Togra deartha chun córais fuinnimh gréine a uasmhéadú

Is éard atá i gceist le cur chuige níos nuaí maidir le héifeachtúlacht agus iontaofacht na gcóras gréine a bhaint as micrea-inverters a bhaineann le gach painéal gréine.
Feistithe le micrea-inverter ar leith do gach painéal gréine, is féidir leis an gcóras a oiriúnú do choinníollacha luchta agus aimsire a athrú, agus an éifeachtacht chomhshó is fearr is féidir a sholáthar do phainéal amháin agus don chóras iomlán.
  
   
Simplííonn an ailtireacht micrea-inverter cáblaí freisin, rud a chiallaíonn costais shuiteála níos ísle.
  
   
Trí chóras giniúna cumhachta an tomhaltóra a dhéanamh níos éifeachtaí, déanfar an t-am a thógann sé don chóras "aisghabháil" a laghdú ar an infheistíocht tosaigh i dteicneolaíocht na gréine.
  
Is eochair-chomhpháirteanna leictreonacha na gcóras cumhachta gréine iad inverters cumhachta. I gcás iarratais tráchtála, nascann na comhpháirteanna seo painéil fhótavoltach (PV), cadhnraí a stóráiltear fuinneamh leictreach, agus córais dáileacháin cumhachta áitiúla nó greillí fóntais.
Taispeánann Figiúr 1 inverter gréine tipiciúil a thiontú voltais DC an-íseal as an aschur fiontair PV i roinnt voltais, cosúil le voltas DC ceallraí, voltas líne AC, agus voltas greille dáileacháin.
  
   
I gcóras fómhair fuinneamh gréine tipiciúil, tá painéil gréine il ceangailte i gcomhthreo le inverter a thiontú as an toradh DC athraitheach ó ilchealla phótavoltach i n-inverter glan-tonn 50 Hz nó 60 Hz.
  
   
  
  
Ina theannta sin, ba chóir a thabhairt faoi deara go bhfuil modúl lárnacha ar-sliseanna mar mhodúil modhnú leithead na buille (PWM) agus tiontairí A / D sa mhodúl microcontroller (MCU) TMS320C2000 nó MSP430 i bhFíor 1 de ghnáth.
  
  
  
   
Fíor 1: Is éard atá sa ailtireacht chomhshó cumhachta traidisiúnta inverter gréine a fhaigheann voltas aschurtha íseal DC ón ngréasán PV agus táirgeann sé voltas líne AC.
  
Is é príomhchuspóir an dearadh ná éifeachtúlacht chomhshó a uasmhéadú.
Is próiseas casta é seo a bhaineann leis an Algartam Rianú Pointe Power Uasta (MPPT) agus rialaitheoir fíor-ama a fhorghníomhóidh na halgartaim a bhaineann leo.
  
   
1 Éifeachtúlacht comhshó cumhachta a uasmhéadú
  
Ceanglaíonn inbhéartaithe nach n-úsáideann an algartam MPPT an modúl PV díreach leis an gceallraí, agus an modúl PV á oibriú ag an voltas ceallraí.
  
  
Beagnach gan eisceacht, níl an luach iontach ag an voltas ceallraí chun an fuinneamh gréine is mó atá ar fáil a bhailiú.
  
  
  
Léiríonn Fíor 2 na saintréithe reatha / voltas tipiciúil de mhodúl tipiciúil 75W PV ag teocht ceallraí 25 ° C.
Taispeánann an líne dotted an cóimheas voltas (PV VOLTS) chun cumhacht (PV WATTS).
  
Léiríonn an líne soladach an cóimheas voltas go dtí an AMPS reatha (PVC). Mar a thaispeántar i bhFíor 2, ag 12V, is é an chumhacht aschuir thart ar 53W.
I bhfocail eile, trína ndéantar foráil ar an modúl fótavoltach a oibriú ag 12V, tá an chumhacht aschuir teoranta do thart ar 53W.
  
