Transformatorers tomgangstab i solcelleanlæg uden tilslutning til elnettet: Hvorfor det er vigtigt

I forbindelse med afkoblede PV- og lagerprojekter fokuserer mange mennesker på valg af PV-moduler og energilagringsbatterier, men overser en “skjult sort hul ”der forbruger strøm 24 timer i døgnet —transformatoren ’kaldet tomgangstab. I nettilsluttede projekter kører transformatorer normalt kun om dagen, så tomgangstab har begrænset indflydelse. Men i afkoblede projekter skal transformatorerne forblive tilsluttet busserne 24/7, og den “døgnlange akkumulerede effekt ”af tomgangstab forstærkes kraftigt. Dette er en omkostning, som alle udviklere af afkoblede projekter bør beregne omhyggeligt.

1. Hvorfor er tomgangstab mere “Dødelige ”i afkoblede systemer end i nettilsluttede systemer?

1.1 Den grundlæggende forskel i driftsforhold

Nettilsluttet PV: Transformeren starter og stopper med sollyset og kører ca. 10 –12 timer om dagen. Den kan frakobles busserne om natten.

Afgrænset PV/lagring: Transformeren forbliver tilsluttet systemet 24 timer i døgnet og håndterer spændingstransformation og isolation. Den kan ikke slukkes. For store tab ved let belastning og uden belastning i afgrænsede systemer er blevet en kernebottleneck, der begrænser systemets økonomi.

1.2 Den “Tidsforstærker ”Effekten af tomgangstab

Formlen for tomgangstab er meget simpel: Årligt tomgangstab i elektricitet = P ₀ (tomgangstab i kW) ×8.760 timer .

I nettilsluttede scenarier udgør tomgangstab kun en lille del af de samlede tab. Men i frakoblede scenarier varierer belastningsgraden mere bredt, og tiden med tomgang er længere, så tomgangstab udgør en betydeligt større andel af de samlede tab. Branchedata viser, at transformatorers tomgangstab udgør ca. 20 % –30 % af det samlede nominelle tab. Når transformatorernes kapacitet er for stor og de kører ved lav belastning i længere tid, kan tomgangstab overstige 60 % af det samlede tab.

1.3 Den “Manglende tilgængelighed af strømkilder ”i frakoblede scenarier

I frakoblede projekter stammer hver kilowatttime fra PV-paneler eller dieselgeneratorer. Omkostningen pr. kWh for dieselgenerering i afsidesliggende områder kan nemt overstige 3 RMB, og de samlede omkostninger pr. kWh kan stige til 4,1 RMB. I afsidesliggende udenlandske miner kan dieselgenereringsomkostningerne nå 0,4 –1,0 USD/kWh – 4 –5 gange så høje som omkostningerne for netstrøm. Tomgangstab forbruger “kostbar strøm, ”- Nej, ikke “billig strøm, ”så dens økonomiske omkostning forstærkes yderligere.

2. Hvad udgør tomgangstab? —Hvordan fungerer det “Spise ”Strøm?

2.1 Naturen af tomgangstab

Tomgangstab (jern-tab) bestemmes hovedsageligt af jernkernens materiale. Det er uafhængigt af driftsbelastningen og opstår så snart transformeren tages i brug. Det omfatter hysteresetab og hvirvelstrømstab. Man kan betragte det som transformeren ’s“basalt stofskifte ” — ligesom en telefon forbruger strøm, selv når man ikke foretager et opkald, genererer en transformer tomgangstab, så længe den er tændt.

2.2 Jernkernematerialet er den afgørende faktor

Traditionelle transformatorer bruger almindelige siliciumstålplader, så tomgangstabene forbliver høje. Jern-tabene i amorfe legerings-transformatorer er 70 % –80 % lavere end de i traditionelle transformatorer med siliciumstål-kerner. I forhold til den nyeste generation af tørtransformatorer med siliciumstål af klasse 1 reducerer de nyeste ultra-højeffektive amorfe legerings-transformatorer tomgangstabene med 65,2 %.

