Ang Kawalan ng Karga sa Transformer sa mga Off-Grid na Solar System: Bakit Ito Mahalaga

Sa mga proyektong off-grid na PV at storage, maraming tao ang nakatuon sa pagpili ng mga module ng PV at mga baterya para sa imbakan ng enerhiya, ngunit binabale-wala ang isang “nakatagong itim na butas ”na kumukonsumo ng kuryente 24 oras sa isang araw —ang transformer ’na walang-load na pagkawala. Sa mga proyektong konektado sa grid, ang mga transformer ay karaniwang gumagana lamang sa panahon ng araw, kaya ang epekto ng walang-load na pagkawala ay limitado. Ngunit sa mga proyektong off-grid, ang transformer ay kailangang manatiling konektado sa bus nang 24/7, at ang “epekto ng walang-load na pagkawala sa buong araw ”ay malinaw na nadadagdagan. Ito ay isang gastos na dapat maingat na ikalkula ng bawat developer ng proyektong off-grid.

1. Bakit Mas “Nakamamatay ”ang Walang-Load na Pagkawala sa mga Sistema na Off-Grid Kaysa sa mga Konektado sa Grid?

1.1 Ang Pangunahing Pagkakaiba sa mga Kondisyon ng Paggana

Nakakonekta sa grid na PV: Ang transformer ay nagsisimula at natitigil kasama ang liwanag ng araw, at gumagana nang humigit-kumulang 10 –12 oras kada araw. Maaari itong i-disconnect mula sa bus gabi-gabi.

Off-grid na PV/imbakan: Ang transformer ay nananatiling nakakonekta sa sistema nang 24 oras kada araw, upang magpatupad ng pagbabago ng voltage at paghihiwalay. Hindi ito maaaring i-off. Ang labis na mga pagkawala sa ilalim ng mababang karga at walang kargang kondisyon sa mga off-grid na sistema ay naging pangunahing bottlenecks na sumisira sa ekonomiya ng sistema.

1.2 Ang “Time Amplifier ”Epekto ng Walang-Kargang Pagkawala

Ang pormula para sa walang-kargang pagkawala ay napakasimple: Taunang kuryenteng nawawala sa walang-karga = P ₀ (kawalan ng karga na pagkawala sa kW) ×8,760 na oras .

Sa mga sitwasyon na konektado sa grid, ang kawalan ng karga na pagkawala ay sumasakop lamang ng maliit na bahagi ng kabuuang pagkawala. Ngunit sa mga sitwasyon na wala sa grid, mas malawak ang pagbabago ng antas ng karga at mas mahaba ang oras na walang karga, kaya ang kawalan ng karga na pagkawala ay sumasakop ng isang malaki nang bahagi ng kabuuang pagkawala. Ayon sa datos ng industriya, ang kawalan ng karga na pagkawala ng transformer ay humihigit-kumulang sa 20% –30% ng kabuuang na-rate na pagkawala. Kapag ang kapasidad ng transformer ay sobrang laki at tumatakbo ito sa mababang karga sa mahabang panahon, ang kawalan ng karga na pagkawala ay maaaring lumampas sa 60% ng kabuuang pagkawala.

1.3 Ang “Kakulangan ng Mga Pinagkukunan ng Kuryente ”sa mga Sitwasyon na Wala sa Grid

Sa mga proyektong wala sa grid, bawat kilowatt-oras ay galing sa mga panel ng PV o sa mga generator na pinaandar ng diesel. Ang gastos bawat kWh ng kuryenteng galing sa diesel sa mga malalayong lugar ay madaling lumampas sa 3 RMB, at ang kabuuang gastos bawat kWh ay maaaring umabot sa 4.1 RMB. Sa mga malalayong minahan sa ibang bansa, ang gastos sa kuryenteng galing sa diesel ay maaaring umabot sa 0.4 –1.0 USD/kWh, na 4 –5 beses na higit sa gastos ng kuryenteng galing sa grid. Ang kawalan ng karga na pagkawala ay nag-uubos “mahalagang kapangyarihan, ”hindi “mura na kapangyarihan, ”kaya ang ekonomikong gastos nito ay lalo pang nadadagdagan.

