Stratové straty transformátora v off-grid slnečných systémoch: Prečo sú dôležité

V projektov s fotovoltaickými systémami a úložiskami energie mimo siete sa mnoho ľudí zameriava na výber fotovoltaických modulov a batérií na ukladanie energie, avšak ignoruje jednu “skrytú čiernu dieru ”ktorá spotrebuje energiu 24 hodín denne – —transformátor ’a jeho strata pri chode bez zaťaženia. V projektoch pripojených do siete transformátory zvyčajne pracujú len počas denných hodín, preto má strata pri chode bez zaťaženia obmedzený vplyv. V projektoch mimo siete však musí byť transformátor nepretržite pripojený k zbernici 24/7 a “kumulatívny efekt počas celého dňa ”strát pri chode bez zaťaženia sa výrazne zosilní. Ide o náklady, ktoré si každý developer projektov mimo siete mal by starostlivo vypočítať.

1. Prečo je strata pri chode bez zaťaženia “Smrteľnejšia ”v systémoch mimo siete než v systémoch pripojených do siete?

1.1 Základný rozdiel v prevádzkových podmienkach

Fotovoltické systémy pripojené do siete: Transformátor sa spúšťa a zastavuje so slnečným svetlom a pracuje približne 10 –12 hodín denne. V noci ho možno odpojiť od zbernice.

Autonómne fotovoltické systémy/systémy s ukladacími zariadeniami: Transformátor zostáva po celý deň, teda 24 hodín, pripojený k systému a zabezpečuje transformáciu napätia aj izoláciu. Nie je možné ho vypnúť. Nadmerné straty pri ľahkom zaťažení a pri chode bez zaťaženia v autonómnych systémoch sa stali kľúčovou závorou obmedzujúcou ekonomiku systémov.

1.2 Efekt “Časového zosilňovača ”Strát pri chode bez zaťaženia

Vzorec pre straty pri chode bez zaťaženia je veľmi jednoduchý: Ročná elektrická energia straty v režime bez zaťaženia = P ₀ (strata v režime bez zaťaženia v kW) ×8 760 hodín .

V prípadoch pripojenia k sieti sa strata v režime bez zaťaženia podieľa len na malej časti celkových strát. V prípadoch off-grid však kolísanie zaťaženia je výraznejšie a doba prevádzky bez zaťaženia je dlhšia, preto sa podiel straty v režime bez zaťaženia na celkových strátach výrazne zvyšuje. Odvetvové údaje ukazujú, že strata transformátora v režime bez zaťaženia predstavuje približne 20 % –30 % celkovej straty pri menovitom zaťažení. Ak je výkon transformátora nadmerne veľký a transformátor dlhodobo pracuje pri nízkom zaťažení, môže strata v režime bez zaťaženia presiahnuť 60 % celkovej straty.

1.3 Nedostatok “Zdrojov energie ”v off-grid scenároch

V off-grid projektoch pochádza každý kilowatt-hodina buď z fotovoltaických panelov, alebo z dieselových generátorov. Náklady na 1 kWh výroby energie dieselovým generátorom v odľahlých oblastiach ľahko presahujú 3 RMB a komplexné náklady na 1 kWh môžu dosiahnuť 4,1 RMB. V odľahlých zahraničných baních sa náklady na výrobu energie dieselovým generátorom môžu vyšplhať až na 0,4 –1,0 USD/kWh, 4 –5-násobok ceny elektriny z elektrickej siete. Spotreba v režime bez zaťaženia spotrebuje “cennú energiu, ”nie “lacnú energiu, ”preto sa jej ekonomická cena ešte viac zvyšuje.

2. Čo tvorí straty v režime bez zaťaženia —Ako to funguje “Jedenie ”Elektriny?

