Շահավետ ինվերտորները ֆոտովոլտային համակարգերի համար անհրաժեշտ են

Ինվերտորների հիմնական դերը միացույցից փոփոխական հոսանքի փոխակերպման գործընթացում

Միացույցից փոփոխական հոսանքի փոխակերպման գործընթացի հասկացումը ինվերտորներում

Արեւային ինվերտորները ստանում են ուղիղ հոսանք՝ կտրված տանիքի վրա կամ մատակարարված լիցքավորված մարտկոցներից, և այն փոխարկում են փոփոխական հոսանքի, որը համատեղելի է սովորական կենցաղային սարքերի հետ և կարող է միացվել էլեկտրական ցանցին: Դա իրականացվում է կիսահաղորդչային սարքերում, ինչպիսիք են IGBT-ները կամ MOSFET-ները, արագ անջատիչների միջոցով, որոնք գրաֆիկորեն ստեղծում են հարթ ալիքային ձև: Կարող եք պատկերացրեք, թե ինչպես փորձում եք միկրոալիքային վանն աշխատեցնել մաքուր մարտկոցային հոսանքով՝ առանց նախնական փոխարկման՝ դա պարզապես չի աշխատի: Շատ տներ չեն կառուցված անմիջապես օգտագործելու տեղեկատվական հոսանք, ուստի այս քայլը մնում է կարևոր՝ վերականգնվող էներգիան օրինական կյանքում օգտագործելի դարձնելու համար:

Ինչպես են ֆոտովոլտային ինվերտորները ապահովում արդյունավետ էներգափոխարկումը

Պոնմենի 2023 թվականի հետազոտության համաձայն՝ այսօրվա արևային ինվերտորները կարող են հասնել 98 %-ից բարձր արդյունավետության, քանի որ նրանք նվազեցնում են էներգիայի կորուստը փոխակերպման ընթացքում՝ պահելով լարման մակարդակները ճիշտ չափով: Այս սարքերում ներդրված MPPT տեխնոլոգիան անընդհատ կարգավորվում է՝ հաշվի առնելով արևի լույսի փոփոխությունները օրվա ընթացքում, ինչը նշանակում է, որ նրանք արտադրում են մոտ 30 % ավելի շատ հզորություն՝ համեմատած ավելի հին մոդելների հետ, որոնք չունեն այս հատկությունը: Ցանցին միացված համակարգերի դեպքում ինվերտորները ճշգրիտ համապատասխանում են տեղական էլեկտրական ընկերության կողմից սահմանված ֆազի և հաճախականության պահանջներին, ինչը հնարավորություն է տալիս ամեն ինչ հարթ աշխատել: Միացյալ Նահանգների Էներգետիկայի դեպարտամենտը շեշտել է այս սինքրոնացման կարևորությունը՝ ապահովելու կայուն էլեկտրամատակարարում այն ինչպես բնակելի, այնպես էլ առևտրային համակարգերում:

Ինվերտորի էներգիայի փոխակերպման ընթացքում ներգրավված հիմնական բաղադրիչներ

Այս բաղադրիչները համատեղ աշխատում են՝ ապահովելով արդյունավետությունը ջերմային լարվածության և դինամիկ բեռնվածությունների պայմաններում։ Բարձր հաճախականությամբ տրանսֆորմատորները, օրինակ, ինվերտորի չափսերը 40%-ով կրճատում են ավանդական մոդելների համեմատ՝ պահպանելով հզորության մակարդակը, ըստ արդյունաբերական վերլուծության։

Առավելագույնի հասցնելով արևային էներգիայի հավաքագրումը MPPT տեխնոլոգիայի միջոցով

Հզորության օպտիմալացում MPPT-ի միջոցով՝ ժամանակակից ինվերտորների հիմնական գործառույթը

MPPT տեխնոլոգիան օգնում է արևային ինվերտերներին ստանալ մոտ 30% լրացուցիչ հզորություն պանելներից՝ անընդհատ կարգավորելով լարման և հոսանքի հավասարակշռությունը, որպեսզի այն համընկնի տվյալ պահին օպտիմալի հետ: Համակարգը անընդհատ փոխում է այս կարգավորումները՝ կախված այն բանից, թե ինչպես են փոփոխվում արևի լույսի մակարդակներն ու ջերմաստիճանը օրվա ընթացքում: Առանց այս ֆունկցիայի էներգիան կկորցվի, երբ պանելի ելքը չի համընկնի ինվերտերի սպասելի մակարդակի հետ: Վերջակետում, MPPT-ն ապահովում է, որ հնարավորին սահուն էլեկտրաէներգիան փոխարկվի հաստատուն հոսանքից փոփոխական հոսանքի, որն էլ էլեկտրամատակարարում է մեր տներն ու ձեռնարկությունները:

