Trasformatore solare

Il trasformatore solare è un'apparecchiatura di alimentazione principale progettata specificamente per i sistemi di generazione di energia solare. Converte la potenza CA a bassa-tensione in uscita dall'inverter in potenza CA a media e alta-tensione adatta per la connessione alla rete o la trasmissione a lunga-distanza, al fine di ridurre le perdite di linea, migliorare l'efficienza di trasmissione e ottenere l'isolamento elettrico dalla rete elettrica, garantendo il funzionamento sicuro e stabile del sistema.

La funzione principale di un trasformatore solare è l'aumento di tensione. I pannelli solari generano corrente continua (CC) a bassa-tensione, che viene convertita in corrente alternata (CA) da un inverter.

• Aumento di tensione: la corrente continua a bassa tensione (CC) generata dai pannelli solari, in genere compresa tra 400 V e 1000 V, non è adatta per la trasmissione su lunghe- distanze. Viene convertito in corrente alternata (CA) da 11 kV, 33 kV o anche superiore tramite un inverter per soddisfare gli standard di accesso alla rete e ottenere una trasmissione a lunga- distanza, con basse perdite e una connessione sicura alla rete dell'energia elettrica.
• Isolamento elettrico: ottenere l'isolamento fisico tra il lato del sistema fotovoltaico (lato primario) e il lato della rete (lato secondario), prevenendo il riflusso di corrente inversa o di guasto ad alta tensione nella rete e proteggendo la sicurezza delle apparecchiature principali come inverter e batterie.
• Ottimizzazione della qualità dell'energia: sopprime la 3a, 5a e 7a armonica generata dagli inverter (la distorsione armonica totale può raggiungere l'8% -15%), riduce l'inquinamento della rete elettrica e garantisce che l'elettricità connessa alla rete soddisfi gli standard nazionali.
• Adattamento del sistema e supporto stabile: adattamento alle caratteristiche di fluttuazione dell'output fotovoltaico, con buona capacità di sovraccarico (in grado di sopportare carichi a breve-termine del 110% -120%), adattamento alle frequenti fluttuazioni di potenza causate da cambiamenti nell'illuminazione e garanzia di funzionamento stabile del sistema.
• Principio di funzionamento: il trasformatore è costituito da un nucleo di ferro chiuso e due avvolgimenti isolati: l'avvolgimento primario è collegato a un alimentatore a bassa-tensione e l'avvolgimento secondario emette energia elettrica ad alta-tensione.
• Secondo la legge di induzione elettromagnetica di Faraday, la tensione può essere aumentata proporzionalmente regolando il rapporto spire degli avvolgimenti primario e secondario.
• L'energia viene trasmessa attraverso l'accoppiamento del campo magnetico senza connessione elettrica diretta, ottenendo la doppia funzione di conversione della tensione e isolamento elettrico.

Quando si seleziona un trasformatore solare, il tipo viene determinato principalmente in base all'ambiente di installazione, ai requisiti di capacità e agli standard di sicurezza:

La più grande differenza tra i trasformatori solari e i normali trasformatori di potenza è che devono tenere conto delle particolari caratteristiche elettriche dei sistemi fotovoltaici:

• Gestione delle armoniche e del dv/dt elevato: l'inverter utilizza la tecnologia PWM (modulazione di larghezza di impulso) ad alta frequenza per emettere correnti non sinusoidali, comprese le armoniche di ordine elevato-e i fronti di tensione ripidi (dv/dt possono raggiungere 500 V/microsecondo), che possono facilmente causare ulteriori perdite di correnti parassite e surriscaldamento locale nell'avvolgimento del trasformatore, accelerando l'invecchiamento dell'isolamento.
• Soluzione: adottare una struttura di avvolgimento speciale (come un avvolgimento diviso) e uno strato di schermatura elettrostatica per filtrare le ondulazioni ad alta-frequenza e proteggere l'isolamento principale.
• Gestione delle fluttuazioni di tensione e dei componenti CC: la produzione di energia fotovoltaica è influenzata dalle condizioni meteorologiche, con conseguenti ampie fluttuazioni di uscita e il rischio di iniezione di componenti CC, che possono causare la saturazione e il riscaldamento del nucleo del trasformatore.
• Soluzione: progettare un intervallo di regolazione della tensione più ampio (come ± 2 × 2,5%) e avere una certa tolleranza magnetica della polarizzazione CC.
• Affrontare ambienti difficili: le centrali fotovoltaiche sono spesso costruite in ambienti estremi come deserti, altipiani e aree costiere, affrontando sfide come alte temperature, tempeste di sabbia, corrosione da nebbia salina e grandi differenze di temperatura tra il giorno e la notte.
• Soluzione: migliorare il livello di protezione (IP54/65), utilizzare il rivestimento anticorrosivo C5-M-e utilizzare materiali isolanti resistenti ai raggi UV e alle alte temperature.

I trasformatori solari sono un collegamento indispensabile nei sistemi fotovoltaici e devono avere tre funzioni principali: potenziamento, isolamento e filtraggio. La scelta del trasformatore giusto non dipende solo dalla capacità e dalla tensione indicate sulla targa, ma anche dalla sua capacità di ottimizzare la soppressione delle armoniche, la progettazione della dissipazione del calore e l'adattabilità ambientale. Ciò è fondamentale per garantire i ricavi della produzione di energia degli impianti fotovoltaici durante il loro ciclo di vita di 25 anni.

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