Jak wybrać napięcie dla turbiny wiatrowej?

Gdy turbina wiatrowa o mocy 5 kW jest podłączona do falownika Deye, czy napięcie powinno być ustawione na 240 V czy 380 V? Ostatnio klient z Filipin napotkał ten problem.

Ten klient instaluje hybrydowy system wiatrowo-fotowoltaiczny do swojego projektu chłodni. Posiada inwerter firmy Deye i musi zakupić od nas turbinę wiatrową oraz jej sterownik, a następnie podłączyć je do swojego inwertera. Rozwiązanie, które zaproponowaliśmy na podstawie rzeczywistych warunków instalacji, to turbina wiatrowa 240 V oraz odpowiadający jej sterownik. Inni dostawcy sugerowali jednak zastosowanie turbiny wiatrowej 380 V. W związku z tym klient waha się przy wyborze napięcia.

Pod względem technicznym ustawienie napięcia dla turbiny wiatrowej o mocy 5 kW generator turbiny wiatrowej powinno wynosić 240 V, co jest bardziej uzasadnione niż 380 V.

1. Wydajność śledzenia punktu mocy maksymalnej (MPPT) i dopasowanie dynamiczne: ustalenie „punktu optymalnego”

Zakres pracy MPPT falownika Deye o mocy 5 kW wynosi 150 V – 425 V (ograniczenie sprzętowe to 500 V). Gdy napięcie turbiny wiatrowej jest ustawione na 240 V, przy prędkości znamionowej wyprostowane napięcie stałoprądowe wyjściowe falownika wynosi około 240 V – 320 V. Zakres ten dokładnie pokrywa się z „optymalnym punktem pracy” falownika (czyli najskuteczniejszą częścią charakterystyki), zapewniając śledzenie mocy maksymalnej w 80 % typowych warunków wiatrowych.

Jednak jeśli generator turbiny wiatrowej napięcie turbiny wiatrowej wynosi 380 V, przy prędkości wiatru znamionowej lub silnych porywach wiatru istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo przekroczenia 425 V. W takim przypadku funkcja śledzenia punktu mocy maksymalnej (MPPT) falownika przestaje działać i ogranicza moc wyjściową. Jeśli napięcie gwałtownie wzrośnie do limitu sprzętowego wynoszącego 500 V, natychmiast zostanie aktywowane wyłączenie zabezpieczenia przed przepięciem (OVP) lub może dojść do trwałego uszkodzenia wewnętrznych elementów IGBT. Rozwiązanie 380 V nie zapewnia więc praktycznie żadnego zapasu bezpieczeństwa.

2. Czas skutecznej generacji mocy: próg uruchomienia 150 V

Filipiny mają typowy klimat wyspiarski, a moc generowana przez turbiny wiatrowe zależy w dużej mierze od „czasu uruchamiania” przy umiarkowanych i niskich prędkościach wiatru.

Gdy napięcie turbina wiatrowa wynosi 240 V, jest zgodne z napięciem uruchamiania Deye wynoszącym 150 V. Może więc rozpocząć pracę wcześniej przy niskich prędkościach wiatru i dopiero wtedy zacząć dostarczać energię do sieci. W związku z tym, w porównaniu z systemem 380 V, czas dziennego efektywnego wytwarzania energii może się zwiększyć o 15–20%.

Następnie, choć konkurencja twierdzi, że ich straty liniowe są niższe, turbiny wiatrowe 380 V potrzebują dłużej, aby osiągnąć napięcie znamionowe przy niskich prędkościach wiatru. Co ważniejsze, ich zapas napięcia jest mniejszy, co może powodować częste wyzwalanie przez regulator PWM funkcji hamowania „rozładowania obciążenia” przy wysokich prędkościach wiatru, co przerywa generowanie energii i powoduje niepotrzebny zużycie mechaniczne.

3. Stabilność konstrukcyjna – podstawowy czynnik rozważany w projektach magazynów chłodniczych

Jesteśmy profesjonalnym dostawcą niestandardowych rozwiązań w zakresie energii odnawialnej. Przed zaprojektowaniem rozwiązania dla naszych klientów zazwyczaj dokładnie analizujemy tło projektu oraz rzeczywiste potrzeby klienta. W przypadku tego projektu chłodni, aby zagwarantować jego długotrwałą i stabilną pracę, naszym pierwszym priorytetem jest zgodność napięcia turbiny wiatrowej z falownikiem klienta. Dlatego najbardziej odpowiednim rozwiązaniem jest zastosowanie generatora turbiny wiatrowej o napięciu 240 V w połączeniu z odpowiednim kontrolerem jako dodatkowego źródła zasilania.

To rozwiązanie w pełni uwzględnia długoterminową stabilność całego systemu energetycznego. Może zapewnić wystarczającą "bufor bezpieczeństwa" dla kontrolera obciążenia z dekuplingiem PWM (umożliwiając ustawienie hamulca na 420 V), co gwarantuje, że w warunkach silnego wiatru cały system może płynnie rozpraszać nadmiar energii za pośrednictwem rezystorów zamiast zmuszać falownik do wejścia w bezpieczny stan wyłączenia ("trip"). Dzięki dodaniu turbiny wiatrowej o napięciu 240 V i mocy 5 kW cały system uzupełniający fotowoltaiczny i wiatrowy może nieprzerwanie i stabilnie zasilać agregat chłodniczy.

Jednak konkurencja ustala napięcie turbiny wiatrowej na poziomie 380 V, skupiając się wyłącznie na teoretycznych stratach w liniach i ignorując zgodność z parametrami MPPT falownika. Nie jest w stanie zapewnić stabilnego zasilania agregatu chłodniczego klienta.

Na koniec chcielibyśmy podkreślić, że sprzęt do wytwarzania energii wymaga specjalistycznej wiedzy i umiejętności. Zrównoważymy wydajność i bezpieczeństwo wytwarzania energii oraz udzielimy naszym klientom najbardziej szczerych porad.