Ինչպես MPPT տեխնոլոգիան ավելացնում է էներգաօգտագործման արդյունավետությունը

Ըստ 2024 թ.-ի «Կանաչ նորարարություններ» զեկույցի՝ առաջադեմ MPPT համակարգերը մասամբ ստվերապատ միջավայրերում տարեկան էներգիայի կորուստը կրճատում են 15–22%: Օգտագործելով բարձր հաճախականությամբ տեղափոխում՝ միայնակ (DC) հոսանքից մյուսին (DC), այս ինվերտերները համաձայնեցնում են պանելների ելքը ցանցի պահանջների հետ՝ ապահովելով կայուն աշխատանք ամպամած եղանակի ժամանակ կամ պանելների արտադրողականության նվազման դեպքում:

Մեկ և բազանի տողի MPPT կոնֆիգուրացիաների համեմատական վերլուծություն

Բազանի տողի MPPT կոնֆիգուրացիաները առևտրային պայմաններում էներգիայի ելքը բարձրացնում են 4–6% -ով, սակայն պահանջում են 55% -ով ավելի բարձր սկզբնական ներդրում՝ հիմնված 2023 թ. համար տվյալների վրա: Մեկ տողի կառույցները մնում են իդեալական պարզ, ստվերապատ տեղադրումների համար, որտեղ առաջնահերթություն է տրվում ծախսերի արդյունավետությանը:

Ուսումնասիրություն՝ առաջադեմ MPPT ալգորիթմներից բխող աշխատանքային ցուցանիշների բարելավում

2023 թ. Ազգային վերականգնվող էներգիայի լաբորատորիայի փորձարկումը ցույց տվեց, որ հիբրիդային «Տարամի և դիտարկել»/«Շարունակական հաղորդակցություն» ալգորիթմները արագ ճառագայթման փոփոխությունների դեպքում 37% -ով ավելի արագ են հասնում առավելագույն հզորության կետին: Այս հարմարվողական մեթոդը եղանակային էներգիայի կորուստները 19% -ով կրճատեց մեկ ալգորիթմով կառավարիչների համեմատ:

Ցանցի ինտեգրում և համակարգի կայունություն առաջատար ինվերտորների միջոցով

Ցանցին միացում և սինքրոնացում. Ապահովելով կայուն էներգիայի մատակարարում

Ցանց ձևավորող ինվերտորները, կամ կրճատ՝ GFMs-ները, իրականում օգնում են պահպանել էլեկտրամատակարարման համակարգերի կայունությունը, քանի որ դրանք կրկնօրինակում են ավանդական գեներատորների արձագանքումը խանգարումների դեպքում: Այս սարքերը օգտագործում են այն, ինչ կոչվում է վիրտուալ սինքրոն մեքենայի տեխնոլոգիա, որը հնարավորություն է տալիս շատ արագ արձագանքել ցանցում առաջացած խնդիրներին: Մենք խոսում ենք ընդամենը 20 միլիվայրկյան արձագանքման մասին: Դա նրանց տալիս է ժամանակ ճշգրտելու ինչպես լարման մակարդակները, այնպես էլ հաճախականությունը, որպեսզի ամեն ինչ մնա սինքրոնացված, նույնիսկ երբ բեռը հանկարծակի փոխվում է կամ էներգիայի աղբյուրները տեղաշարժվում են: Ըստ Nature Energy-ում հրապարակված հետազոտության, այս տեսակի կառուցվածքը երկու երրորդով կրճատում է սինքրոնացման հետ կապված այս խնդիրները սովորական ինվերտորների համեմատ, որոնք չունեն այս առաջատար հատկանիշները:

