Transformadores em Sistemas de Geração de Energia Fotovoltaica: Um guia técnico completo desde a arquitetura do sistema até a seleção da engenharia

Por que os sistemas fotovoltaicos não podem prescindir de transformadores de alta qualidade?

Impulsionados pela transição energética global e pelo objetivo da neutralidade carbónica, A geração de energia fotovoltaica tornou-se uma das formas mais importantes de energia renovável. Quer se trate de centrais fotovoltaicas centralizadas em grande escala ou de sistemas fotovoltaicos distribuídos industriais e comerciais, a capacidade instalada está em constante expansão. No entanto, enquanto módulos fotovoltaicos, inversores, e outros equipamentos são frequentemente discutidos, o equipamento principal dos transformadores é frequentemente subestimado.

Na verdade, transformadores são o principal equipamento de infraestrutura para sistemas de geração de energia fotovoltaica para alcançar uma conexão segura à rede, operação estável, e transmissão eficiente. A volatilidade dos sistemas fotovoltaicos, as características da eletronização de potência, e a melhoria contínua dos padrões de conexão à rede fizeram com que os transformadores fotovoltaicos deixassem de ser transformadores de distribuição tradicionais, mas equipamento de energia altamente especializado.

Este artigo analisará sistematicamente a tecnologia de transformadores em sistemas de geração de energia fotovoltaica a partir de múltiplas dimensões, como estrutura do sistema, requisitos técnicos, cenários de aplicação, e tendências de desenvolvimento.

1、 Análise da arquitetura geral do sistema de geração de energia fotovoltaica

Um sistema completo de geração de energia fotovoltaica normalmente consiste nos seguintes componentes:

• Módulos fotovoltaicos
• Caixa Combinadora
• Inversor
• Transformador
• Sistema de conexão e distribuição à rede

Módulos fotovoltaicos convertem energia solar em corrente contínua, que é então convergido e alimentado em um inversor. O inversor emite corrente alternada de baixa tensão (geralmente 400V ou 690V). Devido ao fato de que as redes elétricas normalmente utilizam níveis de tensão média ou alta, eles devem ser intensificados por meio de transformadores antes de poderem ser conectados à rede.

Neste processo, o transformador desempenha um papel crucial como elo entre a unidade de geração de energia fotovoltaica e a rede elétrica pública.

2、 O papel central dos transformadores em sistemas fotovoltaicos

2.1Conversão de nível de tensão

Esta é a função mais fundamental e importante de um transformador. Caminhos de reforço comuns para sistemas fotovoltaicos incluem:

• 0.4kV → 10kV
• 0.69kV → 20kV
• 0.69kV → 35kV

A conversão razoável de tensão não está relacionada apenas à conformidade da rede, mas também afeta diretamente as perdas do sistema e a eficiência da transmissão.

2.2Isolamento elétrico e segurança do sistema

Transformadores alcançam isolamento elétrico através de estruturas enroladas, melhorando efetivamente a segurança do sistema. Isto é particularmente importante para projetos fotovoltaicos distribuídos em áreas densamente povoadas..

2.3Regulamentação da qualidade da energia

Devido à natureza não linear dos inversores, há inevitavelmente problemas como harmônicos e flutuações de tensão em sistemas fotovoltaicos. O projeto estrutural, método de fiação, e a configuração de impedância dos transformadores têm um impacto significativo na qualidade da energia do sistema.

3、 A diferença entre transformadores fotovoltaicos e transformadores de distribuição tradicionais

3.1Diferenças fundamentais nas condições operacionais

Os transformadores de distribuição tradicionais são geralmente projetados para operação de longo prazo quase em plena carga, enquanto os transformadores fotovoltaicos têm características óbvias:

• Operação diurna, sem carga à noite
• Estado de baixa carga a longo prazo
• A energia muda rapidamente com as condições de iluminação

Portanto, transformadores fotovoltaicos colocam maior ênfase na eficiência de baixa carga e adaptabilidade dinâmica.

3.2Maior resistência a harmônicos e impacto

Os harmônicos de alta ordem gerados pelos inversores fotovoltaicos podem causar:

• Aumento da perda adicional de núcleo de ferro
• O aumento da temperatura do enrolamento aumenta
• Envelhecimento acelerado do isolamento

Transformadores especializados fotovoltaicos geralmente requerem projeto de otimização anti-harmônica para se adaptarem ao ambiente de eletrônica de potência.

