Marile parcuri fotovoltaice își schimbă modul în care lucrează pentru a crește randamentul astfel încât să poată extrage cea mai mare putere din activele lor.
Piața solară este împărțită în trei sectoare. Primul este cel rezidențial, reprezentat de panourile solare pe care casele le au pe acoperișuri. Al doilea este reprezentat de instalațiile aflate pe clădiri comerciale. Dar cel mai mare sector, adică cel care poate beneficia cel mai mult de pe urma creșterii randamentului, este acela al instalațiilor fotovoltaice pe scară mare, care produc electricitate în același mod în care îl face o instalație pe bază de cărbune.
Aceste instalații utilizează un sistem invertor central cu valori între 500kW și 2MW. De la invertorul central pornesc un număr de cutii de combinare, iar de la acestea pleacă însăși șirurile de panouri solare. Aceste șiruri fotovoltaice conțin în mod normal aproximativ douăzeci de panouri. (=> vice versa… energia vine de la panou la invertor)
Extragerea celei mai mari cantități de energie de la un panou, este cunoscută ca punct de putere maximă (MPP – Maximum Power Point) pentru tensiune și curent, iar sistemele pentru detectarea acestei posibilități sunt numite sisteme de urmărire a punctului de putere maximă (MPPTs – Maximum Power Point Trackers). Pentru a găsi MPP, curentul prin panou este crescut încet până atinge punctul în care se obține cea mai mare energie. Dacă se continuă creșterea curentului dincolo de acest punct, puterea extrasă scade din nou. MPP este influențat de cât de mult soare ajunge pe panou.
Modul în care instalațiile solare operează în mod tradițional constă în utilizarea tuturor panourilor la același MPP. Cu panourile în serie, același curent trece prin toate. Diferitele șiruri sunt legate în paralel unele cu altele, astfel încât toate au aceeași tensiune.
Acum, atâta vreme cât panourile sunt relativ similare, au aceeași orientare și nu au umbrire, putând toate “vedea” soarele, rularea tuturor cu același MPP este în regulă. Cu toate acestea, realitatea, în special în cazul parcurilor solare mari, condițiile anterior menționate se întrunesc rar. Soarele va atinge panourile la diferite intensități. De exemplu, un nor trece pe deasupra parcului, astfel încât unele panouri sunt în umbră, în vreme ce altele sunt în bătaia directă a soarelui, iar altele sunt într-o situație intermediară. Dacă sistemul este reglat astfel încât panourile să opereze la același MPP, acesta este efectiv MPP-ul celui mai puțin eficient panou și astfel randamentul întregii instalații este scăzut semnificativ.
Crearea de zone
De aici, tendința este de a împărți instalația în zone mai mici, fiecare cu propriul sistem de urmărire MPPT. Acest lucru înseamnă că zone separate ale instalației vor lucra la diferite MPP-uri, în funcție de starea soarelui. Un MPPT este în fapt un convertor DC-DC. În trecut, mulți operatori de parcuri fotovoltaice au evitat instalarea invertoarelor cu multe astfel de dispozitive, datorită costurilor suplimentare implicate, care depășeau beneficiile aduse de creșterea randamentului.
Ce s-a schimbat acum este faptul că electronica de putere recentă a redus costurile pentru că se poate comuta la frecvențe mai ridicate. Frecvența de comutație era uzual de 20kHz, dar acum este de aproximativ 50kHz și este foarte posibil să crească în viitor.
O frecvență mai mare însemnă că dimensiunea inductorului poate fi redusă, făcând întregul sistem mai mic și, de aceea, mai ieftin. Acest lucru înseamnă, de asemenea, că IGBT-urile și alte componente de putere sunt mai eficiente, generând mai puțină căldură și necesitând astfel radiatoare mai mici.
