تتطلب كل محطة للطاقة الشمسية متصلة بشبكة الجهد المتوسط (MV) - عادةً ما تكون أعلى من 1 ميجاوات - محولًا تصاعديًا يحول خرج التيار المتردد ذي الجهد المنخفض للعاكس (عادةً 400 فولت أو 630 فولت) إلى الجهد المتوسط للمرافق (6 كيلو فولت إلى 35 كيلو فولت). يؤدي تحديد المحول الخطأ kVA أو مجموعة المتجهات أو فئة الخسارة إلى إنشاء عنق الزجاجة الذي يحد من إنتاج المصنع أو الإفراط في المواصفات الباهظة الثمن. يغطي هذا الدليل عملية اختيار المحولات لمهندسي محطات الطاقة الشمسية ومطوري المشاريع.
لماذا تختلف محولات الطاقة الشمسية؟
تتمتع المحولات الشمسية بخصائص تشغيل فريدة مقارنة بالمحولات الصناعية:
- تحميل متغير: تنحدر محولات الطاقة الشمسية من الصفر عند الفجر إلى التحميل الكامل عند الظهر وتعود إلى الصفر عند الغسق - وهي دورة يومية يجب على المحول التعامل معها لمدة تزيد عن 25 عامًا
- المحتوى التوافقي: تنتج محولات السلسلة الحديثة تشوهًا توافقيًا منخفضًا جدًا (التشوه التوافقي الإجمالي، THD ≥ 3% لسلسلة Sungrow SG-CX)، ولكن الجهد العالي للتيار المستمر (1000-1500 فولت تيار مستمر) يخلق متطلبات لتصميم عزل محولات محدد
- لا يوجد تدفق ممغنط عند التحميل: على عكس محولات المحركات، لا ترى المحولات الشمسية تدفق الحمل الميكانيكي - ولكن خوارزمية MPPT العاكس يمكن أن تسبب تغييرات سريعة في الحمل تتطلب النظر في مقاومة المحولات
- الحمولة الزائدة في اقتران العاصمة: بالنسبة لتكوينات BESS المقترنة بالتيار المستمر، قد يحتاج المحول إلى التعامل مع كل من تفريغ PV وBESS في وقت واحد - مما يزيد من طاقة الذروة فوق تصنيف اللوحة الكهروضوئية
منهجية تحجيم كيلو فولت أمبير
يجب أن يغطي تصنيف المحول kVA الحد الأقصى لطاقة خرج التيار المتردد للعاكسات المتصلة مع هامش الخسارة والتحميل الزائد:
المحول كيلو فولت أمبير = Σالعاكس تيار متردد كيلو فولت أمبير × 1.05 إلى 1.10
يمثل عامل الحجم الكبير 1.05-1.10 ما يلي:
- خسائر النحاس في المحولات (خسائر الحمل) عند التيار المقدر - عادةً 0.5-1.5٪ من الطاقة المقدرة
- التحميل الزائد أثناء ارتفاع الإشعاع (يمكن أن يؤدي تحسين حافة السحابة إلى دفع خرج العاكس لفترة وجيزة فوق الاسمي)
- توسيع القدرة المستقبلية (10% من الإرتفاع يمنع استبدال المحول إذا تمت إضافة مرحلة ثانية)
مثال: مجموعة مكونة من 10 × Sungrow SG150CX تتطلب المحولات (150 كيلو واط تيار متردد لكل منها) حدًا أدنى من المحول: 10 × 150 كيلو فولت أمبير × 1.08 = 1,620 كيلو فولت أمبير. حدد الحجم القياسي التالي: 1600 كيلو فولت أمبير أو 2000 كيلو فولت أمبير.
