะเข้าสู่สถานะสแตนด์บาย

(2) ฟังก์ชั่นควบคุมการติดตามพลังงานสูงสุด

เอาต์พุตของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์จะแตกต่างกันไปตามความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์และอุณหภูมิของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์เอง (อุณหภูมิชิป) นอกจากนี้ เนื่องจากโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์มีลักษณะเฉพาะที่แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเมื่อกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น จึงมีจุดทำงานที่เหมาะสมที่สุดซึ่งสามารถรับพลังงานสูงสุดได้ ความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนแปลงไป และแน่นอนว่าจุดทำงานที่เหมาะสมที่สุดก็เปลี่ยนแปลงไปด้วยเช่นกัน เมื่อเทียบกับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ จุดทำงานของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์จะอยู่ที่จุดพลังงานสูงสุดเสมอ และระบบจะได้รับเอาต์พุตพลังงานสูงสุดจากโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์เสมอ การควบคุมนี้คือการควบคุมการติดตามพลังงานสูงสุด คุณสมบัติที่ใหญ่ที่สุดของอินเวอร์เตอร์สำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์คือมีฟังก์ชันการติดตามจุดพลังงานสูงสุด (MPPT)