Լարման կարգավորում, հաճախականության արձագանքում և կղզիացման դեմ պաշտպանություն

Ժամանակակից սմարթ ինվերտորները կարող են յուրաքանչյուր վայրկյան մոտ 10 հազար անգամ իրենց կարգավորել՝ լարումը պահելով նորմալ մակարդակից ±5 տոկոսի սահմաններում, իսկ հաճախականության փոփոխությունները՝ 0,1 Հց-ից ցածր: Երբ ցանցում առաջանում է անսպասելի էլեկտրամատակարարման խափանում, այս համակարգերը շատ արագ անջատվում են հակակղզիական հատկությունների շնորհիվ, որոնք ակտիվանում են մոտ երկու վայրկյանում: Այս արագ պատասխանը իրոք օգնում է կանխել վտանգավոր իրավիճակների առաջացումը: Ըստ ԱՄՆ-ի էներգետիկայի դեպարտամենտի հետազոտությունների՝ IEEE 1547-2018 պահանջներին համապատասխանող սարքավորումները լարման տատանումների պատճառով առաջացած խնդիրները կրճատում են մոտ 43%: Այդպիսի արդյունավետությունը մեծ տարբերություն է անում համակարգի ընդհանուր կայունության և հուսալիության համար տարբեր կիրառություններում:

Տարածված ցանցին միացման մարտահրավերներ և լուծումներ՝ օգտագործելով առաջադեմ ինվերտորներ

Երբ արևային սալիկները էլեկտրաէներգիա արտադրում են ընդհատվող բնույթով, սովորաբար տեղի է ունենում լարման տատանում տեղական հարևանություններում, ինչը հաճախ հասնում է մինչև 8%՝ տիպիկ բնակելի շրջաններում: Նորագույն ինվերտերների տեխնոլոգիան այս խնդիրը լուծում է դինամիկ ռեակտիվ հզորության փոխհատուցման հնարավորությունների միջոցով՝ համատեղված կանխատեսման համակարգերի հետ, որոնք օգտագործում են մեքենայական ուսուցման ալգորիթմներ: Պարկում կատարված փորձարկումները ցույց են տվել, որ այս բարելավումները լարման տատանումները կրճատում են մոտ 60%-ով: Որոշ նորագույն հիբրիդ ինվերտերների մոդելներ ավելի հեռու են գնում՝ ապահովելով հարթ անցում հիմնական էլեկտրական ցանցին միացված լինելու և անկախ աշխատելու միջև: Այս հնարավորությունը պահպանում է կարևորագույն սարքերի աշխատանքը ժամանակավոր էլեկտրամատակարարման մեծ մասի ընթացքում, պահպանելով սպասարկումը կարևորագույն բեռների համար համակարգում տեղի ունեցող կարճատև անջատումների մոտ 99,7%-ի ընթացքում:

Նորարարություններ, որոնք բարձրացնում են ինվերտերների արդյունավետությունն ու իրական աշխատանքային կարողությունները

Արևային ինվերտերների տեխնոլոգիայի արդյունավետության բարելավումները վերջին տասնամյակի ընթացքում

Արևային ինվերտորի արդյունավետությունը 2013 թվականից սկսած աճել է 94%-ից մինչև 99%-ից ավելի՝ հիմնվելով հիմնարար նորարարությունների վրա.

1. Լայն գոտու կիսահաղորդիչներ : Սիլիցիումի կարբիդը (SiC) և կալիումի նիտրիդը (GaN) թույլ են տալիս 40% ավելի արագ աշխատել, ինչը կրճատում է էներգիայի կորուստները մինչև 30%՝ համեմատած սիլիցիումային սարքերի հետ.
2. Տոպոլոգիայի վերակառուցում : Բազմամակարդակ շղթայային ճարտարապետությունները նվազեցնում են դիմադրությունը՝ հասնելով 98,8% արդյունավետության առաջատար առևտրային միավորներում.
3. Օձիքման առաջընթացներ : Հեղուկով օձիքվող համակարգերը պահպանում են գագաթնային արդյունավետությունը՝ նույնիսկ 50°C շրջակա ջերմաստիճաններում.

2018 թվականին բարձր հաճախականությամբ տրանսֆորմատորների ներդրումը հնարավոր է դարձրեց առաջին 98,5%-ով արդյունավետ ֆոտովոլտային ինվերտորի ստեղծումը, որը հանգեցրեց այսօրվա ուլտրաարդյունավետ մոդելներին, որոնք ամենօրյա վերականգնում են 5-7%-ով ավելի շատ էներգիա, քան նախորդ սերնդի սարքերը.