2. Ano ang Binubuo ng Walang-Kargang Kawalan —Paano Ito “Kumain ”Kuryente?

2.1 Ang Kalikasan ng Walang-Kargang Kawalan

Ang walang-kargang kawalan (bakal na kawalan) ay pangunahing nakasalalay sa materyal ng bakal na core. Hindi ito nauugnay sa aktwal na karga ng operasyon at nangyayari agad tanungkol sa transformer kapag kinukurso na. Kasali rito ang hysteresis loss at eddy current loss. Maaari mong isipin ito bilang ang transformer ’mga “metabolismo sa pamamahala —parang isang telepono na gumagamit ng kuryente kahit hindi ka pa nagsasagawa ng tawag; ang transformer ay nagpapakita ng walang-kargang kawalan hangga't naka-on ito.

2.2 Ang Materyal ng Bakal na Core ang Panghuling Salik

Ang tradisyonal na mga transformer ay gumagamit ng karaniwang silicon steel sheets, kaya ang no-load loss ay nananatiling mataas. Ang iron loss ng mga amorphous alloy transformer ay 70% –80% na mas mababa kaysa sa tradisyonal na mga transformer na gumagamit ng silicon steel cores. Kumpara sa pinakabagong henerasyon ng Grade 1 silicon steel dry-type transformer, ang pinakabagong ultra-high-efficiency amorphous alloy transformer ay nabawasan ang no-load loss ng 65.2%.

2.3 Mga Espesyal na Hamon sa Off-Grid na Sitwasyon

Ang mga off-grid system ay madalas na nakakaranas ng paulit-ulit na mataas-mababang load cycle, na nagpapataas ng demand sa magnetic circuit stability ng transformer. Ang no-load loss ay patuloy na kumukonsumo ng kuryente sa panahon ng light-load at no-load, at ang mga panahong ito ang eksaktong oras kung kailan pinakamasikip ang energy storage sa mga off-grid system “na naka-assign. ”Sa ekstremong sitwasyon, ang no-load loss sa mga off-grid system ay maaaring pilitin ang pagtaas ng PV at storage capacity upang kompensahin ang nawawalang supply capacity “na kinokonsumo ”ng mga loss.

3. Isang Pampinansyal na Kalkulasyon na Hindi Mo Maaaring Iwasan

3.1 Modelo ng Kalkulasyon ng Taunang Power Consumption

Kumuha ng isang 1,000 kVA na transformer bilang halimbawa. Ang walang-kargang pagkawala ay nag-iiba nang malaki ayon sa antas ng kahusayan sa enerhiya:

Paalala: Ang taunang walang-kargang kuryente = walang-kargang pagkawala ×8,760 oras. Ang aktuwal na datos ay nag-iiba depende sa modelo ng produkto at antas ng karga.

Ang pag-upgrade mula sa Baitang 3 patungo sa Baitang 1 ay makakatipid ng humigit-kumulang 15,000 RMB bawat taon mula sa mga gastos sa diesel backup dahil sa walang kargang pagkawala lamang.

3.2 Pananaw sa Gastos sa Buong Buhay (LCOE)

Kahit na mas mataas ang paunang gastos ng mga transformer na Baitang 1, ang kanilang walang kargang pagkawala ay 30% –50% na mas mababa, na maaaring makatipid ng malaking halaga sa gastos sa kuryente sa loob ng 25-taong panahon ng operasyon. Halimbawa, kapag inihambing ang SCB14 (Baitang 1) sa SCB11 (Baitang 2), ang taunang tipid sa kuryente ay maaaring umabot sa 20,000 kWh. Mas mataas ang paunang pamumuhunan para sa isang box-type substation na Baitang 1, ngunit sa mga sitwasyon na wala sa grid, ang tipid sa gastos sa kuryente ay lubos na lalampas sa pagkakaiba ng presyo ng pagbili.

3.3 Ang “Paktor ng Pagpapalakas ”sa mga Sitwasyon na Wala sa Grid

Ang presyo ng kuryente (o mga gastos sa diesel backup) sa mga proyektong wala sa grid ay mas mataas nang husto kaysa sa presyo ng kuryenteng konektado sa grid. Sa gastos sa diesel backup na 3 RMB/kWh, ang isang transformer na 1,000 kVA na Baitang 1 ay maaaring makatipid ng humigit-kumulang 75,000 RMB sa mga gastos sa kuryente dahil sa walang kargang pagkawala sa loob ng 5 taon kumpara sa isang transformer na Baitang 3. Kapag isinama ang mga pagkawala ng transformer at kable, ang kabuuang output ng enerhiya ng sistema na wala sa grid ay maaaring bumaba ng 2.3%. –4.6%. Ang mga pagkawala na ito ay nangangailangan sa huli ng karagdagang PV o kagamitang pampadulas upang kompensahin ang kakulangan.

