Dans la concurrence de la «réduction des coûts et de l'amélioration de l'efficacité» des centrales électriques photovoltaïques, la technologie «haute fréquence» des onduleurs connectés au réseau devient une percée clé. En augmentant la fréquence de commutation (des 10 kHz traditionnels à plus de 50 kHz), le volume de l'onduleur a été réduit de 50%, le poids a été réduit de 60% et l'efficacité de conversion a dépassé 99%. Cette transformation "petite et précise" réduit non seulement les coûts d'occupation et de transport des terres de la centrale, mais améliore également la convivialité de la nouvelle énergie au réseau grâce à une capacité de réponse rapide, en redéfinissant la limite de performance des onduleurs connectés au réseau.
1 La logique centrale de la conversion à haute fréquence: réduire les composants magnétiques et améliorer la vitesse de réponse
La «magie de taille» des composants magnétiques. Le volume de composants magnétiques tels que les transformateurs et les inductances dans les onduleurs est inversement proportionnel à la fréquence de commutation. Lorsque la fréquence est augmentée de 10 kHz à 50 kHz, le volume d'inductances avec la même puissance peut être réduit à 1/5 de leur taille d'origine. Après avoir adopté une conception haute fréquence à 60 kHz, le volume d'un onduleur de chaîne de 50 kW d'une certaine marque a été réduit de 80L traditionnel à 35L, le poids a été réduit de 50 kg à 22 kg, et le coût de transport par unité a été réduit de 40%. Dans l'installation des centrales électriques photovoltaïques de montagne, l'efficacité de la manipulation manuelle a été augmentée de trois fois.
Un saut qualitatif dans la capacité de réponse dynamique. L'interrupteur haute fréquence accélère la vitesse de réponse de l'onduleur en modifications de la tension et du courant de la grille. Après conversion à haute fréquence, la bande passante de contrôle de la boucle de courant d'un onduleur de 100 kW est augmentée de 1 kHz à 5 kHz. Lorsque la tension de la grille augmente soudainement, la sortie peut être ajustée à moins de 200 μm pour éviter l'action de protection contre la surtension. Cette réponse rapide améliore considérablement la «capacité de conduite» de l'onduleur en cas de défauts de grille et a réussi des tests rigoureux par la Commission électrotechnique internationale (IEC).
2 défis techniques et percées: des "difficultés de chauffage" à "l'équilibre de l'efficacité"
La conception de dissipation de chaleur résout les pertes de haute fréquence. L'augmentation de la fréquence de commutation entraînera une augmentation de la perte de commutation d'IGBT (proportionnelle à la fréquence). Une certaine entreprise adopte un schéma de combinaison de "dispositifs de carbure de silicium (SIC) + refroidissement par microcanal": la perte de commutation du MOSFET SIC n'est qu'un tiers de celle des IGBT à base de silicium traditionnelles. Combiné avec un dissipateur de chaleur au microcanal avec un débit de 2 L / min, l'augmentation de la température de l'onduleur à haute fréquence de 50 kHz est contrôlée dans les 40k, ce qui est 50% inférieur au schéma de refroidissement par air.
La technologie de commutation douce équilibre l'efficacité et la fréquence. Les commutateurs durs traditionnels subissent une forte baisse de l'efficacité aux hautes fréquences, tandis que la technologie "commutation de tension zéro (ZVS)" utilise un circuit résonnant pour faire la conduite / désactiver le transistor de commutation à zéro tension, éliminant les pertes de commutation. Après avoir adopté cette technologie, un onduleur à haute fréquence a maintenu une efficacité de conversion de 99,2% à une fréquence de 50 kHz, soit 1,5 point de pourcentage plus élevé que le schéma de commutation dure. La production d'électricité annuelle a augmenté de 30 kWh / kW, ce qui équivaut à une augmentation annuelle de 15 000 yuans pour un seul onduleur de 50 kW.
Contrôle ajusté fin de la compatibilité électromagnétique (EMC). L'interférence électromagnétique (EMI) générée par les commutateurs à haute fréquence est le principal défi. Les ingénieurs ont optimisé la disposition du PCB (raccourcissant la longueur du circuit haute fréquence à 5 cm) et adopté des filtres EMI à plusieurs étapes (mode commun + inductance en mode différentiel) pour garantir que le niveau de rayonnement électromagnétique de l'onduleur répond à la norme EN 61000-6-4. L'intensité de rayonnement dans la bande de fréquence de 30 MHz-1GHz est inférieure à 54 dB μ v / m, en évitant les interférences avec le système de communication de la centrale électrique.
3 Scénario Adaptation: Pénétration complète des centrales à grande échelle aux photovoltaïques distribués
L'avantage d'une densité de puissance élevée dans les centrales au sol. Une centrale photovoltaïque 1GW en Mongolie intérieure adopte des onduleurs de cordes à haute fréquence de 1500 V, avec une seule capacité de 125 kW, réduisant le nombre d'équipements de 52% par rapport aux modèles traditionnels de 60 kW, ce qui permet d'économiser 30% dans l'utilisation du câble et de raccourcir la période de construction de la centrale de 60 jours de 15 jours. Sa conception compacte (occupant une superficie de 0,5 mètre carré par unité) réduit l'espace dans la salle de l'onduleur de 60% et réduit le coût du génie civil.
La fonction «d'installation flexible» du photovoltaïque distribué. Les scénarios distribués des ménages et commerciaux mettent davantage l'accent sur la compacité et la facilité d'utilisation des onduleurs. L'onduleur ménagers à haute fréquence de 3 kW a un volume qui ne représente qu'un tiers des modèles traditionnels et peut être directement monté sur le mur sans avoir besoin d'une salle informatique dédiée. «Micro-Invertisseur à haute fréquence» d'une marque est même intégré à l'arrière des modules photovoltaïques (BIPV), réalisant "Plug and Play" et réduisant le temps d'installation de 2 heures à 30 minutes.
Avec la diminution du coût des dispositifs SIC et de la maturité des topologies à haute fréquence, la fréquence des onduleurs connectés au réseau se déplacera vers 100 kHz, et la densité de puissance devrait dépasser 5 kW / L, avec une efficacité approchant 99,5%. Cette révolution "haute fréquence" améliore non seulement les paramètres techniques, mais favorise également le décalage des centrales photovoltaïques de la "construction approfondie" à "le fonctionnement raffiné", fournissant une base matérielle pour la connexion du réseau abordable de la nouvelle énergie et accélérant le processus de transformation d'énergie.