اختيار مجموعة المتجهات
تحدد مجموعة ناقلات المحولات علاقة الطور بين اللفات الأولية (HV) والثانوية (LV) وكيفية التعامل مع المحايد. بالنسبة لمحطات الطاقة الشمسية، التكوينات الأكثر شيوعًا هي:
| مجموعة المتجهات | عندما تستخدم | ملاحظات |
|---|---|---|
| داين11 | معظم تطبيقات الطاقة الشمسية الأوروبية | دلتا HV / ستار LV مع محايد. الأكثر شيوعًا لمحولات السلسلة. يوفر مسار تيار صفري التسلسل على الجانب المنخفض (الكشف عن خطأ الأرض العاكس). |
| YNyn0 | الولايات المتحدة / أمريكا الشمالية للطاقة الشمسية | نجم محايد / نجم محايد. شائع في تطبيقات المرافق حيث يتم تأريض كل من الجهد العالي والجهد المنخفض المحايدين. |
| داين1 | مرافق الطاقة الشمسية في الصين (GB/T) | مرحلة التحول 30 درجة بين الجهد العالي والمنخفض. مطلوب من قبل بعض مشغلي الشبكات الصينية للإلغاء التوافقي في تكوينات المحولات المزدوجة. |
بالنسبة لمعظم المشاريع الدولية التي تتصل بشبكات الجهد المتوسط من 11 كيلو فولت إلى 33 كيلو فولت، Dyn11 هو الاختيار القياسي. تأكد دائمًا من مجموعة المتجهات المطلوبة من خلال دراسة التوصيل البيني الخاصة بالمرافق أو وثيقة معايير اتصال الشبكة قبل طلب المحول.
فئات الكفاءة والخسائر
تتكون خسائر المحولات من عنصرين:
- خسائر عدم التحميل (الخسائر الأساسية): ثابت بغض النظر عن التحميل - يستخدم المحول هذه الطاقة 24 ساعة في اليوم حتى عندما لا تقوم المحطة بالتوليد. محدد بالواط عند التردد المقدر.
- خسائر الحمل (خسائر النحاس): متناسب مع التربيع الحالي. عند التحميل بنسبة 50%، تبلغ خسائر التحميل 25% من قيمة التحميل الكامل.
بالنسبة لتطبيقات الطاقة الشمسية، تستحق خسائر عدم التحميل اهتمامًا خاصًا لأن محطات الطاقة الشمسية تكون عند مستوى الصفر أو الحمل المنخفض لمدة تزيد عن 10 ساعات يوميًا (ليلاً). محول عالي الكفاءة مع خسائر منخفضة في حالة عدم التحميل يسدد أقساطه في توفير الطاقة طوال عمر المحطة.
| فئة كفاءة IEC | معيار فقدان عدم التحميل (1000 كيلو فولت أمبير) | حالة الاستخدام |
|---|---|---|
| قياسي (AAA) | ~1000 واط | البنية التحتية للشبكة القياسية |
| كفاءة عالية (A0/A0k) | ~700 واط | جيد للطاقة الشمسية - خسائر ليلية أقل |
| جوهر غير متبلور (قسط) | ~250 واط | الأفضل للطاقة الشمسية — يتم سداده خلال 3-5 سنوات مقارنة بالمعيار القياسي |
بالنسبة لمحول بقدرة 1000 كيلو فولت أمبير مع 1000 واط مقابل 250 واط من خسائر عدم التحميل التي تعمل 8760 ساعة/سنة بتكلفة طاقة 0.10 دولار/كيلووات ساعة: التوفير السنوي = 6575 كيلووات ساعة × 0.10 دولار = 658 دولارًا في السنة. وفي حالة الاسترداد لمدة 3 إلى 5 سنوات على القسط الأساسي غير المتبلور، يكون هذا مبررًا اقتصاديًا دائمًا تقريبًا.
مقاومة المحولات وتوافق العاكس
تحدد مقاومة المحول (يتم التعبير عنها كنسبة مئوية، عادة 4-6٪) تيار الخلل الذي يتم توصيله خلال دائرة كهربائية قصيرة وتؤثر على استقرار جهد شبكة العاكس في ظل تغيرات الحمل. تعمل المعاوقة الأعلى على تقليل تيار العطل (مجموعة المفاتيح الكهربائية الأكثر أمانًا) ولكنها تزيد من انخفاض الجهد تحت الحمل. بالنسبة لمعظم توصيلات محولات محطات الطاقة الشمسية، تكون المعاوقة القياسية من 4 إلى 6%؛ راجع مواصفات الشركة المصنعة للعاكس لمعرفة نطاق المعاوقة المقبول.