Ako vybrať transformátory pre distribuované fotovoltaické elektrárne?

Prispôsobenie výkonu transformátora rozmiestnenej fotovoltickej generácii

Stanovenie výkonu v kVA na základe striedavého výstupu meniča, prebytku výkonu na strane jednosmerného prúdu a premenlivosti žiarenia

Získanie správneho transformátora začína analýzou maximálneho striedavého výstupu inverzora, napríklad približne 100 kW. Väčšina návrhov zohľadňuje prebytok DC výkonu v pomere 1,2× až 1,5×, pretože slnečné elektrárne často zažívajú náhly nárast intenzity žiarenia nad úrovne predpovedané štandardnými testami. Uvažujme typické usporiadanie s DC poľom o výkone 150 kWp pripojeným k inverzoru s výkonom 100 kW. Transformátor s menovitým výkonom najmenej 125 kVA je v tomto prípade vhodný, aby zvládol tieto občasné prípady obrezávania (clipping), keď sa výroba dočasne dostane nad kapacitu systému. Niekoľko technických faktorov je dôležitých. Najprv skontrolujte, ako dlho môže inverzor vydržať preťaženie – zvyčajne ide o 110–120 % po dobu až jednej hodiny. Potom zvážte lokálne počasie. V pouštnych oblastiach dochádza k výrazným denným a nočným zmenám intenzity žiarenia v porovnaní s pobrežnými oblasťami, kde je slnečné svetlo počas dňa konzistnejšie. Nezabudnite ani na postupné starnutie panelov. Každý rok sa ich účinnosť znižuje približne o pol percenta, čo v skutočnosti pomáha znížiť zaťaženie následných komponentov, pretože harmonické zložky a teplo sa v čase menej hromadia.

Termické zníženie výkonu a analýza faktora zaťaženia pre inštalácie na strechách

Okolité teploty na strechách často presahujú 40 °C, čo v prípade nezásahu zníži výkon transformátorov približne o 15 až 20 percent. Väčšina komerčných fotovoltaických systémov tak ako je, beží pri zaťažení nižšom ako 60 %, a preto existuje priestor na inteligentné zmenšenie výkonu v kombinácii s efektívnymi technikami tepelnej správy. Veľmi dobre sa osvedčilo nútené chladenie vzduchom spolu s nehorľavou izoláciou, ktorá vyhovuje normám IEEE C57.96, a tiež pravidelné kontrolné merania teploty počas prevádzky. Veľmi dôležitý je aj konkrétny charakter miesta inštalácie. Transformátory inštalované v uzavretých priestoroch alebo v oblastiach s nedostatočnou ventiláciou môžu vyžadovať základné výkony až o 25 % vyššie v porovnaní s transformátormi umiestnenými vonku, kde je lepší prívod vzduchu. Tento prístup podporujú tepelné modelovacie pokyny publikované organizáciami ASHRAE a IEEE.

Suché transformátory vs. olejom chladené transformátory: bezpečnosť, účinnosť a vhodnosť pre dané miesto

Požiarna bezpečnosť, vetranie a obmedzenia pre inštaláciu v interiéri pre mestské a komerčné strechy

Pre mestské a komerčné slnečné inštalácie na strechách sa suché transformátory stali preferovanou voľbou vďaka svojim nehorľavým konštrukčným vlastnostiam. Tieto zvyčajne využívajú vinutia impregnované epoxidovou živicou pod vakuovým tlakom, čo ich robí výrazne bezpečnejšími v porovnaní s tradičnými olejom plnenými modelmi. Olejom ponorené systémy prinášajú rôzne problémy, ako napríklad horľavé chladiace prostredie, potenciálne úniky a vyžadujú špeciálnu infraštruktúru, napríklad výbušne odolné priestory, dodatočné opatrenia na obsadenie a vhodné vetracie systémy. Suché transformátory možno inštalovať priamo v budovách, a to aj v miestach s obmedzeným priestorom, kde je najdôležitejšia bezpečnosť – napríklad v strojných priestoroch pre výťahy, parkovacích garážach alebo na spoločných strechách viacerých nájomcov. Mestá ako New York a Tokio teraz v najnovších predpisoch týkajúcich sa požiarnej bezpečnosti výslovne uvádzajú suché transformátory pre tento druh inštalácií, pretože v prípade poruchy počas prevádzky sa zvyčajne samy od seba uhasia.

Dodržiavanie požiadaviek na účinnosť (DOE 2016, IEC 60076-20) a dôsledky pre celkové náklady počas životného cyklu

Súčasné suché transformátory splňajú kľúčové požiadavky na účinnosť stanovené predpismi, ako sú DOE 2016 a IEC 60076-20, pokiaľ ide o odolnosť voči harmonickým zložkám. Niektoré z najlepších modelov dosahujú účinnosť až približne 99,3 % pri prevádzke v rozsahu výkonov 500 až 2500 kVA. V minulosti mali olejové transformátory výhodu v účinnosti pri maximálnom zaťažení. Dnes však suché transformátory ponúkajú dlhodobo ekonomicky výhodnejšie riešenie, najmä pre fotovoltaické elektrárne rozmiestnené na rôznych lokalitách. Tieto systémy nepotrebujú pravidelnú údržbu spojenú s testovaním oleja, jeho filtrovaním ani manipuláciou s nebezpečnými kvapalinami, ktoré je potrebné správne likvidovať. Po dobu približne 25 rokov to umožňuje firmám ušetriť približne 20 až dokonca 30 percent na prevádzkových nákladoch, hoci ich počiatočná cena je zvyčajne vyššia približne o 15 %. Zhrnutie: lepšia návratnosť investícií a výrazne jednoduchšie manažment aktív v budúcnosti.

