Leerlaufverlust des Transformators in netzunabhängigen Solaranlagen: Warum er wichtig ist

Bei netzunabhängigen PV- und Speicherprojekten konzentrieren sich viele Menschen auf die Auswahl von PV-Modulen und Energiespeicherbatterien, übersehen jedoch ein “verstecktes schwarzes Loch ”, das 24 Stunden am Tag Strom verbraucht —der Transformator ’– die Leerlaufverluste. Bei netzgekoppelten Projekten arbeiten Transformatoren üblicherweise nur tagsüber, sodass Leerlaufverluste nur geringe Auswirkungen haben. Bei netzunabhängigen Projekten muss der Transformator jedoch rund um die Uhr mit dem Sammelschienenverbund verbunden bleiben, und die “kumulierte Tageswirkung ”der Leerlaufverluste verstärkt sich deutlich. Dies ist eine Kostenposition, die jeder Entwickler netzunabhängiger Projekte sorgfältig kalkulieren sollte.

1. Warum sind Leerlaufverluste in netzunabhängigen Systemen “Tödlicher ”als in netzgekoppelten Systemen?

1.1 Der grundlegende Unterschied in den Betriebsbedingungen

Netzgekoppelte PV: Der Transformator startet und stoppt mit dem Sonnenlicht und arbeitet etwa 10 –12 Stunden pro Tag. Nachts kann er vom Netzbus getrennt werden.

Insel-PV/Speicher: Der Transformator bleibt 24 Stunden am Tag mit dem System verbunden und übernimmt die Spannungsumwandlung sowie die galvanische Trennung. Ein Abschalten ist nicht möglich. Übermäßige Verluste bei Teillast und Leerlauf in Insel-Systemen sind zu einer zentralen Engstelle geworden, die die Wirtschaftlichkeit des Systems begrenzt.

1.2 Der “Zeitverstärker ”Effekt des Leerlaufverlusts

Die Formel für den Leerlaufverlust ist sehr einfach: Jährlicher Leerlaufverluststrom = P ₀ (Leerlaufverlust in kW) ×8.760 Stunden .

Bei netzgekoppelten Szenarien macht der Leerlaufverlust nur einen kleinen Teil der Gesamtverluste aus. Bei netzunabhängigen Szenarien schwanken die Lastgrade jedoch stärker und die Leerlaufzeit ist länger, weshalb der Leerlaufverlust einen deutlich größeren Anteil an den Gesamtverlusten ausmacht. Branchendaten zeigen, dass der Leerlaufverlust von Transformatoren etwa 20 % –30 % des gesamten Nennverlusts beträgt. Wenn die Transformatorleistung überdimensioniert ist und der Betrieb über längere Zeit bei geringer Last erfolgt, kann der Leerlaufverlust mehr als 60 % der Gesamtverluste ausmachen.

1.3 Die “Knappheit von Energiequellen ”bei netzunabhängigen Szenarien

Bei netzunabhängigen Projekten stammt jede Kilowattstunde entweder von PV-Modulen oder von Dieselgeneratoren. Die Kosten pro kWh für Dieselstromerzeugung in abgelegenen Gebieten können problemlos 3 RMB überschreiten, und die Gesamtkosten pro kWh können auf 4,1 RMB steigen. In abgelegenen Bergwerken im Ausland können die Dieselstromkosten 0,4 –1,0 USD/kWh erreichen – das ist das Vier- bis Fünffache der Netzstromkosten. Der Leerlaufverlust verbraucht –.“wertvolle Energie, ”nicht “günstige Energie, ”daher wird ihre wirtschaftliche Belastung weiter verstärkt.

2. Was macht Leerlaufverlust aus —Wie funktioniert es “Essen ”Strom?

2.1 Die Natur des Leerlaufverlusts

Leerlaufverlust (Eisenverlust) wird hauptsächlich durch das Eisenkernmaterial bestimmt. Er hängt nicht von der Betriebslast ab und tritt bereits auf, sobald der Transformator eingeschaltet wird. Er umfasst Hysterese-Verlust und Wirbelstrom-Verlust. Man kann ihn sich so vorstellen wie den Transformator ’s“basalmetabolismus „ — genau wie ein Telefon auch dann Strom verbraucht, wenn gerade kein Anruf getätigt wird, erzeugt ein Transformator Leerlaufverlust, solange er eingeschaltet ist.