Apariția invertoarelor de șir
Crește în popularitate utilizarea unui invertor la capătul a 6 până la 10 șiruri; acesta este invertorul de șir. Fiecare invertor de șir are numai de la 30 la 50kW și aduce avantajul că, dacă un invertor are probleme, numai o mică zonă este offline până când panoul este înlocuit. Acest lucru face ca panoul sau invertorul de șir cu probleme să fie mai ușor de urmărit. Odată identificate, ele pot fi înlocuite de inginerul de sistem. Pentru că piesele de rezervă sunt uzual păstrate la fața locului, timpul de oprire este redus substanțial.
Asemenea instalații pot implica până la 200 MPPT-uri pentru fiecare megawatt. Această abordare este un pic mai scumpă, dar prețul scade odată cu creșterea volumului și odată cu îmbunătățirile în electronica de putere.
Analiștii de piață au anunțat că în 2018 utilitățile instalate cu invertoare de șir le vor depăși pe cele cu invertoare centrale.
Cutii de combinare inteligente
Alternativa este ca, în loc de a avea MPPT-urile în invertoare, acestea să fie puse în cutii de combinare și să se utilizeze un control inteligent pentru a le rula pe fiecare la MPP pentru șirul la care este conectat. Tipic, vor exista între patru și opt MPPT-uri într-o cutie de combinare.
MPPT = Convertor DC/DC
Produse LEM
Pentru a măsura curentul, MPPT-urile, fie în invertorul de șir, fie în cutiile de combinare inteligente, vor utiliza produse precum HLSR de la LEM. Acestea măsoară curentul din interiorul convertorului DC-DC, astfel încât să poată realiza funcția de MPPT. Dispozitivele pot fi utilizate atât în invertoarele de șir, cât și în cutiile de combinare inteligente.
Aceste traductoare de curent HLSR reprezintă stadiul actual al acestor tipuri de circuite. Ele oferă cea mai bună precizie, de aproximativ un procent și are un timp de reacție de 2µs, ceea ce este suficient de rapid pentru frecvențe de comutație de 50kHz. Au, de asemenea, un design robust, ceea ce înseamnă că pot rezista la fulgere – pot rezista de la 5 la 10kA pentru pulsuri de la 8 la 20µs. Iar izolația lor este potrivită pentru proiecte de 1500V, nivel la care operează cele mai mari instalații sau la care aspiră să opereze.
În cele din urmă, HSLR este cel mai simplu, sigur și eficient traductor de pe piață. El este realizat din ASIC patentat LEM, care a fost special proiectat și optimizat pentru traductoare de curent în buclă deschisă. Fiecare pas din procesul de producție a fost optimizat pentru a asigura suport producătorilor de invertoare, care trebuie să facă față unor presiuni uriașe de preț. HSLR este calea de a crea MPPT-uri mai eficiente, de calitate mai bună și cu preț mai scăzut.
Pentru utilizatorii mai pretențioși, LEM oferă, de asemenea, seria HO, care, suplimentar caracteristicilor HLSR, oferă și o ieșire OCD. Această ieșire digitală anunță când curentul a depășit un prag definit de tipic trei IPN. Ea poate fi utilizată ca protecție hardware pentru tranzistoare, reducând numărul de componente și complexitatea designului. Figura de mai jos prezintă schema de principiu pentru un controler MPPT și descrie funcțiile HLSR și HO.
Concluzie
Creșterea costului energiei și faptul că guvernele oferă avantaje pentru utilizarea de energie regenerabilă, au condus la construirea de parcuri fotovoltaice mari. Acest lucru a dat un imbold asupra creșterii randamentului pentru energia captată de la aceste surse. În cadrul acestor parcuri fotovoltaice mari, îmbunătățirile în electronica de putere au arătat că acum este viabilă utilizarea mai multor MPPT-uri, astfel încât fiecare parte a parcului să opereze la randament maxim.
Totuși, pentru a realiza acest lucru, sunt necesare modalități precise de măsurare a curentului, astfel încât este important să fie utilizate cele mai recente traductoare de curent, precum seria HLSR de la LEM. În acest fel, indiferent de vreme, companiile de utilități vor ști că primesc ce se poate mai bun de la parcurile lor fotovoltaice.
LEM | www.lem.com