Ինվերտերի արդյունավետության և էներգիայի փոխարկման չափումը իրական պայմաններում

Այսօրվա փորձարկումները գնահատում են, թե ինվերտորները ինչպես են աշխատում շուրջ 18 տարբեր իրավիճակներում աշխատանքային հրապարակում: Օրինակ՝ այն դեպքերում, երբ արևային սարքի մի մասը ստվերապատված է, կամ երբ արևային լուսատվությունը ընդամենը հինգ վայրկյանում 0-ից հասնում է 1000 վատտ քառակուսի մետրին: Ցանցի լարման տատանումները նույնպես մեծ գործոն են, երբեմն տատանվում են + կամ -15 տոկոսով: Ուսումնասիրողները իրական դաշտային աշխատանքի ընթացքում հետաքրքիր արդյունքներ են ստացել: Լաբորատորիաներում չափված այդ բարձր արդյունավետության ցուցանիշները իրականում ավելի վատ են արտացոլվում իրական աշխարհում: Իրական կյանքում փոշին, անընդհատ ջերմաստիճանի փոփոխությունները և խոնավությունը կարող են իրական արդյունավետությունը իջեցնել մոտ 3-ից մինչև 5 տոկոս: Վերջերս ընդունված IEC 62109-2 կանոնները փորձում են լրիվ լրացնել այս բացը: Արտադրողները ստիպված են իրենց սարքավորումներին ենթարկել 1000 ժամ տևող ծանր փորձարկումների՝ պահպանելով 85 տոկոս խոնավություն և 45 աստիճան Ցելսիուս ջերմաստիճան: Սա շատ ավելի ճշգրիտ պատկեր կտա այն մասին, թե ինչպես են այս համակարգերը ամենօրյա հիմունքներով աշխատում սովորական աշխատանքային պայմաններում:

Գագաթնակետի ինվերտորներ, որոնք հասնում են >99% պիկային արդյունավետության. մի միտումների վերլուծություն

99% արդյունավետության չափանիշը հիմա հասանելի է հետևյալ միջոցով.

• Դինամիկ լարման սանդղակավորում . Միացման միացույցի լարման կարգավորում 0.1Վ-ով մեծացմամբ
• Հիbrid MPPT ալգորիթմներ . Perturb & Observe-ի և նեյրոնային ցանցի կանխատեսումների համատեղում
• Օժանդակ սնուցման օպտիմալացում . Սպասման ռեժիմի սպառումը կրճատվել է <5Վ-ի, ինչը 2015 թվականից սկսած 75% անկում է

Առաջատար արտադրողները երաշխավորում են ≥98.5% տարեկան արդյունավետություն, որը հիմնված է հսկման համակարգերի վրա, որոնք հայտնաբերում են արդյունավետության անկումը 0.3%-ից ավել 30 րոպեի ընթացքում.

Բանավեճի վերլուծություն. Արդյո՞ք պիկային արդյունավետության հայտարարությունները միշտ արտացոլում են իրական աշխատանքային ցուցանիշները:

Չնայած լաբորատոր արդյունքները ցույց են տալիս 99%-ին մոտ արդյունավետություն, ԱՄՆ-ում 12,000 հաստատություններից ստացված իրական տվյալները ցույց են տալիս.

• Տաք և փոշոտ անապատային կլիմայում արդյունավետության 8% անկում
• Շագանակային շրջաններում աղի կոռոզիայի պատճառով 5% կորուստ
• նույն բաղադրիչները օգտագործող ապրանքանիշերի միջև 2–3% տատանում

2024 թ. ցանցին միացման ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ ինտելեկտուալ ինվերտորները, որոնք ունեն ինքնամաքրվող օդափոխիչներ և հարմարվողական ալգորիթմներ, տարեկան պահում են 98,2% միջին արդյունավետություն՝ 1,8%-ով բարձր սովորական մոդելներից: 10 կՎտ տնային համակարգի դեպքում սա տարեկան 182 դոլարի խնայողություն է նշանակում, որը ընդգծում է արդյունավետության հայտարարությունների իրական պայմաններում ստուգման անհրաժեշտությունը:

Բարձր արդյունավետությամբ ինվերտորների կիրառություններն ու առավելությունները արևային նախագծերում

Ինվերտորների դերը բնակելի շենքերում արևային համակարգերի տեղակայման ընթացքում

Ինվերտերները տանիքի արևային սարքերի հաստատուն հոսանքի ելքը վերածում են օգտագործելի փոփոխական հոսանքի, ինչը թույլ է տալիս տնային տնտեսություններին կրճատել ցանցից կախվածությունը և նվազեցնել էլեկտրաէներգիայի հաշիվները: Ժամանակակից սարքերն ունեն ինտեգրված հսկողություն՝ արտադրության և օգտագործման իրական ժամանակում հետևելու համար: Հիբրիդ ինվերտերները միավորում են արևային և մարտկոցի կառավարումը՝ ապահովելով անջատման ժամանակ անջատված աշխատանք՝ ավելորդ սարքավորումների կարիք չունենալով:

