Kuidas valida transformaatoreid jaotatud päikeseelektrijaamade jaoks?

Transformaatori võimsuse sobitamine jaotatud päikeseenergia (PV) tootmisega

KVA-võimsuse määramine põhines inverteri vahelduvvoolu väljundil, alalisvoolu üledimensioneerimisel ja kiirguse muutlikkusal

Õige suurusega transformaatori valimine algab invertori maksimaalse vahelduvvoolu väljundvõimsuse analüüsist, näiteks umbes 100 kW. Enamik projekteerimisi arvestab DC ülemahtasust 1,2–1,5 korda, kuna päikeseelektrijaamades esinevad sageli kiirgusnäitajad, mis ületavad standardsete testide prognoose. Võtame tüüpilise paigalduse, kus 150 kWp DC-paneelide massiiv on ühendatud 100 kW invertoriga. Sel juhul on mõistlik valida transformaator, mille nimivõimsus on vähemalt 125 kVA, et võimaldada neid ajutisi ülekoormusolukordi, kus tootmine ületab ajutiselt süsteemi võimsust. Mitmed tehnilised tegurid on olulised. Esiteks tuleb kontrollida, kui kaua invertor suudab ülekoormust taluda – tavaliselt umbes 110–120 % kuni ühe tunni jooksul. Seejärel tuleb arvesse võtta kohalikke ilmastikuomadusi. Kõrbepiirkondades on päevase ja ööse kiirguse muutused palju äärmulisemad kui rannikupiirkondades, kus päikesevalgus on päeva jooksul stabiilsem. Ärge unustage ka paneelide vananemist. Paneelid kaotavad igal aastal ligikaudu poole protsendi oma tõhususest, mis tegelikult vähendab ka alljärgnevate seadmete koormust, kuna harmoonilised kõrvalekalded ja soojus kasvavad aeglasemalt.

Soojusliku võimsuse vähendamise ja koormusteguri analüüs katusepaigalduste jaoks

Katusel esinevad ümbritsevad temperatuurid ületavad sageli 40 °C, mis vähendab transformaatori võimsust umbes 15–20 protsenti, kui sellega midagi ei tehta. Enamik kaubanduslikke päikeseelektrisüsteeme töötab igal juhul alla 60-protsendilise koormusteguriga, seega on olemas ruumi mõistlikule väiksemaks valimisele koos heade soojusjuhtimise meetoditega. Suletud õhuvooluga jahutus toimib hästi koos tulekindla isoleerimismaterjaliga, mis vastab IEEE C57.96 standardile, ning regulaarsete temperatuurikontrollidega töö käigus. Ka paigalduskoha eripärad on väga olulised. Kinnistes ruumides või halva ventilatsiooniga piirkondades paigaldatud transformaatorid võivad vajada algtähistust, mis on kuni 25 protsenti kõrgem kui avatud ruumides paigaldatud transformaatoritel, kus õhuvool on parem. Nii ASHRAE kui ka IEEE on avaldanud soojusmodelleerimise suuniseid, mis toetavad seda lähenemist.

Kuivtüüpi vs. õliga immersioontransformaatorid: ohutus, tõhusus ja paigalduskoha sobivus

Tuleohutus, ventilatsioon ja siseinstallatsiooni piirangud linnade ja kaubanduslike katustega hoondes

Linnasisesete ja kaubandusliku otstarbega katusesüsteemide jaoks on kuivad transformaatorid muutunud eelistatud valikuks nende tulekindlate konstruktsioonielementide tõttu. Need on tavaliselt varustatud vaakumrõhuga impregneeritud epoksiühenditega mähised, mis teevad neid palju ohutumaks kui traditsioonilised õliga täidetud mudelid. Õliga immereeritud süsteemid kaasnevad kogu rea probleemidega, näiteks tuleohtlik jahutusvedelik, potentsiaalsed lekked ning nõuavad eriinfrastruktuuri, nagu plahvatuskaitstud keldrid, täiendavad mahutusmeetmed ja sobivad ventilatsioonisüsteemid. Kuivad transformaatorid saab paigaldada otseselt hoonete sisse kohtades, kus ruumi on vähe ja ohutusnõuded on kõige rangedamad – näiteks liftide avarused, autopaigaldused või mitme rendnikuga jagatud katused. Linnad nagu New York ja Tokyo mainivad oma viimastes tuleohutuskoodikes konkreetseti kuivaid transformaatoreid selliste paigalduste puhul, kuna need suudavad ise end kustutada, kui toimub töö ajal mingi rike.

Tõhususe vastavus (DOE 2016, IEC 60076-20) ja elutsükli kulude tagajärjed

Tänapäeva kuivad transformaatorid vastavad regulaatorite (nt DOE 2016 ja IEC 60076-20) kehtestatud olulistele tõhususnõuetele harmoonilise koormuse suhtes. Parimate mudelite tõhusus jõuab tegelikult umbes 99,3 protsendini, kui nad töötavad vahemikus 500–2500 kVA. Varasemal ajal olid õliga täidetud transformaatorid maksimaalse koormusega töötamisel veidi tõhusamad. Kuid nüüd on kuivad transformaatorid majanduslikult otstarbekamad pikema ajaperioodi jooksul, eriti päikeseelektri paigalduste puhul, mis on paigutatud erinevatesse kohtadesse. Sellised süsteemid ei vaja enam tavalist hooldustööd, mille hulka kuuluvad õli testimine, filtreerimine või ohtlike vedelike käsitsemine, mida tuleb õigesti likvideerida. Umbes 25 aasta jooksul säästavad ettevõtted sellega ligikaudu 20 kuni isegi 30 protsenti toimimiskuludest, kuigi nende esialgsed kulud on tavaliselt umbes 15 protsenti kõrgemad. Lõpptulemus on parem investeeritud kapitali tagasitulu ja palju lihtsam vara haldamine tulevikus.

