Muuntajan tyhjäkäyntihäviö off-grid-aurinkosähköjärjestelmissä: Miksi se on tärkeää

Off-grid-PV- ja varastointihankkeissa monet keskittyvät valitsemaan PV-moduulit ja energiavarastoparistot, mutta jättävät huomiotta yhden “piilottamattoman mustan aukon ”joka kuluttaa sähköä 24 tuntia vuorokaudessa —muuntori ’– ns. tyhjäkäyntihäviön. Verkkoliitetyissä hankkeissa muuntajat toimivat yleensä vain päivällä, joten tyhjäkäyntihäviöllä on rajallinen vaikutus. Mutta off-grid-hankkeissa muuntajan on pysyttävä kytkettynä väylään 24/7, ja tyhjäkäyntihäviön “koko päivän kertymävaikutus ”kasvaa voimakkaasti. Tämä on kustannus, jonka jokaisen off-grid-hankkeen kehittäjän tulee laskea huolellisesti.

1. Miksi tyhjäkäyntihäviö on “Vaarallisempi ”off-grid-järjestelmissä kuin verkkoliitetyissä järjestelmissä?

1.1 Perustavanlaatuinen ero toimintaolosuhteissa

Verkkoon kytketty aurinkosähköjärjestelmä: Muuntaja käynnistyy ja pysähtyy auringonvalon mukaan ja toimii noin 10 –12 tuntia päivässä. Se voidaan irrottaa linjasta yöllä.

Verkosta riippumaton aurinkosähköjärjestelmä/varastointi: Muuntaja pysyy yhdistettynä järjestelmään 24 tuntia vuorokaudessa, suorittaen jännitteen muunnosta ja erottelua. Sitä ei voida sammuttaa. Verkosta riippumattomissa järjestelmissä pienellä kuormalla ja ilman kuormaa aiheutuvat liialliset tappiot ovat muodostuneet keskitason taloudellisuuden rajoittavaksi tekijäksi.

1.2 “Aikalaajennin ”Tyhjäkäyntitappion vaikutus

Tyhjäkäyntitappion kaava on erinomainen yksinkertainen: Vuosittainen tyhjäkäyntitappio = P ₀ (tyhjäkäyntihäviö kilowatteina) ×8 760 tuntia .

Verkkoon kytketyissä skenaarioissa tyhjäkäyntihäviö muodostaa vain pienen osan kokonaishäviöistä. Mutta verkkoon kytkemättömissä skenaarioissa kuormitustaso vaihtelee laajemmin ja tyhjäkäyntiaika on pidempi, joten tyhjäkäyntihäviö muodostaa huomattavasti suuremman osan kokonaishäviöistä. Teollisuuden tiedot osoittavat, että muuntajan tyhjäkäyntihäviö muodostaa noin 20 % –30 % kokonaishäviöstä nimellisellä kuormituksella. Kun muuntajan kapasiteetti on liian suuri ja se toimii alakuormituksessa pitkään, tyhjäkäyntihäviö voi ylittää 60 % kokonaishäviöstä.

1.3 “Sähkölähteen puutteellisuus ”verkkoon kytkemättömissä skenaarioissa

Verkkoon kytkemättömissä hankkeissa jokainen kilowattitunti tulee aurinkopaneeleista tai dieselgeneraattoreista. Dieselgeneroinnin kustannus kilowattitunnissa etäisissä alueissa voi helposti ylittää 3 RMB:n, ja kokonaiskustannus kilowattitunnissa voi nousta 4,1 RMB:n. Etäisissä ulkomaisissa kaivoksissa dieselgeneroinnin kustannukset voivat olla 0,4 –1,0 USD/kWh, 4 –5 kertaa verkkosähkön määrä. Tyhjäkäyntihäviö kuluttaa “arvokasta sähköenergiaa, ”ei “halpaa sähköenergiaa, ”joten sen taloudellinen kustannus kasvaa entisestään.

