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Hallo Welt!

Was ist die totale harmonische Verzerrung (THD) bei Solarwechselrichtern? Auswirkungen + Schadensbegrenzung

In einer Solarstromanlage wandelt der Solarwechselrichter den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, der idealerweise eine sinusförmige Wellenform aufweist.

Im Idealfall sind die von Wechselrichtern erzeugten Wellen kontinuierlich konstant. Aufgrund vieler praktischer Faktoren kann es jedoch sein, dass diese Wellen nicht wie erwartet in einem idealen Muster auftreten. Dieses Problem bringt harmonische Verzerrungen und totale harmonische Verzerrungen mit sich. Wir werden im folgenden Inhalt näher darauf eingehen.

Was ist die totale harmonische Verzerrung bei Solarwechselrichtern?

Vereinfacht ausgedrückt bezeichnet die harmonische Verzerrung bei Solarwechselrichtern die Abweichung von der idealen Sinuswellenform der von den Wechselrichtern ausgegebenen elektrischen Spannung und des Stroms.

Diese Verzerrung bezieht sich auf die einzelnen unerwünschten Harmonischen in einer Welle oder einem Signal, bei denen es sich um Frequenzen handelt ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz des Systems (z. B. wenn die Grundfrequenz 60 Hz beträgt, liegen die Harmonischen bei 120 Hz, 180 Hz usw.).

Obwohl harmonische Verzerrung und totale harmonische Verzerrung (kurz THD) verwandt sind, handelt es sich dabei um unterschiedliche Konzepte.

Im Gegensatz zur harmonischen Verzerrung ist die gesamte harmonische Verzerrung (THD) ein einzelnes, aggregiertes Maß für den Gesamtpegel der harmonischen Verzerrung im Signal, das alle einzelnen harmonischen Komponenten berücksichtigt. 

Sie wird typischerweise als Prozentsatz ausgedrückt und gibt an, wie viel des Signals im Vergleich zur Grundfrequenz aus unerwünschten Harmonischen besteht. Diese Messung wird von den Herstellern öffentlich bekannt gegeben und bietet Benutzern eine Gesamtmaßnahme des Verzerrungspegels des Signals.

Mittlerweile ist THD zu einem wichtigen Kriterium zur Beurteilung der Qualität von Solarwechselrichtern geworden. Das Neueste IEEE 519-2022 Die Norm enthält Richtlinien für akzeptable THD-Werte in Stromversorgungssystemen, einschließlich Solarwechselrichtern.

Die Ursprünge der harmonischen Verzerrung verstehen

Die Hauptursachen für harmonische Verzerrungen IN Solarwechselrichter umfassen die Schaltvorgänge der leistungselektronischen Geräte (wie IGBTs oder MOSFETs) innerhalb der Wechselrichter. Diese Geräte schalten sich schnell ein und aus, um eine Annäherung an die Wechselstromversorgung zu erreichen. Dieser Schaltvorgang von Natur aus produziert nichtsinusförmige Wellenformen, die harmonische Frequenzen enthalten.

Jeder Solarwechselrichter verfügt über einen festgelegten Grenzwert für die Gesamtharmonische Verzerrung (einige haben möglicherweise spezielle Grenzwerte für lineare und nichtlineare Lasten). Der THD spiegelt die Fähigkeit des Wechselrichters wider, die harmonische Verzerrung zu regulieren, und die maximale Menge an harmonischer Verzerrung, die er möglicherweise ausgeben könnte.

Über die Hardware- und Software-/Algorithmuskonfigurationen des Wechselrichters hinaus können jedoch verschiedene externe Faktoren dazu beitragen negativ beeinflussen die Leistung des Wechselrichters beeinträchtigen und zu harmonischen Verzerrungen führen.

Totale harmonische Verzerrung (THD) in Solarwechselrichtern

Zu diesen Faktoren können gehören:

  • Instabiler Photovoltaik-Stromeingang: Die Leistung von Solarstromanlagen kann schwanken, was vor allem auf die Witterungs- und Einstrahlungsbedingungen zurückzuführen ist. Wenn die Eingangsseite eines Solarwechselrichters direkt mit dem System und nicht mit dem Energiespeichermodul verbunden ist, verstärken Schwankungen im Eingangsgleichstrom die Oberschwingungen des Wechselrichters während des Umwandlungsprozesses.
  • Art und Art der Ladung: Die an den Wechselrichter angeschlossene Last kann je nach Typ und Beschaffenheit einen indirekten Einfluss auf die harmonischen Verzerrungen des Wechselrichters haben. Nichtlineare Lasten, die einen Strom ziehen, der nicht proportional zur Spannung ist, können wiederum die harmonische Verzerrung leichter erhöhen. Wenn der Wechselrichter außerdem mit niedriger Last betrieben wird, erzeugt er tendenziell mehr harmonische Verzerrungen, da die internen Schaltkreise des Wechselrichters bei niedriger Last weniger effizient sind.

Darüber hinaus kann eine unsachgemäße Installation oder Wartung des Wechselrichters zu einer erhöhten harmonischen Verzerrung führen. Wenn sich schließlich die elektrischen Komponenten des Wechselrichters im Laufe der Zeit verschlechtern, kann auch die harmonische Verzerrung allmählich zunehmen.

Was sind die nachteiligen Auswirkungen harmonischer Verzerrungen?