2.3 Særlige udfordringer i off-grid-scenarier

Off-grid-systemer står ofte over for hyppige belastningscyklusser med store variationer i belastning, hvilket stiller øgede krav til magnetkredsløbets stabilitet i transformatorer. Tomgangstab forbruger fortsat strøm under perioder med lav belastning og tomgang, og netop disse perioder er, hvor energilagringen i off-grid-systemer er mest “påvirket. ”I ekstreme scenarier kan tomgangstab i off-grid-systemer tvinge en udvidelse af PV- og lagerkapaciteten for at kompensere for den tabte leveringskapacitet “forbrugt ”af tab.

3. En økonomisk beregning, som du ikke kan ignorere

3.1 Model til beregning af årligt strømforbrug

Tag en 1.000-kVA-transformator som eksempel. Tomgangstabene varierer betydeligt efter energieffektivitetsklasse:

Bemærk: Årlig tomgangsenergi = tomgangstab ×8.760 timer. Faktiske data varierer afhængigt af produktmodel og belastningsgrad.

Opgradering fra klasse 3 til klasse 1 kan spare ca. 15.000 RMB om året i dieselbackupomkostninger alene fra tomgangstab.

3.2 Livscyklusomkostningsperspektiv (LCOE)

Selvom transformatorer af klasse 1 har en højere startomkostning, er deres tomgangstab 30 % –50 % lavere, hvilket kan spare en betydelig mængde elomkostninger over en driftsperiode på 25 år. For eksempel kan årlige elbesparelser ved at sammenligne SCB14 (klasse 1) med SCB11 (klasse 2) nå op på 20.000 kWh. Den oprindelige investering i en klasse 1 kassetransformator er højere, men i afkoblede scenarier overstiger elbesparelserne langt prisforskellen ved køb.

3.3 Den “Forstærkningsfaktor ”i frakoblede scenarier

Elpriser (eller dieselbackupomkostninger) i afkoblede projekter er langt højere end elpriser for nettilsluttede systemer. Ved en dieselbackupomkostning på 3 RMB/kWh kan en 1.000-kVA transformator af klasse 1 spare ca. 75.000 RMB i elomkostninger til tomgangstab over 5 år i forhold til en transformator af klasse 3. Når man tager transformator- og kabeltab i betragtning, kan energiproduktionen i et afkoblet system reduceres med 2,3 %. –4,6 %. Disse tab er til sidst årsag til behov for ekstra PV- eller dieselkapacitet til kompensation.

4. Jiangsu Unita ’s løsninger til optimering af tomgangstab i afkoblede net

4.1 Opgradering af jernkerne-materiale

Jiangsu Unita Electric ’s PV-specifikke bokssubstationer overholder kravet om fuld kobberwikling og energieffektivitetsstandard klasse 1. SCB13/S20-serien reducerer tomgangstab med mere end 25 % i forhold til den nationale standard, og en model på 2.500 kVA sparer mere end 30.000 kWh om året. For bokssubstationer med stor kapacitet er amorf-legerede jernkerne valgfri, hvilket yderligere reducerer tomgangstab med 50 %. S20-serien anvender kerne af koldvalset siliciumstål med høj permeabilitet samt wiklinger af iltfrit kobber med høj renhed, hvilket reducerer tomgangstab med 15 % –20 % i forhold til S13, med en virkningsgrad, der overstiger 99 % i almindelige belastningsområder.

4.2 Optimering af wiklingsproces

Jiangsu Unita Electric insisterer på design med fuld kobberwikling. Belastningstab er 25 % –30 % lavere end aluminiumviklinger, bedre varmeafledning og længere levetid. SCB13-serien bruger oxygenfri kobber + polyimidfilm-viklinger med en temperaturbestandighed på 220 °°C og kan tåle 10 år ekstra højtemperaturpåvirkning sammenlignet med almindelige ledere. Under produktionen anvendes “en étdel 5-trins- eller 7-trins-overlappende metode ”til at forbedre kornstrukturen, hvilket effektivt reducerer hysteresetab. Tomgangstab reduceres med 30 %, og lasttab reduceres med mere end 10 %.

4.3 Brugsscenariebaseret tilpasning og tilpasning til ekstreme miljøforhold

Off-grid-projekter udrulles ofte i fjerne områder med hårde miljøforhold. Zhongmeng Electric tilpasser IP54/IP65-beskyttelsesløsninger og C5-M-korrosionsbeskyttelse til komplekse forhold som bjerge, kystnær saltstøv og ørkenstorme, så der sikres stabil drift fra –40 °C til +55 °C. For højhedsrelaterede scenarier tilpasser Zhongmeng isoleringen ekstra stærkt samt anvender en dobbeltlaget anti-kondensationsstruktur og et intelligent temperaturreguleringssystem. Et 200 MW højhedsrelateret PV-projekt i Qinghai på over 3.800 meters højde har registreret nul udstyrsfejl i to års drift.

