Transformatorns tomgångsförluster i solenergisystem utan nätanslutning: Varför det är viktigt

I projekt med solceller och energilagring utan anslutning till elnätet fokuserar många människor på att välja solcellspaneler och batterier för energilagring, men bortser från ett “dolt svart hål ”som förbrukar el dygnet runt —transformatorn ’utan lastförluster. I projekt med anslutning till elnätet fungerar transformatorer vanligtvis endast under dagtimmar, så utan lastförluster har begränsad inverkan. Men i projekt utan anslutning till elnätet måste transformatorn vara ansluten till bussen dygnet runt, och den “ackumulerade effekten under hela dygnet ”av utan lastförluster förstärks kraftigt. Detta är en kostnad som varje utvecklare av projekt utan anslutning till elnätet bör beräkna noggrant.

1. Varför är utan lastförluster mer “Dödlig ”i system utan anslutning till elnätet än i system med anslutning till elnätet?

1.1 Den grundläggande skillnaden i driftförhållanden

Nätansluten solcellsanläggning: Transformatorn startar och stoppas med solljuset och är i drift cirka 10 –12 timmar per dag. Den kan kopplas bort från bussen på natten.

Friliggande solcellsanläggning/lagring: Transformatorn förblir ansluten till systemet dygnet runt och hanterar spänningsomvandling och isolation. Den kan inte stängas av. Överdrivna förluster vid lätt belastning och vid ingen belastning i friliggande system har blivit en central flaskhals som begränsar systemekonomin.

1.2 Den “Tidsförstärkareffekten ”Av tomgångsförluster

Formeln för tomgångsförluster är mycket enkel: Årlig elanvändning för tomgångsförluster = P ₀ (tomgångsförluster i kW) ×8 760 timmar .

I nätanslutna scenarier utgör tomgångsförluster endast en liten del av de totala förlusterna. Men i friluftsscenarioer varierar lastgraden kraftigare och tiden i tomgång är längre, vilket innebär att tomgångsförlusterna utgör en betydligt större andel av de totala förlusterna. Branschdata visar att transformatorns tomgångsförluster utgör cirka 20 % –30 % av de totala nominella förlusterna. När transformatorns kapacitet är för stor och den drivs vid låg last under långa perioder kan tomgångsförlusterna överstiga 60 % av de totala förlusterna.

1.3 Den “Bristen på elkällor ”i friluftsscenarioer

I friluftsscenarier kommer varje kilowattimme från PV-paneler eller dieselgeneratorer. Kostnaden per kWh för dieselgenerering i avlägsna områden kan lätt överstiga 3 RMB, och den sammanlagda kostnaden per kWh kan stiga till 4,1 RMB. I avlägsna utländska gruvor kan dieselgenereringskostnaderna nå 0,4 –1,0 USD/kWh, 4 –5 gånger så mycket som nätelens kostnad. Tomgångsförluster förbrukar “dyrbar el, ”- Nej, inte alls. “billig el, ”så dess ekonomiska kostnad förstärks ytterligare.

2. Vad utgör tomgångsförlusten —Hur påverkar det “Ät ”El?

2.1 Karakteren hos tomgångsförlusten

Tomgångsförlust (järnförlust) bestäms främst av järnkärnans material. Den är oberoende av driftlasten och uppstår så snart transformatorn är inkopplad. Den omfattar hysteresförlust och virvelströmsförlust. Du kan tänka på den som transformatorns ’s“basalt ämnesomsättning ” — precis som en telefon förbrukar el även när du inte ringer, genererar en transformator tomgångsförlust så länge den är inkopplad.

2.2 Järnkärnans material är den avgörande faktorn

Traditionella transformatorer använder vanliga silikonstålplåtar, så tomgångsförlusten förblir hög. Järnförlusten i amorflegerade transformatorer är 70 % –80 % lägre än hos traditionella transformatorer med kärnor av silikonstål. Jämfört med den senaste generationens torrtransformatorer av silikonstål med energiklass 1 minskar de nyaste ultraeffektiva amorflegerade transformatorerna tomgångsförlusten med 65,2 %.