4、 Aplicação de transformadores em energia fotovoltaica centralizada e distribuída

4.1Central fotovoltaica centralizada

Usinas fotovoltaicas terrestres de grande escala geralmente adotam:

• Transformador elevador imerso em óleo
• Subestação tipo caixa fotovoltaica

Suas vantagens incluem:

• Baixa perda
• Desempenho superior de dissipação de calor
• Adequado para operação contínua externa de longo prazo

Os projetos centralizados concentram-se mais nos custos do ciclo de vida completo e na confiabilidade a longo prazo.

4.2Sistema fotovoltaico distribuído

Em telhados industriais e comerciais, parque fotovoltaico, e outros cenários, configurações mais comuns incluem:

• transformador tipo seco
• Transformador de caixa compacta

Os sistemas distribuídos enfatizam mais:

• Prevenção de incêndios e proteção ambiental
• Flexibilidade de instalação
• Facilidade de operação e manutenção

5、 Requisitos para os principais parâmetros técnicos de transformadores em sistemas fotovoltaicos

5.1Capacidade nominal e curva de eficiência

A geração de energia dos sistemas fotovoltaicos varia significativamente ao longo do tempo, então a seleção do transformador deve se concentrar em:

• Eficiência no 30% -70% faixa de carga
• Sem nível de perda de carga
• Capacidade de sobrecarga de curto prazo

Transformadores fotovoltaicos de alta qualidade podem manter baixas perdas sob condições de carga não total.

5.2Método de fiação e adaptabilidade da rede

Os métodos de fiação comuns incluem Dyn11, Ynd11, etc.. Um método de fiação razoável pode ajudar:

• Suprimir corrente de sequência zero
• Melhore a estabilidade da tensão
• Melhore a compatibilidade da rede

5.3Nível de isolamento e adaptabilidade ambiental

As usinas fotovoltaicas são frequentemente construídas em ambientes complexos, como desertos, planaltos, e zonas costeiras, que exigem requisitos mais elevados para transformadores:

• Nível de resistência a altas temperaturas
• À prova de umidade, à prova de névoa salina, e design à prova de poeira
• Forte resistência aos raios UV e ao envelhecimento

6、 Novos desafios para transformadores sob a tendência de armazenamento fotovoltaico+energia

Com o rápido desenvolvimento do “armazenamento fotovoltaico+energia” sistema, o modo de operação dos transformadores sofreu mudanças significativas:

• Fluxo de potência bidirecional
• Troca frequente entre carga e descarga
• Interações de grade mais complexas

Isto promoveu a aplicação de sistemas de alta eficiência, baixa perda, e transformadores inteligentes.

7、 O desenvolvimento inteligente e digital de transformadores fotovoltaicos

As modernas centrais fotovoltaicas estão a evoluir para a digitalização e a inteligência, e os transformadores estão gradualmente se tornando nós inteligentes：

• Monitoramento de temperatura on-line
• Monitoramento de descarga parcial
• Avaliação e aviso de status
• Gerenciamento remoto de operação e manutenção

Essas tecnologias melhoraram significativamente a segurança do sistema e a eficiência operacional.

8、 A direção de desenvolvimento de transformadores fotovoltaicos na perspectiva do mercado global

O crescimento contínuo do investimento fotovoltaico na Europa, o Médio Oriente, África, A América Latina e outras regiões apresentaram requisitos mais elevados para transformadores:

• Conformidade com o padrão IEC/IEEE
• Tensão e capacidade personalizadas
• Alta confiabilidade e design de longa vida útil

No futuro, transformadores fotovoltaicos verdadeiramente competitivos farão parte da solução do sistema, e não de um único dispositivo.

A operação estável a longo prazo dos sistemas fotovoltaicos depende do apoio de transformadores profissionais

À medida que a geração de energia fotovoltaica passa de “expansão de escala” para “melhoria da qualidade”, a importância dos transformadores é constantemente destacada. Somente compreendendo profundamente as características operacionais dos sistemas fotovoltaicos poderemos projetar e selecionar transformadores que sejam verdadeiramente adequados para aplicações fotovoltaicas..

Para desenvolvedores de projetos fotovoltaicos, Empreiteiros EPC, e compradores de equipamentos, a escolha do transformador fotovoltaico adequado é uma das decisões-chave para garantir a rentabilidade a longo prazo e a operação segura do projeto.

Luoyang Datang Tecnologia de Energia Co., Ltda. é uma empresa de alta tecnologia que integra R&D, fabricação e fornecimento de equipamentos de energia, como transformadores, novos componentes de energia, armários de distribuição e inversores. Com a inovação tecnológica como núcleo, nos concentramos na criação de soluções de energia de alta confiabilidade e alto desempenho para atender clientes globais. Com um rigoroso sistema de controle de qualidade e certificação de padrão internacional, continuamos a produzir produtos excelentes e a permitir que os clientes construam sistemas de energia seguros e estáveis.