Zabezpečenie zhody s rozvodnou sieťou pomocou transformátorov vyhovujúcich požiadavkám na harmonické zložky

Splnenie medzných hodnôt celkovej harmonickej skreslenosti (THD) podľa normy IEEE 1547-2018 pomocou transformátorov s faktorom K a transformátorov na potlačovanie harmonických zložiek

Výkon generovaný invertormi v solárnych systémoch spôsobuje harmonické skreslenia, ktoré často presahujú hranicu celkového harmonického skreslenia (THD) napätia 5 % stanovenú normou IEEE 1547-2018 v miestach pripojenia. Na vyriešenie tohto problému sa používajú špeciálne transformátory, tzv. harmonické kompenzátory, ktoré využívajú vinutia posunuté vo fáze na elimináciu hlavných harmoník, ako sú napríklad harmoniky piatého a siedmeho rádu. Zároveň sú transformátory s hodnotami K-faktora v rozsahu od K4 do K20 špeciálne navrhnuté tak, aby odolávali teplu spôsobenému harmonickými zložkami bez poškodenia ich izolačných vrstiev. Tieto transformátory však nie sú bežné. Bežné modely sa pri zaťažení nelineárnymi záťažami starnú výrazne rýchlejšie, ale tieto špeciálne verzie udržiavajú nízku teplotu a sú v súlade s predpismi aj počas bežnej prevádzky solárnych systémov. Termografické snímanie vykonané v reálnych inštaláciách ukazuje, že tieto optimalizované transformátory majú teplotu približne o 15 °C nižšiu v porovnaní s bežnými transformátormi za podobných skreslených zaťažení. Tento rozdiel v teplote znamená dlhšiu životnosť zariadení a menej problémov v miestach pripojenia za reálnych prevádzkových podmienok.

Zabezpečenie budúcnosti prostredníctvom inteligentného monitorovania a prediktívnej údržby

Integrácia SCADA, monitorovanie teploty a čiastočných výbojov pre spoľahlivosť transformátorov

Keď sa transformátory pripoja k systémom SCADA, operátori môžu sledovať ich výkon v reálnom čase priamo z centrálneho miesta naprieč všetkými rozptýlenými fotovoltaickými elektrárňami. Teplotné snímače zabudované do rôznych častí, ako sú vinutia, jadrá, a u olejom plnených jednotiek aj do ich olejových priestorov, zisťujú nezvyčajné teplotné vzory dlho predtým, než sa situácia začne nebezpečne zohrievať. Ďalším dôležitým nástrojom je monitorovanie parciálnych výbojov (PD), ktoré zachytáva tieto vysokofrekvenčné prúdové špičky signalizujúce rané príznaky problémov s izoláciou – niečo, čo by bežné testy úplne mohli prehliadnuť. Tieto kombinované funkcie úplne menia prístup k údržbe: presúvajú sa od striktne plánovanej preventívnej údržby k údržbe podľa potreby (tzv. condition-based maintenance). Praktické skúsenosti organizácií ako EPRI a NREL ukazujú, že tento prístup zníži neočakávané výpadky približne o 40 percent. Všetko toto zhromažďovanie údajov vytvára prostredie, v ktorom môžu spoločnosti lepšie predpovedať životnosť zariadení, efektívnejšie spravovať zásoby náhradných dielov a strategicky plánovať investície – čím sa údržba transformátorov stáva nielen reaktívnou, ale aj aktívnym príspevkom k postupnému zvyšovaniu spoľahlivosti celého systému.

Často kladené otázky

Aký je význam premerania DC v solárnych inštaláciách?

Premeranie DC umožňuje solárnym inštaláciám zvládať náhly nárast intenzity žiarenia, ktorý presahuje hodnoty predpovedané štandardnými testami, čím sa zabezpečí, že transformátory dokážu vydržať dočasné preťaženia bez výrazných strát účinnosti.

Sú suché transformátory výhodnejšie ako olejové transformátory pre inštalácie na strechách?

Áno, suché transformátory sú často vhodnejšie pre inštalácie na strechách v dôsledku ich nehorľavého dizajnu, vyššej bezpečnosti pri inštalácii v uzavretých priestoroch a zhody s modernými predpismi týkajúcimi sa požiarnej ochrany.

Ako môžu distribučné organizácie zabezpečiť súlad s rozvodnou sieťou v prípade harmonických zložiek generovaných solárnymi elektrárňami?

Distribučné organizácie môžu na riadenie harmonických zložiek a udržanie súladu s rozvodnou sieťou podľa noriem IEEE používať transformátory na potláčanie harmonických zložiek a transformátory s udaným koeficientom K pre konkrétne harmonické zložky.

Akú úlohu hraje integrácia SCADA pri údržbe transformátorov?

Systémy SCADA umožňujú monitorovanie výkonu v reálnom čase, čím pomáhajú včas zistiť potenciálne problémy, a tým umožňujú prediktívnu údržbu a zníženie neočakávaných výpadkov.