Un transformador d'energia solar és un transformador elèctric utilitzat en un sistema d'energia fotovoltaica per canviar els nivells de tensió, donar suport a la connexió a la xarxa, proporcionar aïllament elèctric i ajudar a transferir l'electricitat generada per l'energia solar de manera segura i eficient. S'utilitza habitualment entre inversors solars, equips de distribució i la xarxa elèctrica.
En un projecte solar, els mòduls fotovoltaics generen electricitat de corrent continu. L'inversor converteix aquesta potència de CC en potència de CA. Després de la conversió, és possible que s'hagi d'augmentar o adaptar la tensió de CA abans de poder ser utilitzada per una instal·lació o lliurada a la xarxa. Aquí és on a transformador d'energia solar té un paper important.
Per què els sistemes d'energia solar necessiten transformadors
Les centrals solars i els sistemes fotovoltaics comercials solen produir electricitat a una tensió que no coincideix amb la tensió de distribució de la xarxa o del lloc. Un transformador resol aquest desajust augmentant o baixant la tensió.
Per exemple, un inversor pot produir CA de baixa tensió com ara 400 V, 480 V, 600 V o 800 V. Un transformador pot augmentar aquesta tensió fins a una tensió mitjana, com ara 6 kV, 10 kV, 11 kV, 13,8 kV, 33 kV o un altre nivell requerit per la xarxa.
Aquesta conversió de tensió ajuda a reduir el corrent durant la transmissió, reduir les pèrdues de cable i fer que el sistema solar sigui compatible amb la infraestructura elèctrica local.
Com funciona un transformador d'energia solar
Un transformador funciona per inducció electromagnètica. Té bobinatges primaris i secundaris col·locats al voltant d'un nucli magnètic. Quan l'AC flueix a través del bobinatge primari, crea un camp magnètic. Aquest camp indueix tensió al bobinatge secundari.
La relació de voltes entre els bobinatges determina si el transformador augmenta o baixa la tensió.
En un sistema d'energia solar, el transformador pot realitzar diverses funcions:
- Augmenteu la tensió de sortida de l'inversor per a la connexió a la xarxa
- Reducció de tensió per a càrregues locals
- Proporcioneu aïllament entre l'inversor i la xarxa
- Suport al disseny del sistema de connexió a terra
- Reduir determinades pertorbacions elèctriques
- Millorar la compatibilitat amb els aparells de commutació i els sistemes de protecció
A transformador d'energia solar s'ha de seleccionar segons l'inversor, la tensió de la xarxa, la capacitat del sistema i les condicions del lloc.
Principals tipus de transformadors utilitzats en projectes solars
Transformador incrementador inversor
Aquest és un dels tipus de transformadors més comuns a les centrals d'energia solar. Augmenta la tensió de CA des de l'inversor a un nivell de mitjana tensió adequat per a sistemes de recollida o interconnexió a la xarxa.
Transformador muntat en coixinet
Els transformadors muntats en coixinets s'utilitzen habitualment a l'aire lliure en granges solars comercials i de serveis públics. S'instal·len sobre plaques de formigó i es connecten a cables subterranis o aeri.
Transformador de tipus sec
Els transformadors de tipus sec utilitzen refrigeració per aire i aïllament sòlid en lloc d'oli. Sovint s'utilitzen a l'interior o en zones on la contenció del petroli és una preocupació.
Transformador submergit en oli
Els transformadors immersos en oli utilitzen oli aïllant per a la refrigeració i l'aïllament. S'utilitzen àmpliament en projectes solars a l'aire lliure més grans perquè poden gestionar capacitats més altes i proporcionar un rendiment tèrmic eficient.
Transformador d'aïllament
Un transformador d'aïllament separa els circuits elèctrics mentre transmet energia. En aplicacions solars, es pot utilitzar quan es requereixi aïllament elèctric, control de connexió a terra o compatibilitat d'equips.
Característiques clau d'un transformador d'energia solar
Les aplicacions solars creen condicions de funcionament específiques, de manera que el disseny del transformador és important.
Les característiques importants inclouen:
- Alta eficiència
- Relació de tensió adequada
- Capacitat kVA o MVA correcta
- Compatibilitat amb la sortida del inversor
- Sistema d'aïllament fort
- Disseny de refrigeració adequat
- Baixes pèrdues
- Disposició de connexió a terra compatible amb la xarxa
- Protecció contra la intempèrie a l'aire lliure quan sigui necessari
- Resistència als harmònics i a l'estrès tèrmic
- Coordinació de protecció fiable
- Llarga vida útil
Com que la producció solar canvia al llarg del dia, el transformador pot experimentar càrregues fluctuants. Ha de funcionar de manera eficient no només a plena càrrega, sinó també en condicions de càrrega parcial.