2.3 Särskilda utmaningar i friliggande system

Friliggande system står ofta inför frekventa lastcykler med hög och låg belastning, vilket ställer högre krav på magnetkretsens stabilitet i transformatorn. Tomgångsförlusten fortsätter att förbruka el under perioder med lätt belastning och tomgång, och just dessa perioder är när energilagringen i friliggande system är mest “påverkad. ”I extrema scenarier kan tomgångsförlusten i friliggande system tvinga en ökning av PV- och lagringskapaciteten för att kompensera för den förlorade tillförseln “förbrukad ”av förluster.

3. En ekonomisk beräkning som du inte kan bortse från

3.1 Modell för beräkning av årlig elförbrukning

Ta en transformator på 1 000 kVA som exempel. Tomgångsförlusten varierar kraftigt beroende på energieffektivitetsklass:

Obs: Årlig tomgångsförbrukning = tomgångsförlust ×8 760 timmar. Verkliga värden varierar beroende på produktmodell och belastningsgrad.

Att uppgradera från klass 3 till klass 1 kan spara ca 15 000 RMB per år i dieselbackupkostnader enbart från tomgångsförluster.

3.2 Livscykelkostnadsperspektiv (LCOE)

Även om transformatorer av klass 1 har en högre initial kostnad är deras tomgångsförluster 30 % –50 % lägre, vilket kan spara en betydlig mängd elkostnader under en driftperiod på 25 år. Till exempel kan årliga elbesparingar vid jämförelse av SCB14 (klass 1) med SCB11 (klass 2) uppgå till 20 000 kWh. Den initiala investeringen för en boxformad nätstation av klass 1 är högre, men i avlägsna scenarier överstiger elkostnadsbesparingarna skillnaden i inköpspris med avseende på köp.

3.3 Förstärkningsfaktorn “Förstärkningsfaktorn ”i friluftsscenarioer

Elpriser (eller dieselbackupkostnader) i avlägsna projekt är mycket högre än elpriser för anslutna nät. Vid en dieselbackupkostnad på 3 RMB/kWh kan en transformator på 1 000 kVA av klass 1 spara cirka 75 000 RMB i elkostnader för tomgångsförluster under fem år jämfört med en transformator av klass 3. När man tar hänsyn till transformator- och kabelförluster kan energiproduktionen i ett avlägset system minskas med 2,3 %. –4,6 %. Dessa förluster kräver slutligen ytterligare PV- eller dieselkapacitet för kompensation.

4. Jiangsu Unita ’s lösningar för optimering av tomgångsförluster i avlägsna nät

4.1 Uppgradering av järnkärnmaterial

Jiangsu Unita Electric ’s PV-specifika boxtransformatorer följer standarden för helt kopparlindning och energieffektivitetsklass 1. Serierna SCB13/S20 minskar tomgångsförlusten med mer än 25 % jämfört med nationell standard, och en modell på 2 500 kVA sparar mer än 30 000 kWh per år. För boxtransformatorer med hög kapacitet är amorf järnkärna tillvalbar, vilket minskar tomgångsförlusten med ytterligare 50 %. Serien S20 använder kärnor av kallvalsat silikonstål med hög permeabilitet samt lindningar av syrefritt koppar med hög renhet, vilket minskar tomgångsförlusten med 15 % –20 % jämfört med S13, med verkningsgrad som överstiger 99 % vid vanliga lastområden.

4.2 Optimering av lindningsprocessen

Jiangsu Unita Electric insisterar på design med helt kopparlindning. Lastförlusten är 25 % –30 % lägre än aluminiumlindningar, bättre värmeavledning och längre livslängd. SCB13-serien använder syrefritt koppar + polyimidfilm-lindningar med en temperaturbeständighet på 220 °°C, vilket gör att de tål 10 år längre högtemperaturpåverkan än vanliga ledare. Vid produktionen används den “monolitiska 5- eller 7-stegs överlappningsmetoden ”för att förbättra kornstrukturen, vilket effektivt minskar hysteresförlusten. Tomgångsförlusten minskas med 30 % och lastförlusten med mer än 10 %.

4.3 Scenario-baserad anpassning och anpassning till extrema miljöer

Off-grid-projekt installeras ofta i avlägsna områden med hårda miljöförhållanden. Zhongmeng Electric anpassar IP54/IP65-skydd samt korrosionsskydd enligt klass C5-M för komplexa förhållanden såsom berg, kustnära saltstänk och ökenstormar, vilket säkerställer stabil drift från –40 °C till +55 °C. För höghöjdsscenarier anpassar Zhongmeng isoleringen för ökad hållfasthet + tvålagers kondensskyddskonstruktion + intelligent temperaturregleringssystem. Ett 200 MW höghöjdspv-projekt i Qinghai på över 3 800 meter har haft noll utrustningsfel under två år av drift.