2. Mitä tyhjäkäyntihäviö koostuu —Miten se vaikuttaa “Syötäväksi ”Sähköenergiaan?

2.1 Tyhjäkäyntihäviön luonne

Tyhjäkäyntihäviö (rautahäviö) määräytyy pääasiassa muuntajan rautasydämen materiaalista. Se ei riipu käyttökuormasta ja syntyy heti kun muuntaja kytketään verkkoon. Siihen kuuluvat hystereesihäviö ja pyörrevirtahäviö. Voit ajatella sitä niin, että muuntaja ’s“perusmetabolismi —kuten puhelin kuluttaa energiaa myös silloin, kun et soita, muuntaja tuottaa tyhjäkäyntihäviötä niin kauan kuin se on päällä.

2.2 Rautaytimen materiaali on ratkaiseva tekijä

Perinteisissä muuntajissa käytetään tavallisia piisisälevyjä, joten tyhjäkäyntihäviö pysyy korkeana. Amorfisen seoksen muuntajien rautahäviö on 70 % –80 % pienempi kuin perinteisillä piisisäleytimisillä muuntajilla. Uusimman sukupolven luokan 1 piisisälekuivamuuntajien kanssa verrattuna uusimmat erittäin tehokkaat amorfisen seoksen muuntajat vähentävät tyhjäkäyntihäviötä 65,2 %:lla.

2.3 Erityiset haasteet verkkoon kytkemättömissä tilanteissa

Verkkoon kytkemättömät järjestelmät kohtaavat usein vaihtelevia korkean ja alhaisen kuorman syklejä, mikä asettaa korkeammat vaatimukset muuntajan magneettipiirin vakaudelle. Tyhjäkäyntihäviö kuluttaa jatkuvasti tehoa kevyen kuorman ja tyhjäkäynnin aikana, ja juuri nämä ovat ajankohdat, jolloin verkkoon kytkemättömän järjestelmän energiavarastointi on eniten “kuormitettu. ”Äärimmäisissä tilanteissa verkkoon kytkemättömän järjestelmän tyhjäkäyntihäviö saattaa pakottaa aurinkopaneelien ja varastointikapasiteetin laajentamisen kompensoimaan häviöiden aiheuttamaa kapasiteetin vähentymistä. “kulutettu ”häviöiden vuoksi.

3. Taloudellinen laskelma, jota et voi sivuuttaa

3.1 Vuotuinen tehonkulutuslaskentamalli

Otetaan esimerkiksi 1 000 kVA:n muuntaja. Tyhjäkäyntihäviö vaihtelee merkittävästi energiatehokkuusluokan mukaan:

Huomautus: Vuotuinen tyhjäkäyntiteho = tyhjäkäyntihäviö ×8 760 tuntia. Todelliset tiedot vaihtelevat tuotemallin ja kuormitussuhteen mukaan.

Päivitys luokasta 3 luokkaan 1 säästää noin 15 000 juaa vuodessa dieselin varakäyttökustannuksissa pelkästään tyhjäkäyntitappiosta.

3.2 Elinkaaren kustannus (LCOE) -näkökulma

Vaikka luokan 1 muuntajat ovat alun perin kalliimpia, niiden tyhjäkäyntitappio on 30 % –50 % pienempi, mikä voi säästää huomattavan määrän sähkökustannuksia 25 vuoden käyttöjakson aikana. Esimerkiksi SCB14-muuntajan (luokka 1) ja SCB11-muuntajan (luokka 2) vertailussa vuotuiset sähkönsäästöt voivat olla jopa 20 000 kWh. Luokan 1 laatikkomuuntajan alkuinvestointi on korkeampi, mutta eristetyissä verkkojen ulkopuolisissa sovelluksissa sähkökustannusten säästöt ylittävät selvästi ostohinnan erot.

3.3 “Kerroinkerroin ”verkkoon kytkemättömissä skenaarioissa

Sähkön hinnat (tai dieselin varakäyttökustannukset) verkkojen ulkopuolisissa hankkeissa ovat paljon korkeammat kuin verkkoliitetyissä hankkeissa. Kun dieselin varakäyttökustannus on 3 juaa/kWh, luokan 1, 1 000 kVA muuntaja voi säästää noin 75 000 juaa tyhjäkäyntitappiosta aiheutuvissa sähkökustannuksissa viiden vuoden aikana verrattuna luokan 3 muuntajaan. Ottaen huomioon sekä muuntajan että johtojen tappiot verkkojen ulkopuolisen järjestelmän energiatuotanto voi vähentyä 2,3 %. –4,6 %. Nämä tappiot vaativat lopulta lisäaurinkosähkö- tai dieselkapasiteettia kompensoimaan niitä.