Ach leis an algartam MPPT, tá athrú tagtha ar an staid. Sa sampla seo, is é 17V an voltas ar féidir leis an modúl a bhaint amach as cumhacht aschuir uasta.
Dá bhrí sin, is é post an algartaim MPPT an modúl a oibriú ag 17V, ionas gur féidir gach 75W cumhachta a fháil ón modúl beag beann ar an voltas ceallraí.
  
Déanann an tiontaire cumhachta DC / DC ardéifeachtúlachta an voltas 17V ag ionchur an rialaitheora don voltas ceallraí ag an aschur.
Ós rud é go laghdaíonn an tiontaire DC / DC an voltas ó 17V go 12V, sa chás seo, is é an ceallraí a mhuirearú atá ann faoi láthair sa chóras a thacaíonn leis an bhfeidhm MPPT ná:
  
   
(VMODULE / VBATTERY) × IMODULE, nó (17V / 12V) × 4.45A = 6.30A.
  
   
Ag glacadh leis go bhfuil éifeachtacht chomhshó an tiontaire DC / DC 100%, méadóidh an t-éileamh muirir faoi 1.85A (nó 42%).
  
Cé go nglacann an sampla seo leis go n-oibríonn an inverter fuinneamh ó phainéal gréine amháin, go hiondúil, tá aon inverter ceangailte le painéil éagsúla.
Tá buntáistí agus míbhuntáistí ag an topology seo ag brath ar an iarratas.
  
   
2 algartam MPPT
  
Tá trí phríomhchineál algartam MPPT ann: breathnóireacht suaitheadh, incrimint iompair, agus voltas leanúnach.
Is minic a dtugtar 'dreapadóireacht' ar an gcéad dhá mhodh toisc go bhfuil siad bunaithe ar na fíricí seo a leanas:
  
   
Ar thaobh na láimhe clé den MPP, tá an cuar ar an ardú (dP / dV) 0), agus ar an taobh dheis den MPP, tá an cuar síos (dP / dV "0").
  
Is é an modh Breathnóireachta-Breathnóireachta (P & O) an ceann is coitianta a úsáidtear. Braitheann an algartam an voltas oibriúcháin i dtreo áirithe agus samplaí dP / dV. Má tá dP / dV dearfach, tuigeann an algartam 'go raibh sé ach ag athrú an voltais i dtreo an MPP.
Ansin déanfaidh sé an voltas sa treo seo a choigeartú go dtí go dtiocfaidh dP / dV diúltach.
  
Tá halgartaim P & O furasta a chur i bhfeidhm, ach i ngníomh seasta-stáit oscillate siad ar fud an MPP uaireanta.
Agus tá a luas freagartha mall, agus fiú amháin i dtéarmaí aimsire atá ag athrú go tapa is féidir an treo a athrú.
  
Úsáideann an modh Méaduithe Iompraíochta (INC) an t-incrimint seoltóireachta dI / dV den tsraith PV chun dearfach agus diúltach dP / dV a ríomh. Is féidir le INC nochtadh solais atá ag athrú go tapa a rianú níos cruinne ná P & O. Ach cosúil le P * O, is féidir é a chomhcilú agus a mheabhlú trí choinníollacha atmaisféaracha atá ag athrú go tapa.
Míbhuntáiste eile is ea go n-ardóidh an chastacht breise an t-am ríofa agus laghdaíonn sé an minicíocht samplála.
  
Tá an tríú modh, "Modh Voltas Tairiseach", bunaithe ar na fíricí seo a leanas: Go ginearálta, VMPP / VOC0.76. Is í an fhadhb leis an modh seo ná go n-éilíonn sé láithreach an tsraith PV a athrú go tráthúil le nialas chun voltas ciorcad oscailte na sraithe a thomhas. Ansin, tá voltas oibriúcháin na sraithe leagtha síos ar 76% den luach tomhaiste. Mar sin féin, nuair a bhíonn an sraith á nascadh, déantar an fuinneamh atá ar fáil a chaitheamh.
Fuarthas amach freisin cé go bhfuil 76% den voltas ciorclach oscailte comhfhogasú maith, nach bhfuil sé i gcónaí ag teacht le MPP.
  
