Kaip pagrindinė fotovoltinės energijos gamybos sistemų įranga, inverteriai naudojami fotovoltinių modulių generuojamai kintamajai nuolatinei įtampai paversti kintamąja elektros energija tinklo dažniu, o tai yra vienas iš svarbių sistemos balansų fotovoltinių matricų sistemose. Šiuo metu rinkoje paplitę keitikliai yra centralizuoti keitikliai, styginiai keitikliai ir mikro inverteriai. Žemiau palyginsime ir analizuosime šiuos tris keitiklių tipus.
1 Centralizuotas keitiklis
Inverterio technologija – tai kelių lygiagrečių fotovoltinių stygų prijungimas prie to paties centralizuoto keitiklio nuolatinės srovės įvesties gnybto. Paprastai didelės galios sistemoms naudojami trifaziai IGBT galios moduliai, o mažos galios sistemoms – lauko tranzistoriai. Tuo pačiu metu DSP konvertavimo valdikliai naudojami generuojamos elektros energijos kokybei pagerinti, todėl ji labai artima sinusinės bangos srovei. Paprastai jis naudojamas didelėse fotovoltinės elektrinės sistemose, didesnėse nei 10 kW.
Centralizuoti inverteriai paprastai naudojami didelio masto energijos gamybos sistemose, tokiose kaip gamyklos, dykumos elektrinės ir antžeminės elektrinės, kuriose saulės šviesa yra vienoda. Bendra sistemos galia yra didelė, dažniausiai viršija megavatų lygį.
Pagrindiniai privalumai yra šie:
1. Inverterių skaičius yra mažas, todėl jį lengva valdyti;
2. Inverteris turi nedidelį komponentų skaičių ir didelį patikimumą;
3. Mažas harmonikų kiekis, žemas nuolatinės srovės komponentas ir aukšta maitinimo kokybė;
4. Inverteris turi didelę integraciją, didelį galios tankį ir mažą kainą;
5. Inverteris turi visas apsaugos funkcijas ir aukštą elektrinės saugumą;
6. Jis turi galios koeficiento reguliavimo funkciją ir žemos įtampos važiavimo funkciją, turi gerą tinklo reguliavimo funkciją.
Pagrindiniai trūkumai yra šie:
1. DC kombainerio dėžės gedimų dažnis yra didelis, o tai turi įtakos visai sistemai;
2. Centralizuotų keitiklių MPPT įtampos diapazonas yra siauras, paprastai 450-820V, o komponentų konfigūracija nėra lanksti. Energijos gamybos laikas trumpas tose vietose, kur debesuota ir miglota;
3. Inverterių mašinų skyrių įrengimas ir diegimas yra sudėtingas ir reikalauja specialių mašinų skyrių ir įrangos;
4. Pats keitiklis sunaudoja daug energijos, o ventiliacija ir šilumos išsklaidymo kompiuterių kambaryje sunaudoja daug elektros energijos, todėl sistemos priežiūra yra gana sudėtinga;
5. Centralizuotoje į tinklą prijungtoje keitiklių sistemoje komponentų masyvas pasiekia keitiklį dviem santakomis. Inverterio maksimalios galios sekimo funkcija (MPPT) negali stebėti kiekvieno komponento veikimo, todėl neįmanoma išlaikyti kiekvieno komponento optimaliame darbo taške. Kai komponentas sugenda arba yra užblokuotas šešėlių, tai turės įtakos visos sistemos energijos gamybos efektyvumui;
6. Į centralizuotą tinklą prijungtoje keitiklių sistemoje nėra perteklinio pertekliaus galimybės. Gedimo išjungimo atveju visa sistema nustos gaminti elektros energiją.
2 styginių keitiklis
Styginių keitiklis yra pagrįstas moduline koncepcija, kai kiekviena fotovoltinė styga (1-5kw) eina per keitiklį su didžiausios galios smailės sekimu nuolatinės srovės gale ir lygiagrečiu tinklo ryšiu kintamosios srovės gale. Šiandien jis tapo populiariausiu keitikliu tarptautinėje rinkoje.
Styginiai inverteriai daugiausia naudojami mažoms ir vidutinio dydžio fotovoltinės energijos gamybos sistemoms ant stogo ir mažoms antžeminėms elektrinėms.
