逆变器决定住宅太阳能的成本和节能效率 逆变器的工作原理是什么?

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屋顶太阳能项目是如今最热门的工程,如果您希望节省能源成本,它们将为您的房屋增光添彩。如果您曾经在房屋的屋顶上安装过太阳能电池板,则可能已经注意到,来自太阳能电池板的所有电线都必须通过一个小金属盒进行布线,然后才能进入房屋的电网。该盒子称为逆变器,它负责吸收太阳能电池板上光伏效应产生的直流电流,并将其转换为家庭使用的交流电流。为太阳能电池板选择合适的逆变器类型会对安装成本,布线和节能产生巨大影响。


长期以来,太阳能电池板用户只有两种类型的逆变器可供选择:微型逆变器和串式逆变器。现在正在开发一种新型的逆变器,微型并联逆变器,可以在太阳能安装,布线和激活方面为房主节省多达75%的费用。为了了解如何工作,让我们首先深入了解逆变器的工作原理。

逆变器决定住宅太阳能的成本和节能效率 逆变器的工作原理是什么?

交流电与直流电


在深入探讨逆变器是什么之前,您需要了解两种电流:交流电(AC)和直流电(DC)。太阳能电池,电池和许多现代设备使用直流电或单向电荷流工作。电荷仅在一个方向上流动。在交流电中,电荷流以给定的频率交替或周期性地改变方向。尽管可以根据应用使用其他波形,但通常可以用正弦波来解决运动。


潮流之战我们的故事始于1880年代后期的“潮流之战”,这场战争是托马斯·爱迪生(Thomas Edison)和乔治·威斯汀豪斯(George Westinghouse)之间的争夺战,这场战争是谁掌权美国和世界其他地方的。在一个角落里,我们有任职者,门洛帕克巫师托马斯·爱迪生(Thomas Edison)和使用直流电为美国房屋供电的主要支持者。在另一个角落,您有西屋电气(Westinghouse Electric)的乔治·西屋(George Westinghouse),他获得了尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)的许多交流电专利,甚至还聘请了特斯拉作为顾问。作为白炽灯泡的发明者,爱迪生已经将直流电确立为美国电网的标准。他拥有所有专利,并且不想失去他的特许权使用费。爱迪生发起了他臭名昭著的涂片运动,最终以使用交流电压对大象进行著名的电死而告终。直流电网需要更大的电缆,并且使得在较长距离内传输电能的成本很高。随着变压器的发展,交流电源可以用较小的电线远距离传输,而成本却低得多。结果很明显,交流电已成为从发电厂向家庭供电的标准。


逆变器如何工作。由于太阳能电池中的光伏过程会产生直流电,即仅在一个方向上流动的电荷,因此,在将这种电流整合到使用交流电的房屋电网中时,会出现一些问题。那就是逆变器进来的地方,使您的单向电荷流将极性从正极反转为负极50 – 60次或每秒50-60 Hz。这是主电源频率额定值所在的位置。概念化逆变器工作原理的最简单方法是,想象一个简单的电路,该电路将9伏电池连接到电压表。当将电压表的正极引线与电池的正极端子对齐,并且将电压表的负极引线与电池的负极引线对齐时,电表的读数将为9伏。如果您扭转潜在客户,触摸正极引线到负极端子,反之亦然,电压表将显示-9伏。如果您的手足够灵巧,可以每秒以这种方式切换电线50次,那么您将有效地用作粗机械逆变器,该逆变器吸收9伏电池的直流电流并将其转换为50 Hz的交流电流。

逆变器决定住宅太阳能的成本和节能效率 逆变器的工作原理是什么?

方波与正弦波


我们前面的示例中的简单机械逆变器将产生一个方波。由于电流会急剧切换极性,因此会产生较大的谐波失真或“脏”电源。虽然像灯泡之类的某些设备不会注意到这些差异,但是方波可能会损坏许多设备。瞄准正弦波要好得多,因为正弦波的极性会逐渐变化为一条平滑的曲线。更高质量的逆变器会产生更接近于正弦波的波。发电厂的主电源以正弦波的形式提供给您,这就是为什么您不必担心将哪些设备插入墙上插座的原因。实际的逆变器使用具有脉宽调制的电感器和电容器来更缓慢地切换电流并产生正弦波。


为您的公用电网选择合适的逆变器就像您想象的那样,用于将太阳能电池板阵列集成到房屋电网中的逆变器类型必须能够匹配主电源的频率和正弦波。如果逆变器的波峰和波谷与主电源的相位不同,则会产生相消干扰,这两个波会相互抵消。如果两个波同相,则会产生相长干涉,从而导致大正弦波。为了使太阳能进入您的电网,这两个波必须同相。您需要一个能够感应主电源相位并使其匹配的逆变器。这种相位匹配能力是并网逆变器与常规逆变器的区别所在,也是为什么它们往往更昂贵的原因。


串式逆变器将整个太阳能电池板阵列视为一个巨大的太阳能板。串式逆变器的一些优点包括较低的每峰值瓦特价格的初始成本和易于安装的优点。由于串式逆变器接受来自多个面板的直流电流,因此在初次安装时接线往往会更容易。但是,由于串式逆变器将整个系统视为一个大面板,因此一个面板遇到的性能问题会扩展到阵列中的其他面板。


