تكوين ملفات الفتحة للمحولات الجافة لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة

توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية الضوئية، وهو شكل رئيسي من أشكال استخدام الطاقة الشمسية، يقوم بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء عبر الخلايا الشمسية. خالية من القيود المادية أو البيئية وصديقة للبيئة، لها آفاق واسعة وهي تقنية طاقة متجددة أولى عالمياً. في أنظمة الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة، تعتبر المحولات (أجهزة تحويل الطاقة الأساسية) ضرورية. تستخدم محولات الرفع الحالية للكهروضوئية بشكل أساسي الوحدات الجافة المعزولة بالإبوكسي SC-سلسلة 10 كيلوفولت/35 كيلوفولت، مقسمة إلى نوعين: ذو ملفين وذو انقسام مزدوج. يتناول هذا البحث اختيارها.

1 محولات جافة ذات ملفين

بنية محولات جافة ذات ملفين للكهروضوئية (كما في الشكل 1، تم الاحتفاظ بالمصدر الأصلي) تختلف قليلاً عن التوزيع التقليدي للمحولات الجافة في التصميم والعملية والتصنيع - الفرق الأساسي هو دورها في الرفع. عادةً ما يتم تجهيز كل محوّل واحد بمجموعة ثنائية ملفين بناءً على الإخراج المقنن له وتوتر الشبكة.

نظراً لأن توصيل نقطة المحايدة للمحول الجاف قد يفشل أثناء تشغيل المحوّل ويوجد فيه توافقيات، فإن مجموعة التوصيل تكون عادة Dy11 لضمان التشغيل المستقر للمعدات.

2 محولات جافة ذات انقسام مزدوج

في السنوات الأخيرة، لتقليل تيار القصر وخفض التكاليف الأولية، أصبحت المحولات المنقسمة (مع ملف واحد، عادةً ذو توتر منخفض، منقسم إلى فروع غير مرتبطة كهربائياً ²) أكثر شيوعاً. بالنسبة لمشاريع الطاقة الشمسية، المحولات ذات الانقسام المزدوج شائعة: وحدتان مستقلتان من المحوّلات متصلتان بفرعي ملف الانقسام المزدوج، يمكن تشغيلهما بشكل مستقل أو معًا.نظراً للتواقيع المحوّلة، فإن مجموعة التوصيل تكون عادة D, y11y11 أو Y, d11d11. محلياً، تكون هيكلية المحولات إما محورية الانقسام أو شعاعية الانقسام.

كما هو موضح في الشكل 2 (المصدر الأصلي)، فإن ملف التوتر المنخفض يحتوي على فرعين موزعين محورياً على نفس النواة. الفروع ليس لديها اتصال كهربائي ولكن لها تداخل مغناطيسي (درجة التداخل تعتمد على الهيكل &sup2؛)، ويمكن أن تكون قطاعية أو ملفوفة. ملف التوتر العالي يحتوي على فرعين متوازيين يتناسبان مع الفروع ذات التوتر المنخفض، ولديهما مواصفات مماثلة وقدرة إجمالية تساوي قدرة المحول.

2.1 محولات جافة ذات انقسام مزدوج محوري

مع هيكل متناظر وتسرّب مغناطيسي متساوٍ، تؤدي بشكل جيد في التشغيل الكامل أو نصف الكامل. المقاومة العالية بين الفروع المحورية المنقسمة تقلل من تيار القصر، مما يضمن أن يمكن لفرع العمل إذا فشل الآخر.

ومع ذلك، فإن ملف التوتر العالي (ملفان متوازيان) يضاعف عدد الدورات ولكن يقلص مقطع الموصل نصفين مقارنة بالتقليدية. تصميم D-متصل بـ 35 كيلوفولت يواجه مشاكل في إنتاج الملف (تحكم في الدورات، كفاءة منخفضة)، مما يؤثر على الأمان والموثوقية.

بالإضافة إلى ذلك، ملفات التوتر المنخفض العليا والسفلية (الموزعة عمودياً) لديها فرق درجة حرارة حوالي 20 كيلو (الأعلى أحر بسبب الحمل الحراري). لذلك، يحتاج التصميم والإنتاج إلى فحص متزايد لارتفاع درجة الحرارة واختيار العزل المناسب.

2.2 محولات جافة ذات انقسام مزدوج شعاعي

محولات جافة شعاعية ذات انقسام مزدوج شائعة (تخطيط الهيكل في الشكل 3) تحتوي على فرعين من ملف التوتر المنخفض موزعين شعاعياً (عادة ملفوفة بالأسلاك، بسبب خصوصية الهيكل) وملف توتر عالي متكامل واحد.

ملف التوتر العالي، مع الدورات والمقاطع المختارة بشكل طبيعي، يتمتع بعملية ملف وكفاءة أفضل من النوع المحوري. تناظره القريب يضمن توازن دورة الأمبير جيد في التشغيل الكامل أو نصف الكامل، بالإضافة إلى ارتفاع متساوي لدرجة حرارة ملف التوتر المنخفض.

ومع ذلك، فإن ملفات التوتر المنخفض الشعاعية المنقسمة لديها مقاومة انقسام صغيرة وسعة تداخل كبيرة، مما يزيد من التداخل بين الملفات. هذا يؤثر على جودة الطاقة الناتجة وموثوقية مكونات المحوّل، مما يتطلب تعديلات في حلقة التحكم الجانبية للمحوّل والنظام.

2.3 محولات جافة ذات انقسام مزدوج خاصة

يشير الشكل 4 إلى تصميم هجين يجمع بين الانقسام المحوري (ملفات التوتر المنخفض القطاعية / ملفوفة بالأسلاك) والشعاعي (ملف التوتر العالي الواحد). يحل هذا التصميم الهجين مشاكل ملفات التوتر المنخفض الشعاعية والمحورية، مما يقلل من التكاليف ويحسن كفاءة الإنتاج.

ومع ذلك، يؤدي التشغيل نصف الكامل (مثلًا، بسبب العوامل البيئية أو أعطال المحوّل) إلى اختلال شديد في توازن دورة الأمبير، مما يؤدي إلى تسرب مغناطيسي في نهاية الملف وارتفاع درجة الحرارة. وبالتالي، يعد هذا التصميم عالي المخاطر.

3 الخلاصة

تستخدم محولات الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة بشكل أساسي التكوين الثنائي الملف (الرفع، D, y11) أو التكوين ذي الانقسام المزدوج. التوصيات الرئيسية للتصميمات ذات الانقسام المزدوج:

• حافظ على مقاومة انقسام كافية للتوتر المنخفض لجودة الطاقة.

• اخذ الفروق الحرارية المحورية في الاعتبار عند اختيار العزل.

• استخدم Y, d11d11 لتطبيقات 35 كيلوفولت.

• تجنب التصاميم الهجينة الخاصة بسبب مخاطر التشغيل نصف الكامل.