Transformador solar vs transformador estàndard
Un transformador solar pot semblar similar a un transformador de distribució estàndard, però les seves condicions de treball poden ser diferents.
Els transformadors solars sovint tracten amb:
- Variació freqüent de càrrega
- Harmònics generats per inversor
- Alta sortida diürna i baixa càrrega nocturna
- Exposició exterior
- Requisits d'interconnexió a la xarxa
- Flux d'energia inversa en alguns sistemes
- Cicle tèrmic
- Entorns d'instal·lació remota
Per aquests motius, la selecció del transformador hauria de tenir en compte el sistema d'energia solar complet, no només la tensió i la capacitat.
Com dimensionar un transformador d'energia solar
La mida depèn de la sortida total de l'inversor, la tensió de CA, el factor de potència, la tensió de la xarxa, el requisit de sobrecàrrega, la temperatura ambient i el disseny del sistema.
Un procés de selecció pràctic hauria de revisar:
- Capacitat total de CA del inversor
- Tensió primària
- Tensió secundària
- Fase i freqüència
- Valoració kVA o MVA
- Impedància
- Mètode de refrigeració
- Pujada de la temperatura
- Contingut harmònic
- Mètode de connexió a terra
- Dispositius de protecció
- Altitud d'instal·lació
- Temperatura ambient
- Localització interior o exterior
- Normes aplicables
Un transformador massa petit pot sobreescalfar-se o limitar la sortida del sistema. Un transformador massa gran pot augmentar el cost i reduir l'eficiència amb càrrega lleugera. La millor mida equilibra la seguretat, l'eficiència i el funcionament a llarg termini.
On s'utilitzen transformadors d'energia solar
Els transformadors d'energia solar es poden trobar en moltes aplicacions fotovoltaiques, com ara:
- Granges solars a escala de serveis públics
- Sistemes fotovoltaics comercials a coberta
- Sistemes solars industrials
- Projectes solars més emmagatzematge
- Microxarxes
- Instal·lacions solars agrícoles
- Caps solars muntats a terra
- Sistemes híbrids d'energies renovables
- Estacions inversores connectades a la xarxa
En sistemes residencials petits, un transformador independent pot no ser sempre visible perquè el disseny de l'inversor i la connexió a la xarxa poden gestionar els requisits de tensió de manera diferent. En sistemes més grans, els transformadors solen ser essencials.
Consideracions de manteniment
A transformador d'energia solar s'han d'inspeccionar regularment per mantenir un funcionament segur i eficient. Els requisits de manteniment varien segons el tipus de transformador i l'entorn d'instal·lació.
Els controls habituals inclouen:
- Monitorització de la temperatura
- Nivell d'oli i estat de l'oli per a unitats plenes d'oli
- Resistència d'aïllament
- Estanquitat de la connexió
- Estat de connexió a terra
- Estat del sistema de refrigeració
- Soroll i vibració
- Signes de sobreescalfament
- Entrada d'humitat
- Corrosió
- Funcionament del dispositiu de protecció
Un manteniment adequat pot reduir el temps d'inactivitat i allargar la vida útil del transformador.
Errors comuns a evitar
Un error comú és triar un transformador basat només en la capacitat. La relació de tensió, la impedància, la connexió a terra, els harmònics, les pèrdues i l'entorn d'instal·lació també són importants.
Un altre error és ignorar les característiques de l'inversor. La sortida de l'inversor pot contenir components harmònics i efectes de commutació que requereixen un disseny adequat del transformador.
Un tercer error és passar per alt l'eficiència a la càrrega parcial. Els sistemes solars poden funcionar a diferents nivells de sortida, de manera que el rendiment de baixes pèrdues pot afectar el rendiment energètic a llarg termini.
Conclusió
Un transformador d'energia solar és un component elèctric clau que canvia els nivells de tensió, admet la connexió a la xarxa, proporciona aïllament i ajuda l'energia solar a passar amb seguretat dels inversors als usuaris o a la xarxa de serveis públics.
La dreta transformador d'energia solar hauria de coincidir amb la capacitat del sistema fotovoltaic, la sortida de l'inversor, la tensió de la xarxa, el mètode de connexió a terra, el requisit de refrigeració i l'entorn del lloc. La selecció acurada del transformador millora la fiabilitat del sistema, l'eficiència energètica i el rendiment del projecte solar a llarg termini.
Per obtenir informació sobre el producte del transformador d'energia solar, visiteu JS Ningyi.
