Ztráty transformátoru v režimu bez zátěže v off-grid solárních systémech: Proč jsou důležité

V projektech fotovoltaických a akumulačních systémů mimo síť se mnoho lidí zaměřuje na výběr fotovoltaických modulů a akumulátorů pro ukládání energie, avšak přehlíží “skrytou černou díru ”která spotřebuje energii 24 hodin denně —transformátoru ’– tzv. ztráty v nezatíženém stavu. V projektech připojených k síti obvykle transformátory pracují pouze ve světlé části dne, takže ztráty v nezatíženém stavu mají omezený dopad. V off-grid projektech však musí být transformátor nepřetržitě připojen k sběrnici 24/7 a “kumulativní efekt po celý den ”ztrát v nezatíženém stavu je výrazně zesílen. Jedná se o náklady, které by měl každý vývojář off-grid projektu pečlivě spočítat.

1. Proč jsou ztráty v nezatíženém stavu “Smrtelnější ”v off-grid systémech než v systémech připojených k síti?

1.1 Základní rozdíl v provozních podmínkách

Fotovoltaická elektrárna připojená k síti: Transformátor se spouští a zastavuje spolu se sluncem a pracuje přibližně 10 –12 hodin denně. V noci lze odpojit od sběrnice.

Autonomní fotovoltaická elektrárna/se skladováním energie: Transformátor zůstává 24 hodin denně připojený k systému a zajišťuje transformaci napětí a izolaci. Nelze jej vypnout. Nadměrné ztráty při malém zatížení a při bezzátěžovém provozu v autonomních systémech se staly klíčovým úzkým hrdlem, které omezuje ekonomiku systému.

1.2 “Časový zesilovač ”Účinek bezzátěžových ztrát

Vzorec pro výpočet bezzátěžových ztrát je velmi jednoduchý: Roční množství elektřiny způsobené bezzátěžovými ztrátami = P ₀ (ztráty v chodu naprázdno v kW) ×8 760 hodin .

V případech připojení k síti tvoří ztráty v chodu naprázdno jen malou část celkových ztrát. V případech mimo síť se však zatěžovací poměr více kolísá a doba provozu naprázdno je delší, takže ztráty v chodu naprázdno tvoří výrazně větší podíl celkových ztrát. Průmyslová data ukazují, že ztráty transformátoru v chodu naprázdno činí přibližně 20 % –30 % celkových jmenovitých ztrát. Pokud je kapacita transformátoru nadměrná a transformátor dlouhou dobu pracuje za nízkého zatížení, mohou ztráty v chodu naprázdno přesáhnout 60 % celkových ztrát.

1.3 “Nedostatek zdrojů elektrické energie ”v případech mimo síť

V projektech mimo síť pochází každý kilowatthodinový výkon z fotovoltaických panelů nebo dieselových generátorů. Náklady na kilowatthodinu vyrobenou dieselovým generátorem v odlehlých oblastech mohou snadno překročit 3 CNY a komplexní náklady na kilowatthodinu mohou dosáhnout 4,1 CNY. V odlehlých zahraničních dolech se náklady na výrobu elektrické energie dieselovými generátory mohou pohybovat v rozmezí 0,4 –1,0 USD/kWh, 4 –5krát vyšší než u elektrické sítě. Ztráta v nezatíženém stavu spotřebuje “cennou elektrickou energii, ”ne “levnou elektrickou energii, ”a proto se její ekonomická cena ještě více zvyšuje.

2. Co tvoří ztrátu v nezatíženém stavu —Jak to “Jedlání ”Elektřinu?

2.1 Podstata ztráty v nezatíženém stavu

Ztráta v nezatíženém stavu (tzv. železná ztráta) je především určena materiálem magnetického jádra. Nesouvisí s provozní zátěží a vzniká ihned po připojení transformátoru k síti. Zahrnuje ztrátu hystereze a ztrátu vířivými proudy. Můžete si ji představit jako transformátor, ’s“základní metabolismus „ stejně jako telefon spotřebuje elektrickou energii i tehdy, když neprovádíte hovor; transformátor vytváří ztrátu v nezatíženém stavu, jakmile je zapnutý.

2.2 Materiál jádra z železa je rozhodujícím faktorem

Tradiční transformátory používají obyčejné křemíkové ocelové plechy, takže ztráty v chodu bez zátěže zůstávají vysoké. Železné ztráty transformátorů s amorfní slitinou jsou o 70 % –až 80 % nižší než u tradičních transformátorů s jádry z křemíkové oceli. Ve srovnání s nejnovější generací suchých transformátorů třídy 1 z křemíkové oceli snižují nejnovější ultra-vysokoúčinné transformátory s amorfní slitinou ztráty v chodu bez zátěže o 65,2 %.