Ինչպես առևտրային արևային ինվերտերները բարձրացնում են էներգաօգտագործման արդյունավետությունը մասշտաբային մակարդակով

Առևտրային ինվերտերները կառավարում են մի քանի մեգավատտայի արևային զանգվածները՝ ճշգրիտ լարման կառավարմամբ, նվազագույնի հասցնելով փոխակերպման կորուստները մասշտաբային կիրառություններում: DC միկրոցանցային ճարտարապետությունների հետ միասին օգտագործվելիս բարձր արդյունավետությամբ ինվերտերները ցուցադրել են մինչև 20% էներգախնայողություն արդյունաբերական ավտոմատացման կիրառություններում:

Ֆինանսական խնայողություններ համակարգի ամբողջ կյանքի ընթացքում արդյունավետ ինվերտերների շնորհիվ

99%-ից ավելի արդյունավետություն ունեցող ինվերտորները կարող են տարեկան խնայել մեկ մեգավատ-ժամի հաշվառմամբ ավելի քան 18,000 դոլար՝ առավելագույնի հասցնելով էներգիայի ստացումը: Երկարաձգված երաշխիքային սպասարկումը (12–25 տարի) և բարելավված ջերմային կառավարումը նվազեցնում են փոխարինման և սպասարկման ծախսերը: Այս առավելությունները սովորաբար հատվում են 3-5 տարվա ընթացքում՝ տարբեր կլիմայական գոտիներում:

Արևային ինվերտորների շրջակա միջավայրի համար ունեցած առավելությունները կայուն էներգետիկական լուծումներում

Արևային էներգիայի ավելի մեծ օգտագործումն ապահովելով՝ բարձր արդյունավետությամբ ինվերտորները տարեկան յուրաքանչյուր տնային տնտեսության համար օգնում են խուսափել մոտավորապես 2,4 մետրիկ տոննա CO₂ արտանետումներից: Նրանց ճշգրիտ ցանցի սինքրոնացումը աջակցում է ավելի բարձր ավերանալի էներգիայի ներթափանցմանը՝ առանց առկա ենթակառուցվածքների անկայունության ստեղծելու՝ դարձնելով դրանք անհրաժեշտ այն շրջանների համար, որոնք անցնում են նավթային վառելիքներից դեպի այլը:

Հաճախակի տրվող հարցեր (FAQ)

Ինվերտորների դերը արևային էներգիայի համակարգերում ինչ է՞

Ինվերտերները սոլար մարտկոցների կողմից արտադրված հաստատուն հոսանքը փոխակերպում են փոփոխական հոսանքի, որը կարող է օգտագործվել ստանդարտ սարքերի կողմից և մուտք գործել էլեկտրական ցանց։ Այս փոխակերպումը կարևոր է արևային էներգիայի արդյունավետ օգտագործման համար բնակելի և առևտրային շինություններում։

Ինչպե՞ս է MPPT տեխնոլոգիան բարելավում ինվերտերների աշխատանքը։

MPPT տեխնոլոգիան արևային մարտկոցների հզորությունն առավելագույնի է հասցնում՝ ճիշտ լարումն ու հոսանքը ընտրելով՝ ապահովելով առավելագույն արդյունավետություն։ Սա ավելի շատ էլեկտրաէներգիա է արտադրում արևի լույսից՝ ավելացնելով արևային էներգիայի համակարգի ընդհանուր արդյունավետությունը։

Որո՞նք են վերջերս ինվերտերների տեխնոլոգիայում կատարված առաջընթացները։

Վերջերս կատարված առաջընթացներից են լայն գոտու կիսահաղորդիչների օգտագործումը, բազմամակարդակ շղթայային կառուցվածքները և հեղուկով սառեցվող համակարգերը, որոնք բոլորն էլ նպաստում են արևային ինվերտերների արդյունավետության ավելացմանը և էներգիայի կորուստների նվազեցմանը։

Կարո՞ղ են բարձր արդյունավետությամբ ինվերտերները ֆինանսական խնայողություն ապահովել։

Այո, 99%-ից ավելի արդյունավետություն ունեցող ինվերտորները կարող են իրենց ծառայողական ընթացքում էական էներգիայի խնայողություն ապահովել, ինչը կարող է նվազեցնել էլեկտրաէներգիայի հաշիվները և փոխհատուցել սկզբնական տեղադրման ծախսերը: