W systemie sieciowym fotowoltaicznym (PV) moduł słoneczny, falownik i sieć energetyczna tworzą system elektryczny. Komponent przetwarza energię słoneczną na podstawie promieniowania słonecznego, a następnie falownik generuje odpowiednią moc. W związku z tym falownik hybrydowy nie ma specjalnych wymagań dotyczących przeciążenia prądem przemiennym, ponieważ moc wyjściowa falownika zasadniczo nie przekracza mocy komponentu. W systemie fotowoltaicznym off-grid komponent, bateria, falownik i obciążenie tworzą system elektryczny. Moc wyjściowa falownika jest określana przez obciążenie. Moc rozruchowa silnika niektórych urządzeń z obciążeniem indukcyjnym, takich jak klimatyzator czy pompa wodna, jest 3-5 razy większa od mocy znamionowej. Dlatego falownik hybrydowy ma specjalne wymagania dotyczące sytuacji przeciążenia.
Moc szczytowa falownika hybrydowego wykorzystującego technologię izolacji wysokiej częstotliwości może wynosić 2 razy moc znamionową. Moc szczytowa falownika hybrydowego stosującego technologię izolacji o częstotliwości sieciowej może wynosić 3 razy moc znamionową. Zestaw falownika hybrydowego o mocy 3 kW z wysoką częstotliwością może napędzać klimatyzator 1P (moc rozruchowa około 5,5 kVA). Falownik off-grid o mocy 12 kW i częstotliwości sieciowej może napędzać klimatyzator 6P (moc rozruchowa około 33 kVA). Część energii dostarczanej przez falownik do napędu obciążenia pochodzi z baterii lub modułu fotowoltaicznego. Jeśli to nie wystarcza, nadmiar energii pochodzi z elementów magazynujących energię (kondensatorów i cewek) falownika.
Analiza zdolności przeciążeniowej falownika hybrydowego na podstawie obwodu
Kondensatory i cewki to oba elementy magazynujące energię. Różnica polega na tym, że kondensator przechowuje energię elektryczną w postaci pola elektrycznego. Im większa pojemność kondensatora, tym większa zgromadzona energia. Cewka przechowuje energię w postaci pola magnetycznego. Im większa przenikalność rdzenia cewki, tym większa indukcyjność i zgromadzona energia.
Zasada działania kondensatora wynika z jego budowy. Jak pokazano na poniższym schemacie, po obu stronach znajdują się metalowe płytki, które prowadzą do dwóch elektrod. Środek jest oddzielony materiałem izolacyjnym. W sytuacji, gdy na zaciskach kondensatora nie jest przyłożone zewnętrzne pole elektryczne, ładunki dodatnie i ujemne na dwóch elektrodach są w stanie równowagi.
Jak widać na powyższym zdjęciu, gdy na zaciskach kondensatora zostanie przyłożone zewnętrzne pole elektryczne, ładunki dodatnie gromadzą się na jednej elektrodzie, a ładunki ujemne na drugiej. Gdy napięcie na zaciskach kondensatora stale rośnie i osiąga napięcie zasilania, kondensator przestaje się ładować. W tej sytuacji energia kondensatora nie zanika nawet po odłączeniu obwodu zewnętrznego. Jest to spowodowane zasadą, że ładunki jednego znaku się odpychają, a przeciwne się przyciągają. Ładunki na dwóch zaciskach przyciągają się, magazynując energię.
Transformator izolacyjny o częstotliwości sieciowej odnosi się do transformatora o częstotliwości 50 Hz. Zarówno uzwojenie pierwotne, jak i wtórne mają cewki, które mogą magazynować pewną energię, podobnie jak cewka filtrująca falownika hybrydowego. Gdy przez cewkę płynie prąd, powstaje pole magnetyczne. Gdy pole magnetyczne prądu przechodzi przez rdzeń magnetyczny, zaburza równowagę domen magnetycznych i kieruje je w stronę zewnętrznego pola magnetycznego. W ten sposób rdzeń magnetyczny tworzy zewnętrzne pole magnetyczne. Proces powstawania zewnętrznego pola magnetycznego to w rzeczywistości proces magazynowania pola magnetycznego przez cewkę.
Cewka to element wykonany z drutu emaliowanego, nawinięty na izolowaną ramę lub rdzeń magnetyczny. Gdy przez cewkę płynie prąd, wokół niej powstaje pole magnetyczne. Jeśli prąd jest zmienny (AC), pole magnetyczne zmienia się często. Zgodnie z zasadami indukcji elektromagnetycznej zmienne linie pola magnetycznego generują siłę elektromotoryczną indukowaną na dwóch zaciskach cewki. Kierunek tej siły elektromotorycznej jest przeciwny do kierunku pierwotnej siły elektromotorycznej, co zapobiega zmianom prądu.
Można stwierdzić, że cewka służy głównie do zapobiegania zmianom prądu. Gdy prąd rośnie, cewka hamuje jego wzrost i magazynuje energię w polu magnetycznym. Gdy prąd maleje, cewka hamuje jego spadek i uwalnia zgromadzoną energię, aby utrzymać prąd. Dzięki swoim właściwościom magazynowania energii cewka może pełnić funkcje filtra i opóźnienia.
Podsumowanie
W systemie fotowoltaicznym off-grid moc wyjściowa jest określana przez obciążenie. Gdy uruchamiane są silniki lub inne urządzenia z obciążeniem indukcyjnym, w krótkim czasie wymagany jest duży prąd. System PV i bateria nie są w stanie dostarczyć takiej energii. Ponadto, jeśli bateria litowa dostarczy zbyt dużą moc w krótkim czasie, może dojść do jej uszkodzenia lub wybuchu. Jednak kondensator, cewka i transformator falownika hybrydowego mogą magazynować energię i nie ulegną uszkodzeniu, nawet jeśli chwilowo zwiększą moc wyjściową kilkukrotnie. Dlatego falowniki hybrydowe mogą być przeciążane wielokrotnie.
