Güneş Enerjisiyle Çalışan İndüksiyon Eritme İşleminin Teknik Uygulaması: Güç Dengeleme ve Şebeke Entegrasyonu
Güneş enerjisiyle çalışan indüksiyonlu eritme, indüksiyon fırınlarının değişken güç girişine tolerans göstermesi nedeniyle teknik olarak mümkündür, ancak uygulama, güç elektroniğine, kontrol sistemine ve şebeke entegrasyonuna dikkatli bir şekilde yaklaşmayı gerektirir. Güneş fotovoltaik (PV) çıkışı, güneşin konumuna, bulut örtüsüne ve sıcaklığa bağlı olarak değişir ve indüksiyon fırını yükü, eritme aşamasına bağlı olarak değişir. Güç elektroniği ve kontrol sistemi, bu iki değişken kaynak ve yükü gerçek zamanlı olarak eşleştirmelidir. Bu makale, teknik uygulamayı ve temel tasarım kararlarını ele almaktadır.
Güç Elektroniği Mimarisi
Güneş enerjisiyle çalışan indüksiyonlu eritme sisteminin güç elektroniği mimarisi üç ana bileşenden oluşur: PV invertör, BESS çift yönlü invertör ve indüksiyon fırını invertörü. Her invertörün belirli bir rolü vardır ve aralarındaki koordinasyon kritik öneme sahiptir.
PV invertör: PV dizisinin DC çıkışını şebeke frekansında AC'ye dönüştürür. Modern PV invertörler, enerji hasadını en üst düzeye çıkarmak için DC çalışma noktasını ayarlayan maksimum güç noktası izleme (MPPT) özelliğine sahiptir. PV invertör genellikle tüm dizi için tek bir MPPT'ye sahip merkezi bir tasarım veya farklı alt diziler için birden fazla MPPT'ye sahip bir dizi tasarımdır.
BESS çift yönlü invertör: Bataryanın DC çıkışını şebeke frekansında AC'ye dönüştürür ve şebekeden veya PV invertörden gelen AC'yi DC'ye dönüştürerek bataryayı şarj eder. Çift yönlü invertör, bataryanın şarj durumunu, şarj ve deşarj oranlarını ve hücre dengelemesini yönetir. BESS invertörü ayrıca, sistem şebekeye bağlı olduğunda şebeke hizmetleri (frekans tepkisi, voltaj desteği) sağlar.
İndüksiyon fırını invertörü: AC şebeke gücünü indüksiyon bobini için orta frekansa (150 Hz ila 10 kHz) dönüştürür. Fırın invertörü, IGBT veya tristör anahtarlarına sahip standart bir katı hal tasarımıdır. Güç çıkışı, sıcaklık ayar noktasına ve erime aşamasına bağlı olarak fırın kontrol sistemi tarafından kontrol edilir.
Üç invertör, şebeke frekansında ortak bir AC bara bağlanır ve bara gerilimi ve frekansı mikro şebeke kontrolörü tarafından yönetilir. Kontrolör, baradaki güç akışlarını, bataryanın şarj durumunu ve fırın talebini izler ve sistemi dengelemek için PV invertör ayar noktasını, BESS invertör ayar noktasını ve (uygulanabilir olduğunda) şebeke ithalat/ihracını ayarlar.
Güç Düzeltme ve Yükselme Hızı Kontrolü
Güneş fotovoltaik (PV) çıkışı, bulut örtüsü nedeniyle hızla değişebilir. Geçen bir bulut, PV çıkışını birkaç saniye içinde %50 ila %80 oranında azaltabilir ve bulut geçtiğinde çıkış benzer bir sürede eski haline dönebilir. İndüksiyon fırını bu tür hızlı değişikliklere tahammül edemez ve BESS'in fırın gücünü sabit tutmak için PV çıkışını düzeltmesi gerekir.
