Aðalorsakinn til hruns í skammtaupplausn í sólarorkustöðvum er sá ólínulegi aflrafræniskt búnaður sem við sjáum alls staðar í dag, aðallega sólarafli umhvarfarar og ýmis skiptibúnaður. Nýrri rannsókn á netlotun frá árinu 2024 komst í ljós eitthvað áhugavert um þessa vandamál. Rannsakendur fundu að um þrisjuðruð allra hrunsíttara sem mæld voru á sólrásnum komu frá því sem kallaðir eru spennugjafa umhvarfarar (e. voltage source inverters) þegar þeir framkvæma verkefni sitt um að breyta jafnspennu í varanlega straum. Það sem gerist hér er nokkuð einfalt en samt tæknilega flókið. Þessir umhvarfarar búa til hámælt skiptihrun sem svævar einhvers staðar milli 2 og 40 kHz vegna hvernig þeir stjórna pulsum (kortlegra PWM) ásamt ýmislyndis millilögðum aðferðum. Þó eru einnig aðrar aðilar sem verða að minnast á. Trafóar geta stundum orðið metnir undir ákveðnum aðstæðum, og þegar margir umhvarfarar vinna saman í stórum sólrásnum getur verið að þeir sameinist á slíkt hátt að aukningar hruni myndist.
Þegar samhæfingarskiptum er ekki stjórnst, minnkar það virkni kerfisins um einhversstaðar á bilinu 3 til 7 prósent samkvæmt rannsóknum Ponemon frá fyrra ári. Þetta gerist af því að leiðarar missa meira orku og varnar leysast of mikið upp. Ef spennuskipti fer yfir 5% THD, byrja hlutir fljótt að fara úrskeið. Varnaröryrkjar virka ekki eins og skyldi og veflar hafa oft óbreytilega bilun. Vandamálið verður enn verra fyrir breytur. Sá sem keyra í umhverfi fullt af samhæfingarskiptum sjá einangrunina slitast niður um 15 til 20% hraðar, sem leiðir til tíðari viðgerða og hærri kostnaðar. Sumar mjög alvarlegar aðstæður komast upp þegar hljómbrot verður milli grunnviðvaxtar rafmagnsskerunarinnar og þess sem kemur úr PV-breytum. Þessi áhrif geta haft í för með sér að ákveðin samhæfingarskipti verði svo sterk að búnaður verði reyndar skemmdur utan endurheimtu.
Staðallstofnanir um allan heim hafa sett nokkuð strangar reglur um að spennu hljóðsveiflu (THD) skal vera undir 5% og að yfirhömluðum straumum sé ekki leyft að fara yfir 8% á punktum þar sem kerfi tengjast raforkuskeri. Fyrir sólarorkustöðvar stærri en 75 kilowatt gildir viðbótarkerfis kröfu samkvæmt IEC 61000-3-6 staðlinum sem krefst sérstakrar prófanir til að mæla þessar yfirhálfunar útblástur. Til að uppfylla öll þessi reglugerðir er oft nauðsynlegt að beita ýmsum niðurbregðslaraðferðum. Algengar aðferðir innifela hönnun breytustöðva með betri grunnlagsgerð og uppsetningu virkra rafvirkja sítra. Flest stjórnvöld krefjast í dag umbreytingar áframhaldandi fylgst með yfirhálfa í sólrinnur. Þetta hjálpar til við að forðast dýr refsanir vegna vandamála tengd rafmagnshnaglalögð vegna of mikillar yfirhálfunar innihalds.
Virkir aflafílar eða APF takast á við þessi óþægilegu hliðartölugildi í sólkerfum með því að greina og hafaða út skemmdandi strauma í rauntíma. Þeir vinna með straumsensur og DSP-tækni til að greina hvað er að gerast með hleðslustraumana, og finna jafnvel minnstu vandamál tengd hliðartölugildum eins og hliðartal af þriðja röð. Sumar reynslur á sviðinu hafa sýnt fram á að APF geti dragið úr heildarhliðartölunni um næstum 88% í sólorkuvinnslu sem er metin fyrir 500 kW, miðað við hefðbundin passív fílur. Slík árangur gerir mikilvægan mun fyrir stöðugleika og ávaxta sjálfsafnar kerfisins.