2.2 Das Eisenkernmaterial ist der entscheidende Faktor

Herkömmliche Transformatoren verwenden gewöhnliche Siliziumstahlbleche, weshalb der Leerlaufverlust hoch bleibt. Der Eisenverlust von amorphem Legierungstransformator beträgt 70 % –80 % niedriger als bei herkömmlichen Transformatoren mit Kern aus Siliziumstahl. Im Vergleich zur neuesten Generation von Trockentransformatoren der Effizienzklasse 1 mit Siliziumstahlkern senken die neuesten ultrahoch-effizienten amorph-legierten Transformatoren die Leerlaufverluste um 65,2 %.

2.3 Besondere Herausforderungen in Inselnetz-Szenarien

Inselnetz-Systeme sind häufig starken Lastschwankungen zwischen Hoch- und Niedriglast ausgesetzt, was höhere Anforderungen an die magnetische Kreisstabilität des Transformators stellt. Leerlaufverluste verbrauchen auch bei Teillast und im Leerlauf weiterhin Energie – genau dann, wenn die Energiespeicherung in Inselnetz-Systemen am stärksten beansprucht wird. “beansprucht. ”In Extremszenarien können Leerlaufverluste in Inselnetz-Systemen dazu führen, dass die PV- und Speicherkapazität erhöht werden muss, um die durch Verluste reduzierte Versorgungskapazität auszugleichen. “verbraucht ”durch Verluste.

3. Eine wirtschaftliche Berechnung, die Sie nicht ignorieren dürfen

3.1 Modell zur jährlichen Stromverbrauchs-Berechnung

Als Beispiel nehmen wir einen 1.000-kVA-Transformator. Die Leerlaufverluste variieren je nach Energieeffizienzklasse erheblich:

Hinweis: Jährlicher Leerlaufverbrauch = Leerlaufverlust ×8.760 Stunden. Die tatsächlichen Werte variieren je nach Produktmodell und Lastgrad.

Die Aufrüstung von Effizienzklasse 3 auf Effizienzklasse 1 kann allein durch den Leerlaufverlust etwa 15.000 RMB pro Jahr an Diesel-Backup-Kosten einsparen.

3.2 Lebenszykluskosten-Perspektive (LCOE)

Obwohl Transformatoren der Klasse 1 höhere Anschaffungskosten verursachen, liegt ihr Leerlaufverlust um 30 % –50 % niedriger, wodurch über einen Betriebszeitraum von 25 Jahren erhebliche Stromkosteneinsparungen erzielt werden können. Beispielsweise betragen die jährlichen Stromkosteneinsparungen beim Vergleich des SCB14 (Klasse 1) mit dem SCB11 (Klasse 2) bis zu 20.000 kWh. Die Anfangsinvestition für eine Klasse-1-Station in Kastenbauweise ist zwar höher, doch bei netzunabhängigen Anwendungen übersteigen die Stromkosteneinsparungen die Preisdifferenz beim Kauf deutlich.

3.3 Der “Verstärkungsfaktor ”bei netzunabhängigen Szenarien

Strompreise (bzw. Diesel-Backup-Kosten) bei netzunabhängigen Projekten liegen deutlich über den Strompreisen bei netzgekoppelten Anwendungen. Bei Diesel-Backup-Kosten von 3 RMB/kWh lassen sich mit einem 1.000-kVA-Transformator der Klasse 1 innerhalb von fünf Jahren gegenüber einem Transformator der Klasse 3 etwa 75.000 RMB an Stromkosten für Leerlaufverluste einsparen. Unter Berücksichtigung der Verluste im Transformator und in den Kabeln verringert sich die Energieerzeugung eines netzunabhängigen Systems um 2,3 %. –4,6 %. Diese Verluste erfordern letztlich zusätzliche PV- oder Diesel-Kapazität zur Kompensation.