2.1 Podstata strát v režime bez zaťaženia

Straty v režime bez zaťaženia (železné straty) sú predovšetkým určené materiálom jadra transformátora. Nie sú závislé od prevádzkovej záťaže a vznikajú ihneď po zapnutí transformátora. Zahŕňajú hysterézne straty a vírivé prúdové straty. Môžete si ich predstaviť tak, že transformátor ’s“základná metabolická rýchlosť —ako telefón spotrebuje energiu aj vtedy, keď nezostavujete hovor – transformátor vytvára straty v režime bez zaťaženia len vtedy, keď je zapnutý.

2.2 Materiál jadra z železa je rozhodujúcim faktorom

Tradičné transformátory používajú bežné kremíkové oceľové plechy, preto sa straty v chode bez zaťaženia stále udržiavajú na vysokej úrovni. Straty v jadre transformátorov z amorfných zliatin sú o 70 % –až 80 % nižšie ako straty v jadre tradičných transformátorov s jadrom z kremíkovej ocele. V porovnaní s najnovšou generáciou suchých transformátorov triedy 1 s jadrom z kremíkovej ocele najnovšie ultra-vysokoefektívne transformátory z amorfných zliatin znížia straty v chode bez zaťaženia o 65,2 %.

2.3 Špeciálne výzvy v mimo-sietových scenároch

Mimo-sietové systémy sa často stretávajú s častými cyklami vysokého a nízkeho zaťaženia, čo kladie vyššie požiadavky na stabilitu magnetického obvodu transformátora. Straty v chode bez zaťaženia sa v období nízkeho a nulového zaťaženia naďalej spotrebúvajú energiu – práve v týchto obdobiach je energetické úložisko v mimo-sietových systémoch najviac “zaťažené. ”V extrémnych scenároch môžu straty v chode bez zaťaženia v mimo-sietových systémoch nútiť zvýšiť výkon fotovoltaických panelov a úložných zariadení, aby sa kompenzovala kapacita dodávky energie “spotrebovaná ”stratami.

3. Ekonomický výpočet, ktorý nemôžete ignorovať

3.1 Ročný model výpočtu spotreby energie

Ako príklad uvažujme transformátor s výkonom 1 000 kVA. Straty v chode bez zaťaženia sa výrazne líšia podľa triedy energetickej účinnosti:

Poznámka: Ročná spotreba energie v chode bez zaťaženia = straty v chode bez zaťaženia ×8 760 hodín. Skutočné údaje sa líšia podľa konkrétneho modelu výrobku a úrovne zaťaženia.

Zvýšenie z triedy 3 na triedu 1 môže ušetriť približne 15 000 RMB ročne nákladov na záložné dieselové generátory len v dôsledku strát pri chode naprázdno.

3.2 Hľadisko celoživotných nákladov (LCOE)

Hoci transformátory triedy 1 majú vyššiu počiatočnú cenu, ich straty pri chode naprázdno sú o 30 % –až 50 % nižšie, čo počas 25-ročného prevádzkového obdobia umožňuje ušetriť významné množstvo nákladov na elektrickú energiu. Napríklad porovnanie transformátora SCB14 (trieda 1) s transformátorom SCB11 (trieda 2) ukazuje ročné úspory elektrickej energie vo výške až 20 000 kWh. Počiatočná investícia do krytých transformátorových staníc triedy 1 je vyššia, avšak v off-grid scenároch úspory na nákladoch za elektrickú energiu výrazne prekračujú rozdiel v nákupnej cene.

3.3 “Zosilňovací faktor ”v off-grid scenároch

Ceny elektrickej energie (alebo náklady na záložné dieselové generátory) v off-grid projektoch sú výrazne vyššie ako ceny elektrickej energie v sieťových projektoch. Pri nákladoch na záložné dieselové generátory vo výške 3 RMB/kWh môže transformátor triedy 1 s výkonom 1 000 kVA ušetriť približne 75 000 RMB v nákladoch na elektrinu spôsobených stratami pri chode bez zaťaženia počas 5 rokov v porovnaní s transformátorom triedy 3. Po zohľadnení strát transformátora a kábla sa výstup energie off-grid systému môže znížiť o 2,3 % –4,6 %. Tieto straty nakoniec vyžadujú dodatočnú fotovoltaickú alebo dieselovú kapacitu na ich kompenzáciu.

