Power Optimizer - Power optimizer

En strøm optimalisereren er en DC-DC-omformer for å teknologi utviklet for å maksimere energien avling fra solcelle fotovoltaiske eller vindturbinsystemer. De gjør dette ved å individuelt innstille ytelsen til panelet eller vindturbinen gjennom maksimal sporing av effektpunkt , og eventuelt stille inn utgangen for å matche ytelsen til strenginverter (DC til AC-inverter). Effektoptimaliserere er spesielt nyttige når ytelsen til de kraftgenererende komponentene i et distribuert system vil variere mye, for eksempel på grunn av forskjeller i utstyr, skyggelegging av lys eller vind, eller installasjon mot forskjellige retninger eller vidt adskilte steder.

Kraftoptimeringsapparater for solapplikasjoner kan være lik mikroinvertere ved at begge systemene prøver å isolere individuelle paneler for å forbedre den generelle systemytelsen. En smart modul er en kraftoptimerer integrert i en solmodul. En mikroinverter kombinerer i hovedsak en strømoptimerer med en liten inverter i et enkelt kabinett som brukes på hvert panel, mens strømoptimalisereren etterlater inverteren i en egen boks og bruker bare en inverter for hele matrisen. Den påståtte fordelen med denne "hybrid" -tilnærmingen er lavere samlede systemkostnader, og unngår distribusjon av elektronikk.

Beskrivelse

Maksimal sporing av kraftpunkt (MPPT)

De fleste energiproduksjons- eller lagringsenheter har et sammensatt forhold mellom kraften de produserer, belastningen på dem og effektiviteten i leveransen. Et konvensjonelt batteri lagrer for eksempel energi i kjemiske reaksjoner i elektrolyttene og platene. Disse reaksjonene tar tid å oppstå, noe som begrenser hastigheten som kraften effektivt kan trekkes fra cellen. Av denne grunn viser store batterier som brukes til strømlagring, vanligvis to eller flere kapasiteter, vanligvis "2-timers" og "20-timers", med to-timers hastighet ofte rundt 50% av 20-timers-hastigheten.

Typiske celle IV-kurver som viser forholdet mellom strøm, spenning og total utgang for forskjellige mengder innkommende lys.

Solcellepaneler har lignende problemer på grunn av hastigheten som cellen kan konvertere solfotoner til elektroner , omgivelsestemperatur og en rekke andre problemer. I dette tilfellet er det et komplekst ikke-lineært forhold mellom spenning, strøm og den totale mengden kraft som produseres, "IV-kurven". For å optimalisere samlingen bruker moderne solcellepaneler en teknikk som kalles " MPPT ( maximum power point tracking) " for å overvåke den totale produksjonen til matrisen og kontinuerlig justere den presenterte belastningen for å holde systemets drift på toppeffektivitetspunktet.

Tradisjonelt produserer solcellepaneler spenninger rundt 30 V. Dette er for lavt til å effektivt konverteres til AC for å mates til strømnettet . For å løse dette blir panelene sammenkoblet i serie for å øke spenningen til noe mer passende for omformeren som brukes, vanligvis rundt 600 V.

Ulempen med denne tilnærmingen er at MPPT-systemet bare kan brukes på matrisen som helhet. Fordi IV-kurven er ikke-lineær, kan et panel som til og med er litt skyggelagt ha dramatisk lavere ytelse, og øke den interne motstanden sterkt. Ettersom panelene er kablet i serie, vil dette føre til at produksjonen av hele strengen blir redusert på grunn av økt total motstand. Denne ytelsesendringen fører til at MPPT-systemet endrer driftspunktet, og flytter resten av panelene bort fra den beste ytelsen.

På grunn av deres sekvensielle ledninger kan strømforskjell mellom PV-moduler i en streng føre til et drastisk og uforholdsmessig tap av strøm fra hele solcellepanelet, og i noen tilfeller føre til fullstendig systemfeil. Skyggelegging av så lite som 9% av hele overflatearrangementet til et PV-system kan under noen omstendigheter føre til et systemtett strømtap på så mye som 54%. Selv om dette problemet er mest bemerkelsesverdig med "store" hendelser som en forbigående skygge, kan selv de minste forskjellene i panelytelse, på grunn av smuss, differensial aldring eller små forskjeller under produksjonen, resultere i at arrayet som helhet fungerer vekk fra sitt beste MPPT punkt. "Panel matching" er en viktig del av design av solcellepaneler.