Vafningur á rásarströumi fer fram stöðugt með Hall-effect snemma sem nálgast þessi hliðartölugildi með nokkuð góðri nákvæmni, um hálf prósent villulínu. Það sem kemur næst er alvarleg útreikningafræði með framúrskarandi DSP reikniritum sem búa til strauma í mótfasa nákvæmlega til að hætta á hvaða hliðartölugildum sem er búið að greina. Skoðið hvað rannsakendur fundu í vinnu sinni frá 2023 um rauntíma jafnvægismetnaðaraðferðir. Þeir sýndu að þegar virkir aflsíur vinna við skiptihraða sem ná 20 kilóherz geta þeir í raun hætt á nær öllum pínandi fimmta- og sjöunda stigs hliðartölum á einungis tveimur þúsundhlutum sekúndu. Geggjað niðurstaða fyrir alla sem vinnast reglulega við vandamál tengd aflgæði.
Þessi stjórnunaraðferð aðskilur augnablikshluta virkrar (p) og endurgjaldsgefinnar (q) aflhluta með því að nota Clarke umbreytingar. Með því að samstilla við netspennu gegnum fasalæst slóðir (PLLs), heldur p-q aðferðin áfram aflstuðli yfir 0,98 jafnvel við 30% breytingar á útivist. Rannsóknir sýna að þessi aðferð minnkar beiðni um endurgjaldsgefið afl um 72% í samanburði við hefðbundin PI-stjórnunartækni.
Þetta kerfi tekur þessa bótunarkerfi og umbreytir þeim í raunverulegar kveik/Slökk-köll með því að nota svo kallaða space vector PWM stjórnun (stafræna strokstýringu). Í dag eru flest virka aflsíur byggð á IGBT-viðskiptavélum sem hafa yfir 97 prósent ávöxtun, takmarkað við nokkrar mjög snjallar dánartímabótunaraðferðir sem minnka óþægilegar skiptingartap. Með tillit til ýmissa rannsóknamanna um PWM rafspennuskiptivél finnum við að slíkar hönnunir geta fjarlægt sviptingar yfir mikið breiðari tíðni en 2 kHz. Og hér er einnig eitthvað mikilvægt: þau halda heildarhlutfalli sviptinga undir 4 prósent, og uppfylla þannig öll kröfur sem settar eru fram í nýjustu IEEE 519-standardsins frá 2022.
| Parameter | Hefðbundin síu | Virkt aflfilter |
|---|---|---|
| Viðbragðstíma | 50–100 ms | <2 ms |
| Meðhöndlun sviptingarraða | Fast (5., 7.) | 2. til 50. |
| Minnka THD | 40–60% | 85–95% |
| Aðlögun | Enginn | Dýnamísk hleðsluspor |
Til að virka vöktunarstöðvar (APFs) séu rétt tengdar í sólarorkuvindver við þarf nákvæma uppsetningu og stjórnunaraðferðir sem tryggja samræmi við rásarkerfið á meðan gæði rafmagnsins eru haldir áfram. Flerhluti nútímavindverja nota junningsvöktunarstöðvar (shunt APF) því þær eru tengdar í raðstreymi og geta þannig fjarlægt yfirhálftóna í raustíma án áhrifa á framleiðslu sólarorku. Samkvæmt rannsóknum sem birtar voru árið 2023 í IntechOpen, innihalda um 89 prósent allra nýju stóru sólarorkuvindverja nú þessar junningsvöktunarstöðvar sem vinna í samvinnu við fasaloka (PLL) kerfi. Þessi uppsetning veitir mjög nákvæma samræmingu við ritaþjónustu, venjulega innan hálfs gráðu hvort meginst. Slík nákvæmni hefur mikil áhrif á heildarafköst slíkra sólarorkulausnanna.