2.3 Zvláštní výzvy v mimo-síťových scénářích

Mimo-síťové systémy často čelí častým cyklům vysoké a nízké zátěže, což klade vyšší požadavky na stabilitu magnetického obvodu transformátoru. Ztráty v chodu bez zátěže nadále spotřebovávají energii v obdobích malé zátěže a nulové zátěže – právě v těchto obdobích je akumulace energie v mimo-síťových systémech nejvíce “zatížená. ”V extrémních scénářích mohou ztráty v chodu bez zátěže v mimo-síťových systémech nutit zvýšení kapacity fotovoltaických panelů a úložných zařízení, aby se kompenzovala kapacita dodávky “spotřebovaná ”ztrátami.

3. Ekonomický výpočet, který nemůžete ignorovat

3.1 Roční model výpočtu spotřeby elektrické energie

Jako příklad uvažujme transformátor o výkonu 1 000 kVA. Ztráty v chodu bez zátěže se výrazně liší podle třídy účinnosti energie:

Poznámka: Roční ztráty v chodu bez zátěže = ztráty v chodu bez zátěže ×8 760 hodin. Skutečná data se liší podle konkrétního modelu výrobku a míry zatížení.

Výměna zařízení z třídy 3 za třídu 1 umožňuje ušetřit přibližně 15 000 CNY ročně v nákladech na záložní dieselové napájení pouze kvůli ztrátám v nezatíženém stavu.

3.2 Hledisko celoživotních nákladů (LCOE)

I když mají transformátory třídy 1 vyšší počáteční náklady, jejich ztráty v nezatíženém stavu jsou o 30 % –nižší, což během 25letého provozního období umožňuje ušetřit významnou částku na elektřině. Například porovnání transformátoru SCB14 (třída 1) s transformátorem SCB11 (třída 2) ukazuje roční úsporu elektrické energie až 20 000 kWh. Počáteční investice do rozvaděčové stanice třídy 1 je vyšší, avšak v off-grid scénářích úspory na elektřině daleko převyšují rozdíl v nákupní ceně.

3.3 “Zesilovací faktor ”v případech mimo síť

Ceny elektřiny (nebo náklady na záložní dieselové napájení) v off-grid projektech jsou mnohem vyšší než ceny elektřiny v síti. Při nákladech na záložní dieselové napájení ve výši 3 CNY/kWh může transformátor třídy 1 o výkonu 1 000 kVA ušetřit během pěti let přibližně 75 000 CNY na nákladech na elektřinu způsobených ztrátami v nezatíženém stavu ve srovnání s transformátorem třídy 3. Po zohlednění ztrát transformátoru i kabelů se výstup energie v off-grid systému může snížit o 2,3 %. –4,6 %. Tyto ztráty nakonec vyžadují dodatečnou fotovoltaickou nebo dieselovou kapacitu pro kompenzaci.

4. Jiangsu Unita ’řešení optimalizace ztrát v režimu bez zátěže pro off-grid systémy

4.1 Výměna materiálu magnetického jádra

Jiangsu Unita Electric ’speciální trafostanice pro fotovoltaické elektrárny od společnosti Jiangsu Unita Electric jsou vybaveny plnými měděnými vinutími a splňují standardy energetické účinnosti třídy 1. Řada SCB13/S20 snižuje ztráty v režimu bez zátěže o více než 25 % oproti národnímu standardu; model o jmenovitém výkonu 2 500 kVA šetří ročně více než 30 000 kWh. U velkých trafostanic je jako volitelná možnost použití amorfních slitin pro magnetické jádro, čímž se ztráty v režimu bez zátěže sníží o dalších 50 %. Řada S20 využívá jádra z chladem válcované křemíkové oceli s vysokou permeabilitou a měděná vinutí z bezzkyslíkové mědi vysoké čistoty, čímž se ztráty v režimu bez zátěže sníží o 15 %. –o 20 % oproti řadě S13, přičemž účinnost přesahuje 99 % v běžných rozsazích zátěže.

4.2 Optimalizace technologie vinutí

Jiangsu Unita Electric důsledně uplatňuje konstrukci s plnými měděnými vinutími. Ztráty pod zátěží činí 25 % –o 30 % nižší než hliníkové vinutí, odvod tepla je lepší a životnost delší. Řada SCB13 využívá bezkyslíkovou měď a polyimidovou fólii pro vinutí s odolností proti teplotě až 220 °°C, čímž vydrží o 10 let déle vysokoteplotní zátěž než běžné vodiče. Při výrobě se používá jednodílná metoda překrytí ve 5 nebo 7 krocích “za účelem zlepšení zrnité struktury, čímž se efektivně snižují ztráty z hystereze. ”ztráty naprázdno jsou sníženy o 30 % a ztráty pod zátěží o více než 10 %.