Ós rud é nach féidir aon algartam MPPT freastal ar na ceanglais chomhchoiteanna a bhaineann le húsáid, déanfaidh go leor innealtóirí dearadh ligean don chóras meastóireacht a dhéanamh ar na coinníollacha comhshaoil ar dtús agus ansin roghnaigh an algartam is fearr a oireann do na coinníollacha reatha timpeallachta.
Go deimhin, tá go leor halgartaim MPPT ar fáil, agus níl sé neamhchoitianta do mhonaróirí painéil gréine a gcuid halgartaim féin a sholáthar.
  
   
I gcás rialtóirí saor, i dteannta le gnáthfheidhmeanna rialaithe an MCU, níl aon tasc éasca ag déanamh an algartam MPPT. Éilíonn an algartam go n-éileoidh cumhacht ríomhairí níos fearr ar na rialtóirí seo.
  
   
Tá micriallaitheoirí fíor-ama 32-giotán ar nós teaghlaigh ardán Texas Instruments C2000 oiriúnach d'éagsúlacht na n-iarratas gréine.
  
   
3 inverter cumhachta
  
Tá go leor buntáistí ag baint úsáide as inverter amháin, is é an rud is suntasaí ná simplíocht agus costas íseal. Feabhsaítear éifeachtacht an chórais inverter aonair leis an algartam MPPT agus teicnící eile, ach amháin go pointe áirithe. Is féidir na míbhuntáistí a bhaineann le topology inverter amháin a athrú ag brath ar an iarratas.
Is é an fhadhb is iontaofa ná an fhadhb iontaofachta: chomh fada agus a mhainníonn an inverter, déantar an fuinneamh a ghineann na painéil go léir a chaitheamh sula ndéantar an inverter a dheisiú nó a athsholáthar.
  
Fiú má tá an t-inverter ag obair i gceart, is féidir go mbeadh tionchar diúltach ag topology inverter amháin ar éifeachtúlacht an chórais. I bhformhór na gcásanna, tá ceanglais rialaithe éagsúla ag gach painéal gréine chun éifeachtúlacht is mó a bhaint amach.
Is iad na fachtóirí a chinneann éifeachtúlacht gach painéil ná: difríochtaí i ndéantúsaíocht modúil fhótavoltach atá sa phainéal, teochtaí comhthimpeallacha éagsúla, scáileanna, agus símhmhéid déine solais éagsúla (fuinneamh gréine a fuarthas).
  
I gcomparáid le húsáid inverter sa chóras ar fad, cuirfidh micrea-inverter do gach painéal gréine sa chóras méadú ar éifeachtacht chomhshó an chórais ar fad arís.
Is é príomhbhuntáiste an topology micrea-inverter ná fiú amháin má theipeann ar cheann de na hinfheisteoirí, gur féidir an t-athrú ar fhuinneamh a dhéanamh fós.
  
I measc na buntáistí eile a bhaineann le micrea-inverter a úsáid tá cumas na paraiméadair chomhshó de gach painéal gréine a choigeartú ag baint úsáide as PWM ardghréarta. Ós rud é go n-athraíonn scamaill, scáileanna, agus scáileanna aschur gach painéal, tugann micrea-inverter uathúil do gach painéal an córas a oiriúnú do na coinníollacha ualaigh atá ag athrú.
Soláthraíonn sé seo an éifeachtúlacht chomhshó is fearr do gach painéal agus an córas ar fad.
  
