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 die entsprechende Leistung aus. Daher hat ein Hybridwechselrichter keine besonderen Anforderungen an die AC-Überlast, da die Ausgangsleistung des Wechselrichters grundsätzlich die Leistung der Komponente nicht überschreitet. Im Solar-PV-Inselnetzsystem bilden Komponente, Batterie, Wechselrichter und Last das elektrische System. Die Ausgangsleistung des Wechselrichters wird durch die Last bestimmt. Die Anlaufleistung des Motors einiger induktiver Lastgeräte wie Klimaanlagen oder Wasserpumpen beträgt das 3- bis 5-fache der Nennleistung. Daher hat der Hybridwechselrichter besondere Anforderungen an die Überlastsituation.
Die Spitzenleistung des Hybridwechselrichters, der Hochfrequenz-Isolationstechnologie verwendet, kann das 2-fache der Nennleistung betragen. Die Spitzenleistung des Hybridwechselrichters, der Netzfrequenz-Isolationstechnologie verwendet, kann das 3-fache der Nennleistung betragen. Ein 3-kW-Hochfrequenz-Hybridwechselrichter kann eine 1P-Klimaanlage antreiben (die Anlaufleistung beträgt etwa 5,5 kVA). Ein 12-kW-Netzfrequenz-Inselwechselrichter kann eine 6P-Klimaanlage antreiben (die Anlaufleistung beträgt etwa 33 kVA). Ein Teil der vom Wechselrichter bereitgestellten Energie zum Antrieb der Last stammt von der Batterie oder dem Solarmodul. Wenn dies nicht ausreicht, stammt der überschüssige Teil aus den Energiespeicherelementen (Kondensatoren und Induktivitäten) des Wechselrichters.
Analyse der Überlastkapazität des Hybridwechselrichters anhand der Schaltung
Kondensatoren und Induktivitäten sind beide Energiespeicherkomponenten. Der Unterschied besteht darin, dass der Kondensator elektrische Energie in Form eines elektrischen Feldes speichert. Je größer die Kapazität des Kondensators ist, desto größer ist die gespeicherte Energie. Die Induktivität speichert elektrische Energie in Form eines Magnetfeldes. Je größer die Permeabilität des Induktivitätskerns ist, desto größer sind die Induktivität und die gespeicherte Energie.
Das Funktionsprinzip des Kondensators lässt sich aus seiner Struktur ableiten. Wie im folgenden Diagramm gezeigt, sind die beiden Seiten jeweils mit einer Metallplatte ausgestattet, die zwei Elektroden herausführt. Gleichzeitig ist der mittlere Bereich durch Isoliermaterial getrennt. Wenn kein externes elektrisches Feld an den beiden Kondensatoranschlüssen angelegt wird, befinden sich die positiven und negativen Ladungen auf den beiden Elektrodenplatten im Gleichgewicht.
Wie auf dem obigen Foto zu sehen ist, sammelt sich bei Anlegen eines externen elektrischen Feldes an den beiden Kondensatoranschlüssen die positive Ladung auf einer Elektrode und die negative Ladung auf der anderen Elektrode. Wenn die Spannung an den beiden Kondensatoranschlüssen kontinuierlich ansteigt und die Betriebsspannung erreicht, hört der Kondensator auf zu laden. In diesem Zustand verschwindet die Energie des Kondensators nicht, selbst wenn die externe Schaltung getrennt wird. Dies wird durch das Gesetz beeinflusst, dass gleichnamige elektrische Ladungen sich abstoßen und ungleichnamige sich anziehen. Die Ladungen an den beiden Anschlüssen ziehen sich gegenseitig an, um die Energie zu speichern.
Netzfrequenz-Isolationstransformatoren beziehen sich auf Transformatoren mit 50-Hz-Frequenz. Primär- und Sekundärtransformatoren besitzen beide Induktivitäten, die eine gewisse Energiemenge speichern können, ähnlich wie die Filterinduktivität des Hybridwechselrichters. Wenn Strom durch die Induktivität fließt, erzeugt der Strom ein Magnetfeld. Wenn das Magnetfeld des Stroms am magnetischen Kern vorbeigeht, wird der Gleichgewichtszustand der magnetischen Domäne gestört und die magnetische Domäne wird in Richtung des externen Magnetfeldes ausgerichtet. Dadurch erzeugt der magnetische Kern ein externes Magnetfeld. Der Prozess der Erzeugung des externen Magnetfeldes ist tatsächlich der Prozess, wie das Magnetfeld von der Induktivität gespeichert wird.
Die Induktivität ist eine Komponente aus lackiertem Draht, die auf einem isolierenden Rahmen oder magnetischen Kern angebracht ist. Wenn Strom durch die Spule fließt, wird ein Magnetfeld um sie herum erzeugt. Wenn der fließende Strom Wechselstrom enthält, ändert sich das erzeugte Magnetfeld häufig. Nach den Prinzipien der elektromagnetischen Induktion erzeugt die sich ändernde magnetische Flusslinie eine induzierte elektromotorische Kraft an den beiden Spulenanschlüssen. Die Richtung dieser induzierten elektromotorischen Kraft ist jedoch entgegengesetzt zur Richtung der ursprünglichen elektromotorischen Kraft, was die Stromänderung verhindert.
Es lässt sich zusammenfassen, dass die Induktivität hauptsächlich dazu dient, Stromänderungen zu verhindern. Wenn der Strom ansteigt, hemmt sie den Stromanstieg und speichert durch das Magnetfeld Energie. Wenn der Strom abnimmt, hemmt sie den Stromabfall im Stromkreis und gibt gespeicherte Energie ab, um den Strom aufrechtzuerhalten. Aufgrund ihrer Energiespeichereigenschaften kann die Induktivität Filter- und Verzögerungsfunktionen realisieren.
Zusammenfassung
Im Solar-PV-Inselnetzsystem wird die Ausgangsleistung durch die Last bestimmt. Wenn Motoren oder andere Geräte mit induktiver Last gestartet werden, wird kurzfristig ein hoher Strom benötigt. Das PV-System und die Batterie können diese Energie nicht bereitstellen. Außerdem kann eine zu hohe kurzfristige Entladung der Lithiumbatterie zu einer Explosion führen. Die Kondensatoren, Induktivitäten und Transformatoren des Hybridwechselrichters können jedoch Energie speichern und werden nicht beschädigt, selbst wenn sie die Ausgangsleistung kurzfristig mehrfach verstärken. Daher können Hybridwechselrichter mehrfach überlastet werden.