4.3 Přizpůsobení podle scénáře a adaptace na extrémní prostředí

Projekty mimo síť jsou často nasazovány v odlehlých oblastech za náročných environmentálních podmínek. Společnost Zhongmeng Electric nabízí přizpůsobená řešení s ochranou IP54/IP65 a protikorozní ochranou třídy C5-M pro složité podmínky, jako jsou hory, mořská solná mlha a pouštní písečné bouře, a zajišťuje tak stabilní provoz v rozmezí teplot od −40 °°C až +55 °C. Pro scénáře vysokohorských oblastí přizpůsobuje společnost Zhongmeng zesílenou izolaci + dvouvrstevnou konstrukci proti kondenzaci + chytrý systém řízení teploty. Projekt fotovoltaické elektrárny o výkonu 200 MW v Qinghai, umístěný ve výšce přes 3 800 metrů nad mořem, během dvou let provozu nezaznamenal žádné poruchy zařízení.

4.4 Data ověřená v praxi

Jiangsu Unita skříňová transformovna uvedená do provozu v roce 2013 na elektrárně v severozápadní části Číny stále vykazuje ztráty v železném jádru stabilní na úrovni 95 % počáteční hodnoty, zatímco jiné značky na stejném místě již jádra dvakrát vyměnily. Na elektrárně v horské oblasti v Tibetu, umístěné ve výšce 4 500 metrů nad mořem, zařízení Jiangsu Unita bezporuchově provozují již osm let, zatímco sousední elektrárna ’značky s vyměnila skříň třikrát kvůli praskání při nízkých teplotách. Tyto případy potvrzují dlouhodobou spolehlivost zařízení Zhongmeng v extrémních prostředích. ’s dlouhodobou spolehlivostí v extrémních prostředích.

5. Klíčové body pro výběr transformátoru pro zvýšení napětí v off-grid fotovoltaických systémech

5.1 Nejprve třída energetické účinnosti

Upřednostňujte výrobky s účinností třídy 1 nebo třídy 2, které splňují normu GB 20052-2024. Ztráty v chodu bez zátěže lze snížit o 30 % –50 %. Ověřte oběma metodami “štítky energetické účinnosti + naměřená data ”aby se vyhnul “falešně vysokou účinnost ”výrobky s nepravdivým hodnocením.

5.2 Přizpůsobení výkonu —Vyhnout se “Velký kůň táhne malý vozík ”

Převelký výkon vede k dlouhodobému provozu za nízké zátěže a podíl ztrát v chodu bez zátěže prudce stoupá. Nedostatečný výkon vede k přetížení za špičkové zátěže a náklady na opravy poruch jsou 3–pětkrát vyšší než počáteční úspory na zařízení . Průmyslovým standardem je dimenzovat výkon trafostanice v krabičkovém provedení na 1.1–1,3násobek instalované kapacity fotovoltaických panelů . Tím se udrží rezerva pro degradaci modulů a zároveň se zabrání náhlým nárůstům ztrát v režimu bez zátěže způsobeným nízkou zátěží. Například pro fotovoltaický projekt o výkonu 10 MW lze použít transformátorovou stanici typu box s kapacitou 11 –13 MVA.

5.3 Rozhodovací strom pro výběr materiálu jádra

5.4 Doporučení pro výběr na základě scénářů

Vzdálené komunikační základny: Zaměřte se na ztráty v nezatíženém stavu a stupeň ochrany. Základny bez připojení k síti se obvykle potýkají s vysokými náklady na elektřinu a optimalizace ztrát v nezatíženém stavu má přímý dopad na provozní ekonomiku.

Mikro-sítě bez připojení k síti: Musí podporovat obousměrnou konverzi a rozhraní pro ukládání energie. Doporučuje se zahrnout ztráty transformátoru v nezatíženém stavu do výpočtu kapacity úložiště již ve fázi návrhu systému, aby nedošlo kvůli ztrátám k nedostatečné kapacitě úložiště.

Vysoká nadmořská výška / extrémní podnebí: Zaměřte se na teplotní odolnost a stupeň ochrany proti korozi. Zařízení společnosti Zhongmeng je schopno stabilně provozovat v rozmezí od −40 °°C až +55 °°C, s volitelnými stupni ochrany IP54/IP65.

Závěr

V off-gridových systémech jsou ztráty transformátoru v chodu bez zátěže “malá změna „ jde o fixní náklady, které běží 24 hodin denně. Jako příklad uveďme transformátor o výkonu 1 000 kVA. V off-gridovém scénáři s náklady na dieselovou záložní energii ve výši 3 RMB/kWh může transformátor třídy 1 oproti transformátoru třídy 3 ušetřit více než 75 000 CNY pouze na ztrátách v chodu bez zátěže během 5 let —co je postačující k pokrytí rozdílu v pořizovacích nákladech transformátoru třídy 1 a dokonce i něco navíc.

Vývojáři off-gridových projektů by měli ztráty v chodu bez zátěže zahrnout do vyhodnocení celoživotních nákladů již ve fázi výběru, nikoli pouze posuzovat pořizovací cenu. U již provozovaných off-gridových projektů stojí také za to zhodnotit ekonomickou výhodnost výměny transformátoru —zejména v případech s vysokými náklady na dieselovou záložní energii, kdy se doba návratnosti investice do nízkoztrátových transformátorů může ukázat kratší, než se očekávalo.