Võrgu vastavuse tagamine harmooniliselt märgistatud transformatoritega

IEEE 1547-2018 THD-piirangute täitmine K-teguriga ja harmooniliste koormuste vähendamiseks mõeldud transformatorite disainidega

Päikesesüsteemides invertorite poolt toodetav võimsus teeb harmoonilisi moonutusi, mis ületavad sageli ühenduspunktides IEEE 1547-2018 standardis määratud 5% koguharmooniline moonutus (THD) pinge piiri. Selle probleemi lahendamiseks kasutatakse eritransformaatoreid, mida nimetatakse harmooniliste moonutuste vähendajateks; need kasutavad faasis nihutatud keerdumispaigutust, et kõrvaldada olulisemad harmoonikad, näiteks viienda ja seitsmenda järku harmoonikad. Samal ajal on K-faktoritega (K4–K20) märgistatud transformaatorid spetsiaalselt konstrueeritud selleks, et taluda harmoonikute põhjustatud soojust ilma isolatsioonikihtide kahjustumiseta. Need ei ole siiski tavalised transformaatorid. Tavalised mudelid vananevad palju kiiremini mitte-lineaarsete koormuste korral, kuid need spetsialiseeritud versioonid säilitavad isegi tavapärasel päikesepõhisel tööl külmad ja vastavad nõuetele. Tegelike paigalduste termograafiline analüüs näitab, et need optimeeritud transformaatorid on umbes 15 °C külmamad kui tavalised transformaatorid, kellele mõjub sarnane moonutatud koormus. See temperatuurierinevus tähendab pikemat seadmete eluiga ja vähem probleeme ühenduspunktides reaalsetes tingimustes.

Tulevikukindlustus nutika jälgimise ja ennustava hoolduse võimalustega

SCADA integreerimine, temperatuuri ja osalise läbilöögi jälgimine transformaatori usaldusväärsuse tagamiseks

Kui transformaatorid ühendatakse SCADA-süsteemidega, saavad operaatoreid jälgida nende tööd reaalajas otse kesksest asukohast kogu nende laialdaselt paiknevate päikesepaneelide massiivide üle. Temperatuurisensorid, mis on sisseehitatud erinevatesse osadesse – näiteks mähistes, südamikes ja õliga täidetud üksustes ka nende õliruumides – tuvastavad ebatavalisi soojusmustrid palju enne, kui temperatuur muutub ohtlikult kõrgeks. Teine oluline tööriist on peenpäevase (PD) jälgimine, mis tuvastab kõrgsageduslikke voolutippe, mis on varajased signaalid isoleerumisprobleemide kohta – midagi, mille tavalised testid võivad täielikult mööda minna. Need kombineeritud funktsioonid muudavad hooldustäielikult: liikumine toimub rangelt ajakavas ettenähtud kontrollide kohalt üle üleminekule probleemide kõrvaldamisele ainult siis, kui seda vajatakse. Välitööd, mille on teinud organisatsioonid nagu EPRI ja NREL, näitavad, et see lähenemisviis vähendab ootamatuid seiskumisi umbes 40 protsendi võrra. Kogu see andmete kogumine loob keskkonna, kus ettevõtted saavad täpsemalt ennustada seadmete eluiga, haldada varuosade ladustamist tõhusamalt ja planeerida investeeringuid strateegiliselt, muutes transformaatorite hoolduse mitte ainult reageerivaks, vaid tegelikult midagi, mis aeglaselt suurendab süsteemi usaldusväärsust.

KKK

Mis on vahelduvvoolu üledimensioneerimise tähtsus päikeseelektrijaamades?

Vahelduvvoolu üledimensioneerimine võimaldab päikeseelektrijaamadel taluda kiirgusnäidikute tippväärtusi, mis ületavad standardsete testide ennustusi, tagades, et transformaatorid suudavad ajutisi ülekoormusi vastu pidada ilma oluliste tõhususkadudega.

Kas kuivad transformaatorid on katusel paigaldatavatele elektrijaamadele eelislikumad kui õllesse sümbitud transformaatorid?

Jah, kuivad transformaatorid on sageli sobivamad katusel paigaldatavatele elektrijaamadele nende mittesüttivuse, ohutuse siseruumides ja kaasaegsete tuleohutusnõuetele vastavuse tõttu.

Kuidas võivad energiakompaniid tagada võrgu vastavuse päikesepõhiste harmooniliste komponentidega?

Energiakompaniid saavad kasutada harmooniliste komponentide vähenemist toetavaid transformaatoreid ning neid, millel on kindlaks määratud K-tegur, et hallata harmoonilisi komponente ja säilitada võrgu vastavus IEEE standarditele.

Milline roll on SCADA integreerimisel transformaatorite hooldamisel?

SCADA-süsteemid võimaldavad reaalajas toimimise jälgimist, mis aitab varajases staadiumis tuvastada potentsiaalseid probleeme ning seega võimaldab ennustavat hooldust ja vähendab ootamatuid seiskumisi.