Quali sono le considerazioni chiave per la selezione del trasformatore fotovoltaico?

Principi di Dimensionamento e Parametri Tecnici dei Trasformatori Fotovoltaici

Il dimensionamento dei trasformatori fotovoltaici richiede una considerazione complessiva di molti fattori, inclusi l'abbinamento della capacità, la scelta del rapporto di tensione, l'impostazione dell'impedenza a cortocircuito, la determinazione della classe di isolamento e l'ottimizzazione della progettazione termica. I principi chiave di dimensionamento sono i seguenti:

(I) Abbinamento della Capacità: Fondamentale per il Carico

L'abbinamento della capacità è il prerequisito fondamentale nel dimensionamento dei trasformatori fotovoltaici. Richiede un abbinamento accurato della capacità del trasformatore con la capacità installata del sistema fotovoltaico e la potenza massima di uscita prevista, assicurando un funzionamento stabile sotto il carico previsto. La formula di calcolo della capacità è:

dove U₂ rappresenta la tensione secondaria del trasformatore (tipicamente 400V). Considerando la variabilità intrinseca dei sistemi fotovoltaici (ad esempio, fluttuazioni della luce solare e cambiamenti del carico), il calcolo deve includere un margine di sicurezza (1,1-1,2 volte), un coefficiente di fluttuazione del tasso di carico (ad esempio, KT = 1,05) e il fattore di potenza (solitamente 0,95).

Esempio: Per un sistema fotovoltaico con una potenza di picco di 500kW, può essere selezionato un trasformatore da 630kVA, 800V/400V, per adattarsi a diverse condizioni di luce solare e carico. Inoltre, in conformità alle Linee Guida Tecniche per la Connessione alla Rete delle Impianti Fotovoltaici Distribuiti, la capacità di una singola stazione di energia fotovoltaica distribuita non dovrebbe superare il 25% del carico massimo nell'area di fornitura del trasformatore superiore, per evitare impatti sulla rete.

(II) Scelta del Rapporto di Tensione: Adattamento alle Fluttuazioni e Regolazione della Tensione

Il rapporto di tensione deve essere allineato alle caratteristiche di uscita del sistema fotovoltaico (la tensione dell'inverter tipicamente fluttua di ±5%) e ai requisiti di connessione alla rete, presentando capacità di regolazione dinamica. Esistono due metodi principali di regolazione:

• Regolazione mediante cambio di presa: Applicabile ai trasformatori con cambio di presa senza carico, solitamente con tre prese ±5% (ad esempio, 10,5kV/10kV/9,5kV), richiedendo un'interruzione di alimentazione.

• Regolazione automatica mediante modulo di regolazione della tensione: Applicabile ai trasformatori con cambio di presa a carico, consentendo una regolazione dinamica online con un tempo di risposta ≤200ms.

Nell'operazione effettiva, le prese appropriate dovrebbero essere selezionate in base alle caratteristiche del carico: presa 5% per carichi leggeri, e prese 2,5% o 0% per carichi pesanti, bilanciando l'aumento di tensione durante la generazione fotovoltaica elevata e la caduta di tensione durante i carichi di punta notturni.

(III) Impostazione dell'Impedenza a Cortocircuito: Bilanciamento tra Protezione e Stabilità

L'impedenza a cortocircuito dovrebbe essere progettata in base al livello di corrente a cortocircuito del sistema e al tipo di trasformatore (immerso in olio/secco), con la formula di calcolo:

Immerso in olio: 4%-8%; secco: 6%-12%. Per trasformatori grandi (ad esempio, 9150kVA), aumentare l'impedenza ( Zk ≥ 20% ). Eseguire la correzione termica (75°C per immerso in olio, 120°C per secco).

(IV) Classe di Isolamento

Adatta agli ambienti esterni. Preferire la Classe F (155°C) o H (180°C). Utilizzare la Classe H per i deserti, materiali resistenti alla salinità per le coste, isolamento resistente all'umidità per umidità elevata. Considerare l'invecchiamento termico: +6°C raddoppia l'invecchiamento; -6°C lo dimezza.

(V) Progettazione Termica

Ottimizzare in base all'ambiente. Metodi di raffreddamento: raffreddamento naturale/forzato, autoraffreddamento immerso in olio. Per aree a temperatura elevata: raffreddamento forzato o ibrido; alta umidità: secco + condotti assiali; alta polvere: IP54 + filtri. Una stazione nel deserto utilizza raffreddamento a microcanale liquido (7:3 acqua deionizzata + etilenglicole) per un'efficienza 3x.

V. Dimensionamento e Ispezione per Diversi Scenari

Soluzioni per scenari tipici:

(I) Connesso alla Rete

Dimensionamento: Coprire inverter/potenza ausiliaria + margine 1,15x (ad esempio, 1092,5kVA). Abbinare ±5% tensione, 4%-8% impedenza, ≥Classe F, raffreddamento naturale/oil-air. Ispezione: Controllare l'isolamento, THD ≤ 5%, regolazione della tensione (±2,5%), impedenza (±2% del valore di fabbrica).

(II) Non Connesso alla Rete

Dimensionamento: 1,2-1,5x potenza del carico. Adattarsi all'inverter (ad esempio, 800V/400V), 6%-12% impedenza, ≤200ms regolazione della tensione, avvolgimenti 400V + 220V.
 Ispezione: Test di sovraccarico (≥120%), risposta alla regolazione della tensione, bilanciamento della tensione e fluttuazioni del sistema.

(III) Alta Temperatura

Dimensionamento: Secco + raffreddamento forzato o immerso in olio + olio naftenico. Utilizzare isolamento ad alta temperatura, IP55, ventilatori accesi a 80°C/spenti a 60°C. Ispezione: Termografia trimestrale, test dell'olio semestrale, controllare il raffreddamento, monitorare la temperatura degli avvolgimenti.

(IV) Alta Umidità/Costa

Dimensionamento: Secco IP65, epoxidico, 316L + rivestimento fluorocarbonio, isolamento resistente al sale, spaziature aumentate. Ispezione: Controllare il rivestimento, umidità/gas nell'olio, test di nebbia salina (≤5% riduzione di potenza), monitorare l'idrogeno.

(V) Alta Polvere

Dimensionamento: Sigillato, IP54, filtri a tre stadi, area di raffreddamento ingrandita, avvolgimenti resistenti all'usura. Ispezione: Sostituire i filtri trimestralmente, termografia, controllare la tenuta contro la polvere, pulire regolarmente.

(VI) Interferenza Elettromagnetica

Dimensionamento: Avvolgimenti a panino (≤500pF), filtri LC ( THD ≤ 4% ), conformità EMC (GB/T 21419-2013), comunicazioni dual-redundant. Ispezione: Test EMC annuali, monitorare armoniche/squilibri, controllare il terra (≤0,5Ω), test errore bit 10^-8.

(VII) Integrazione PV-Immagine di Energia

Dimensionamento: Integrare PCS (Modbus RTU), avvolgimenti 400V + 220V, ≤200ms compensazione reattiva, considerare carichi combinati. Ispezione: Verificare compatibilità PCS, bilanciamento della tensione (≤1%), test di regolazione della tensione (≤±2%), controllare connessioni di immagazzinamento.

Riepilogo: Un abbinamento accurato della capacità, tensione, impedenza, isolamento e progettazione termica, unito a un'ispezione approfondita, garantisce un funzionamento sicuro, efficiente e a lunga vita, allineandosi allo sviluppo della fotovoltaica distribuita in vista degli obiettivi di carbonio.