4. Jiangsu Unita ’off-Grid-Leerlaufverlust-Optimierungslösungen

4.1 Verbesserung des Eisenkernmaterials

Jiangsu Unita Electric ’die PV-spezifischen Kompaktstationen von Jiangsu Unita Electric entsprechen vollständig der Vollkupferwicklung und den Energieeffizienz-Standards der Klasse 1. Die SCB13/S20-Serie reduziert den Leerlaufverlust um mehr als 25 % gegenüber der nationalen Norm; ein Modell mit 2.500 kVA spart jährlich mehr als 30.000 kWh ein. Bei Großleistungs-Kompaktstationen ist optional ein amorpher Legierungseisenkern erhältlich, der den Leerlaufverlust um weitere 50 % senkt. Die S20-Serie verwendet hochpermeable, kaltgewalzte Siliziumstahlkerne und hochreine, sauerstofffreie Kupferwicklungen, wodurch der Leerlaufverlust um 15 % gesenkt wird. –20 % im Vergleich zu S13, bei einem Wirkungsgrad von über 99 % im üblichen Lastbereich.

4.2 Optimierung des Wicklungsprozesses

Jiangsu Unita Electric setzt konsequent auf das Vollkupferwicklungsdesign. Der Lastverlust beträgt 25 % –30 % niedriger als Aluminiumwicklungen, bessere Wärmeableitung und längere Lebensdauer. Die SCB13-Serie verwendet sauerstofffreies Kupfer mit Polyimid-Folienwicklungen mit einer Temperaturbeständigkeit von 220 °°C und hält zehn Jahre länger Hochtemperaturbelastung stand als herkömmliche Leiter. In der Produktion wird die Einzelstück-5- oder 7-Stufen-Überlappungsmethode angewendet, um die Kornstruktur zu verbessern und so die Hystereseverluste wirksam zu senken. Die Leerlaufverluste werden um 30 % und die Lastverluste um mehr als 10 % reduziert. “einzelstück-5- oder 7-Stufen-Überlappung ”methode zur Verbesserung der Kornstruktur, effektive Reduzierung der Hystereseverluste. Leerlaufverluste um 30 % gesenkt, Lastverluste um mehr als 10 % gesenkt.

4.3 Szenariobasierte Individualisierung und Anpassung an extreme Umgebungen

Netzunabhängige Projekte werden häufig in abgelegenen Gebieten mit rauen Umgebungsbedingungen realisiert. Zhongmeng Electric bietet maßgeschneiderte Schutzlösungen mit IP54/IP65 und Korrosionsschutzklasse C5-M für komplexe Bedingungen wie Gebirge, Küsten-Salznebel und Wüstenstaubstürme, um einen stabilen Betrieb von −40 °°C bis +55 °C. Für Hochlagen-Szenarien fertigt Zhongmeng eine verstärkte Isolierung + eine zweilagige Kondensationsverhinderungsstruktur + ein intelligentes Temperaturregelungssystem nach Maß. Ein 200-MW-Photovoltaik-Hochlagenprojekt in Qinghai auf über 3.800 Metern Höhe weist seit zwei Betriebsjahren null Ausfälle von Geräten auf.

4.4 Praxiserprobte Daten

Ein 2013 in Betrieb genommener Box-Transformator von Jiangsu Unita an einem Kraftwerk im Nordwesten Chinas weist weiterhin einen Eisenkernverlust auf, der stabil bei 95 % des ursprünglichen Wertes liegt; andere Marken am selben Standort mussten ihren Eisenkern bereits zweimal austauschen. An einem Hochplateau-Kraftwerk in Tibet auf 4.500 Metern Höhe läuft die Ausrüstung von Jiangsu Unita seit acht Jahren ohne jeglichen Ausfall; eine benachbarte Anlage ’einer anderen Marke musste ihren Gehäusekorpus dreimal wegen Kälterissbildung austauschen. Diese Fälle bestätigen die langfristige Zuverlässigkeit der Zhongmeng-Ausrüstung ’in extremen Umgebungen.