微型逆变器


微型逆变器采用更模块化的方法,必须以阵列形式安装在每个太阳能电池板上。由于必须与每个太阳能电池板串联安装多个较小的单元,因此安装成本往往会更高。使用微型逆变器的优势在于,如果一个太阳能电池板发生故障或受阴影遮挡,则不会影响阵列中其余的电池板。微型逆变器使用最大功率点跟踪(MPPT)来监视电池的环境状况,并施加适当的电阻或负载以确保从面板获得最大功率。模块化设计还使定位故障点变得更加容易。


微型并联逆变器技术研究公司TRC设计了微型并联逆变器,其目标是将组串逆变器的安装简便性与微型逆变器的维护简便性和效率相结合。单个微型并行逆变器包含四个单独的通道,每个通道都可以连接到单独的太阳能电池板上。每个通道就像一个模块化的微型逆变器,能够使用MPPT来最大化从所连接的太阳能电池板输出的功率。与串型逆变器不同,微型并联逆变器了解每个单独的太阳能电池板的状态,并且如果由于遮蔽而导致一块面板的性能下降,其余面板的性能将保持不变。


简化安装


美国能源部进行的一项研究表明,安装人工是与太阳能安装相关的最大费用。安装太阳能系统的成本通常超过了面板,框架和接线本身的价格。认识到这个问题后,TRC在设计微型并行逆变器时就考虑了安装技术人员。微型并行逆变器的名字来自其能够并行逆变四个面板的能力。对于技术人员而言,这意味着他们可以通过将所有电缆都布线到单个微型并行逆变器上来节省安装四个单独的微型逆变器所花费的时间。


微型并行逆变器上的每个通道都可以卸下以进行维护。微型并行逆变器采用即插即用的安装方式,可以轻松配置为并网,紧急备用,或离网应用程序。它可以安装在4.8 kW群集中,每行四列,并且可以连接到面板框架,面板阵列或直接连接到屋顶。快速断开使得将太阳能电池板布线到四个通道中的每个通道变得轻而易举。多个微型并行逆变器可以连接到断路器面板上的单个断路器。单个断路器最多可连接16个太阳能电池板,而传统的微型逆变器系统最多可将16个单独的断路器连接在一起。随着安装数量的大幅减少,很明显,微型并行逆变器如何在某些情况下可以为某人节省高达75%的成本。


快速断开使得将太阳能电池板布线到四个通道中的每个通道变得轻而易举。多个微型并行逆变器可以连接到断路器面板上的单个断路器。单个断路器最多可连接16个太阳能电池板,而传统的微型逆变器系统最多可将16个单独的断路器连接在一起。随着安装数量的大幅减少,很明显,微型并行逆变器如何在某些情况下可以为某人节省高达75%的成本。快速断开使将太阳能电池板布线到四个通道中的每个通道变得轻而易举。多个微型并行逆变器可以连接到断路器面板上的单个断路器。单个断路器最多可连接16个太阳能电池板,而传统的微型逆变器系统最多可将16个单独的断路器连接在一起。随着安装数量的大幅减少,很明显,微型并行逆变器如何在某些情况下可以为某人节省高达75%的成本。


进阶沟通


微型并行逆变器是一个智能系统,可通过四个单独的通道一次控制四个300 W太阳能电池板。模块化体系结构支持单个故障知识,电源共享,运行状况和其他通信。系统可以告诉您何时需要清洁单个面板,逆变器是否发生故障或通道是否需要维修。即使四个面板中的三个出现故障,微型并行逆变器也将继续使用MPPT来反转其余太阳能面板的最大功率输出。


电力监控(EMC)


电力监控器(EMC)可以为微型并行逆变器提供自映射和自动控制。EMC可以连接到断路器面板,并且可以通过以太网电缆直接连接到站点的Internet路由器或计算机。EMC使用电力线载波通信(PLCC)直接与各个微型并行逆变器进行通信,这些逆变器继而中继来自连接的太阳能电池板的信息。结果,微型并行逆变器系统可以自动映射其组件的物理位置。所有者或安装技术人员可以登录到EMC网站,并按照说明完成安装,启动,签出和调试。Web界面还提供了上一节中提到的一些后勤数据,并可以在发生故障时通过电子邮件提醒用户。TRC的微型并行逆变器具有内部热故障保护功能,可以通过功率输出节流电路保护硬件免受与热相关的故障。当面板达到其极限时,可以对电路进行节流以防止发生发电过量。节流允许立即使面板在较高温度下最佳运行,从而降低故障风险,而不是立即切断电路。最终,EMC向所有者提供了远程访问权限,使他们可以远程激活或停用系统。可以对电路进行节流,以防止发生发电过量。节流允许立即使面板在较高温度下最佳运行,从而降低故障风险,而不是立即切断电路。最终,EMC向所有者提供了远程访问权限,使他们可以远程激活或停用系统。可以对电路进行节流,以防止发生发电过量。节流允许立即使面板在较高温度下最佳运行,从而降低故障风险,而不是立即切断电路。最终,EMC向所有者提供了远程访问权限,使他们可以远程激活或停用系统。


显然,微并联逆变器有效地兼顾了两全其美,但这真的是一类新型的逆变器吗?微型并行逆变器是将串式逆变器和微型逆变器的优势有效地结合在一起。无论您是将微型并行逆变器视为单个面板上的四个微型逆变器,具有多通道功能的“智能”串式逆变器,还是全新的逆变器类,都可以肯定。微型并行逆变器具有增强的安装简便性,模块化设计以及强大的物流和通讯功能,可以确保使您的太阳能电池板安装技术人员的工作更快地进行。


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