4. Jiangsu Unita ’riešenia optimalizácie strát pri chode bez zaťaženia pre off-grid systémy

4.1 Vylepšenie materiálu jadra

Jiangsu Unita Electric ’ich boxové transformátory špeciálne pre fotovoltaické systémy dodržiavajú úplné medené vinutia a štandardy energetickej účinnosti triedy 1. Séria SCB13/S20 zníži straty pri chode bez zaťaženia o viac ako 25 % v porovnaní so štátnym štandardom a model s výkonom 2 500 kVA ušetrí viac ako 30 000 kWh ročne. Pre boxové transformátory veľkej kapacity je možné voliteľne použiť jadrá z amorfného zliatiny, čím sa straty pri chode bez zaťaženia znížia ďalších 50 %. Séria S20 využíva jadrá z chladiacim valcovanej kremíkovej ocele s vysokou priepustnosťou a medené vinutia z bezkyslíkového medi vysoké čistoty, čím sa straty pri chode bez zaťaženia znížia o 15 % –20 % v porovnaní so sériou S13, pričom účinnosť presahuje 99 % v bežných rozsahoch zaťaženia.

4.2 Optimalizácia vinutia

Jiangsu Unita Electric sa zaväzuje na návrh s plným medeným vinutím. Straty zaťaženia sú o 25 % –o 30 % nižšie ako pri hliníkovom vinutí, odvod tepla je lepší a životnosť je dlhšia. Séria SCB13 využíva bezkyslíkový meď + polyimidovú fóliu pre vinutie s odolnosťou voči teplu až 220 °°C, čo znamená, že vydrží vysokoteplotné šoky o 10 rokov dlhšie ako bežné vodiče. Pri výrobe sa používa “jednodielna 5- alebo 7-kroková prekrývacia metóda ”na zlepšenie zrnovej štruktúry, čím sa účinne znížia straty hysterézie. Straty naprázdno sa znížili o 30 % a straty zaťaženia o viac ako 10 %.

4.3 Prispôsobenie podľa scenára a adaptácia na extrémne prostredie

Projekty mimo siete sa často nasadzujú v odľahlých oblastiach za prísnych environmentálnych podmienok. Zhongmeng Electric ponúka prispôsobené riešenia ochrany IP54/IP65 a protikoróznej ochrany C5-M pre zložité podmienky, ako sú hory, príbřežná soľná pena a púštny piesočný búrka, čím zabezpečuje stabilný prevádzkový režim v rozsahu teplôt od –40 °°C do +55 °C. Pre vysokohorské scenáre Zhongmeng prispôsobuje posilnenú izoláciu + dvojvrstvnú štruktúru proti kondenzácii + inteligentný systém riadenia teploty. Pri 200 MW vysokohorskom fotovoltickom projekte v Qinghai nad 3 800 m sa za dva roky prevádzky nevyskytla žiadna porucha zariadenia.

4.4 Dátumy overené v teréne

Jiangsu Unita skrinková transformačná stanica uvedená do prevádzky v roku 2013 na elektrárni v severozápadnej časti Číny stále vykazuje straty v železnom jadre stabilné na úrovni 95 % ich počiatočnej hodnoty, kým iné značky na tom istom mieste vymenili svoje železné jadrá dvakrát. Na vysokej pláňovej elektrárni v Tibete vo výške 4 500 m prebieha prevádzka zariadení Jiangsu Unita už 8 rokov bez jediného zlyhania, kým susedná elektráreň ’značky s vymenila skrinkovú konštrukciu trikrát kvôli trhlinám spôsobeným nízkou teplotou. Tieto prípady potvrdzujú dlhodobú spoľahlivosť zariadení Zhongmeng v extrémnych prostrediach. ’dlhodobú spoľahlivosť zariadení Zhongmeng v extrémnych prostrediach.