4.4 Felttestede data

En Jiangsu Unita kassettransformator, der blev taget i brug i 2013 ved et kraftværk i Nordvest-Kina, har stadig en jernkerntab, der er stabil på 95 % af dens oprindelige værdi, mens andre mærker på samme sted har udskiftet deres jernkerner to gange. Ved et platå-kraftværk på 4.500 meters højde i Tibet har Jiangsu Unita-udstyr været i drift i 8 år uden fejl, mens et nabokraftværk ’s mærke har udskiftet sin kassetre tre gange på grund af revner forårsaget af lave temperaturer. Disse tilfælde bekræfter Zhongmeng-udstyrets langvarige pålidelighed i ekstreme miljøer. ’s langvarige pålidelighed i ekstreme miljøer.

5. Nøglepunkter ved valg af transformator til off-grid PV-systemer

5.1 Energioptimeringsklasse som første prioritet

Giv forrang til energieffektivitetsprodukter af klasse 1 eller klasse 2, der overholder GB 20052-2024. Tomgangstab kan reduceres med 30 % –50 %. Verificer ved hjælp af både “energieffektivitetsmærkater + målte data ”at undgå “falsk høj effektivitet ”produkter med forkerte klassificeringer.

5.2 Kapacitetsmatchning —Undgå “En stor hest, der trækker en lille vogn ”

For stor kapacitet fører til langvarig drift ved lav belastning, og andelen af tomgangstab stiger kraftigt. For lille kapacitet fører til overbelastet drift ved topbelastning, og omkostningerne til fejlretning er 3–5 gange de oprindelige udstyrssparinger . Branchestandardpraksis er at konfigurere kapaciteten for bokssubstationer til 1.1–1,3 gange den installerede PV-kapacitet . Dette reserverer plads til modulnedgang, mens det undgår spidser i tomgangstab forårsaget af lette belastninger. For eksempel kan et 10 MW PV-projekt bruge 11 –13 MVA bokssubstationens kapacitet.

5.3 Beslutningstræ for valg af jernkerne-materiale

5.4 Scenariebaserede valg anbefalinger

Fjernkommunikationsbasestationer: Fokus på tomgangstab og beskyttelsesgrad. Off-grid-basestationer står generelt over for høje elomkostninger, og optimering af tomgangstab påvirker direkte driftsøkonomien.

Off-grid-mikronet: Skal understøtte tovejskonvertering og lagergrænseflader. Det anbefales at inkludere transformatorers tomgangstab i beregningen af lagerkapacitet i systemdesignfasen for at undgå utilstrækkelig lagerkapacitet som følge af tab.

Høj højde/ekstremt klima: Fokus på temperaturtilpasningsevne og korrosionsbeskyttelsesgrad. Zhongmeng-udstyr kan operere stabilt fra -40 °C til +55 °°C, med valgfrie IP54/IP65-beskyttelsesgrader.

Konklusion

I systemer uden for elnettet er transformatorers tomgangstab ikke “en lille ændring ” — det er en fast udgift, der løber 24 timer i døgnet. Tag f.eks. en 1.000-kVA-transformator. I et scenario uden for elnettet med en dieselbackupomkostning på 3 RMB/kWh kan en transformator af klasse 1 sammenlignet med en transformator af klasse 3 spare mere end 75.000 RMB kun i tomgangstab over 5 år —hvad der er tilstrækkeligt til at dække prisforskellen ved købet af produktet af klasse 1 – og så lidt mere.

Udviklere af projekter uden for elnettet bør inkludere tomgangstab i levetidsomkostningsvurderingen allerede i udvælgelsesfasen i stedet for kun at se på købsprisen. For projekter uden for elnettet, der allerede er i drift, er det også værd at vurdere økonomien ved at udskifte transformatorerne —især i scenarier med høje dieselbackupomkostninger, hvor tilbagebetalingstiden for udskiftning med lavtabstransformatorer måske er kortere end forventet.