مقارنة أداء العاكس الكهروضوئي على أساس جهد النظام والموقع

للتفاعل مع سلاسل الفولتية الكهروضوئية 1000-V أو 1500-V مع مستويات مختلفة من جهد شبكة التيار المتردد (على سبيل المثال ، 400 فولت أو 690 فولت) ، فإن محولات الطاقة الكهروضوئية (PV) ذات نطاقات جهد عمل واسعة للتيار المتردد والتيار المتردد موجودة حاليًا في السوق ^{1 ، 2}. تتناقض هذه المقالة مع فعالية الأنظمة الكهروضوئية القائمة على السلسلة المركزية ^{3 ، 4}. تتم مقارنة خسائر طاقة العاكس الكهروضوئية 1.8 ميجاوات لكل مكون مع مراعاة تصنيفات جهد النظام المختلفة ومواقع التثبيت.

الرجاء العثور هنا على المقالة الأصلية

نمذجة النظام

من الضروري إنشاء النموذج الموضح في الشكل 1 لمقارنة فقد الطاقة (والعائد) لمختلف تصنيفات جهد النظام ومواقع التثبيت. يحتوي القسم التالي على وصف لكل نموذج.

ملف تعريف المهمة ، لوحة PV ، وأسلاك DC

تستخدم هذه الدراسة ملفين لمهمتين ، أحدهما في الدنمارك (مناخ بارد) والآخر في سكرامنتو (مناخ حار). وهو يتألف من قياسات مدتها عام واحد لدرجة الحرارة المحيطة والإشعاع الشمسي بمعدل أخذ عينات يبلغ دقيقة واحدة لكل عينة.

07.25.2023

07.24.2023

07.18.2023

تم بناء المصفوفات الكهروضوئية في هذه الدراسة باستخدام ألواح كهروضوئية بقدرة 380 واط مع أقصى جهد للنظام يبلغ 1500 فولت تيار مستمر. يتم توصيل العديد من الألواح الكهروضوئية في سلسلة ومتوازية للحصول على جهد تيار مستمر ومعدلات طاقة محددة. يمكن التحقق من الجهد الناتج والتيار للسلاسل الكهروضوئية ، المقابلة لنقطة التشغيل أثناء عملية تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) ، واستخدامها كمعلمات إدخال لنموذج العاكس في الشكل 1 من خلال تطبيق درجة الحرارة المحيطة والإشعاع الشمسي لـ ملف تعريف المهمة إلى نموذج لوحة PV مناسب.

يمكن تقدير الخسارة الأومية على أسلاك التيار المستمر على النحو التالي:

حيث أنا_PV هو التيار الكلي للسلاسل الكهروضوئية المتوازية و R._{الأسلاك} هي المقاومة لكل سلك.

سلسلة العاكس

يتم استخدام مجموع خسائر التوصيل وخسائر التحويل لأجهزة أشباه موصلات الطاقة ، والتي يمكن اشتقاقها من خلال عمليات المحاكاة في PLECS في ظل حالة تشغيل محددة مع معلومات الخسارة المحددة لوحدة الطاقة المختارة ، لتقدير خسائر العاكس الكهروضوئي.

يمكن التعبير عن خسائر التوصيل لأجهزة الطاقة على النحو التالي:

حيث V_CE0 هو انخفاض الجهد الأولي ، V_CEN يمثل انخفاض الجهد عند التصنيف الحالي أنا_CN، و انا_ج هو تيار المجمع.

من خلال دمج انخفاض الجهد الأمامي وتيار الجهاز في النتيجة ، يمكن تحديد متوسط ​​خسائر التوصيل على النحو التالي:

أين ص_يخدع هو متوسط ​​خسائر التوصيل و T₀ هي فترة الدورة الأساسية (على سبيل المثال ، 20 مللي ثانية لشبكة التيار المتردد 50 هرتز).

مجموع طاقة التشغيل E_على وإيقاف الطاقة E_عن أثناء التبديل يمكن استخدامها لحساب خسائر التحويل لأجهزة الطاقة. طاقة تبديل التشغيل ه_{جنوب غرب} يمكن وصفه بأنه:

فيها E._{sw (المرجع)} هي القيمة المرجعية للطاقة المحولة ، V_{CC (المرجع)} و انا_{ج (المرجع)} هي شروط الاختبار لقياس خسارة التبديل ، v_نسخة هو جهد إمداد المجمع-الباعث الفعلي الذي يتم تطبيقه ، kv و ki هما الأسس للجهد والتبعية الحالية لخسائر التحويل ، على التوالي.

يمكن بعد ذلك التعبير عن متوسط ​​خسارة التحويل الفوري على النحو التالي:

مع P_{جنوب غرب} للدلالة على متوسط ​​فقدان التبديل الفوري و f_{جنوب غرب} تمثل تردد التبديل.

يمكن تحديد كفاءة العاكس الكهروضوئي مع تكوينات مختلفة للوحة الكهروضوئية باستخدام نموذج الخسارة المذكور أعلاه.

مرشح التيار المتردد والمحولات

يحتوي كل عاكس سلسلة على مرشح LCL لتقليل التوافقيات والالتزام بمعايير جودة الطاقة.