5. Kľúčové body pri výbere transformátorov na zvýšenie napätia pre off-grid fotovoltické systémy

5.1 Najprv trieda energetickej účinnosti

Uprednostniť výrobky s energetickou účinnosťou triedy 1 alebo 2, ktoré sú v súlade so štandardom GB 20052-2024. Spotreba v režime bez zaťaženia sa môže znížiť o 30 % –50 %. Overiť oboma spôsobmi “štítkami energetickej účinnosti + nameranými údajmi ”aby sa vyhovie “falošne vysokú účinnosť ”výrobky s nepravdivým hodnotením.

5.2 Prispôsobenie výkonu —Vyhnúť sa “Veľký kôň ťahá malý vozík ”

Nadmerne veľký výkon vedie k dlhodobej prevádzke pri nízkom zaťažení a podiel spotreby v režime bez zaťaženia prudko stúpa. Nedostatočne veľký výkon vedie k prevádzke nad zaťažením počas špičkového zaťaženia a náklady na opravy porúch sú 3–5-násobkom úspor z počiatočných investícií do vybavenia . Odbornou normou v odvetví je dimenzovať výkon uzatvorených rozvodných staníc na 1.1–1,3-násobok inštalovanej výkonovej kapacity fotovoltických panelov . Toto rezervuje priestor pre degradáciu modulov a zároveň zabráni nárazom strat pri chode bez zaťaženia spôsobeným nízkym zaťažením. Napríklad fotovoltický projekt s výkonom 10 MW môže využiť transformátorovú stanicu typu „box“ s výkonovou kapacitou 11 –13 MVA.

5.3 Rozhodovací strom pre výber materiálu jadra

5.4 Odporúčania pre výber podľa scenára

Vzdialené komunikačné základne: Zamerajte sa na stratu pri chode bez zaťaženia a ochrannú triedu. Mimo-sietové základne zvyčajne čelia vysokým nákladom na elektrinu a optimalizácia straty pri chode bez zaťaženia má priamy vplyv na prevádzkovú ekonomiku.

Mimo-sietové mikrosiete: Musia podporovať obojsmernú konverziu a rozhrania pre ukladanie energie. Odporúča sa zohľadniť straty transformátora pri chode bez zaťaženia do výpočtu kapacity úložiska v štádiu návrhu systému, aby sa predišlo nedostatočnej kapacite úložiska spôsobenej stratami.

Veľká nadmorská výška / extrémne podnebie: Zamerajte sa na prispôsobivosť teplote a stupeň ochrany proti korózii. Zariadenia Zhongmeng môžu stabilne pracovať v rozsahu od −40 °°C do +55 °°C, s voliteľnými ochrannými stupňami IP54/IP65.

Záver

V off-grid systémoch je nulový výkon transformátora “malou zmenou —je to pevná nákladová položka, ktorá prebieha 24 hodín denne. Vezmite si napríklad transformátor s výkonom 1 000 kVA. V off-grid scénari s nákladmi na dieselovú záložnú energiu vo výške 3 RMB/kWh môže transformátor triedy 1 v porovnaní s transformátorom triedy 3 ušetriť viac ako 75 000 RMB iba na nulovom výkone počas 5 rokov —stačí na pokrytie rozdielu v nákupnej cene produktu triedy 1 a ešte niečo navyše.

Vývojári off-grid projektov by mali zohľadniť nulový výkon transformátora pri vyhodnocovaní celkových životnostných nákladov v fáze výberu, namiesto toho, aby sa zameriavali len na nákupnú cenu. Pre off-grid projekty, ktoré už prevádzkujú, stojí tiež za to posúdiť ekonomickú výhodnosť výmeny transformátora —najmä v prípadoch s vysokými nákladmi na dieselovú záložnú energiu, keď sa doba návratnosti investície do nízkopotrebových transformátorov môže ukázať kratšia, než sa očakáva.