Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe Leistungselektronik II 4.1 Windenergieanlagen (WEA) 4.1.1 Aufbau von Windenergieanlagen 4.1.2 Generatoren und deren Betrieb 4.1.3 Topologien selbstgeführter Gleich- u. Wechselrichter 4.2 Photovoltaikanlagen (PVA) 4.2.1 Aufbau von Photovoltaikanlagen 4.2.2 PV-Generatoren und deren Betrieb 4.2.3 Wechselrichter für Photovoltaikanlagen 4.3 Netzanbindung 4.3.1 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) 4.3.2 Blindleistungs-Beeinflussung 4. Anwendungen für erneuerbare Energien 14V0621 Leistungselektronik II 01
17
Embed
4. Anwendungen für erneuerbare Energien · Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe 4.2.1 Aufbau von Photovoltaikanlagen 14V0621 Leistungselektronik II Bild 2-4.2
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe
Leistungselektronik II
4.1 Windenergieanlagen (WEA) 4.1.1 Aufbau von Windenergieanlagen 4.1.2 Generatoren und deren Betrieb 4.1.3 Topologien selbstgeführter Gleich- u. Wechselrichter
4.2 Photovoltaikanlagen (PVA) 4.2.1 Aufbau von Photovoltaikanlagen 4.2.2 PV-Generatoren und deren Betrieb 4.2.3 Wechselrichter für Photovoltaikanlagen
Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe
4.2.1 Aufbau von Photovoltaikanlagen
14V
0621
Le
istu
ngse
lekt
roni
k II
Bild 1-4.2 PV-Kraftwerk (Quelle: SMA)
02
Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe
4.2.1 Aufbau von Photovoltaikanlagen
14V
0621
Le
istu
ngse
lekt
roni
k II
Bild 2-4.2 Zell-Kennlinien bei unterschiedlicher ... (a) ...Intensität der Bestrahlung (Temperatur = 25°C); (b) ...Temperatur (Bestrahlung = 1000W/m²) (Quelle: G. Schenke, Photovoltaik und Solartechnik)
Grundelement des PV-Generators •PV-Zelle (Solarzelle) = großflächige Photodiode
•U-I-Kennlinie abhängig von - Zelltechnologie, Geometrie und Aufbau - Herstellprozess mit seinen Toleranzen - Zustand (Alterung, Degradation) - Bestrahlung und Temperatur
UZ
IZ
IZ /A
UZ /V
IZ /A
UZ /V
(a) (b)
03
Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe
4.2.1 Aufbau von Photovoltaikanlagen
14V
0621
Le
istu
ngse
lekt
roni
k II
Bild 4-4.2 (a) PV-Strang (b) Symbol
PV-Modul •Reihenschaltung von m PV-Zellen zu einem PV-Modul (übliche Werte m = 10...36...70)
PV-Strang („String“) •Reihenschaltung von s PV-Modulen zu einem PV-Strang •Bypass-Diode zu jedem PV-Modul zur Vermeidung ... - von hoher Verlustleistung in verschatteten Zellen, - eines Leistungseinbruchs, wenn ein Modul im Strang verschattet ist.
04
Bild 3-4.2 (a) PV-Modul mit (b) Symbol Bypass-Diode
Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe
4.2.1 Aufbau von Photovoltaikanlagen
14V
0621
Le
istu
ngse
lekt
roni
k II
Bild 5-4.2 Beispiel: String mit 20 Modulen (a) ohne und (b) mit Bypass-Dioden
Funktion der Bypass-Dioden
05
Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe
4.2.1 Aufbau von Photovoltaikanlagen
14V
0621
Le
istu
ngse
lekt
roni
k II
Bild 6a-4.2 PV-Generator
PV-Generator •Parallelschaltung von g gleichartigen PV-Strängen zu einem PV-Generator.
•Strang-Dioden zur Vermeidung von hoher Verlustleistung in verschatteten oder defekten Strängen.
•Strang-Dioden werden oft weggelassen, da Betriebsspannung von PV-Zellen, PV-Modulen und PV-Strängen wenig variiert.
PVG Bild 6b-4.2 PV-Generator: Symbol
06
Merkmale der PVA •Gesamtfläche der PV-Zellen groß (viele m²). •PV-Zellen in geerdetem Modulgehäuse montiert. •=> große Kapazität zwischen PVG und Erde (PE) wirksam. •Dünnschicht-PV-Zellen degradieren (z.T. irreversibel), wenn ihr Potential negativ gegenüber PE ist.
Daraus resultierende Anforderungen an den PV-Wechselrichter •hochfrequente Spannungen oder Spannung mit hohem du/dt zwischen PVG und PE sind wegen der resultierenden Ableitströme (Ströme zwischen PVG und PE) unzulässig.
•Spannung zwischen PVG und PE möglichst positiv. In dieser Vorlesung nicht betrachtet •Einrichtungen für Anlagenschutz (Sicherungen, Schalter) •Einrichtungen für Personenschutz (z.B. AFI-Schalter) •Steuer- und Regeleinrichtungen (z.B. zum MPP-Tracking, zur Netzstromregelung oder zur Einhaltung der Netzanschlussbedingungen)
Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe
4.2.2 PV-Generatoren und deren Betrieb
14V
0621
Le
istu
ngse
lekt
roni
k II
Bild 7-4.2: PVA mit Modulwechselrichtern
07
•Ein Modulwechselrichter pro PV-Modul mit - Potentialtrennung über HF-Transformator (fPWM > 20 kHz), - modulbezogenem MPP-Tracking, - einphasiger Einspeisung in ein- oder dreiphasiges Netz (Module verteilt auf alle drei Phasen).
•Potentialverhältnisse für PV-Module günstig; Erdung des Modul-Minus-Pols möglich.