5. Schlüsselpunkte bei der Auswahl von Transformatoranlagen für netzunabhängige Photovoltaikanlagen

5.1 Energieeffizienzklasse zuerst

Bevorzugen Sie Produkte mit Energieeffizienzklasse 1 oder 2, die der Norm GB 20052-2024 entsprechen. Die Leerlaufverluste können um 30 % gesenkt werden. –50 %. Überprüfen Sie dies anhand beider Kriterien. “energieeffizienz-Etiketten + gemessene Daten ”zu vermeiden “gefälschte Hochleistungsprodukte ”produkte mit falschen Effizienzbewertungen.

5.2 Leistungsanpassung —Vermeiden “Ein großes Pferd zieht einen kleinen Wagen ”

Eine zu große Nennleistung führt zu langfristigem Betrieb mit niedriger Last, wodurch der Anteil der Leerlaufverluste stark ansteigt. Eine zu kleine Nennleistung führt bei Spitzenlast zu Überlastbetrieb; die Kosten für Störungsreparaturen betragen 3–das Fünffache der ursprünglichen Geräteersparnis die branchenübliche Praxis besteht darin, die Nennleistung von Kompaktstationen so auszulegen, dass sie 1.1–1,3-mal die installierte PV-Leistung . Dadurch wird Platz für die Modulalterung reserviert und Lastspitzen ohne Last (No-Load-Loss-Spikes) bei geringer Last vermieden. Zum Beispiel kann ein 10-MW-PV-Projekt eine 11 –13-MVA-Box-Umspannstation nutzen.

5.3 Entscheidungsbaum zur Auswahl des Eisenkernmaterials

5.4 Szenario-basierte Auswahl-Empfehlungen

Fernkommunikations-Basisstationen: Schwerpunkt auf Leerlaufverlust und Schutzart. Netzunabhängige Basisstationen sind im Allgemeinen mit hohen Stromkosten verbunden; eine Optimierung des Leerlaufverlusts wirkt sich daher unmittelbar auf die Betriebswirtschaftlichkeit aus.

Netzunabhängige Mikronetze: Müssen bidirektionale Umwandlung und Speicher-Schnittstellen unterstützen. Es wird empfohlen, den Leerlaufverlust des Transformators bereits in der Systemplanungsphase in die Berechnung der Speicherkapazität einzubeziehen, um unzureichende Speicherkapazität aufgrund von Verlusten zu vermeiden.

Hochlage/extremes Klima: Schwerpunkt auf Temperaturanpassungsfähigkeit und Korrosionsschutzklasse. Geräte von Zhongmeng arbeiten stabil von −40 °°C bis +55 °°C an, mit optionalen Schutzarten IP54/IP65.

Fazit

Bei Inselnetzsystemen ist der Leerlaufverlust des Transformators nicht “eine geringfügige Änderung „ — es handelt sich um eine feste Ausgabe, die 24 Stunden am Tag anfällt. Nehmen wir als Beispiel einen 1.000-kVA-Transformator. Bei einem Inselnetz-Szenario mit Diesel-Backup-Kosten von 3 RMB/kWh kann ein Transformator der Effizienzklasse 1 im Vergleich zu einem Transformator der Effizienzklasse 3 allein durch den geringeren Leerlaufverlust über fünf Jahre hinweg mehr als 75.000 RMB einsparen —– genug, um den Preisunterschied des Produkts der Effizienzklasse 1 zu decken und darüber hinaus noch etwas zu sparen.

Entwickler von Inselnetzprojekten sollten den Leerlaufverlust bereits in der Auswahlphase in die Lebenszykluskostenbewertung einbeziehen, statt sich ausschließlich auf den Kaufpreis zu konzentrieren. Für bereits in Betrieb befindliche Inselnetzprojekte lohnt es sich zudem, die Wirtschaftlichkeit eines Transformatoraustauschs zu bewerten —insbesondere bei Szenarien mit hohen Diesel-Backup-Kosten, bei denen sich die Amortisationsdauer für den Austausch durch verlustarme Transformatoren kürzer als erwartet gestalten kann.