การใช้ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ที่เพิ่มขึ้นในแอพพลิเคชั่นที่อยู่อาศัยเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมจำเป็นต้องมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับประเภทต่าง ๆ ของการโหลดไฟฟ้าที่มีความสามารถในการรับภาระไฟฟ้าอุปนัยและความต้านทานที่โต้ตอบกับระบบเหล่านี้ บทความนี้ให้การวิเคราะห์เชิงลึกของประเภทโหลดเหล่านี้ลักษณะของพวกเขาผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบ PV และการประเมินเปรียบเทียบ เน้นเป็นพิเศษอยู่ที่โหลดด้านผู้ใช้ในแอปพลิเคชัน PV รวมถึงผลกระทบต่อคุณภาพพลังงานประสิทธิภาพและความมั่นคงของระบบ การอภิปรายยังครอบคลุมกลยุทธ์การบรรเทาผลกระทบสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ PV ภายใต้เงื่อนไขการโหลดที่แตกต่างกัน

ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ได้รวมเข้ากับกริดพลังงานที่ทันสมัยมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ด้านผู้ใช้ซึ่งพวกเขาจัดหากระแสไฟฟ้าให้กับผู้บริโภคที่อยู่อาศัยพาณิชย์และอุตสาหกรรม ประสิทธิภาพและความเสถียรของระบบ PV ขึ้นอยู่กับลักษณะของโหลดที่เชื่อมต่ออย่างมีนัยสำคัญ โหลดไฟฟ้าสามารถแบ่งได้อย่างกว้างขวางเป็นสามประเภท:

โหลดตัวต้านทาน - ความต้านทานบริสุทธิ์

โหลดอุปนัย - โหลดด้วยการเหนี่ยวนำที่สำคัญ

โหลด capacitive - โหลดด้วยความจุที่โดดเด่น

แต่ละประเภทโหลดมีปฏิสัมพันธ์กับอินเวอร์เตอร์ PV ซึ่งมีผลต่อคุณภาพพลังงานประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบ บทความนี้สำรวจการโต้ตอบเหล่านี้ในรายละเอียดให้การวิเคราะห์เปรียบเทียบและคำแนะนำสำหรับการออกแบบระบบ PV ที่ดีที่สุด

ลักษณะพื้นฐานของประเภทโหลด

คำจำกัดความของภาระตัวต้านทาน

โหลดตัวต้านทานเป็นประเภทที่ง่ายที่สุดซึ่งกระแสและแรงดันไฟฟ้าอยู่ในเฟส พวกเขาใช้พลังที่แท้จริง (P) และไม่แนะนำพลังงานปฏิกิริยา (Q)

คุณสมบัติที่สำคัญ:

Power Factor (PF)=1 (Unity Power Factor)

ไม่มีการเลื่อนเฟสระหว่างแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

ผลกระทบต่อระบบ PV:

ประสิทธิภาพ: สูงเนื่องจากไม่มีพลังงานปฏิกิริยาเกี่ยวข้อง

ความเสถียร: ผลกระทบน้อยที่สุดต่ออินเวอร์เตอร์ PV เนื่องจากให้โหลดที่มั่นคงและเป็นเส้นตรง

ฮาร์มอนิกส์: เล็กน้อยเว้นแต่จะมีการต้านทานแบบไม่เชิงเส้น (เช่นหรี่แสง)การจำแนกประเภทของโหลดตัวต้านทานที่ด้านผู้ใช้

ภาระตัวต้านทานในครัวเรือน

อุปกรณ์ส่องสว่าง (หลอดไส้แบบดั้งเดิม, หลอดฮาโลเจนทังสเตน (สร้างความร้อนและเปล่งแสงผ่านความต้านทานของเส้นใย)

เครื่องทำความร้อน (เครื่องทำน้ำอุ่นไฟฟ้า, เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า, ผ้าห่มไฟฟ้า, เครื่องอุ่นมือ, เตาอบไฟฟ้า, เตารีดไฟฟ้า, เตารีดดัดผม ฯลฯ )

เครื่องใช้ไฟฟ้าพลังงานต่ำ (เครื่องชาร์จพัดลมไฟฟ้า ฯลฯ )

โหลดความต้านทานต่ออุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก

อุปกรณ์ทำความร้อนสำหรับร้านค้าขนาดเล็ก (เช่นเครื่องดื่มร้อนในร้านสะดวกซื้อและเตาอบไฟฟ้าขนาดเล็ก (ความร้อนต้านทานบริสุทธิ์) ในร้านเบเกอรี่)

อุปกรณ์สำนักงาน (ส่วนประกอบความร้อน (ความร้อนลวดต้าน) ของเครื่องพิมพ์และเครื่องถ่ายเอกสารเก่า ๆ )

อุปกรณ์เสริมทางการเกษตร (สายไฟความร้อนไฟฟ้าสำหรับโรงเรือนขนาดเล็ก (สำหรับการเก็บรักษาความร้อน) แท่งทำความร้อนไฟฟ้าขนาดเล็กสำหรับการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ)