هناك نوعان من فقد الطاقة في محول LV / MV ومرشح التيار المتردد: خسائر النحاس وخسائر القلب. في حين أن الخسائر الأساسية الصغيرة نسبيًا لمرشح التيار المتردد تكون ضئيلة ، يمكن حساب خسائر النحاس Pcopper وخسائر المحولات الأساسية Pcore على النحو التالي:

حيث Rf = w هي مقاومة محث الفلتر أو لفائف المحولات ، إذا كان = w هو المحث أو تيار اللف ، Rp هي المقاومة لنمذجة الخسائر الأساسية ، و VMV هو جهد الطور للجانب MV.

نظام الكهروضوئية

تم النظر في نظام الكهروضوئية بطاقة مقدرة 1.8 ميغاواط في هذه الدراسة. وبالتالي ، يتم إنشاء ثلاثة حلول محولات سلسلة مركزية لمواقع التثبيت قيد الدراسة.

يمكن استخدام نموذج اللوحة الكهروضوئية لتحديد الطاقة الناتجة والجهد الكهربائي للسلاسل الكهروضوئية من الإشعاع الشمسي وملامح درجة الحرارة المحيطة. يمكن بعد ذلك استخدام تيارات خرج التيار المستمر لسلاسل PV لحساب الخسارة الأومية في أسلاك التيار المستمر. لإنشاء جداول بحث لتحليل الخسارة على المدى الطويل ، يتم أيضًا محاكاة جهاز الطاقة وفقدان الفلتر في ظل ظروف تشغيل ودرجات حرارة محيطة معينة. أخيرًا ، يمكن إجراء تقديرات للطاقة الكهروضوئية التي يمكن الوصول إليها ، وفقدان الطاقة لكل مكون ، وإجمالي ناتج الطاقة.

ثم يتم فحص خسائر الطاقة الناتجة لمدة عام واحد. ثم تتم مقارنة إجمالي خسائر أسلاك التيار المستمر وطاقة العاكس ضمن ملفات تعريف المهمة المختارة.

يمكن أن يؤدي استخدام سلاسل 1500-V إلى تقليل فقد طاقة سلك التيار المستمر بشكل كبير مقارنة بمحلول السلسلة الكهروضوئية 1000 فولت ، خاصة عند استخدام جهد تيار متردد أعلى (690 فولت). نظرًا لأن هناك حاجة إلى عدد أقل من المحولات ، فإن 1500-V_{العاصمة} 690 فولت_{تيار متردد} الحل يحقق أيضًا أقل خسائر في العاكس. الخيارات قيد النظر لها خسائر طاقة قابلة للمقارنة في خسائر المرشح والمحولات. وفقًا للنتائج ، تتفوق حلول 1500-V على حلول 1000-V لكل من ملفات تعريف المهمة فيما يتعلق بإنتاجية الطاقة والعدد الضروري من المحولات.

1500-V_{العاصمة} 690 فولت_{تيار متردد} ينتج النظام أكبر قدر من الطاقة بموجب ملف تعريف مهمة سكرامنتو لدراسة الحالة 1.8 ميجاوات. نظرًا لارتفاع إنتاجيته من الطاقة ، فإن 1500-V_{العاصمة} 400 فولت_{تيار متردد} يوصى بحل لملف تعريف مهمة الدنمارك.

مقارنة بترتيب 1000-V ، يمكن أن تحقق حلول 1500-V خسائر أقل في النظام نظرًا لانخفاض خسائر الأسلاك بشكل كبير وعدد المحولات ، على الرغم من أن لها تأثيرًا ضارًا على فقد الطاقة لكل عاكس. على العكس من ذلك ، قد لا يكون موقع التثبيت في المناخ البارد هو المرشح الأكبر لتصنيف جهد التيار المتردد العالي. سيؤدي نطاق عمل MPPT العالي إلى إنتاج طاقة أعلى.

مراجع

¹ A. Sangwongwanich ، Y. Yang ، F. Blaabjerg ، and D. Sera ، “استراتيجية دلتا للتحكم في الطاقة لمحولات الكهروضوئية المتصلة بالشبكة متعددة السلاسل ،” IEEE Trans. Ind. Appl.، vol. 53 ، لا. 4 ، ص 3862–3870 ، 2017.
² نوفيرجي سولار. تعد محولات السلسلة الشمسية أفضل لمحطات الطاقة الشمسية على نطاق المرافق ومشاريع الطاقة الشمسية الصناعية. (2020).[Online]. متاح: https: //www.https: //www.novergysolar.com/solarstring-inverters-better-utility-scale-solar-plants-industrial-solar-projects/
³ عالم الطاقة الشمسية. ندوة عبر الويب: السلسلة البطنية الموزعة مقابل السلسلة البطنية الافتراضية. التطبيق يهم. (2021). [Online]. متاح: https://www.solarpowerworldonline.com/2018/04/webinardistributed-vs-virtual-central-string-application-matters/
⁴ B. Stevanovi´c ، D. Serrano ، M. Vasi´c ، P. Alou ، JA Oliver ، و JA Cobos ، “عالية الكفاءة ، ZVS الكامل ، الهجين ، متعدد المستويات DC / DC طوبولوجيا من مرحلتين متصل بالشبكة 1500- نظام V PV مع أجهزة 900-V SiC ، “IEEE J. Emerg. سيل. قمة. باور الكترون ، المجلد. 7 ، لا. 2، pp.811–832، Jun. 2019.