4. Jiangsu Unita ’off-Grid -tyhjäkäyntitappioita optimoivat ratkaisut

4.1 Rautaytimen materiaalin parantaminen

Jiangsu Unita Electric ’jiangsu Unita Electricin aurinkosähköön erityisesti suunnitellut pistorasiakäyttöiset muuntajat noudattavat täyskuparikäämitystä ja energiatehokkuusluokan 1 -vaatimuksia. SCB13/S20 -sarjan tyhjäkäyntitappio on yli 25 % pienempi kuin kansallisessa standardissa määritetty, ja 2 500 kVA:n malli säästää yli 30 000 kWh vuodessa. Suuritehoisissa pistorasiakäyttöisissä muuntajissa amorfisen seoksen rautaydin on valinnainen vaihtoehto, joka vähentää tyhjäkäyntitappiota vielä 50 %. S20 -sarja käyttää korkean läpäisykyvyn kylmävalssattua piirihappoa sisältävää terästä rautaytimenä ja korkealaatuisia happamattomia kuparikäämiä, mikä vähentää tyhjäkäyntitappiota 15 %:lla –20 % verrattuna S13 -sarjaan, ja hyötysuhde ylittää 99 %:n tyypillisillä kuormitusalueilla.

4.2 Käämitysprosessin optimointi

Jiangsu Unita Electric vaatii täyskuparikäämityksen käytön. Kuormitustappio on 25 % –30 % alhaisempi kuin alumiinikäämityksessä, lämmön poisto on parempaa ja käyttöikä pidempi. SCB13-sarjassa käytetään hapettumatonta kuparia ja polyimidikalvokäämitystä, jonka lämpötilan kestävyys on 220 °°C, mikä kestää 10 vuotta pidempään korkean lämpötilan vaikutusta kuin tavallisilla johtimilla. Tuotannossa käytetään yksikappaleista viisi- tai seitsemänportaista päällekkäiskäämitysmenetelmää hiukkasrakenteen parantamiseksi, mikä vähentää tehokkaasti hystereesihäviötä. Tyhjäkäyntihäviö vähenee 30 % ja kuormitushäviö yli 10 %. “yksikappaleinen viisi- tai seitsemänportainen päällekkäiskäämitys ”tyhjäkäyntihäviö vähenee 30 % ja kuormitushäviö yli 10 %.

4.3 Tilanneperäinen mukauttaminen ja äärimmäisten ympäristöjen sopeutuminen

Verkosta riippumattomat hankkeet sijoitetaan usein kaukana asutuista alueista, joissa olosuhteet ovat ankaria. Zhongmeng Electric tarjoaa IP54/IP65-suojauksen ja C5-M-korroosiosuojauksen tilanteisiin, kuten vuoristoalueet, rannikkoalueiden suolahöyry ja aavikon hiekka­myrskyt, mikä varmistaa vakaa toiminta –40 °C - +55 °C. Korkean korkeuden tilanteisiin Zhongmeng mukauttaa vahvistettua eristystä + kaksikerroksista kosteusvarmistusrakennetta + älykästä lämpötilasäätöjärjestelmää. 200 MW:n korkean korkeuden aurinkosähköprojekti Qinghaissa, yli 3 800 metrin korkeudessa, on toiminut kahden vuoden ajan ilman laitteistovikoja.

4.4 Kenttätestattuja tietoja

Jiangsu Unitan laatima laatikkomuotoinen sähköasema, joka otettiin käyttöön vuonna 2013 Pohjois-Kiinan voimalaitoksessa, säilyttää edelleen rautaytimen häviön vakiona 95 %:ssa sen alkuperäisestä arvosta, kun taas muut merkit samalla paikalla ovat vaihtaneet rautaytimensä kahdesti. Tiibetissä 4 500 metrin korkeudella sijaitsevassa korkean korkeuden voimalaitoksessa Jiangsu Unitan laitteisto on toiminut kahdeksan vuotta ilman vikoja, kun taas naapurivoimalaitoksen ’merkin laatikkorunkoa on jouduttu vaihtamaan kolme kertaa alhaisen lämpötilan aiheuttaman halkeilun vuoksi. Nämä tapaukset vahvistavat Zhongmeng-laitteiston pitkäaikaista luotettavuutta äärimmäisissä ympäristöissä. ’zhongmeng-laitteiston pitkäaikaista luotettavuutta äärimmäisissä ympäristöissä.