4. Jiangsu Unita ’mga Solusyon sa Pag-optimize ng Walang-Kargang Pagkawala para sa Off-Grid

4.1 Pagpapabuti ng Materyal ng Iron Core

Jiangsu Unita Electric ’ang mga box-type na substations na partikular para sa PV mula sa Jiangsu Unita Electric ay sumusunod sa pamantayan ng buong copper windings at Grade 1 na kahusayan sa enerhiya. Ang mga modelo ng SCB13/S20 series ay nababawasan ang walang-kargang pagkawala ng higit sa 25% kumpara sa pambansang pamantayan, at ang isang modelo na may kapasidad na 2,500 kVA ay nakakatipid ng higit sa 30,000 kWh bawat taon. Para sa mga box-type na substations na may mataas na kapasidad, opsyonal ang amorphous alloy na iron core, na nagbabawas ng walang-kargang pagkawala ng karagdagang 50%. Ang S20 series ay gumagamit ng mataas na permeability na cold-rolled silicon steel core at mataas na kalidad na oxygen-free copper windings, na nagbabawas ng walang-kargang pagkawala ng 15% –20% kumpara sa S13, na may kahusayan na lumalampas sa 99% sa karaniwang saklaw ng karga.

4.2 Pag-optimize ng Proseso ng Winding

Ang Jiangsu Unita Electric ay nananatiling tapat sa disenyo ng buong copper winding. Ang load loss ay 25% –30% na mas mababa kaysa sa mga aluminum winding, mas mainam ang pagpapakalma ng init, at mas mahaba ang buhay ng serbisyo. Ang serye ng SCB13 ay gumagamit ng oxygen-free copper + polyimide film windings, na may kakayahang tumagal ng init hanggang 220 °°C, na kumakati sa mataas na temperatura nang 10 taon nang higit pa kaysa sa karaniwang mga conductor. Sa produksyon, ginagamit ang “solong piraso na 5 o 7-step lap ”na paraan upang mapabuti ang istruktura ng butil, na epektibong binabawasan ang hysteresis loss. Binabawasan ng 30% ang no-load loss, at higit sa 10% ang load loss.

4.3 Pagpapasadya Batay sa Sitwasyon at Pag-aadapta sa Ekstremong Kapaligiran

Ang mga proyektong off-grid ay madalas na inilalagay sa malalayong lugar na may matitinding kondisyon ng kapaligiran. Ang Zhongmeng Electric ay nagpapasadya ng IP54/IP65 protection at C5-M corrosion protection solutions para sa mga kumplikadong kondisyon tulad ng bundok, salt spray sa baybayin, at alikabok ng disyerto, na nagpapagarantiya ng matatag na operasyon mula sa -40 °C to +55 °C. Para sa mga mataas na lugar, ang Zhongmeng ay nag-aayos ng espesyal na pampalakas na panlaban sa init + dalawang-layer na istruktura laban sa kondensasyon + sistema ng matalinong kontrol ng temperatura. Ang isang 200MW na proyektong PV sa mataas na lugar sa Qinghai, na nasa taas ng 3,800 metro, ay walang anumang kabiguan sa kagamitan sa loob ng dalawang taon ng operasyon.

4.4 Mga Datos na Napatunayan sa Field

Ang isang box-type na substation ng Jiangsu Unita na inilunsad noong 2013 sa isang power station sa Hilagang-Kanlurang Tsina ay nananatiling matatag ang bakal na core loss nito sa 95% ng orihinal na halaga, samantalang ang iba pang mga brand sa parehong lokasyon ay nagpalit na ng kanilang bakal na core nang dalawang beses. Sa isang power station sa talampas na nasa 4,500 metro sa Tibet, ang kagamitan ng Jiangsu Unita ay gumagana nang walo (8) na taon nang walang kabiguan, habang ang isang kapit-bahay na power station ’ng isang ibang brand ay nagpalit na ng tatlong beses ng kanilang box body dahil sa cracking dulot ng mababang temperatura. Ang mga kaso na ito ay nagpapatunay sa matagalang pagkakatiwalaan ng kagamitan ng Zhongmeng sa mga ekstremong kapaligiran. ’ng Zhongmeng sa matagalang pagkakatiwalaan sa mga ekstremong kapaligiran.