คำจำกัดความของภาระอุปนัย

โหลดอุปนัยแนะนำความล่าช้าเฟสซึ่งความล่าช้าในปัจจุบันอยู่ด้านหลังแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากปฏิกิริยาอุปนัย (xl=2 πfl)

คุณสมบัติที่สำคัญ:

Power Factor (PF) <1 (lagging)

การใช้พลังงานปฏิกิริยา (q=vi sinφ)

ผลกระทบต่อระบบ PV:

ประสิทธิภาพ: ลดลงเนื่องจากการสูญเสียพลังงานปฏิกิริยา

ความเสถียร: อาจทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าลดลงและความผันผวนของพลังงาน

ฮาร์มอนิกส์: อาจแนะนำฮาร์มอนิกส์หากไม่ใช่เชิงเส้น (เช่นไดรฟ์ความถี่ตัวแปร)

กลยุทธ์การบรรเทา:

ตัวเก็บประจุการแก้ไขปัจจัยพลังงาน (PFC) เพื่อชดเชยความล่าช้า PF

การใช้ตัวกรองที่ใช้งานอยู่เพื่อลดฮาร์มอนิกการจำแนกประเภทของการอุปนัยด้านผู้ใช้

โหลดประเภทมอเตอร์

เครื่องใช้ในครัวเรือน (คอมเพรสเซอร์ตู้เย็นคอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศและมอเตอร์พัดลมมอเตอร์เครื่องซักผ้ามอเตอร์ไมโครเวฟเทเบิลเทเบิลมอเตอร์มอเตอร์ฮูดมอเตอร์ช่วง ฯลฯ )

อุปกรณ์อุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ (มอเตอร์ปั๊มน้ำ (การชลประทานทางการเกษตร, ระบบน้ำประปา), พัดลม (การระบายอากาศ, การกระจายความร้อน), มอเตอร์สายพานลำเลียง, มอเตอร์เครื่องมือเครื่องจักร, มอเตอร์ไดรฟ์ลิฟต์ ฯลฯ )

อุปกรณ์ขนาดเล็ก (เครื่องมือไฟฟ้า (เช่นสว่านไฟฟ้า, เครื่องตัด), มอเตอร์ลู่วิ่ง, มอเตอร์พัดลมระบายความร้อนภายในกองชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า ฯลฯ )

อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า

วาล์วโซลินอยด์ (เช่นวาล์วก๊าซในครัวเรือนและเครื่องกรองน้ำโซลินอยด์วาล์วซึ่งควบคุมการเปิดและการปิดของวาล์วโดยการสร้างสนามแม่เหล็กผ่านพลังงานของขดลวด)

การเหนี่ยวนำหม้อหุง/การเหนี่ยวนำหม้อหุง (ใช้ขดลวดเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กสลับกันทำให้เครื่องครัวร้อนขึ้นส่วนประกอบหลักคือขดลวดความร้อน)

โหลดอุปนัยอื่น ๆ

เครื่องเชื่อมไฟฟ้า (ที่มีขดลวดจำนวนมากอยู่ภายในมันขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างกระแสการเชื่อมระหว่างการทำงานและเป็นภาระการอุปนัยที่แข็งแกร่ง)

คำจำกัดความของโหลด capacitive

โหลดแบบ capacitive แนะนำตะกั่วเฟสซึ่งกระแสไฟฟ้านำกระแสไฟฟ้าเนื่องจากปฏิกิริยา capacitive (xc= 1/(2πfc))

คุณสมบัติที่สำคัญ:

Power Factor (PF) <1 (นำ)

การสร้างพลังงานปฏิกิริยา (q=vi sinφ)

ผลกระทบต่อระบบ PV:

ประสิทธิภาพ: สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้หากใช้สำหรับ PFC แต่ความจุที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกิน

ความมั่นคง: อาจนำไปสู่ปัญหาการสั่นพ้องกับการเหนี่ยวนำกริด

ฮาร์มอนิกส์: สามารถขยายฮาร์มอนิกส์ได้หากออกแบบอย่างไม่เหมาะสม

กลยุทธ์การบรรเทา:

การปรับขนาดที่เหมาะสมของตัวเก็บประจุ PFC

การใช้ตัวกรองฮาร์มอนิกการจำแนกประเภทของ capacitive โหลดที่ด้านผู้ใช้

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงาน

ตัวเก็บประจุด้าน DC ของตัวแปลงความถี่/อินเวอร์เตอร์ (บัส DC ของอุปกรณ์เช่นอินเวอร์เตอร์เซลล์แสงอาทิตย์และไดรฟ์ความถี่ผันแปร (VFDs) มักจะติดตั้งตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลติกขนาดใหญ่เพื่อให้แรงดันไฟฟ้า DC ราบรื่น

ตัวเก็บประจุตัวกรองอินพุตของแหล่งจ่ายไฟสลับ (วงจรตัวกรอง capacitive มักจะติดตั้งที่ส่วนหน้าของอุปกรณ์จ่ายไฟสวิตช์สำหรับเซิร์ฟเวอร์คอมพิวเตอร์สถานีสื่อสารและอุปกรณ์อื่น ๆ )