Éilíonn an ailtireacht micrea-inverter go mbeidh MCU tiomanta ag gach painéal chun comhshó fuinnimh a bhainistiú.
Mar sin féin, is féidir na MCUanna breise seo a úsáid freisin chun córas monatóireachta agus painéil a fheabhsú.
  
Mar shampla, bíonn feirmeacha gréine móra tairbhe as cumarsáid idir-phainéil chun cuidiú le cothromaíocht ualaigh a choinneáil agus cead a thabhairt d'riarthóirí córais pleanáil roimh ré cé mhéid fuinnimh atá ar fáil agus cad atá le déanamh leis an bhfuinneamh sin.
Mar sin féin, chun leas iomlán a bhaint as na buntáistí a bhaineann le monatóireacht a dhéanamh ar an gcóras, ní mór don MCU forimeallaigh cumarsáide ar-sceall a chomhtháthú (CAN, SPI, UART, etc.) chun comhéadan le micrea-inverters eile sa tsraith ghréine a shimpliú.
  
I go leor iarratais, is féidir le húsáid topology micrea-inverter méadú suntasach ar éifeachtacht an chórais i gcoitinne. Ag leibhéal an phainéil, táthar ag súil go n-ardóidh éifeachtúlacht 30%.
Mar sin féin, mar gheall ar an éagsúlacht mhór in iarratais, níl an tuiscint ar an gcéatadán "meán" ar fheabhsúcháin ar leibhéal an chórais.
  
   
Anailís ar Iarratais Nuair a mheasann an tiontaire micrea-mhinicíochta luach i bhfeidhm ar leith, ba cheart an topology a mheas ar bhealaí éagsúla.
  
In iarratais bheaga, is féidir na painéil a bheith mar an gcéanna ar na coinníollacha céanna soilsithe, teochta agus scáth.
Dá bhrí sin, tá ról teoranta ag micrea-inverters chun éifeachtúlacht a fheabhsú.
  
D'fhonn na painéil a oibriú ag voltais éagsúla chun éifeachtúlacht fuinnimh a uasmhéadú, caithfidh tiontaire DC / DC aonad voltas aschuir gach painéil a cheangal le voltas oibriúcháin an cheallraí stórála fuinnimh. Chun costais déantúsaíochta a íoslaghdú, is féidir an tiontaire DC / DC agus an inverter a dhearadh mar mhodúl amháin.
Is féidir tiontaire DC / AC don líne cumhachta áitiúil nó don ghreille dáileacháin a chomhtháthú sa mhodúl freisin.
  
Caithfidh painéil gréine cumarsáid a dhéanamh lena chéile, rud a chuireann sreanga agus castacht.
Is saincheist eile é seo chun inverters, tiontairí DC / DC agus painéil gréine san mhodúl a áireamh.
  
   
Ní mór go mbeadh cumas leordhóthanach ag MCU gach inverter fós chun halgartaim éagsúla MPPT a reáchtáil chun freastal ar thimpeallachtaí oibriúcháin éagsúla.
  
   
Méadóidh úsáid as MCUanna éagsúla costas ábhartha an chórais fhoriomláin.
  
Gach uair a mheasann tú athrú ar an ailtireacht, tabharfaidh tú aird ar a chostas.
Chun sprioc praghas an chórais a chomhlíonadh, ciallaíonn rialtóir amháin in aghaidh an phainéil go gcaithfidh costas an rialaitheora a bheith iomaíoch agus beag, ach go fóill, déanann sé gach tasc rialaithe, cumarsáide agus ríomhaireachta a láimhseáil ag an am céanna.
  
Tá dhá eilimint bhunúsacha ag comhtháthú na forimeallaithe rialaithe ceart ar an sliseanna agus ar chomhtháthú aschur ard chun costas ísealchórais a áirithiú.
Éilítear ardfheidhmíocht freisin chun halgartaim a fhorbraíodh le héifeachtúlacht a chur i bhfeidhm chun comhshó, monatóireacht a dhéanamh ar an gcóras agus stóráil fuinnimh a uasmhéadú.
  