5. Mahahalagang Punto sa Pagpili ng Step-Up Transformer para sa Off-Grid na PV

5.1 Una ang Baitang ng Kawastuhan sa Enerhiya

Bigyan ng priyoridad ang mga produkto na may kahusayan sa enerhiya na Baitang 1 o Baitang 2 na sumusunod sa GB 20052-2024. Maaaring bawasan ang walang-karga na pagkawala ng enerhiya ng 30% –50%. I-verify gamit ang pareho “mga label ng kahusayan sa enerhiya + mga sukat na datos ”upang maiwasan “pangitain na mataas na kahusayan ”mga produkto na may maling rating.

5.2 Pagkakatugma ng Kapasidad —Iwasan “Isang Malaking Kabayo na Nagtatagong Maliit na Kariton ”

Ang labis na malaking kapasidad ay nagdudulot ng mahabang panahon ng operasyon sa mababang karga, at tumataas nang husto ang bahagi ng walang-karga na pagkawala. Ang kulang na kapasidad ay nagdudulot ng sobrang karga sa panahon ng tuktok na karga, at ang gastos sa pagkumpuni ng kawalan ay 3–limang beses ang paunang tipid sa kagamitan . Ang karaniwang gawain sa industriya ay i-configure ang kapasidad ng box-type substation sa 1.1–1.3 beses ang kapasidad ng PV na naka-install . Ito ay nagrereserba ng espasyo para sa pagbaba ng performance ng module habang iniiwasan ang mga spike sa no-load loss na dulot ng mababang karga. Halimbawa, ang isang 10MW na PV project ay maaaring gumamit ng 11 –13 MVA na kapasidad ng box-type substation.

5.3 Pagpili ng Iron Core Material: Decision Tree

5.4 Mga Rekomendasyon sa Pagpili Batay sa Senaryo

Mga remote communication base station: Tumutok sa no-load loss at protection rating. Ang mga base station na off-grid ay karaniwang nakakaranas ng mataas na gastos sa kuryente, at ang pag-optimize ng no-load loss ay direktang nakaaapekto sa operasyong ekonomiya.

Mga off-grid microgrid: Kailangang suportahan ang bidirectional conversion at storage interfaces. Inirerekomenda na isama ang no-load loss ng transformer sa pagkalkula ng storage capacity sa yugto ng system design, upang maiwasan ang kulang na storage capacity dahil sa mga loss.

Mataas na altitud/ekstremong klima: Tumutok sa adaptability sa temperatura at antas ng corrosion protection. Ang kagamitan ng Zhongmeng ay maaaring gumana nang matatag mula sa -40 °C to +55 °C, na may opsyonal na IP54/IP65 protection ratings.

Konklusyon

Sa mga sistema na wala sa grid, ang walang kargang pagkawala ng transformer ay hindi “maliit na pagbabago —ito ay isang nakatakda nang gastos na tumatakbo nang 24 oras kada araw. Kunin bilang halimbawa ang isang 1,000 kVA na transformer. Sa isang sitwasyon na wala sa grid at may gastos na pampalit na diesel na 3 RMB/kWh, ang isang transformer na Baitang 1 kumpara sa isang transformer na Baitang 3 ay maaaring makatipid ng higit pa sa 75,000 RMB puro sa walang kargang pagkawala sa loob ng 5 taon —sapat na upang takpan ang pagkakaiba sa presyo ng pagbili ng produkto na Baitang 1 at kahit pa nga nang labis.

Ang mga developer ng proyektong wala sa grid ay dapat isama ang walang kargang pagkawala sa pagsusuri ng kabuuang gastos sa buong buhay ng proyekto sa yugtong piliin, imbes na tingnan lamang ang presyo ng pagbili. Para sa mga proyektong wala sa grid na nasa operasyon na, kapaki-pakinabang din na suriin ang ekonomiya ng pagpapalit ng transformer —lalo na sa mga sitwasyon na may mataas na gastos sa pampalit na diesel, kung saan ang panahon ng pagbabalik (payback period) para sa pagpapalit ng transformer na may mababang pagkawala ay maaaring mas maikli kaysa inaasahan.