อุปกรณ์การสลับอุปกรณ์จ่ายไฟ (เครื่องชาร์จโทรศัพท์มือถือ, อะแดปเตอร์แล็ปท็อป, อุปกรณ์จ่ายไฟเราเตอร์, อุปกรณ์จ่ายไฟไดรเวอร์ไฟ LED)

อุปกรณ์อินเวอร์เตอร์ในเครื่องใช้ในครัวเรือน (เครื่องปรับอากาศอินเวอร์เตอร์เครื่องซักผ้าอินเวอร์เตอร์ตู้เย็นอินเวอร์เตอร์)

เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ (เครื่องพิมพ์, เครื่องถ่ายเอกสาร, เตาอบไมโครเวฟ (บางรุ่น), โทรทัศน์ (โดยเฉพาะทีวี LCD ซึ่งมีตัวเก็บประจุจำนวนมากบนบอร์ดพลังงานภายใน) ฯลฯ )

อุปกรณ์ตัวเก็บประจุชดเชย

ตัวเก็บประจุ Power Factor Correction (PFC) (ในโรงงานอุตสาหกรรมหรือเชิงพาณิชย์อุปกรณ์ชดเชยตัวเก็บประจุแบบขนานได้รับการติดตั้งเพื่อปรับปรุงปัจจัยพลังงาน (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อชดเชยพลังงานปฏิกิริยาของโหลดอุปนัยเช่นมอเตอร์)

อุปกรณ์ SVG ในสถานีพลังงานแสงอาทิตย์ (อุปกรณ์ชดเชยพลังงานแบบไดนามิก (เช่น SVG) อาจส่งออกพลังงานปฏิกิริยาในโหมด capacitive เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้ากริด)

การวิเคราะห์เปรียบเทียบประเภทโหลดในระบบ PV

ข้อควรพิจารณาโหลดด้านผู้ใช้ในระบบ PV

ระบบ PV ที่ด้านผู้ใช้จะต้องจัดการกับการผสมของโหลดความต้านทานอุปนัยและ capacitive ความท้าทายที่สำคัญ ได้แก่ :

ปัญหาคุณภาพพลังงาน

ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากการสลับโหลดแบบเหนี่ยวนำอย่างฉับพลัน

การบิดเบือนฮาร์มอนิกจากโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้น (เช่นอินเวอร์เตอร์, ไดรเวอร์ LED)

ความไม่สมดุลของพลังงานปฏิกิริยาที่มีผลต่อความเสถียรของกริด

การเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพ

การติดตามจุดพลังงานสูงสุด (MPPT) ต้องบัญชีสำหรับประเภทโหลดที่แตกต่างกัน

การปรับขนาดอินเวอร์เตอร์ควรพิจารณาความต้องการพลังงานปฏิกิริยาสูงสุด

ปฏิสัมพันธ์และความมั่นคงของกริด

ความเสี่ยงบนเกาะหากระบบ PV ไม่สามารถจับคู่ความต้องการโหลดได้

ความไม่แน่นอนของความถี่เนื่องจากโหลด capacitive มากเกินไป

กลยุทธ์การบรรเทาและการเพิ่มประสิทธิภาพ

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ PV ภายใต้โหลดแบบผสม:

การแก้ไขปัจจัยพลังงานที่ใช้งานอยู่ (PFC): ใช้การชดเชยพลังงานปฏิกิริยาแบบอิงอินเวอร์เตอร์

ตัวกรองฮาร์มอนิก: ติดตั้งตัวกรองแบบพาสซีฟ/แอคทีฟเพื่อลดการบิดเบือน

การจัดการโหลดอัจฉริยะ: จัดลำดับความสำคัญโหลดตัวต้านทานในระหว่างการสร้าง PV ต่ำ

การรวมการจัดเก็บพลังงาน: แบตเตอรี่สามารถบัฟเฟอร์ความต้องการพลังงานปฏิกิริยา

การทำความเข้าใจพฤติกรรมของโหลดแบบ capacitive อุปนัยและตัวต้านทานเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ PV ที่ด้านผู้ใช้ ในขณะที่โหลดตัวต้านทานเป็นโหลดที่ตรงไปตรงมามากที่สุดอุปนัยและ capacitive แนะนำความซับซ้อนเช่นพลังงานปฏิกิริยาฮาร์มอนิกและความท้าทายความมั่นคง กลยุทธ์การบรรเทาที่เหมาะสมรวมถึง PFC การกรองฮาร์มอนิกและการจัดการโหลดอัจฉริยะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรวม PV ที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้

คำสำคัญ

ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ (PV), โหลดฝั่งผู้ใช้, โหลด capacitive, โหลดอุปนัย, โหลดความต้านทาน, ปัจจัยพลังงาน (PF), พลังงานปฏิกิริยา (Q), พลังงานจริง (P), การเปลี่ยนเฟส, การบิดเบือนฮาร์มอนิก