Aurinkosähköjärjestelmän keskusohjaimena invertterillä on keskeinen rooli koko järjestelmän toiminnassa ja tehossa. Kun järjestelmässä on ongelmia, kuten valmiustila, sammutus, hälytys, vika, odotusten vastainen sähköntuotanto, tiedonvalvonnan keskeytys jne., käyttö- ja huoltohenkilöstö lähtee aina alitajuisesti taajuusmuuttajasta etsimään syytä ja ratkaisua. Päivittäisessä viestinnässä havaitaan, että vaikka hajautettu aurinkosähkö on kehittynyt nopeasti useiden vuosien ajan, inverttereihin liittyy edelleen useita tyypillisiä väärinkäsityksiä. Puhutaanpa siitä tänään.
01 Invertterin lähtöjännite?
Parametri "AC-lähtöjännite" löytyy helposti kunkin invertterimerkin teknisistä tiedoista. Se on keskeinen parametri taajuusmuuttajan laatuominaisuuksien määrittämisessä. Yksinkertaisesti sanottuna AC-lähtöjännite näyttää viittaavan invertterin AC-puolen ulostulojännitearvoon. Itse asiassa tämä on väärinkäsitys.
"AC-lähtöjännite" ei ole vaihtosuuntaajan itsensä antama jännite. Invertteri on tehoelektroniikkalaite, jolla on virtalähdeominaisuudet. Koska se on kytkettävä sähköverkkoon (Utility), jotta se siirtää tai varastoida syntyvää sähköenergiaa turvallisesti, se tunnistaa aina käytön aikana sen verkon jännitteen (V) ja taajuuden (F), johon se on kytketty. Se, ovatko nämä kaksi parametria synkronoituja/samat verkon kanssa, määrittää, voiko verkko hyväksyä invertterin tuottaman sähköenergian. Antaakseen nimellistehoarvonsa (P=UI) vaihtosuuntaaja laskee, voiko se jatkaa ulostuloa ja kuinka paljon tuottaa kulloinkin havaitun verkkojännitteen (verkon kytkentäpisteen) perusteella. Tässä todellisuudessa syötetään verkkoon virta (I), ja virran suuruutta säädetään jännitteen muutoksen mukaan.
Esimerkkinä tarve muuntaa 10KW, jos verkon jännite on 400V, vaihtosuuntaajan tarvitsema virran arvo tällä hetkellä on: 10000÷400÷1.732≈14.5A; kun verkkojännite vaihtelee 430 V:iin seuraavalla hetkellä, vaadittava lähtövirta säädetään arvoon 13,4A; päinvastoin, kun verkkojännite laskee, invertteri lisää lähtövirran arvoa vastaavasti. On kaksi huomioitavaa: ① Verkkojännite ei voi pysyä vakioarvossa, se vaihtelee aina; ② Siksi invertterin havaitsemalla verkkojännitteellä on oltava alue. Jos verkon todellinen jännite vaihtelee tämän alueen ulkopuolella, taajuusmuuttajan on havaittava se reaaliajassa ja raportoitava vika ja pysäytettävä lähtö, kunnes verkon jännite palautuu. Tämän tarkoituksena on suojata sähköasemalla samalla linjalla olevien sähkölaitteiden ja henkilökunnan turvallisuutta.
Mikset tässä tapauksessa muuta tämän parametrin nimeä? Pääsyynä on se, että toimiala on noudattanut samaa käytäntöä useiden vuosien ajan - kaikki kutsuvat sitä näin; samaan aikaan, jotta se pysyisi johdonmukaisena lähtövirran kanssa, sitä on kutsuttu tällä tavalla.
02 Pitääkö taajuusmuuttaja varustaa putoamisenestosuojalla?
Vastaus on tietysti kyllä, epäilemättä. Voidaan jopa sanoa, että syy, miksi invertteriä voidaan kutsua invertteriksi, johtuu siitä, että siinä on saarekkeiden esto. Kuvittele: jos invertteri sallii DC-puolen tulon ja AC-puolen ei voi tulostaa, mihin suuri määrä latausta menee? Invertteri itsessään ei ole tallennuslaite, eikä siihen voi mahtua suurta määrää latausta, joten sen on silti toimittava. Kun saareke tapahtuu, se on kun sähköverkon normaali sähkönsiirto ja jakelu katkeavat jostain syystä. Kun suuri määrä latausta tulee sähköverkkolinjaan alkuperäistä polkua pitkin, jos sähköhuoltohenkilöstö työskentelee tällä hetkellä sen parissa, seuraukset ovat tuhoisat. Siksi, jotta aurinkosähköjärjestelmä pysyy aina synkronoituna sähköverkon kanssa, se on varustettava saarekkeiden estotoiminnolla (Anti-Islanding).
Miten se saavutetaan? Keskeinen asia saarekeilmiön estämisessä on edelleen sähkökatkojen havaitseminen sähköverkossa. Yleensä käytetään kahta "saariefektin" tunnistusmenetelmää, passiivista tai aktiivista. Havaitsemismenetelmästä riippumatta, kun sähköverkon virta on varmistettu, verkkoon kytketty invertteri irrotetaan verkosta ja invertteri pysäytetään säädetyn vasteajan kuluessa. Tällä hetkellä määräysten mukainen vastearvo on 2 sekunnin sisällä.
03 Mitä korkeampi tasavirtajännite on, sitä parempi sähköntuotanto?
Ei oikeastaan. Invertterin MPPT-käyttöjännitealueella on nimelliskäyttöjännitearvo. Kun DC-jonon jännitearvo on invertterin nimellisjännitearvossa tai lähellä sitä, eli täyden kuorman MPPT-jännitealueella, vaihtosuuntaaja voi tulostaa nimellistehonsa. Jos merkkijonojännite on liian korkea tai liian alhainen, merkkijonojännite on kaukana invertterin asettamasta nimellisjännitearvosta/-alueesta ja sen tehokkuus pienenee huomattavasti. Ensinnäkin nimellistehon antamisen mahdollisuus on suljettu pois - tämä ei ole toivottavaa; toiseksi, jos merkkijonon jännite on liian alhainen, invertterin Boost-piiri on usein mobilisoitava toimimaan jatkuvasti, ja jatkuva lämmitys saa sisäisen tuulettimen toimimaan jatkuvasti, mikä lopulta johtaa tehokkuuden heikkenemiseen; jos merkkijonojännite on liian korkea, se ei ole vain vaarallista, vaan myös rajoittaa komponentin IV-lähtökäyrää, jolloin virta pienenee ja tehonvaihtelu suurempi. Esimerkkinä 1100 V invertteri, sen nimelliskäyttöjännitepiste on yleensä 600 V ja täyden kuorman MPPT-jännitealue on 550 V ja 850 V välillä. Jos tulojännite ylittää tämän alueen, invertterin suorituskyky ei ole ihanteellinen.