BESS düzeltme algoritması 1 saniyelik zaman ölçeğinde çalışır. Algoritma, gerçek PV çıkışını bir hedefle (genellikle 30 ila 60 saniyelik hareketli ortalama) karşılaştırır ve birleşik PV artı BESS çıkışını hedefe yakın tutmak için BESS şarjını veya deşarjını ayarlar. Düzeltme, saniyede %10 ila %30 (ham PV) olan artış hızını saniyede %1 ila %3'e (düzeltilmiş) düşürür.
Daha büyük bulutlar için, düzeltme algoritması daha uzun bir hareketli ortalama (5 ila 15 dakika) kullanır ve BESS, 15 ila 30 dakika boyunca tam yük gücü sağlayacak şekilde boyutlandırılır. Bu, şebekeye bağlı güneş enerjisi artı depolama sistemleri için standart boyutlandırmadır ve BESS'e çoğu bulut olayını atlatmak için yeterli enerji sağlar.
İndüksiyon Fırını Kontrol Modifikasyonları
Standart indüksiyon fırını kontrol sistemi, şebekeden sabit bir güç girişi olduğunu varsayar. Güneş enerjisiyle çalışma için, kontrol sistemi, mevcut güneş enerjisi ve depolama gücüne bağlı olarak değişken bir güç ayar noktasını kabul edecek şekilde değiştirilmelidir.
Bu değişiklik, fırın PLC'sinde yapılan bir yazılım değişikliğidir. PLC, mikro şebeke kontrol cihazından bir güç ayar noktası alır ve ateşleme hızını bu ayar noktasına uyacak şekilde ayarlar. PLC ayrıca gerçek güç tüketimini mikro şebeke kontrol cihazına bildirir ve kontrol cihazı bu bilgiyi BESS dağıtımını ve PV invertör ayar noktasını güncellemek için kullanır.
Kontrol döngüsünde birkaç özel durum söz konusudur. Soğuk şarj sırasında, fırın nominal gücünün neredeyse %100'ünü çeker ve mikro şebeke kontrolörü, BESS'in tam yükü karşılayacak kadar enerjiye sahip olduğundan emin olmalıdır. Bekleme sırasında, fırın nominal gücünün %50 ila %70'ini çeker ve kontrolör, fazla PV çıkışından BESS'i şarj edebilir. Boşta bekleme sırasında, fırın nominal gücünün %20 ila %30'unu çeker (sadece banyoyu korumak için) ve kontrolör, BESS'i tamamen şarj edebilir.
PLC'nin ayrıca fırının kapanacağı minimum bir güç ayar noktası da vardır. Bu minimum değer genellikle nominal gücün %30 ila %40'ı arasındadır ve mikro şebeke kontrol cihazı bu sınıra uymalıdır. PV çıkışı minimum değerin altına düşerse, fırının çalışmaya devam etmesi için BESS maksimum hızda deşarj edilir ve BESS tükenirse fırın kapanır ve yük şebekeden (bağlıysa) beslenir.
Şebeke Entegrasyonu
Güneş enerjisiyle çalışan indüksiyonlu eritme tesislerinin çoğunda yedekleme için şebeke bağlantısı bulunur. Şebeke bağlantısı, güneş enerjisi kaynağı yetersiz olduğunda (bulutlu günler, gece, kış) güç sağlar ve fırın çalışmadığında batarya enerji depolama sisteminin fazla enerjiyi boşaltması için bir yol sunar.
Şebeke bağlantısının birkaç standart konfigürasyonu vardır. En yaygın olanı, güneş enerjisi ve depolama sisteminin ve şebekenin her ikisinin de fırın bara hattını beslediği ve mikro şebeke kontrol cihazının güç akışlarını yönettiği şebekeye bağlı bir konfigürasyondur. Bu konfigürasyonda, şebeke yedekleme görevi görür ve yerel elektrik şirketi izin verirse sistem fazla gücü şebekeye geri satabilir.