5. Tärkeimmät kohdat verkkoon kytkemättömän aurinkosähkön jännitteenkorotusmuuntajan valinnassa

5.1 Energiatehokkuusluokka ensin

Anna etusija energiatehokkuusluokan 1 tai 2 tuotteille, jotka noudattavat standardia GB 20052-2024. Tyhjäkäyntihäviö voidaan vähentää 30 %:lla –50 %. Vahvista molemmilla “energiatehokkuusmerkinnöillä + mitatuilla tiedoilla ”välttää “teennäinen korkea tehokkuus ”tuotteet, joiden luokitukset ovat vääriä.

5.2 Kapasiteetin sovittaminen —Vältä “Suuri hevonen vetää pientä käsikärryä ”

Liian suuri kapasiteetti johtaa pitkäaikaiseen alatasoisessa käytössä, ja tyhjäkäyntihäviön osuus kasvaa voimakkaasti. Liian pieni kapasiteetti johtaa ylikuormitukseen huippukuormituksen aikana, ja vioittuneiden laitteiden korjauskustannukset ovat 3–5-kertaiset alkuperäisiin laitekustannuksiin verrattuna . Teollisuuden standardikäytäntö on mitata laatikkomaisten sähköasemien kapasiteetti 1.1–1,3-kertainen aurinkosähköasennuksen teho . Tämä varaa tilaa moduulien suorituskyvyn heikkenemiselle ja estää tyhjäkäyntitappojen huippuja, jotka johtuvat pienistä kuormista. Esimerkiksi 10 MW:n aurinkosähköprojekti voi käyttää 11 –13 MVA:n laatikkomaista sähköasemaa.

5.3 Rautaytimen materiaalin valintapäätöspuu

5.4 Tilanneperusteiset valintasuositukset

Etäkommunikaatiotukiasemat: Keskitytään tyhjäkäyntihäviöihin ja suojaluokkaan. Verkkoriippumattomat tukiasemat kohtaavat yleensä korkeita sähkökustannuksia, ja tyhjäkäyntihäviöiden optimointi vaikuttaa suoraan toimintatalouteen.

Verkkoriippumattomat mikroverkot: Tulee tukea kaksisuuntaista muuntamista ja varastointiliitäntöjä. Suositellaan, että muuntajan tyhjäkäyntihäviöt otetaan huomioon varastointikapasiteetin laskennassa järjestelmän suunnitteluvaiheessa, jotta varastointikapasiteetti ei jää liian pieneksi häviöiden vuoksi.

Korkealla altitudella / äärimmäisissä ilmastollisissa olosuhteissa: Keskitytään lämpötilasoveltuvuuteen ja korrosiosuojauksen luokkaan. Zhongmeng-laitteet voivat toimia vakautta -40 °C - +55 °°C:ssa, ja suojaluokat IP54 / IP65 ovat saatavilla vaihtoehtoisina.

Yhteenveto

Off-grid -järjestelmissä muuntajan tyhjäkäyntihäviö ei ole “pieni muutos —se on kiinteä kustannus, joka kertyy 24 tuntia vuorokaudessa. Otetaan esimerkiksi 1 000 kVA:n muuntaja. Off-grid -tilanteessa, jossa dieselvarajärjestelmän kustannus on 3 RMB/kWh, luokan 1 muuntaja säästää luokan 3 muuntajaan verrattuna yli 75 000 juaa tyhjäkäyntihäviössä yksinään viiden vuoden aikana —riittävästi kattamaan luokan 1 tuotteen ostohinnan erotuksen ja jopa enemmän.

Off-grid -projektien kehittäjien tulisi ottaa tyhjäkäyntihäviö huomioon elinkaariarvioinnissa valintavaiheessa, eikä keskittyä pelkästään ostohintaan. Jo käytössä olevien off-grid -projektien osalta on myös kannattavaa arvioida muuntajien vaihdon taloudellisuutta —erityisesti tilanteissa, joissa dieselvarajärjestelmän kustannukset ovat korkeat, sillä alhaisen häviön muuntajien vaihto voi tuoda takaisin sijoituksen lyhyemmin kuin odotettaisiin.