Kao temeljna oprema fotonaponskih sustava za proizvodnju električne energije, pretvarači se koriste za pretvaranje promjenjivog istosmjernog napona koji generiraju fotonaponski moduli u izmjeničnu struju na mrežnoj frekvenciji, što je jedna od važnih ravnoteža sustava u sustavima fotonaponskih nizova. Trenutačno su uobičajeni inverteri na tržištu centralizirani inverteri, string inverteri i mikro inverteri. U nastavku ćemo usporediti i analizirati ove tri vrste pretvarača.
1 Centralizirani pretvarač
Inverterska tehnologija je spajanje nekoliko paralelnih fotonaponskih nizova na DC ulazni terminal istog centraliziranog pretvarača. Općenito, trofazni IGBT moduli napajanja koriste se za sustave velike snage, a tranzistori s efektom polja koriste se za sustave male snage. U isto vrijeme, DSP kontroleri za pretvorbu koriste se za poboljšanje kvalitete generirane električne energije, čineći je vrlo blizu struji sinusnog vala. Općenito se koristi u velikim sustavima fotonaponskih elektrana većih od 10KW.
Centralizirani pretvarači općenito se koriste u velikim sustavima za proizvodnju električne energije kao što su tvornice, pustinjske elektrane i zemaljske elektrane s ravnomjernim sunčevim svjetlom. Ukupna snaga sustava je velika, obično iznad razine megavata.
Glavne prednosti su:
1. Broj pretvarača je mali, što olakšava upravljanje;
2. Inverter ima mali broj komponenti i visoku pouzdanost;
3. Nizak sadržaj harmonika, niska istosmjerna komponenta i visoka kvaliteta energije;
4. Inverter ima visoku integraciju, veliku gustoću snage i nisku cijenu;
5. Inverter ima potpunu zaštitnu funkciju i visoku sigurnost elektrane;
6. Ima funkciju regulacije faktora snage i funkciju prolaska niskog napona, s dobrim performansama regulacije mreže.
Glavni nedostaci su:
1. Učestalost kvarova DC kombinirane kutije je visoka, što utječe na cijeli sustav;
2. Raspon MPPT napona centraliziranih pretvarača je uzak, općenito 450-820V, a konfiguracija komponenti nije fleksibilna. Vrijeme proizvodnje električne energije je kratko u područjima s oblačnim i maglovitim vremenom;
3. Instalacija i uvođenje inverterskih strojarnica su teške i zahtijevaju namjenske strojarnice i opremu;
4. Sam pretvarač troši puno energije, a ventilacija i rasipanje topline u računalnoj sobi troše puno električne energije, što održavanje sustava čini relativno složenim;
5. U centraliziranom inverterskom sustavu spojenom na mrežu, niz komponenti dolazi do invertera kroz dva ušća. Funkcija praćenja maksimalne snage (MPPT) pretvarača ne može nadzirati rad svake komponente, stoga je nemoguće svaku komponentu držati na optimalnoj radnoj točki. Kada se komponenta pokvari ili je blokiraju sjenke, to će utjecati na učinkovitost proizvodnje energije cijelog sustava;
6. Ne postoji mogućnost redundantnosti u centraliziranom mrežnom inverterskom sustavu. U slučaju gašenja zbog kvara, cijeli sustav će prestati proizvoditi električnu energiju.
2 String inverter
Izmjenjivač niza temelji se na modularnom konceptu, gdje svaki fotonaponski niz (1-5kw) prolazi kroz pretvarač s praćenjem maksimalne vršne snage na kraju istosmjerne struje i paralelnom mrežnom vezom na kraju izmjenične struje. Danas je postao najpopularniji pretvarač na međunarodnom tržištu.
String inverteri se uglavnom koriste za male i srednje krovne fotonaponske sustave za proizvodnju energije i male zemaljske elektrane.
