Seminarium Solis Odcinek 37: Kluczowe kwestie związane z wyborem falownika w projektach BIPV (zintegrowane systemy fotowoltaiczne w budynkach)

Informacje podstawowe

W celu dalszego rozwiązania problemu zmian klimatu, wspierania rozwoju oszczędności energii i redukcji emisji dwutlenku węgla, budynki będą skoncentrowane na dalszym rozwoju nowej energii. Ekologiczne połączenie słonecznego systemu PV z budynkami sprawia, że tworzenie zielonych budynków o zredukowanym profilu emisji dwutlenku węgla jest proste i praktyczne. Instalacje BIPV zapewniają również projektowanie każdej nowej konstrukcji, biorąc pod uwagę jej profil energetyczny od samego początku, aby zapewnić bardziej estetyczną architekturę.

Niniejsze seminarium Solis przedstawia cechy projektów BIPV i kluczowe punkty wyboru falowników.

Cechy projektu BIPV

W projekcie BIPV konieczne jest zaprojektowanie systemu PV zgodnie ze strukturalnymi właściwościami samego budynku. Często powierzchnia dachowa niektórych budynków nie jest wystarczająca i konieczne jest wykorzystanie innych obszarów budynku. Może to obejmować ściany kurtyny słonecznej, oświetlenia dachów, cieniowanie, itp.

Ze względu na potrzeby estetyczne projektów BIPV, panele słoneczne są bardziej nastawione na szkło generujące energię, ogniwa podwójnie szklone i ogniwa cienkopowłokowe. Ogniwa cienkopowłokowe mają doskonałą przepuszczalność światła i estetykę, lepiej działają w warunkach słabego oświetlenia i mają lepsze właściwości pochłaniania światła rozproszonego. Rozwiązanie ściany osłonowej BIPV jest prawdopodobnie najbardziej popularnym wyborem. Moduły cienkopowłokowe składają się głównie z selenu galu indium miedziowego (CIGS), tellurku kadmu (CdTe), perowskitu (PSC) i innych tego typów materiałów. Takie różne trasy materiału są lepiej dostosowane do różnych schematów zwykle, gdy projekt napędza konfigurację falownika.

Ponadto, ponieważ projekt BIPV ma złożoną strukturę i zróżnicowane orientacje, zwłaszcza projekty łączące wiele form aplikacji, przy projektowaniu systemu PV należy w pełni uwzględnić strukturę projektu, kwestie elektryczne i bezpieczeństwa.

Wybór falownika dla projektu BIPV

Główne cechy projektu BIPV mogą się różnić. Istnieje wiele scenariuszy zastosowań architektonicznych, takich jak płaskie dachy, pochylone dachy, ściany osłonowe, przezroczyste dachy, zasłonięcia przeciwsłoneczne, itd. Ponadto kąt nachylenia może być skomplikowany, a wybór materiałów jest zróżnicowany, dlatego przy wyborze falownika należy wziąć pod uwagę następujące problemy.

Projekty BIPV doskonale pasują do falowników szeregowych

Kierunek ustawienia, nachylenie i wybór komponentów projektu BIPV mogą być złożone i zróżnicowane. Należy spróbować wybrać falownik szeregowy z wieloma MPPT, tak aby system PV miał lepszą przewagę śledzenia maksymalnej mocy i skutecznie radził sobie z wyżej wymienionymi wyzwaniami.

Panele słoneczne różnych typów i materiałów wymagające kompatybilnego falownika

W projekcie BIPV, ze względu na wymagania estetyczne, różne obszary budynku będą wykorzystywać różne panele PV. Na przykład płaskie dachy wykorzystują panele z krzemu krystalicznego, obszary o małej mocy wykorzystują fotowoltaiczne szkło do wytwarzania energii, a ściany wykorzystują cienkopowłokowe panele PV. W związku z tym konieczne jest wybranie odpowiedniego falownika do konfiguracji zgodnie z wybranymi materiałami paneli słonecznych.

Jeśli materiał jest składnikiem krystalicznego krzemu lub panelem PV z cienkopowłokową warstwą tellurku kadmu, można użyć falownika fotowoltaicznego o topologii beztransformatorowej i skonfigurować go zgodnie z metodą tradycyjną.

Jeśli panel PV wykorzystuje ogniwo cienkowopowłokowe, które wymaga uziemienia ujemnego, ponieważ panel jest uziemiony ujemnie, zwiększa się możliwość wycieku prądu stałego i potencjalne zagrożenie porażeniem prądem elektrycznym dla personelu. W tym przypadku zaleca się użycie falownika o topologii transformatora wysokiej częstotliwości.