Shunt APF eru reknum með því að sprauta andspænisþéttum rafstraumi í rásina gegnum rafspennubreiðari. Lykilforrit á sviði eru:
Aðlagandi stjórnunartæki bæta skammtaundanir í óstöðugum geislunaraðstæðum með því að sjálfkrafa stilla gagnhræðslu stillingar. Rekstrarprófanir árið 2024 sýndu að aðlagandi kerfi lækkuðu heildar skammtaundanir (THD) frá 8,2% til 3,1% undir hluta-skugga, og urðu betri en fast-gain kerfi um 42% í millistöðu svari
Þrjár aðal aðferðir til tengingar eru algengast í nútíma PV verksmíðum:
| Aðferð | Minnka THD | Innleiðslukostnaður |
|---|---|---|
| Miðlungs APF | 82-91% | $15,000-$35,000 |
| APF á strengjahluta | 74-86% | $8,000-$18,000 |
| Hefur APF-PV vandamenn | 89-95% | Samsettur útlag |
Greining á ScienceDirect árið 2024 sýndi að hibridkerfi bættu orkuprófíti um 6,8% í samanburði við sjálfséðlaga APF lausnir í 500 kW sólarhöggspjaldum.
Hámarks afrafarvarm-tvöktunarkerfi nota nú sérstaklega umhvarfar sem bregðast við bæði orkubreytingu og minnka rúss á sama tíma. Nýjustu hönnunum er hlotið að byggja rafmagnsstrauðgerðina beint inn í aðal PV umhvarfann. Þetta minnkar magn hluta um þriggja þriðjung samanborið við að nota aðskildar einingar, samkvæmt rannsóknum Wong og yfirnema frá árinu 2021. Kerfin virka með snjallra skiptitækni sem gerir þeim kleift að rekja hámarkspunkt sólarorku og samtímis fella út óþarfar harmóníkur. Þau deila lykilhlutum eins og DC-tiltengslshleðslum og IGBT-modúlunum sem við sjáum í flestum nútímaelectronics. Raunprófanir sýna að þessi uppsetning halda heildar harmóníkörveru undir 3%, sem er nokkuð gott miðað við að þau eru einnig fyrir utan að breyta sólarljósi í rafmagn með um 98,2% virknun. Geggjað niðurstaða fyrir eitthvað sem hjálpar til við að hreinsa rafkerfin okkar og betri nýtingu endurnýjanlegrar orku.
Viðfangsefna í lykkju (HIL) samtals á 500 kW hybrid kerfum sýna 89% hraðari svarnarhastu á hámarki en venjuleg passív öruggvörn. Rannsókn í endurnýjanlegri orku frá 2024 sýndi að aðlagandi stjórnunarkerfi í PV-APF dragi úr spennuskömminni um 62% undir hluta-skugga ástandi. Reynd notkun sýnir varanlega THD niðurfögnun undir 5% yfir 1.200+ rekstrar klukkutíma, jafnvel með 30% ólínulegum hleðslum.
Iðnaðarleg sólarbúð leiddi út hitareykingu í vandamálum við breytuvara vegna innbyggingar á PV-APF. Hybrid kerfið setti upp átta 60 kVA tvöföld stjórnunarvélstafla í samskeytingu, og náði:
Eftirlit eftir uppsetningu staðfesti samræmi við IEEE 519-2022-standards undir aðstæðum 25% breytilegrar skýjudekkingar.
Virkir aflafílar hjálpa til við að halda hlutfalli vopna innan markaðarreglugerða fyrir netspenning með því að halda heildarhlutfalli vopna (THD) undir þeim 5% markmiði sem sett er fram í IEEE 519-2022 staðlunum. Samkvæmt nýlegum rannsóknum frá árinu 2023, sem kusu á tólf stórum sólarorkustöðvum, bæta slíkir fílar aflstuðul venjulega um 0,15 til 0,25 og minnka spennuskammabreytingar um næstum tve thirds. Sérstaklega virðingarmikil eiginleiki þeirra er hæfni þeirra til að vinna með örvugt fall í spenningu þegar ský leggjast fyrir yfir sólarhlaða, sem getur orsakað mikla óstöðugleika í rásinni. Flest nútímavirkjanet krefjast ekki meira en 10% breytingu á spennunni og virkir fílar uppfylla á samvinnu máta kröfur um mismunandi rekstrarstaðla.