Glavne prednosti su:
1. Strujni pretvarač ima modularni dizajn, pri čemu svaki fotonaponski niz odgovara jednom pretvaraču. DC kraj ima funkciju praćenja maksimalne snage, a AC kraj spojen je paralelno na mrežu. Njegova je prednost u tome što na njega ne utječu razlike u modulima između žica i zapreka u sjeni, dok istovremeno smanjuje neusklađenost između optimalne radne točke fotonaponskih modula i pretvarača i maksimizira proizvodnju energije;
2. MPPT raspon napona string invertora je širok, općenito u rasponu od 250-800V. Sastavnt konfiguracija je fleksibilnija, a vrijeme proizvodnje električne energije dulje u područjima s oblačnim i maglovitim vremenom;
3. Inverter spojen na mrežu ima mali volumen, malu težinu i vrlo je jednostavan za transport i instalaciju. Ne zahtijeva profesionalne alate i opremu, niti namjensku prostoriju za distribuciju. Može pojednostaviti izgradnju i smanjiti zauzetost zemljišta u različitim primjenama. Priključci istosmjernih vodova također ne zahtijevaju istosmjerne kombinirane kutije ili istosmjerne razvodne ormare. Vrsta žice također ima prednosti kao što je niska potrošnja vlastite energije, minimalan utjecaj kvara i laka zamjena i održavanje.
Glavni nedostaci su:
1. Postoji mnogo elektroničkih komponenti, s uređajima za napajanje i signalnim krugovima na istoj ploči, što ga čini teškim za projektiranje i proizvodnju, i nešto manje pouzdanim;
2. Električni razmak energetskih uređaja je mali, što ih čini neprikladnim za područja na velikim nadmorskim visinama i vanjsku instalaciju. Izloženost vjetru i suncu može lako uzrokovati starenje kućišta i hladnjaka;
3. Bez dizajna izolacijskog transformatora, električna sigurnost je malo loša i nije prikladna za negativni sustav uzemljenja komponenti tankog filma. DC komponenta je velika i ima značajan utjecaj na električnu mrežu;
4. Kada je više pretvarača spojeno paralelno, ukupni harmonik je visok, a THDI jednog pretvarača može se kontrolirati na više od 2%. Međutim, ako je više od 40 pretvarača spojeno paralelno, ukupni će harmonik biti superponiran i teško ga je potisnuti;
5. S velikim brojem pretvarača, ukupna stopa kvarova će se povećati, što otežava nadzor sustava;
6. Bez istosmjernih i izmjeničnih prekidača, i bez istosmjernih osigurača, nije lako odspojiti se kada sustav ne radi;
7. Jedan pretvarač može postići nulti napon kroz funkciju, ali kada je više strojeva spojeno paralelno, teško je postići nulti napon kroz funkciju, regulaciju jalove snage, regulaciju aktivne snage i druge funkcije.
3 Mikro pretvarač
Mikro pretvarači mogu postići maksimalno praćenje točke snage na razini ploče, s prednostima u odnosu na središnje pretvarače. Ovo može optimizirati izlaznu snagu svakog modula kako bi se maksimizirala ukupna izlazna snaga.
Glavne prednosti su:
1. Kada jedan ili čak više modula zakaže, sustav još uvijek može nastaviti davati električnu energiju u mrežu uz visoku dostupnost; Višestruki redundantni moduli mogu se opcijski konfigurirati za poboljšanje pouzdanosti sustava;
2. Fleksibilna konfiguracija, koja korisnicima omogućuje ugradnju fotonaponskih ćelija u skladu s njihovim financijskim mogućnostima na domaćem tržištu;
3. Učinkovito smanjiti utjecaj sjena uzrokovanih lokalnim maskiranjem na izlaznu snagu;
4. Bez električne energije visokog napona, sigurnija, jednostavnija i brža instalacija, niži troškovi održavanja i montaže te smanjena ovisnost o pružateljima instalacijskih usluga;
5. Povećanjem proizvodnje energije svakog inverterskog modula i praćenjem maksimalne snage, može se pratiti maksimalna točka snage pojedine komponente, što može značajno povećati proizvodnju energije fotonaponskog sustava za 25%.
Glavni nedostaci su:
1. Scenariji primjene mikro pretvarača općenito su prikladni za krovna kućanstva, ali su njihove primjene ograničene;
2. Trošak mikro invertera relativno je veći u usporedbi s centraliziranim inverterima i string inverterima.
Usporednom analizom, string inverteri imaju prednosti u odnosu na centralizirane invertere i mikro invertere u smislu stope kvarova, sigurnosti sustava te troškova rada i održavanja. Imaju veću pouzdanost sustava i mogu osigurati dugoročno siguran i pouzdan rad elektrana.