En la competència de "reducció de costos i millora d'eficiència" en les centrals fotovoltaiques, la tecnologia "d'alta freqüència" dels inversors connectats a la xarxa s'està convertint en un avenç clau. En augmentar la freqüència de commutació (des del tradicional 10KHz a més de 50KHz), el volum de l’inversor s’ha reduït en un 50%, el pes s’ha reduït en un 60%i l’eficiència de conversió ha superat el 99%. Aquesta transformació "petita i precisa" no només redueix els costos de l'ocupació i el transport de la terra de la central, sinó que també millora l'amabilitat de la nova energia a la xarxa mitjançant una capacitat de resposta ràpida, redefinint el límit de rendiment dels inversors connectats a la xarxa.
1 La lògica bàsica de la conversió d’alta freqüència: reducció de components magnètics i millora de la velocitat de resposta
La "màgia de la mida" dels components magnètics. El volum de components magnètics com els transformadors i els inductors en inversors és inversament proporcional a la freqüència de commutació. Quan la freqüència augmenta de 10 kHz a 50kHz, el volum d'inductors amb la mateixa potència es pot reduir a 1/5 de la seva mida original. Després d’adoptar un disseny d’alta freqüència de 60 kHz, el volum d’un inversor de cordes de 50kW d’una determinada marca s’ha reduït de la tradicional 80L a 35L, el pes s’ha reduït de 50 kg a 22kg i el cost de transport per unitat s’ha reduït en un 40%. A la instal·lació de les centrals fotovoltaiques de muntanya, l'eficiència del maneig manual s'ha incrementat tres vegades.
Un salt qualitatiu en la capacitat de resposta dinàmica. L’interruptor d’alta freqüència accelera la velocitat de resposta de l’inversor a canvis en la tensió i el corrent de la graella. Després de la conversió d’alta freqüència, l’ample de banda de control de bucle actual d’un inversor de 100kW augmenta d’1 kHz a 5kHz. Quan la tensió de la graella augmenta de sobte, la sortida es pot ajustar dins de 200 μ s per evitar accions de protecció de sobretensió. Aquesta resposta ràpida millora significativament la "capacitat de passeig" de l'inversor en cas de falles de graella i ha superat proves rigoroses de la Comissió Internacional Electrotècnica (IEC).
2 reptes i avenços tècnics: des de "dificultats de calefacció" fins a "equilibri d'eficiència"
El disseny de la dissipació de la calor soluciona pèrdues d’alta freqüència. L’augment de la freqüència de commutació comportarà un augment de la pèrdua de commutació d’IGBT (proporcional a la freqüència). Una certa empresa adopta un esquema de combinació de "Sicon Carbide (SIC) Dispositius+refrigeració d'aigua de microcanal": La pèrdua de commutació de sic MOSFET és només un terç del de l'IGBT tradicional basat en silici. Combinat amb un dissipador de calor de microcanal amb un cabal de 2L/min, l’augment de la temperatura de l’inversor d’alta freqüència de 50 kHz es controla dins de 40K, que és un 50% inferior al l’esquema de refrigeració d’aire.
La tecnologia de commutació suau equilibra l'eficiència i la freqüència. Els interruptors durs tradicionals experimenten una forta caiguda de l'eficiència a freqüències altes, mentre que la tecnologia "commutació de tensió zero (ZVS)" utilitza un circuit ressonant per fer que el transistor de commutació conducta/desactivi a tensió zero, eliminant les pèrdues de commutació. Després d’adoptar aquesta tecnologia, un inversor d’alta freqüència va mantenir una eficiència de conversió del 99,2% a una freqüència de 50KHz, que és d’1,5 punts percentuals superior al l’esquema de commutació dura. La generació d’energia anual va augmentar un 30KWh/KW, equivalent a un augment anual de 15.000 iuans per a un sol inversor de 50kW.
Control ajustat a la compatibilitat electromagnètica (EMC). La principal interferència electromagnètica (EMI) generada per interruptors d’alta freqüència és el principal repte. Els enginyers han optimitzat la disposició del PCB (escurçant la longitud del circuit d’alta freqüència fins a 5cm) i han adoptat filtres EMI en fase en diverses etapes (inductància de mode comú+mode diferencial) per assegurar-se que el nivell de radiació electromagnètica de l’inversor compleix l’estàndard EN 61000-6-4. La intensitat de radiació a la banda de freqüència de 30MHz-1GHz és inferior a 54dB μ V/m, evitant la interferència amb el sistema de comunicació de la central.
3 Adaptació de l'escenari: penetració integral des de centrals elèctriques a gran escala fins a fotovoltaics distribuïts
L’avantatge de l’alta densitat de potència a les centrals terrestres. Una central fotovoltaica d’1GW a Mongòlia interior adopta inversors de cadena d’alta freqüència de 1500V, amb una única capacitat de 125kW, reduint el nombre d’equips en un 52% en comparació amb els models tradicionals de 60kW, estalviant un 30% en l’ús de cables i reduint el període de construcció de la central en 15 dies. El seu disseny compacte (que ocupa una superfície de 0,5 metres quadrats per unitat) redueix l’espai a la sala d’inversors en un 60% i redueix el cost de l’enginyeria civil.
La funció "Instal·lació flexible" de la fotovoltaica distribuïda. Els escenaris distribuïts per a la llar i els comercials posen un major èmfasi en la compacitat i la facilitat d’ús dels inversors. L’inversor domèstic d’alta freqüència de 3KW té un volum que només és un terç dels models tradicionals i que es pot muntar directament a la paret sense necessitat d’una sala d’informàtica dedicada. Un "Micro Micro High Freequency Inverter" de la marca està fins i tot integrat a la part posterior dels mòduls fotovoltaics (BIPV), aconseguint "plug and play" i reduint el temps d'instal·lació de 2 hores a 30 minuts.
Amb la disminució del cost dels dispositius SIC i la maduresa de les topologies d’alta freqüència, la freqüència dels inversors connectats a la xarxa es desplaçarà cap a 100 kHz, i es preveu que la densitat de potència superi els 5kW/L, amb una eficiència que s’acosta al 99,5%. Aquesta revolució de "alta freqüència" no només millora els paràmetres tècnics, sinó que també promou el canvi de centrals elèctriques fotovoltaiques des de la "construcció extensa" fins a "un" funcionament refinat ", proporcionant una base de maquinari per a la connexió de xarxa assequible de la nova energia i accelerant el procés de transformació d'energia.