Harmonische Verzerrungen in Solarwechselrichtern können verschiedene nachteilige Auswirkungen auf elektrische Systeme und Komponenten haben, mit denen sie verbunden sind. 

Hier sind einige der wichtigsten Folgen, die durch harmonische Verzerrungen in Wechselrichtern verursacht werden:

Verminderte Effizienz und verschlechterte Stromqualität

Harmonische Verzerrungen können natürlich die Gesamteffizienz des Solarwechselrichters verringern, was zu einer verringerten Energieabgabe und erhöhten Energieverlusten führt.

Andererseits können die Oberwellen die Gesamtqualität der Stromversorgung verschlechtern, was sich auf die Stabilität und Zuverlässigkeit der Stromversorgung bezieht Stromversorgung. Eine schlechte Stromqualität würde dann zu einem ineffizienten Betrieb elektrischer Geräte und erhöhten Betriebskosten führen.

Überhitzung elektrischer Komponenten

Der erzeugte Oberschwingungsstrom kann in den elektrischen Komponenten, mit denen er verbunden ist, wie Transformatoren, Kabeln und Motoren, zusätzliche Wärme erzeugen. Dies kann zu Überhitzung, verminderter Effizienz und einer verkürzten Lebensdauer der Geräte führen; Dies liegt an den Oberschwingungen und deren negativen Auswirkungen auf das System.

Harmonische Instabilität in benachbarten Wechselrichtern

Für diese großen Solarstromanlagen werden mehrere Solarwechselrichter eingerichtet, um den DC-AC-Umwandlungsprozess zu koordinieren.

Das Vorhandensein harmonischer Verzerrungen in einem Solarwechselrichter kann zu harmonischer Instabilität in benachbarten Wechselrichtern führen. Die harmonische Verzerrung wirkt sich nicht nur auf die Produktivität dieser Wechselrichter aus, sondern wirkt sich auch auf die angeschlossenen Verbraucher aus. 

In einigen FällenDie Oberschwingungen in diesen Wechselrichtern zusammen können möglicherweise zur Abschaltung der gesamten Solaranlage führen.

Compliance-Probleme

Viele Versorgungsunternehmen und Regulierungsbehörden haben strenge Grenzwerte für die zulässigen Werte der harmonischen Verzerrung, die von Solaranlagen in das Netz eingespeist werden. Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann Strafen nach sich ziehen oder die Notwendigkeit der Installation zusätzlicher Filtergeräte nach sich ziehen.

Möglichkeiten zur Abschwächung der Auswirkungen harmonischer Verzerrungen

Für Systembesitzer schmälern die negativen Auswirkungen der harmonischen Verzerrung letztendlich den ROI ihres Systems und führen zu zusätzlichen Verlusten beim Betrieb der angeschlossenen Lasten.

Man sollte bedenken, dass eine wissenschaftliche Systemkonfiguration von grundlegender Bedeutung für die Minimierung der Auswirkungen harmonischer Verzerrungen ist, die mit der Bewertung der Klima- und Einstrahlungsbedingungen des Standorts beginnen sollte.

Durch die Sicherstellung, dass der Wechselrichter richtig dimensioniert und ordnungsgemäß in das Stromnetz integriert ist, können harmonische Auswirkungen reduziert werden. Dazu gehört die sorgfältige Auswahl der Komponenten und des Layouts, um die Pfade für die Ausbreitung von Oberwellen zu minimieren.

Wenn das Budget es zulässt, wird die Konfiguration vorausschauend verbessert Solarwechselrichter ob für ein neues Projekt oder Ersatz wird empfohlen. Dazu gehört die Entscheidung für Wechselrichter mit fortschrittlicheren Halbleiterbauelementen, Pulsweitenmodulationstechnologie (PWM), Filtern und Steueralgorithmen. Die Verwendung Der Einsatz von Multilevel-Wechselrichtern mit erhöhten Pegeln kann ebenfalls dazu beitragen, harmonische Verzerrungen zu reduzieren.

Bei bestehenden Projekten können Systembesitzer erwägen, getrennte Filter, passive Filter oder aktive Filter, in das System zu integrieren, um den Grad der harmonischen Verzerrung zu senken.

Schließlich sind regelmäßige Überwachung und Wartung von entscheidender Bedeutung. 

Eine regelmäßige Überwachung der Oberschwingungspegel im System kann bei der frühzeitigen Erkennung von Problemen helfen und ermöglicht rechtzeitige Korrekturmaßnahmen, bevor es zu erheblichen Schäden kommt. Die routinemäßige Wartung sowohl der Solarwechselrichter und/oder der zugehörigen Filtersysteme stellt sicher, dass alle Komponenten optimal funktionieren und Oberschwingungen weiterhin wirksam reduzieren

Wort finden

Der Solarwechselrichter ist Teil eines kompletten Solarstromsystems. Jede harmonische Verzerrung in Wechselrichtern kann ihre eigene Leistung sowie die der zugehörigen Geräte beeinträchtigen.

Die Wahl eines Solarwechselrichters mit geringer Gesamtverzerrung (THD) schafft die Grundlage dafür, die Gesamtverzerrung auf einem idealen Niveau zu halten. Es ist ratsam, sich darüber im Klaren zu sein, dass die Investition in einen Qualitätswechselrichter das Risiko einer möglichen Beschädigung der angeschlossenen Verbraucher verringert.

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