Analyse zur Überlastfähigkeit von Hybridwechselrichtern

Im Solar-PV-Netzsystem können das Solarmodul, der Wechselrichter und das Stromnetz das elektrische System bilden. Die Komponente wandelt die Sonnenenergie basierend auf der Sonneneinstrahlung um und der Wechselrichter gibt dann die entsprechende Leistung aus. Daher stellt ein Hybrid-Wechselrichter keine besonderen Anforderungen an die AC-Überlastung, da die Ausgangsleistung des Wechselrichters grundsätzlich nicht die Komponentenleistung übersteigt. Im Solar-PV-Inselsystem bilden Komponente, Batterie, Wechselrichter und Last das elektrische System. Die Ausgangsleistung des Wechselrichters wird durch die Last bestimmt. Die Startleistung des Motors einiger induktiver Lastgeräte wie Klimaanlagen oder Wasserpumpen beträgt das 3- bis 5-fache der Nennleistung. Daher stellt der Hybridwechselrichter besondere Anforderungen an die Überlastsituation.

Die Spitzenleistung des Hybridwechselrichters mit Hochfrequenz-Isolationstechnologie kann das Zweifache der Nennleistung betragen. Die Spitzenleistung des Hybridwechselrichters, der die Netzfrequenz-Isolationstechnologie nutzt, kann das Dreifache der Nennleistung betragen. Ein Satz 3-kW-Hochfrequenz-Hybridwechselrichter kann einen Satz 1P-Klimaanlagen antreiben (die Startleistung beträgt etwa 5,5 kVA). Ein 12-kW-Netzfrequenz-Wechselrichter kann eine 6P-Klimaanlage antreiben (die Startleistung beträgt etwa 33 kVA). Ein Teil der vom Wechselrichter zum Antrieb der Last bereitgestellten Energie stammt von der Batterie oder dem Solar-PV-Modul. Reicht dies nicht aus, stammt der überschüssige Teil aus den Energiespeicherelementen (Kondensatoren und Induktivitäten) des Wechselrichters.

Analysieren Sie die Überlastkapazität des Hybridwechselrichters vom Stromkreis

Kondensatoren und Induktivitäten sind beide Energiespeicherkomponenten. Der Unterschied besteht darin, dass der Kondensator Energie in Form eines elektrischen Feldes speichert. Je größer die Kapazität des Kondensators ist, desto größer ist die gespeicherte Leistung. Der Induktor speichert Energie in Form eines Magnetfelds. Je größer die Permeabilität des Induktorkerns ist, desto größer sind die Induktivität und die gespeicherte Energie.

Das Funktionsprinzip eines Kondensators lässt sich anhand seiner Struktur erkennen. Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, sind die beiden Seiten separat mit einer Mentalplatte ausgestattet, um zwei Elektroden herauszuführen. Gleichzeitig wird die mittlere Stelle durch das Dämmmaterial isoliert. Wenn an den beiden Kondensatoranschlüssen kein externes elektrisches Feld angelegt wird, sind die positiven und negativen Ladungen auf den beiden Elektrodenplatten im Gleichgewicht.

Wie im obigen Foto gezeigt, kann festgestellt werden, dass, wenn ein externes elektrisches Feld an den beiden Kondensatoranschlüssen angelegt wird, die positiven Ladungen auf einer Elektrodenplatte und die negativen Ladungen auf der anderen Elektrodenplatte akkumuliert werden. Wenn die Spannung an den beiden Kondensatoranschlüssen kontinuierlich ansteigt und die Netzspannung erreicht, stoppt der Kondensator den Ladevorgang. In dieser Situation geht die Kondensatorenergie nicht verloren, selbst wenn die Verbindung zum externen Stromkreis unterbrochen wird. Dies wird durch die Regel beeinflusst, dass sich gleiche elektrische Ladungen abstoßen und ungleiche anziehen. Die Ladungen an zwei Anschlüssen ziehen sich gegenseitig an, um die Energie zu speichern.

Unter Netzfrequenz-Trenntransformator versteht man den Transformator mit einer Frequenz von 50 Hz. Primär- und Sekundärtransformatoren verfügen alle über Induktivitäten, die eine bestimmte Leistungsenergie speichern können, genau wie die Filterinduktivität des Transformators Hybrid-Wechselrichter . Wenn der Induktor vom Strom durchflossen wird, hat der Strom das Magnetfeld. Wenn das aktuelle Magnetfeld am Magnetkern vorbeiläuft, unterbricht das aktuelle Magnetfeld den Gleichgewichtszustand der magnetischen Domäne und treibt die magnetische Domäne in die Richtung des externen Magnetfelds. Somit erzeugt der Magnetkern ein externes Magnetfeld. Der Prozess der Erzeugung eines externen Magnetfelds ist eigentlich der Prozess, bei dem das Magnetfeld durch den Induktor gespeichert wird.

Der Induktor ist eine Komponente aus Lackdraht und wird auf dem Isolierrahmen oder Magnetkern angebracht. Wenn der Strom durch die Spule fließt, wird um sie herum ein Magnetfeld erzeugt. Wenn der durchgelassene Strom Wechselstrom enthält, ändert sich das erzeugte Magnetfeld häufig. Gemäß den Prinzipien der elektromagnetischen Induktion erzeugt die sich ändernde magnetische Linie eine elektromotorische Induktionskraft an zwei Spulenanschlüssen. Die Richtung dieser elektromotorischen Induktionskraft ist jedoch entgegengesetzt zur Richtung der ursprünglichen elektromotorischen Induktionskraft, was die Stromänderung verhindern kann.

Daraus lässt sich schließen, dass der Induktor hauptsächlich dazu dient, Stromänderungen zu verhindern. Wenn der Strom zunimmt, wird der Stromanstieg behindert und über das Magnetfeld etwas Energie gespeichert. Wenn der Strom abnimmt, wird die Stromabnahme im Stromkreis behindert und ein Teil der gespeicherten Energie freigesetzt, um den Strom aufrechtzuerhalten. Aufgrund seiner Energiespeichereigenschaften kann der Induktor die Filter- und Verzögerungsfunktionen realisieren.

Zusammenfassung

Bei netzunabhängigen Solar-PV-Systemen wird die Ausgangsleistung durch die Last bestimmt. Wenn ein Motor oder andere Geräte mit induktiver Last gestartet werden, wird innerhalb kurzer Zeit ein großer Strom benötigt. Die PV-Anlage und die Batterie sind nicht in der Lage, diese Energie bereitzustellen. Wenn die Lithiumbatterie in kurzer Zeit übermäßig viel Energie verbraucht, kann es außerdem zu einer Erschöpfung kommen. Der Kondensator, die Induktivität und der Transformator des Hybrid-Wechselrichters können jedoch Strom speichern und werden nicht beschädigt, selbst wenn er den Ausgang in kurzer Zeit mehrmals verstärkt. Daher können Hybridwechselrichter mehrfach überlastet werden.