İkinci bir yapılandırma ise, güneş enerjisi ve depolama sisteminin yerel şebekeyi oluşturduğu ve şebekenin yedek güç kaynağı olarak görev yaptığı şebeke oluşturucu bir yapılandırmadır. Bu yapılandırmada, sistem şebekeden bağımsız olarak süresiz olarak çalışabilir ve şebeke yalnızca batarya enerji depolama sistemi (BESS) tükendiğinde ve fotovoltaik (PV) çıkışı yetersiz kaldığında kullanılır. Şebeke oluşturucu yapılandırma daha karmaşık ve daha pahalıdır, ancak %100 güç kullanılabilirliğine ihtiyaç duyan tesisler için gereklidir.
Üçüncü bir yapılandırma ise birden fazla üretim kaynağına sahip hibrit bir yapılandırmadır: güneş, rüzgar, dizel ve şebeke. Mikro şebeke kontrolörü önce en düşük maliyetli kaynağı devreye alır ve daha yüksek maliyetli kaynaklar yalnızca düşük maliyetli kaynaklar yetersiz kaldığında kullanılır. Hibrit yapılandırma, şebeke genişletme maliyetinin çok yüksek ve dizel yakıt maliyetinin de yüksek olduğu uzak madencilik ve petrol ve gaz sahalarında yaygındır.
Güvenlik ve Koruma
Güneş enerjisiyle çalışan indüksiyon eritme işlemi, şebeke elektriğiyle çalışan indüksiyon eritme işlemiyle aynı güvenlik gereksinimlerine sahiptir, ayrıca birkaç ek husus daha dikkate alınmalıdır. Bunların en önemlileri şunlardır:
DC ark koruması: Fotovoltaik paneller yüksek DC voltajda (600 ila 1500 V) çalışır ve bir ark hatası fotovoltaik kabloları veya invertörü tutuşturabilir. Koruma sistemi, her bir panelde ark hatası devre kesicileri (AFCI) kullanır ve invertör, bir arıza durumunda DC voltajını 30 saniye içinde 30 V'un altına düşüren hızlı bir kapatma fonksiyonuna sahiptir.
BESS yangın koruması: LFP piller, NMC pillere göre termal kaçışa daha az eğilimlidir, ancak risk sıfır değildir. Koruma sistemi, termal kaçış olayını tespit etmek için gaz algılama, duman algılama ve termal izleme kullanır ve yangın söndürme sistemi, pillere zarar vermeden yangını söndürmek için temizleyici madde (Novec 1230 veya FM-200) kullanır.
Şebekeden bağımsız çalışma durumunda, şebekeye geri beslemeyi önlemek için şebeke bağlantısı kesilmelidir. Şebekeden bağımsız koruma sistemi, şebeke voltajını ve frekansını izler ve şebeke kesintisinin ardından 2 saniye içinde şebeke bağlantısını keser. Bu koruma, çoğu şebeke yönetmeliği tarafından zorunlu tutulmaktadır ve şebeke çalışanlarının güvenliği için hayati önem taşımaktadır.
Topraklama: Fotovoltaik paneller, batarya enerji depolama sistemi (BESS) ve fırın, ortak bir topraklama barasına bağlanmıştır ve bu topraklama barası da tesisin topraklamasına bağlıdır. Topraklama, operatörlerin güvenliği ve ekipmanın korunması için kritik öneme sahiptir.
Teknik Uygulama Hakkında MONTE INTELLIGENCE ile Görüşün
Güneş enerjili indüksiyon eritme tesisi kurmayı düşünen alıcılar için MONTE INTELLIGENCE mühendisliği, belirli bir saha ve işletme profili için güç elektroniği mimarisini, kontrol sistemini ve güvenlik sistemlerini tasarlayabilir. Tasarım, PV invertör boyutlandırmasını, BESS boyutlandırmasını, fırın kontrol modifikasyonunu ve şebeke entegrasyonunu içerir. Ziyaret edinwww.cnlymonte.com/products-solar-induction-furnace.html Ürün özellikleri için lütfen iletişime geçin. Teknik bir görüşme için, helenxu@cnlymonte.com adresine "güneş enerjili indüksiyon teknik bilgileri" konu başlığıyla ve fırınınızın boyutu, çalışma saatleri ve şebeke bağlantısı hakkında detaylı bilgi içeren bir e-posta gönderin.
