Оптимизатор мощности — это технология преобразователя постоянного тока в постоянный, разработанная для максимизации сбора энергии от солнечных фотоэлектрических систем или систем ветряных турбин . Они делают это путем индивидуальной настройки производительности панели или ветряной турбины посредством отслеживания точки максимальной мощности и, при необходимости, настройки выходной мощности в соответствии с производительностью струнного инвертора (инвертора постоянного тока в переменный). Оптимизаторы мощности особенно полезны, когда производительность компонентов электрогенерации в распределенной системе сильно различается, например, из-за различий в оборудовании, затенения света или ветра, или из-за установки в разных направлениях или в удаленных местах.
Оптимизаторы мощности для солнечных систем могут быть похожи на микроинверторы в том смысле, что обе системы пытаются изолировать отдельные панели, чтобы улучшить общую производительность системы. Интеллектуальный модуль — это оптимизатор мощности, встроенный в солнечный модуль. Микроинвертор по существу объединяет оптимизатор мощности с небольшим инвертором в одном корпусе, который используется на каждой панели, в то время как оптимизатор мощности оставляет инвертор в отдельном корпусе и использует только один инвертор для всего массива. Заявленным преимуществом этого «гибридного» подхода является более низкая общая стоимость системы, позволяющая избежать распространения электроники.
Большинство устройств для производства или хранения энергии имеют сложную взаимосвязь между производимой ими мощностью, нагрузкой на них и эффективностью ее доставки. Например, обычная батарея сохраняет энергию в ходе химических реакций в электролитах и пластинах. Эти реакции требуют времени, чтобы произойти, что ограничивает скорость, с которой энергия может эффективно извлекаться из клетки. [1] По этой причине большие батареи, используемые для хранения энергии, обычно имеют две или более емкости, обычно «2-часовую» и «20-часовую» емкость, при этом 2-часовая емкость часто составляет около 50% от 20-часовой емкости.
Солнечные панели имеют аналогичные проблемы из-за скорости, с которой ячейка может преобразовывать солнечные фотоны в электроны , температуры окружающей среды и множества других проблем. В этом случае существует сложная нелинейная зависимость между напряжением, током и общим количеством производимой мощности, «кривая IV». [2] Чтобы оптимизировать сбор, современные солнечные батареи используют метод, известный как « отслеживание точки максимальной мощности » (MPPT), чтобы контролировать общую мощность батареи и постоянно корректировать представленную нагрузку, чтобы поддерживать работу системы на пиковой точке эффективности. . [3]
Традиционно солнечные панели вырабатывают напряжение около 30 В. [4] Это слишком низкое значение для эффективного преобразования в переменный ток для подачи в электросеть . Чтобы решить эту проблему, панели соединяют последовательно, чтобы увеличить напряжение до уровня, более подходящего для используемого инвертора, обычно около 600 В. [5]
Недостаток этого подхода заключается в том, что систему MPPT можно применять только к массиву в целом. Поскольку кривая IV является нелинейной, даже слегка затененная панель может иметь значительно более низкий выходной сигнал и значительно увеличить свое внутреннее сопротивление. Поскольку панели соединены последовательно, это приведет к снижению выходной мощности всей цепочки из-за увеличения общего сопротивления. Это изменение в производительности приводит к тому, что система MPPT меняет рабочую точку, отклоняя остальные панели от их наилучшей производительности. [6]
Из-за последовательной проводки несоответствие мощности между фотоэлектрическими модулями в цепочке может привести к резкой и непропорциональной потере мощности всей солнечной батареи, что в некоторых случаях приводит к полному отказу системы. [7] Затенение всего лишь 9% всей поверхности фотоэлектрической системы может в некоторых случаях привести к потерям мощности в масштабе всей системы до 54%. [8] Хотя эта проблема наиболее заметна при «больших» событиях, таких как проходящая тень, даже самые незначительные различия в производительности панели из-за загрязнения, дифференциального старения или небольших различий во время производства могут привести к тому, что массив в целом будет работать некорректно. его лучшая точка MPPT. «Согласование панелей» является важной частью проектирования солнечных батарей.
Эти проблемы привели к появлению ряда различных потенциальных решений, которые изолируют панели индивидуально или на гораздо меньшие группы (2–3 панели) в попытке обеспечить MPPT, позволяющий избежать проблем, связанных с большими строками.
Одно из решений — микроинвертор — размещает всю систему преобразования энергии непосредственно на задней стороне каждой панели. Это позволяет системе отслеживать MPPT для каждой панели и напрямую выдавать мощность переменного тока, соответствующую сети. [9] Затем панели соединяются параллельно, поэтому даже выход из строя одной из панелей или микроинверторов не приведет к потере мощности в цепочке. Однако этот подход имеет недостаток, заключающийся в распределении схемы преобразования мощности, которая теоретически является дорогостоящей частью системы. Микроинверторы, по крайней мере, в начале 2011 года, имели значительно более высокую цену за ватт .
Это, естественно, приводит к концепции оптимизатора мощности, в которой на панели распределяется только система MPPT. В этом случае преобразование постоянного тока в переменный происходит в одном инверторе, у которого отсутствует аппаратное обеспечение MPPT или оно отключено. Передовые решения способны корректно работать со всеми солнечными инверторами, что позволяет оптимизировать уже установленные установки. По мнению его сторонников, этот «гибридный» подход дает в целом самое дешевое решение, сохраняя при этом преимущества микроинверторного подхода.
Оптимизаторы мощности, по сути, представляют собой преобразователи постоянного тока в постоянный ток , которые принимают мощность постоянного тока от солнечной панели при любом оптимальном напряжении и токе (через MPPT), а затем преобразуют ее в другое напряжение и ток, которые лучше всего подходят центральному / цепному инвертору .
Некоторые оптимизаторы мощности предназначены для работы в сочетании с центральным инвертором того же производителя, что позволяет инвертору взаимодействовать с оптимизаторами, чтобы гарантировать, что инвертор всегда получает одинаковое общее напряжение от панели панели. [10] В этой ситуации, если имеется ряд панелей, соединенных последовательно, и выходная мощность одной панели падает из-за тени, ее напряжение упадет так, что она сможет выдавать ту же величину тока (амперы). Это также приведет к падению напряжения цепочки, за исключением того, что центральный инвертор настраивает все остальные оптимизаторы так, чтобы их выходное напряжение слегка увеличивалось, поддерживая фиксированное напряжение цепочки, необходимое для инвертора (только при уменьшенной доступной силе тока, пока одна панель затенена). ). Обратной стороной этого типа оптимизатора является то, что для него требуется центральный инвертор того же производителя, что и оптимизаторы, поэтому невозможно постепенно модернизировать их в существующей установке, пока не будет также заменен инвертор, а также оптимизаторы, установленные на всех панели одновременно.