Alternatywą jest zainstalowanie beztransformatorowego falownika PLUS rozwiązanie częstotliwości zasilania

transformatora.

Konfiguracja przy użyciu falownika z topologią transformatora wysokiej częstotliwości

Korzyści:

- Nie ma potrzeby podłączania zewnętrznego transformatora częstotliwości zasilania

- Łatwa instalacja

Wady:

- Falowniki z topologią izolacji o wysokiej częstotliwości nie są wspólne, co utrudnia ich uzyskanie źródła

- Wewnętrzne ograniczenie mocy transformatora izolacyjnego uniemożliwia realizację pojedynczego produktu o dużej mocy. Może to prowadzić do trudności w konfiguracji dużych projektów

- Ze względu na wewnętrzny transformator wydajność falownika jest niska

Konfiguracja z użyciem beztransformatorowego falownika + transformatora częstotliwości zasilania

W przypadku falowników o topologii beztransformatorowej, w cienkopowłokowym systemie PV, transformator częstotliwości musi być przetworzony na wyjściu. Uzwojenia pierwotnego transformatora nie są uziemione, a transformatory trójfazowe są zalecane do stosowania metody połączenia „△, Y”, a koniec znajdujący się najbliżej falownika to „△”.

Terminal skrzynki rozdzielczej jest połączeniem typu „Y”, a punkt zerowy można podłączyć lub nie (w zależności od rzeczywistej sytuacji na miejscu). Falownik jest następnie podłączony do uziemienia ochronnego i nie ma uziemienia elektrycznego. Zaleca się, aby pojemność była 1,1-krotnie większa od znamionowej pojemności falownika.

Korzyści:

- Beztransformatorowe falowniki są powszechne, łatwe do zakupu i oznaczają stosunkowo niskie koszty.

- Falowniki beztransformatorowe są szeroko stosowane na całym świecie, od 700 W do 320 kW.

- Konfiguracja systemu i wybór produktu są proste.

Wady:

- Wymagany jest zewnętrzny transformator izolacyjny częstotliwości.

Wybrany falownik powinien mieć funkcję silnego tłumienia prądu upływowego

Ponieważ większość projektów BIPV wykorzystuje cienkie panele PV, odległość między panelami słonecznymi a ich mocowaniem jest bliska, więc pojemność do podłoża jest większa, a prąd upływu również większy. Jeśli podłoże jest metalowe, powierzchnia folii metalowej jest duża i cienka, a prąd upływowy do podłoża będzie większy.

Nawet, jeśli stosowane jest ujemne uziemienie, pojawią się problemy z wyciekiem prądu, które będą miały wpływ na bezpieczeństwo i wydajność systemu.

Wybrane produkty falownika wymagają mocnej funkcji tłumienia prądu upływowego.

Falownik musi być wyposażony w funkcję aktywnej ochrony bezpieczeństwa i funkcje pomocnicze

W przypadku systemów PV stosowanych w budynkach, ochrona bezpieczeństwa ma zasadnicze znaczenie, zwłaszcza w odniesieniu do funkcji zagrożenia pożarowego. Stąd falowniki muszą mieć funkcje pomocnicze, takie jak przerwanie obwodu łuku-awarii (AFCI) i szybkie wyłączenie (RSD), aby uzyskać pełną ochronę systemu, a następnie bezpieczną obsługę i konserwację.

Falownik z funkcją AFCI              Obsługa produktów funkcjonalnych RSD

Falownik powinien być wyposażony w dedykowaną platformę online obsługi i konserwacji

Projekty BIPV są projektowane w połączeniu z właściwościami architektonicznymi. Dlatego też w porównaniu z tradycyjnymi projektami fotowoltaicznymi, ich późniejsza eksploatacja i konserwacja (O&M) może być trudniejsza i kosztowniejsza. Wybór produktów falownika, które zapewniają bogactwo narzędzi do obsługi i konserwacji online, zapewnia inteligentną pracę,wygodną pracę w trybie O&M.

Wniosek

Produkty projektu BIPV w pełni wykorzystują obszar budynku, który może skutecznie zwiększyć moc na jednostkę powierzchni o 60%. Rozwój zielonych budynków ma ogromne znaczenie dla oszczędności energii i redukcji emisji w społeczeństwie. BIPV jest niewątpliwie jednym z kluczowych kierunków rozwoju fotowoltaiki i konieczne jest wybranie odpowiednich falowników w oparciu o indywidualne cechy instalacji.