Afbrigði í sólargjöf vekur óæskilegar millihárvur í tíðni svæðinu 1 til 2 kHz, sem venjuleg umhvarfar ekki eru búin til að takast á við á öruggan hátt. Til að berjast gegn þessu vandamáli nota virkir síur rauntíma breiddstýringu á púlsum (PWM) með svarnaðartíma undir 50 mikrosekúndum, sem vel haldnar heppnast í að fjarlægja þessar hárvaskemmdir. Rekstrarprófanir hafa sýnt áhrifamikil niðurstöður, með minnkun um allt að 85 til 90 prósent á millihárnum í bilið 150 til 250 Hz. Þessar bótir eru af gríðarlegri áhrifum því þær koma í veg fyrir ofhita á varnurum og jafnframt draga niður línu tapsmork um 12 til 18 prósent í sólarorkustöðvum yfir einn megawatt. Viðbótarnýting kemur fram þegar þessir síur vinna í samvinnu við orku geymslu lausnir, þar sem þeir draga mikið úr spennuskellrunni við skyndilegar breytingar á framleiðslu sólarorku, og ná samkvæmt iðnismælingum niðurfellingu á bilinu 60 til 75 prósent.
Virk orkufiltrar kosta um 30-40 prósent meira upphaflega en öndvirk valkostir en þeir bæta það upp með miklu betri sparnaði til lengri tíma. Þessi kerfi eru yfirleitt 92 til 97 prósent skilvirk, sem lækka árlega viðhaldskostnað um um 18 til 22 dollara fyrir hvert kílóvatt á fimm árum. Það sem gerir þær enn aðlaðandi er aðgerðin. Aðstaða getur sett upp þessi síur í aukablöndum og samt haldið hlutunum að virka slétt þar sem innbyggða afgangurinn heldur undir minni en hálft prósent harmonískri röngun þegar einn síur þarf athygli. Það er þó einn vangur - að koma þessum kerfum í notkun þarf aukinn fjárfestingu um $4,50 til $6,80 á kW auk uppsetningarkostnaðar. Fyrir minni virkjun undir 50 megavatti þýðir þetta að gera nokkrar alvarlegar tölur crunching áður en ákveðið hvort langtíma ávinningur vega upp upphaflega verðmerki.
Aðalheimildirnar á sýnusögu í sólarorkuvinnslu eru spennugjafaafvandamál, sem bera meðal annars af öðru tveimur þriðjum hluta sýnuskammtanna, og samvirkni milli margra afvöndla eða mettaðra varaflutvara.
Sýnuskammtavættanir geta lækkað kerfisávöxtun um 3 til 7%, valdið bilun skyldra vélar og vélvarna, og aukningu á brotum í afvöndlunaryfirborði um 15 til 20%.
Heildarsýnuskammtavættun spennu (THD) ætti að vera undir 5%, og sýnuskammtar í straumi ættu ekki að fara yfir 8% samkvæmt ýmsum staðli, eins og IEC 61000-3-6 fyrir uppsetningar stærri en 75 kW.
Virkir aflafílar nota straumsensur og DSP-tækni til að greina og hægja á yfirhámarki strauma í rauntíma, sem minnkar marktækt heildarhlutfall yfirhámarka í kerfinu.
Þótt virkir aflafílar bæti samræmi við netreglur og aflgæði, eru upphafsverðlag þeirra hærri miðað við lykilaupplausnir. Þó boða þeir betri langtíma sparnað með aukinni ávaxtagjöf og minni viðhaldskostnaði.
EN
Heitar fréttir 