Pagrindiniai privalumai yra šie:
1. Styginių keitiklis yra modulinės konstrukcijos, kiekviena fotovoltinė styga atitinka keitiklį. DC galas turi didžiausios galios sekimo funkciją, o kintamosios srovės galas yra prijungtas lygiagrečiai su tinklu. Jo pranašumas yra tas, kad jo neveikia modulių skirtumai tarp stygų ir šešėlių kliūčių, tuo pačiu sumažinant optimalaus fotovoltinių modulių ir keitiklio veikimo taško neatitikimą bei maksimaliai padidinant energijos gamybą;
2. Styginių keitiklių MPPT įtampos diapazonas yra platus, paprastai svyruoja nuo 250-800V. Sudėtisnt konfigūracija yra lankstesnė, o energijos generavimo laikas yra ilgesnis debesuotu ir ūkanotu oru;
3. Styginio tipo tinkleliu prijungtas keitiklis yra mažo tūrio, lengvo svorio, jį labai lengva transportuoti ir montuoti. Tam nereikia profesionalių įrankių ir įrangos, taip pat nereikia specialios paskirstymo patalpos. Tai gali supaprastinti statybą ir sumažinti žemės užimtumą įvairiais tikslais. Nuolatinės srovės linijų jungtims taip pat nereikia nuolatinės srovės kombinatorių dėžių ar nuolatinės srovės skirstomųjų spintų. Stygos tipas taip pat turi privalumų, tokių kaip mažas savarankiškas energijos suvartojimas, minimalus gedimo poveikis ir lengvas pakeitimas bei priežiūra.
Pagrindiniai trūkumai yra šie:
1. Yra daug elektroninių komponentų, kurių maitinimo įrenginiai ir signalų grandinės yra toje pačioje plokštėje, todėl juos sunku projektuoti ir gaminti, ir jie yra šiek tiek mažiau patikimi;
2. Galios įrenginių elektrinis atstumas yra mažas, todėl jie netinkami dideliame aukštyje ir lauko įrengimui. Dėl vėjo ir saulės poveikio korpusas ir šilumos kriaukle gali lengvai senėti;
3. Be izoliacinio transformatoriaus konstrukcijos elektros sauga yra šiek tiek prasta ir netinkama plonasluoksnių komponentų neigiamai įžeminimo sistemai. Nuolatinės srovės komponentas yra didelis ir turi didelę įtaką elektros tinklui;
4. Kai lygiagrečiai prijungti keli keitikliai, bendra harmonika yra didelė, o vieno keitiklio THDI galima valdyti daugiau nei 2%. Tačiau jei lygiagrečiai prijungta daugiau nei 40 keitiklių, visa harmonika bus uždengta ir ją bus sunku slopinti;
5. Esant dideliam keitiklių skaičiui, padidės bendras gedimų dažnis, todėl sistemos stebėjimas bus sudėtingas;
6. Be nuolatinės srovės jungiklių ir kintamosios srovės jungiklių bei be nuolatinės srovės saugiklių nėra lengva atjungti, kai sistema veikia netinkamai;
7. Vienas keitiklis gali pasiekti nulinės įtampos važiavimo funkciją, tačiau kai lygiagrečiai prijungtos kelios mašinos, sunku pasiekti nulinės įtampos važiavimą naudojant funkciją, reaktyviosios galios reguliavimą, aktyviosios galios reguliavimą ir kitas funkcijas.
3 Mikro inverteris
Mikrokeitikliai gali pasiekti maksimalų galios taško sekimą skydelio lygyje, o tai turi pranašumų prieš centrinius keitiklius. Tai gali optimizuoti kiekvieno modulio išėjimo galią, kad maksimaliai padidintų bendrą išėjimo galią.
Pagrindiniai privalumai yra šie:
1. Sugedus vienam ar net keliems moduliams, sistema vis tiek gali tiekti elektros energiją į tinklą su dideliu prieinamumu; Norint pagerinti sistemos patikimumą, galima pasirinktinai sukonfigūruoti kelis perteklinius modulius;
2. Lanksti konfigūracija, leidžianti vartotojams įsirengti fotovoltinius elementus pagal jų finansines galimybes vidaus rinkoje;
3. Efektyviai sumažinti šešėlių, kuriuos sukelia vietinis maskavimas, poveikį išėjimo galiai;
4. Nėra aukštos įtampos elektros, saugesnis, paprastesnis ir greitesnis montavimas, mažesnės priežiūros ir įrengimo kaštai bei mažesnė priklausomybė nuo montavimo paslaugų teikėjų;
5. Padidinus kiekvieno inverterio modulio energijos generavimą ir stebint maksimalią galią, galima sekti maksimalų vieno komponento galios tašką, o tai gali labai padidinti fotovoltinės sistemos energijos generavimą 25%.
Pagrindiniai trūkumai yra šie:
1. Mikro inverterių taikymo scenarijai paprastai tinka namų ūkiams ant stogų, tačiau jų pritaikymas yra ribotas;
2. Mikro inverterių kaina yra santykinai didesnė, palyginti su centralizuotais keitikliais ir styginiais keitikliais.
Atlikus lyginamąją analizę, styginiai keitikliai turi pranašumų, palyginti su centralizuotais keitikliais ir mikroinverteriais, atsižvelgiant į gedimų dažnį, sistemos saugą ir eksploatavimo bei priežiūros išlaidas. Jie pasižymi geresniu sistemos patikimumu ir gali užtikrinti ilgalaikį saugų ir patikimą elektrinių darbą.