4.4 Fältprovade data

En Jiangsu Unita-boxformad transformator som togs i drift 2013 vid ett kraftverk i Nordvästkina har fortfarande en järnkärnförlust som är stabil vid 95 % av sitt ursprungliga värde, medan andra märken på samma plats har bytt ut sina järnkärnor två gånger. Vid ett platåkraftverk på 4 500 meter över havet i Tibet har Jiangsu Unita-utrustning varit i drift i åtta år utan några fel, medan ett grannkraftverk ’s märke har bytt ut sin boxkropp tre gånger på grund av sprickbildning vid låga temperaturer. Dessa fall bekräftar Zhongmeng-utrustningens långsiktiga tillförlitlighet i extrema miljöer. ’s långsiktiga tillförlitlighet i extrema miljöer.

5. Viktiga punkter vid val av transformator för avlägsna pv-system

5.1 Energiprestandaklass som första prioritet

Ge företräde åt energieffektivitetsprodukter av klass 1 eller klass 2 som uppfyller GB 20052-2024. Tomgångsförlusten kan minskas med 30 % –50 %. Verifiera med båda “energieffektivitetsetiketter + mätdata ”att undvika “falskt hög-effektiva ”produkter med felaktiga betyg.

5.2 Kapacitetsanpassning —Undvik “En stor häst som drar en liten vagn ”

För stor kapacitet leder till långvarig drift vid låg belastning, och andelen tomgångsförluster stiger kraftigt. För liten kapacitet leder till överbelastningsdrift vid toppbelastning, och kostnaderna för felrättning är 3–5 gånger de ursprungliga utrustningssparningarna . Branschens standardpraxis är att konfigurera kapaciteten för boxformade transformatorstationer vid 1.1–1,3 gånger den installerade PV-kapaciteten . Detta reserverar utrymme för modulförslitning samtidigt som man undviker spetsar i tomgångsförluster orsakade av lätt belastning. Till exempel kan ett 10 MW PV-projekt använda en transformatorstation med kapacitet på 11 –13 MVA.

5.3 Beslutsträd för val av järnkärnmaterial

5.4 Scenario-baserade urvalsförslag

Fjärrkommunikationsbasstationer: Fokusera på tomgångsförluster och skyddsklass. Basstationer utan nätanslutning står vanligtvis inför höga elkostnader, och optimering av tomgångsförluster påverkar direkt driftsekonomins lönsamhet.

Mikronät utan nätanslutning: Måste stödja tvåriktad omvandling och lagringsgränssnitt. Det rekommenderas att inkludera transformatorns tomgångsförluster i beräkningen av lagringskapacitet redan i systemdesignfasen, för att undvika otillräcklig lagringskapacitet på grund av förluster.

Hög höjd/extrema klimatförhållanden: Fokusera på temperaturanpassningsförmåga och korrosionsskyddsnivå. Zhongmeng-utrustning kan drivas stabilt från -40 °C till +55 °°C, med valfria skyddsklasser IP54/IP65.

Slutsats

I system utan anslutning till elnätet är transformatorns tomgångsförluster inte “en liten förändring ” — det är en fast kostnad som pågår 24 timmar per dag. Ta en transformator på 1 000 kVA som exempel. I ett scenario utan anslutning till elnätet med en dieseldriftskostnad på 3 RMB/kWh kan en transformator av klass 1 jämfört med en transformator av klass 3 spara mer än 75 000 RMB endast i tomgångsförluster under fem år —vilket räcker för att täcka skillnaden i inköpspris för produkten av klass 1 – och sedan lite till.

Utvecklare av projekt utan anslutning till elnätet bör inkludera tomgångsförluster i livscykelkostnadsbedömningen redan i urvalsstadiet, snarare än att endast titta på inköpspriset. För projekt utan anslutning till elnätet som redan är i drift är det också värt att utvärdera lönsamheten med att byta ut transformatorn —särskilt i scenarier med höga kostnader för dieseldrift, där återbetalningstiden för utbyte mot transformatorer med låga förluster kan bli kortare än förväntat.