Chomh maith le riachtanais an mhicrea-inverter féin a chomhlíonadh, féadann sé MCUanna a theastaíonn uathu den chóras iomlán a chomhlíonadh, lena n-áirítear comhshó AC / DC, comhshó DC / DC, agus cumarsáid idirphainéal, ag laghdú an costas a bhaineann le húsáid MCUanna éagsúla .
méadú.
  
   
4 Gnéithe MCU
  
Is é an bealach is fearr a mheastar go cúramach na riachtanais ardleibhéil seo na gnéithe a bhfuil gá le MCU. Mar shampla, tá gá le rialú cothromaíochta ualaithe nuair a bhíonn painéil ag teacht chun cinn. Caithfidh an MCU roghnaithe a bheith in ann an t-ualach atá ann faoi láthair a bhrath agus an voltas aschuir a ardú nó a ísliú trí MOSFET a thiontú ar / as.
Éilíonn seo ADC ard-luas ar-sliseanna chun voltas samplach agus reatha.
  
Ní bhíonn modh 'gan athrú' ag dearadh micro-inverter. Ciallaíonn sé seo go gcaithfidh dearthóirí a bheith in ann agus nuálacha chun teicnící agus teicneolaíochtaí nua a ghlacadh, go háirithe sa chumarsáid idir painéil agus córais. Ba cheart don MCU is oiriúnaí tacaíocht a thabhairt do phrótacail éagsúla, lena n-áirítear cuid nach meastar de ghnáth mar Cumarsáid Líne Cumhachta (PLC) agus Líonra Limistéar an Rialaitheora (CAN). Go háirithe, is féidir le cumarsáid líne cumhachta costas an chórais a laghdú toisc nach bhfuil aon línte cumarsáide speisialta ag teastáil.
Ach éilíonn sé seo go mbeadh PWM ardfheidhmíochta ard-fheidhmíochta, ADC ardluais agus LAP ardfheidhmíochta ag baint leis an MCU.
  
Gné gan choinne ach luachmhar do MCUanna atá deartha le haghaidh iarratais inverter gréine ná an t-oscillator dé-sliseanna, is féidir a úsáid le haghaidh braiteadh clog teip chun iontaofacht a fheabhsú.
Cuidíonn an cumas dhá chlog córas a reáchtáil ag an am céanna freisin fadhbanna a laghdú le suiteáil painéal gréine.
  
Mar gheall ar an mór-nuálaíocht i ndearadh micrea-inverters gréine, is é an gné is tábhachtaí do MCUanna is ea clárchlárú bogearraí.
Tugann an ghné seo duit an tsolúbthacht is airde i ndearadh agus rialú ciorcaid cumhachta.
  
Tá an microcontroller C2000 feistithe le croílár próiseála digiteach chun cinn a dhéanann próiseas éifeachtach ar oibríochtaí algartamacha agus sraith forimeallach ar sliseanna le haghaidh rialú comhshó fuinnimh, agus go n-úsáidtear go forleathan i barrcheoltaí traidisiúnta painéal gréine inverter. Tá an teaghlach Piccolo nua de mhicrioscraitheoirí sraith C2000 eacnamaíoch. Is é an pacáiste is lú sa teaghlach ach 38 bioráin, ach tá a hailtireacht níos airde agus cuirtear feabhas ar fhorimeallacha, rud a thugann buntáistí a bhaineann le rialú fíor-ama 32-giotán le riachtanais íseal.
Iarratais ar nós micrea-inverters le haghaidh costas iomlán an chórais.
  
Ina theannta sin, comhtháthaíonn teaghlach Piccolo MCU dhá oscillators 10-Hz ar-sliseanna le haghaidh comparáide clog, VREG ar-sliseanna le cosaint athshocraithe cumhachta agus cosaint síos, PWM il-réiteach 150ps ard, agus 12-giotán 4.6
  
  
Tá comhéadain idirghabhála / dara ADC agus prótacal cumarsáide mar I2C (PMBus), CAN, SPI, agus UART.
  