Isolasjonspaneler

Disse problemene har ført til en rekke forskjellige potensielle løsninger som isolerer paneler individuelt eller i mye mindre grupper (2 til 3 paneler) i et forsøk på å gi MPPT som unngår problemer med store strenger.

En løsning, mikroomformeren , plasserer hele strømkonverteringssystemet direkte på baksiden av hvert panel. Dette gjør at systemet kan spore MPPT for hvert panel, og direkte sende vekselstrøm som samsvarer med nettet. Panelene kobles deretter sammen parallelt, så selv feil på et av panelene eller mikroomformerne vil ikke føre til tap av strøm fra strengen. Imidlertid har denne tilnærmingen ulempen med å distribuere kraftomdannelseskretsene, som i teorien er den dyre delen av systemet. Microinverters, minst så sent som i 2011, hadde betydelig høyere pris per watt .

Dette fører naturligvis til power optimizer-konseptet, der bare MPPT-systemet distribueres til panelene. I dette tilfellet skjer konverteringen fra DC til AC i en enkelt inverter, en som mangler MPPT-maskinvaren eller har den deaktivert. Avanserte løsninger er i stand til å fungere riktig med alle solcelleomformere for å muliggjøre optimalisering av allerede installerte anlegg. Ifølge sine tilhengere produserer denne "hybrid" -tilnærmingen den laveste kostnadsløsningen samlet, samtidig som fordelene med mikroinvertertilnærmingen opprettholdes.

Gjennomføring

Strømoptimaliserere er egentlig DC-DC-omformere , og tar likestrøm fra et solcellepanel uansett hvilken spenning og strøm som er optimal (via MPPT), og konverterer den deretter til en annen spenning og strøm som passer best til sentral- / strengomformeren .

Noen effektoptimeringsapparater er designet for å fungere sammen med en sentral inverter fra samme produsent, som gjør at inverteren kan kommunisere med optimeringsapparatene for å sikre at omformeren alltid mottar den samme totale spenningen fra panelstrengen. I denne situasjonen, hvis det er en serie med paneler i serie og utgangen av et enkelt panel faller på grunn av skygge, vil spenningen synke slik at den kan levere samme mengde strøm (ampere). Dette vil føre til at strengspenningen faller også, bortsett fra at den sentrale inverteren justerer alle de andre optimaliserene slik at utgangsspenningen øker noe, og opprettholder den faste strengspenningen som kreves ved omformeren (bare ved redusert tilgjengelig strømstyrke mens enkeltpanelet er skyggelagt ). Undersiden av denne typen optimizer er at den krever en sentral inverter fra samme produsent som optimizers, så det er ikke mulig å ettermontere disse i en eksisterende installasjon med mindre omformeren også byttes ut, samt optimizers installert på alle paneler samtidig.

Se også

Merknader og referanser

  1. ^ Venkat Srinivasan, "The Three Laws of Batteries" , GigaOm, 18. mars 2011
  2. ^ N. Shenck, "PV Power Systems: PV Theory II" Arkivert 2010-07-19 på Wayback Machine , MIT
  3. ^ "Hva er maksimal kraftpoengsporing og hvordan fungerer det?" , BlueSky Energy
  4. ^ SolarWorlds SW 245 Arkivert 2012-08-13 på Wayback Machine er et typisk moderne panel som bruker 6 "celler i et 6 x 10 arrangement og en på 30,8 V
  5. ^ SMAs SunnyBoy arkivert 2011-04-08 på Wayback Machine- serien kommer i amerikanske og europeiske versjoner, og foreslår generelt 500 til 600 VDC-innganger.
  6. ^ "Øk kraftproduksjon" Arkivert 2011-05-16 på Wayback Machine , eIQ Energy
  7. ^ Chaintreuil, N. et al. “Effects of Shadow on Grid Connected PV System” INES RDI Laboratory for Solar Systems (L2S), Le Bourget-du-Lac, Frankrike. Bruendlinger, R. et al. “Maximum Power Point Tracking Performance Under Partially-Shaded PV Array conditions” Paper sendt til den 21. europeiske fotovoltaiske solenergikonferansen, 4. – 8. September 2008, Dresden, Tyskland.
  8. ^ Muenster, R. [“Shade Happens”] Renewable Energy World.com http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2009/02/shade-happens-54551 2009-02-02. Hentet 2009-03-09.
  9. ^ SolarEdge teknisk merknad - Fast strengspenning, driftskonsept