  
  
   
Figiúr 3: Is éard atá i gcóras MCU do chórais PV-bhunaithe micrea-inverter CPU, cuimhne, cumhacht agus clog, forimeallaigh.
  
Is gné thábhachtach de mhicrea-inverters é feidhmíocht. Cé go bhfuil an teaghlach Piccolo feistí níos lú agus níos costasaí ná MCU eile C2000, tá feabhas curtha ar a fheidhmiúlacht, mar shampla an luasaire dlí rialaithe pointí snámhphointe a chláraíodh (CLA), a láimhseálann halgartaim rialaithe casta ardluais don LAP.
Cuireann sé seo deireadh leis an ngá atá leis an LAP déileáil le I / O agus lúbtaí aiseolais, agus is féidir feabhas a chur ar fheidhmíocht trí fhachtóir 5 i n-iarratas loop dúnta.
  
   
5 Dúshláin ceallraí fótavoltach
  
Ceann de na míbhuntáistí a bhaineann le córais ghiniúna cumhachta gréine ná éifeachtúlacht chomhshó. Is féidir le painéil gréine thart ar 1 mW a tharraingt ó gach 100 mm2 de chealla fótavoltach. Is é an éifeachtacht tipiciúil thart ar 10%.
Tá thart ar 15% go 20% mar fhachtóir cumhachta na foinse cumhachta fótavoltach (ie, an cóimheas idir an meán-fhuinneamh leictreachais a tháirgtear ag an gcill ghréine go dtí an fuinneamh leictreach a ghintear go teoiriciúil faoin gcoinníoll go bhfuil solas na gréine curtha i gcónaí i gcónaí).
  
   
Tá roinnt cúiseanna ann seo, lena n-áirítear athruithe ar an ghrian féin, amhail imréiteach iomlán ar an oíche, agus fiú i rith an lae, is minic go dtiocfaidh solas laghdaithe ar shadows agus ar choinníollacha aimsire.
  
Tugann comhshó leictrileictreach níos mó athróg isteach sa ríomh éifeachtúlachta, lena n-áirítear teocht an phainéil gréine agus a éifeachtacht teoiriciúil buaic. Fadhb eile d'innealtóirí dearadh ná go n-athraíonn an voltas a ghintear leis an gcill fhótavoltach faoi 0.5V neamhrialta. D'fhéadfadh tionchar tromchúiseach a bheith ag an athrú seo nuair a roghnaíonn sé topology comhshó fuinnimh.
Mar shampla, le haghaidh teicneolaíocht neamhshóisialta comhshó fuinnimh, is féidir cuid mhór den fhuinneamh fótavoltach bailithe a ithe.
  
Chun freastal ar an bhfíric nach bhfuil an ghrian soilsithe 24 uair an chloig sa lá, ní mór go mbeadh cadhnraí agus an leictreonaic casta ag teastáil chun cadhnraí a ghearradh go héifeachtach.
Nuair a chuirtear an ceallraí isteach sa chóras, éilíonn ciorcaid chomhshó DC / DC breise le muirearú ceallraí agus a cheangal ar bhainistíocht agus monatóireacht ar cheallraí freisin.
  
Tá go leor córas cumhachta gréine comhéadan leis an ngreille freisin, a éilíonn sioncrónaithe chéim agus ceartú fachtóir cumhachta. Tá go leor timpeallachtaí ann a dteastaíonn rialuithe casta. Mar shampla, ní mór meicníocht rabhaidh locht a thógáil chun imeachtaí a chosc mar shampla easpa cumhachta san eangach poiblí. Is iad seo ach na rudaí is fearr a chaithfidh innealtóirí dearadh a mheas.